ЗАЩО вашата MBBR медия не може да се биофилмира за две седмици
и как да направим нашата биомедия бързо биофилм?
От: Коди Джунтай
Дата на публикуване: 29 април 2022 г
Публикувайте етикети:
Какво е MBBR или MBBR технология? MBBR е ефективен метод за пречистване на отпадъчни води с нисък обем на утайката и проста работа и управление. Тази статия основно представя защо биомедията понякога не може да бъде биофилм от различни аспекти като принципа на MBBR системата и влияещите фактори на образуването.
MBBR медията е да накара микроорганизмите да се прикрепят към повърхността на MBBR носителя и да образуват биофилм. Когато отпадъчната вода тече през повърхността на носителя, органичната материя и разтвореният кислород в отпадъчната вода дифундират към вътрешността на биофилма. Микроорганизмите вътре в мембраната извършват метаболизма на разлагането и анаболизма на организма върху органичната материя в присъствието на кислород, докато метаболитите на разлагането дифундират от биофилма към водната фаза и въздуха, като по този начин разграждат органичната материя в отпадъчните води.
Схема на статията
● Принцип на процеса MBBR (процес на окачване)
● Фактори, влияещи върху MBBR биофилм
1. Повърхностни свойства на MBBR Bio Carrier
2. Суспендирана микробна концентрация
3. Активност на суспендирани микроорганизми
● Влияещи фактори в процеса на биофилмиране на MBBR
1. Сили в процеса на окачване на био-носител филм
2. Ефект на хидрофилността на повърхността на носителя
3. Ефект на температурата върху поведението на филма при окачване
4. Ефект на специфичната повърхност на MBBR носителя и грапавостта на повърхността върху адхезионните характеристики на биофилма.
В MBBR средата органичните замърсители, разтвореният кислород и различни основни хранителни вещества трябва първо да дифундират от течната фаза към повърхността на биофилма и след това във вътрешността на биофилма и само замърсителите, дифундирали към повърхността или вътре в биофилма, могат да дифундират се разграждат и трансформират от микроорганизмите вътре в биофилма и накрая образуват различни метаболити. В допълнение, в MBBR средата, микроорганизмите са имобилизирани върху носителя, като по този начин се постига разделяне на SRT и HRT (хидравлично време на задържане), което позволява растеж и възпроизвеждане на микроорганизми с бавна скорост на пролиферация. Следователно MBBR медиите са стабилна и разнообразна микробна екосистема.
◆ Диаграма на потока на процеса Juntai MBBR
Принцип на MBBR процеса (висящ Membrance процес)
Според Characklis, Liu et al. образуването на микробен филм обикновено преминава през четири етапа:MBBR модификация на носещата повърхност,реверсивно закрепване, необратимо закрепване, и образуването на биофилм.
Специфичното описание е следното: микробният филм, окачен на MBBR носителя, може да бъде разделен на два етапа:микробна адсорбцияирастеж на секвестрация.
След добавяне на носителя към водното тяло,то първовлиза в периода на адсорбция. Някои от микроорганизмите и нишковидните материали са били прикрепени към повърхността на носителя и мястото, където са прикрепени повече материали, често е вдлъбнатата част на носителя, която не се срязва лесно от водния поток.По това време, микроорганизмите в суспензията растат в големи количества и се появява по-очевиден слой утайка.
След необратимо прикрепване, микроорганизмите получават относително стабилна среда за растеж на повърхността на носителя и микроорганизмите в утайката, адсорбирана върху носителя, скоро започват да растат при условие на достатъчно снабдяване с кислород и субстрат.
С нарастването на времето за опитомяване на културата, биофилмът, растящ върху повърхността на носителя, също нараства бързо, постепенно покрива цялата повърхност на носителя и започва да се удебелява. Растежът на биофилма обаче не беше равномерен, в по-изпъкналите части на носителя биофилмът беше по-тънък, докато вдлъбнатите части растат доста проспериращи колонии, което показва, че хидродинамичното срязване има важно влияние върху растежа на биофилма. Тъй като все повече и повече биофилми се прикрепват към носителите, видимата плътност на носителите постепенно намалява и става по-лека и по-лесна за флуидизиране, докато носителите в намаляващата зона имат по-бавна скорост на намаляване.
MBBR Media Biofilm след 14 дни в аерационен резервоар
Фактори, влияещи върху MBBR биофилм
Свързано е сестеството на носещата повърхност(хидрофилност на повърхността на носителя, повърхностен заряд, химичен състав на повърхността и грапавост на повърхността),естеството на микроорганизмите(видове микроорганизми, условия на култивиране, активност и концентрация) ифактори на околната среда(рН, йонна сила, хидравлично срязване, температура, хранителни условия и време за контакт между микроорганизмите и носителя).
1. MBBR носеща повърхностce propertiес
Свойството на заряд на повърхността на носителя, грапавостта, размерът на частиците и концентрацията на носителя пряко влияят върху прикрепването и образуването на биофилм върху неговата повърхност. При нормална среда на растеж микроорганизмите имат отрицателен заряд на повърхността си. Грапавината на повърхността на носителя улеснява закрепването и обездвижването на бактериите върху повърхността му.
① Повърхностната площ на носителя увеличава ефективната контактна площ между бактериите и носителя в сравнение с гладката повърхност.
