Kot sezonski prodajalec v industriji čiščenja vode sem navdušen, da lahko delim vpogled v tehnologijo reaktorja biofilmskega reaktorja za gibanje (MBBR), zelo učinkovito metodo čiščenja odpadne vode, znane po nizkem obsegu blata in preprostega delovanja. V tem članku se bomo poglobili, zakaj se biofilm včasih ne oblikuje na medijih MBBR, če upoštevamo različne vidike, kot so načelo delovanja sistema in dejavniki, ki vplivajo na oblikovanje biofilma.
Načelo procesa MBBR
Mediji MBBR omogočajo mikroorganizmi, da se pritrdijo na površino nosilca in tvorijo biofilm. Ko odpadna voda teče čez nosilno površino, se organska snov in raztopljeni kisik v vodi razprostirajo v biofilm. Mikroorganizmi znotraj biofilma presnavljajo in asimilirajo organsko snov v prisotnosti kisika. Izdelki za razgradnjo se nato razpršijo nazaj v vodno fazo in zrak, kar učinkovito razgradi organska onesnaževala v odpadni vodi.
Po besedah Characklis, Liu in drugih je nastanek mikrobnega filma običajno skozi štiri stopnje: spreminjanje površine nosilca, reverzibilna pritrditev, nepopravljiva pritrditev in tvorba biofilma. Ta postopek lahko razdelimo na dve glavni fazi: adsorpcijo mikrobov in rast sekvestracije.
Dejavniki, ki vplivajo na tvorbo biofilma v MBBR
1. Lastnosti nosilne površine
Površinski naboj, hrapavost, velikost delcev in koncentracija nosilca MBBR neposredno vplivajo na pritrditev in nastanek biofilma. Mikroorganizmi imajo običajno negativno naboj na svoji površini v normalnih rastnih pogojih. Groba površina nosilca olajša bakterijsko pritrditev in imobilizacijo.
♦ Večja površina nosilca poveča učinkovito kontaktno površino med bakterijami in nosilcem v primerjavi z gladko površino.
♦ Grobi deli nosilne površine, kot so luknje in razpoke, delujejo kot ščit, da zaščitijo oprijemljive bakterije pred hidravličnimi strižnimi silami.
Manjši nosilci velikosti delcev bolj verjetno ustvarjajo biofilme zaradi nizkega medsebojnega trenja in velike specifične površine. Koncentracija nosilca je ključnega pomena tudi za tvorbo biofilma. Wagner je ugotovil, da pri zelo nizkih koncentracijah nosilca, tudi pri debelem biofilmu, pri obdelavi ognjevzdržne odpadne vode ni bilo mogoče doseči stabilne hitrosti odstranjevanja. Vendar pa lahko pri koncentraciji nosilca 20-30 g/l reaktor doseže stabilno stopnjo odstranjevanja, tudi če ima le 20% nosilcev tanko biofilm.
2. suspendirana mikrobna koncentracija
Na splošno, ko se koncentracija suspendiranih mikroorganizmov povečuje, se poveča tudi možnost stika med mikroorganizmi in nosilcem. Med mikrobno pritrditvijo je kritična koncentracija suspendiranih mikroorganizmov. Pred to kritično vrednostjo je mikrobni transport in difuzija iz tekoče faze do površine nosilca krmilni korak. Ko je ta vrednost presežena, sta mikrobna pritrditev in imobilizacija na površini nosilca omejena z učinkovito površino nosilca in nista več odvisna od koncentracije suspendiranih mikroorganizmov.
3.aktivnost suspendiranih mikroorganizmov
Mikrobna aktivnost, opisana s specifično hitrostjo rasti (μ), je ključnega pomena pri preučevanju začetnih faz tvorbe biofilma. Količina in začetna hitrost pritrditve in fiksacija nitrificirajočih bakterij na površini nosilne sorazmerne aktivnosti suspendiranih nitrificirajočih bakterij.
♦ Ko je biološka aktivnost suspendiranih mikroorganizmov velika, je tudi njihova sposobnost izločanja zunajceličnih polimerov večja.
♦ Raven energije, pri kateri živijo mikroorganizmi, je neposredno povezana z njihovo stopnjo rasti.
♦ Površinska struktura mikroorganizmov se razlikuje glede na njihovo aktivnost.
♦ Vloga igrajo tudi dejavniki, kot so čas mikrobnega stika z nosilcem, hidravlični čas zadrževanja (HRT), pH tekoče faze in hidrodinamična strižna sila.
Vpliv na dejavnike med postopkom tvorbe biofilma MBBR
1. Prisili v proces tvorbe biofilma
Te sile neposredno prispevajo k interakciji med mikroorganizmi in nosilno površino, ki igra ključno vlogo v celotnem procesu tvorbe biofilma.
2. Učinkovitost hidrofilnosti površine nosilca
Površina nosilca GPUC vsebuje hidrofilne skupine, kot so -OH in amidne skupine. Večina mikroorganizmov ima dobro hidrofilnost, površina nosilne in površine mikroorganizma pa lahko tvorijo strukture vezanja vodika. Prosta energija hidrofilne nosilne površine je nižja kot pri hidrofobnem, kar olajša mikroorganizme v vodi, da se približajo in adsorbirajo na površino hidrofilne nosilce za rast.
3. Effect temperature na tvorbi biofilma
Primerno temperaturno območje za aerobne mikroorganizme je 10 ~ 35 stopinj. Temperatura vode znatno vpliva na rast nitrificirajočih bakterij in hitrost nitrifikacije. Optimalna temperatura rasti za večino nitrificirajočih bakterij je 25 ~ 30 stopinj. Kadar je temperatura pod 25 stopinj ali nad 30 stopinj, se rast nitrificirajočih bakterij upočasni in pod 10 stopinj se njihova rast in nitrifikacija znatno zaostane.
Testi, izvedeni v 10 stopinjah, 20 stopinj in 35 stopinj, so pokazali, da se je pri 10 stopinjah tvorba biofilma začela počasi, z opazno pritrditvijo biofilma po 7 dneh in zorenjem po 21 dneh, z največjo pritrjeno biomaso 2,1 g/L. Pri 35 stopinjah se je biofilm začel oblikovati po 4 dneh in dozorel po približno 19 dneh, največja pritrjena količina biofilma pa 3,5 g/L. Pri 20 stopinjah se je biofilm začel oblikovati po 2 dneh in dosegel največjo pritrjeno količino biofilma 5,7 g/L po približno 10 dneh. Očitno je, da temperatura pomembno vpliva na tvorbo biofilma, s hitrejšo iniciacijo med 15-30 stopnjo.
Temperatura je ključni dejavnik, ki vpliva na biološko aktivnost in presnovno sposobnost, ki vpliva na proces reakcije nitrifikacije predvsem z rastnim vzorcem in biološko aktivnostjo nitrificirajočih bakterij. Vpliva na hitrost biokemične reakcije in hitrost prenosa kisika.
4. Učinkovitost površine, specifične za nosilce
Velika specifična površina in hrapavost povečujeta sposobnost nosilca za zajem mikroorganizmov. Nosilci z visoko površinsko hrapavostjo imajo močnejšo sposobnost prerazporeditve pretoka vode, zmanjšanje strižne sile na biofilmu in zagotavljanje ugodnega okolja za mešanje in stik med mikroorganizmi in substratom. Groba površina ima debelejšo laminarno mejno plast kot gladka površina, ki ponuja dobro statično hidrodinamično okolje in se izogiba škodljivim učinkom striženja pretoka vode na rast pritrjenih mikroorganizmov.