Kā pieredzējis pārdevējs ūdens attīrīšanas nozarē, es priecājos dalīties ar ieskatu kustīgajā gultas bioplēves reaktora (MBBR) tehnoloģijā - ļoti efektīvā notekūdeņu attīrīšanas metodē, kas pazīstama ar zemo dūņu daudzumu un vienkāršu darbību. Šajā rakstā mēs iedziļināsimies, kāpēc bioplēve dažreiz neveidojas MBBR plašsaziņas līdzekļos, ņemot vērā dažādus aspektus, piemēram, sistēmas darba principu un faktorus, kas ietekmē bioplēves veidošanos.
MBBR procesa princips
MBBR barotne ļauj mikroorganismiem piestiprināties pie nesēja virsmas un veidot bioplēvi. Kad notekūdeņi plūst virs nesēja virsmas, organiskas vielas un izšķīdināts skābeklis ūdenī izkliedējas bioplēvē. Mikroorganismi bioplēvē metabolizē un asimilē organiskās vielas skābekļa klātbūtnē. Pēc tam sadalīšanās produkti izkliedējas atpakaļ ūdens fāzē un gaisā, efektīvi degradējot organiskos piesārņotājus notekūdeņos.
Pēc Characklis, Liu un citu teiktā, mikrobu plēves veidošanās parasti notiek četros posmos: nesēja virsmas modifikācija, atgriezeniska pieķeršanās, neatgriezeniska pieķeršanās un bioplēves veidošanās. Šo procesu var iedalīt divos galvenajos posmos: mikrobu adsorbcija un sekvestrācijas augšana.
Faktori, kas ietekmē bioplēves veidošanos MBBR
1. Nesēja virsmas īpašības
MBBR nesēja virsmas lādiņš, nelīdzenums, daļiņu lielums un koncentrācija tieši ietekmē bioplēves stiprinājumu un veidošanos. Mikroorganismiem normālos augšanas apstākļos parasti ir negatīvs lādiņš uz to virsmas. Raupja nesēja virsma atvieglo baktēriju stiprinājumu un imobilizāciju.
♦ Lielāks nesēja virsmas laukums palielina efektīvo kontakta laukumu starp baktērijām un nesēju, salīdzinot ar gludu virsmu.
♦ Nelielas virsmas virsmas daļas, piemēram, caurumi un plaisas, darbojas kā vairogs, lai aizsargātu pielīmētās baktērijas no hidraulisko bīdes spēkiem.
Mazāki daļiņu lieluma nesēji, visticamāk, ģenerē bioplēves to zemās savstarpējās berzes un lielās specifiskās virsmas laukuma dēļ. Bioplēves veidošanā ir izšķiroša nozīme arī nesējvielu koncentrācijā. Vāgners atklāja, ka ļoti zemā nesēj masas koncentrācijā, pat ar biezu bioplēvi, apstrādājot ugunsizturīgus notekūdeņus, stabilu noņemšanas ātrumu nevar sasniegt. Tomēr ar nesēja koncentrāciju 20-30 G/L reaktors varētu sasniegt stabilu noņemšanas ātrumu pat tikai 20% nesēju ar plānu bioplēvi.
2. Suspendēta mikrobu koncentrācija
Parasti, palielinoties suspendēto mikroorganismu koncentrācijai, palielinās arī saskares iespēja starp mikroorganismiem un nesēju. Mikrobu piestiprināšanas laikā ir kritiska suspendēto mikroorganismu koncentrācija. Pirms šīs kritiskās vērtības mikrobu transportēšana un difūzija no šķidruma fāzes uz nesēja virsmu ir kontrolējošais solis. Kad šī vērtība ir pārsniegta, mikrobu piestiprināšanu un imobilizāciju uz nesēja virsmas ierobežo nesēja efektīvais virsmas laukums un vairs nav atkarīgi no suspendēto mikroorganismu koncentrācijas.
3. Suspendēto mikroorganismu aktivitāte
Mikrobu aktivitāte, kas aprakstīta ar specifisko augšanas ātrumu (μ), ir būtiska, pētot sākotnējos bioplēves veidošanās posmus. Nitrificējošo baktēriju piestiprināšanas daudzums un sākotnējais ātrums un fiksācija ir proporcionāla suspendēto nitrificējošo baktēriju aktivitātei.
♦ Ja suspendēto mikroorganismu bioloģiskā aktivitāte ir augsta, to spēja izdalīt arī ārpusšūnu polimērus.
♦ Enerģijas līmenis, kurā dzīvo mikroorganismi, ir tieši saistīts ar to augšanas ātrumu.
♦ Mikroorganismu virsmas struktūra mainās atkarībā no to aktivitātes.
♦ Tāda loma ir arī tādiem faktoriem kā mikrobu kontakta laiks ar nesēju, hidrauliskās aiztures laiks (HRT), šķidrās fāzes pH un hidrodinamiskā bīdes spēka.
Ietekmējošie faktori MBBR bioplēvju veidošanās procesa laikā
1. Bioplēves veidošanās procesa dēļ
Šie spēki tieši veicina mikroorganismu un nesēja virsmas mijiedarbību, kam ir izšķiroša loma visā bioplēves veidošanās procesā.
2. nesēj virsmas hidrofilitātes efekts
GPUC nesēja virsma satur hidrofilās grupas, piemēram, -OH un amīdu grupas. Lielākajai daļai mikroorganismu ir laba hidrofilitāte, un nesēja virsmas un mikroorganisma virsma var veidot ūdeņraža saistīšanas struktūras. Hidrofilā nesēja virsmas brīvā enerģija ir zemāka nekā hidrofobā, tāpēc mikroorganismu mikroorganismiem ir vieglāk tuvoties un adsorbēt uz hidrofilā nesēja virsmas augšanai.
3. Temperatūras efekts uz bioplēves veidošanos
Aerobo mikroorganismu piemērotais temperatūras diapazons ir 10 ~ 35 grādu. Ūdens temperatūra būtiski ietekmē nitrificējošo baktēriju un nitrifikācijas ātruma augšanu. Optimālā augšanas temperatūra lielākajai daļai nitrificējošo baktēriju ir 25 ~ 30 grādi. Kad temperatūra ir zem 25 grādus vai virs 30 grādiem, nitrificējošo baktēriju augšana palēninās un zem 10 grādiem, to augšana un nitrifikācija ir ievērojami kavēta.
Pārbaudes, kas veiktas 10 grādu, 20 grādu un 35 grādos, parādīja, ka 10 grādos bioplēves veidošanās sākās lēnām, ar manāmu bioplēves stiprinājumu pēc 7 dienām un nobriešanu pēc 21 dienas, ar maksimālo pievienoto biomasu - 2,1 g/L. 35 grādos bioplēve sāka veidoties pēc 4 dienām un nobrieda pēc apmēram 19 dienām, ar maksimālo pievienoto bioplēves daudzumu 3,5 g/L. 20 grādos bioplēve sāka veidoties pēc 2 dienām un pēc apmēram 10 dienām sasniedza maksimālo pievienoto bioplēves daudzumu 5,7 g/l. Ir acīmredzams, ka temperatūrai ir būtiska ietekme uz bioplēves veidošanos ar ātrāku sākšanu starp 15-30 grādu.
Temperatūra ir galvenais faktors, kas ietekmē bioloģisko aktivitāti un metabolisma spēju, ietekmējot nitrifikācijas reakcijas procesu, galvenokārt izmantojot nitrificējošo baktēriju augšanas modeli un bioloģisko aktivitāti. Tas ietekmē bioķīmiskās reakcijas ātrumu un skābekļa pārneses ātrumu.
4. Svera specifiska virsmas laukuma un virsmas raupjuma efekts uz bioplēves adhēzijas veiktspēju
Liels specifisks virsmas laukums un nelīdzenums uzlabo nesēja spēju uztvert mikroorganismus. Pārvadātājiem ar augstu virsmas raupjumu ir spēcīgāka spēja pārdalīt ūdens plūsmu, samazinot bioplēvi bīdes spēku un nodrošinot labvēlīgu vidi sajaukšanai un kontaktam starp mikroorganismiem un substrātu. Raupjai virsmai ir biezāks laminārā robežas slānis nekā gludai virsmai, kas piedāvā labu statisku hidrodinamisko vidi un izvairoties no ūdens plūsmas bīdes nelabvēlīgās ietekmes uz pievienoto mikroorganismu augšanu.