② Грапавите части на носещата повърхност, като дупки и пукнатини, действат като щит за защита на полепналите бактерии от хидравлични сили на срязване.
Беше заключено, че носителите с малък размер на частиците са по-лесни за генериране на биофилми поради тяхното ниско взаимно триене и голяма специфична повърхност в сравнение с носителите с голям размер на частиците. В допълнение, концентрацията на носител също е важна за MBBR биофилма.
Wagner установи, че при много ниска концентрация на масата на носителя, дори при дебелина на биофилма от 295 μm, не може да се постигне стабилна скорост на отстраняване при третиране на огнеупорни отпадъчни води с реактор с въздушен лифт. Въпреки това, при концентрация на носител от 20-30 g/L, дори ако само 20% от носителите имаха биофилми с дебелина 75 μn, реакторът все още успя да постигне стабилна (98%) скорост на отстраняване с COD натоварване от до 58 kg/(m3-}d).
2. Концентрация на суспендирани микроби
Като цяло, с увеличаване на концентрацията на суспендирани микроорганизми, шансът за възможен контакт между микроорганизмите и носителя се увеличава. Резултатите от много изследвания показват, че има критична концентрация на суспендирани микроорганизми по време на прикрепването на микробите; тъй като микробната концентрация се увеличава, микробният транспорт чрез концентрационни градиенти се засилва.
Преди критичната стойност, микробният транспорт и дифузия от течната фаза към повърхността на носителя е контролната стъпка; след като тази критична стойност бъде превишена, микробното прикрепване и обездвижване върху повърхността на носителя е ограничено от ефективната повърхност на носителя и вече не зависи от концентрацията на суспендирани микроорганизми. Въпреки това, след равновесието на прикрепване и обездвижване, количеството микроорганизми върху повърхността на носителя се определя от микроорганизмите и свойствата на повърхността на носителя.
3. Активност на суспендирани микроорганизми
Микробната активност обикновено се описва чрез специфичната скорост на растеж (μ) на микроорганизмите, т.е. скоростта на растеж и размножаване на микроорганизмите на единица маса. Следователно, когато се изследва ефектът от микробната активност върху началните етапи на образуване на биофилм, е от решаващо значение да се контролира специфичната скорост на растеж на суспендираните микроорганизми. Резултатите от изследването върху образуването на хетеротрофни биофилми от Bryers et al. показват, че количеството и началната скорост на прикрепване и фиксиране на нитрифициращи бактерии върху повърхността на носителя са пропорционални на активността на суспендирани нитрифициращи бактерии.
① Когато биологичната активност на суспендираните микроорганизми е висока, тяхната способност да секретират извънклетъчни полиморфи е по-висока.
② Енергийното ниво, на което живеят микроорганизмите, е пряко свързано със скоростта на техния растеж.
③ Повърхностната структура на микроорганизмите варира в зависимост от тяхната активност.
④ Микробно време за контакт с носителя.
⑤ Хидравлично време на задържане (HRT).
⑥ pH на течната фаза.
⑦ Хидродинамична сила на срязване.
Влияещи фактори в процеса на биофилмиране на MBBR
1. Сили в процеса MBBR Biofilmed
Той директно допринася за директното взаимодействие между микроорганизмите и повърхността на носителя и играе решаваща роля в целия процес на биофилмиране на MBBR.
2. Ефект на хидрофилността на повърхността на носителя
Повърхността на GPUC носителя съдържа хидрофилни групи като -ОН и амидни групи и повечето микроорганизми сами по себе си имат добра хидрофилност, а повърхността на носителя и повърхността на микроорганизма могат да образуват структура на водородно свързване; междувременно свободната енергия на повърхността на хидрофилния носител е по-ниска от тази на повърхността на хидрофобния носител и е по-вероятно микроорганизмите във водата да се доближат до повърхността на хидрофилния носител за адсорбция и растеж.
3. Ефект на температурата върху MBBR биофилм
Подходящият температурен диапазон за аеробни микроорганизми е 10~35 градуса. Температурата на водата има по-голямо влияние върху растежа на нитрифициращите бактерии и скоростта на нитрификация. Подходящата температура за растеж за повечето нитрифициращи бактерии е 25~30 градуса, когато температурата е по-ниска от 25 градуса или по-висока от 30 градуса, растежът на нитрифициращите бактерии се забавя, под 10 градуса растежът на нитрифициращите бактерии и нитрификацията се забавят значително .
Тестът с биофилм MBBR беше проведен при 10 градуса, 20 градуса и 35 градуса и количеството микроорганизми, прикрепени към пълнителя, също беше измерено по време на целия процес на окачване на филма. Резултатите показват, че: при 10 градуса биофилмът MBBR започва бавно и са необходими 7d, за да има очевиден прикрепен биофилм, а биофилмът MBBR узрява след 21d и максималното количество прикрепена биомаса е 2,1 g/L; при 35 градуса, MBBR средата започва да се биофилмира след 4d, а MBBR биофилмът узрява. Максималното количество прикрепен биофилм е 3,5 g/L след около 19 d. При около 20 градуса биофилмът започва да се образува след 2 дни и максималното количество прикрепен биофилм е 5,7 g/L след около 10 дни. Може да се види, че ефектът от температурата върху висящия филм не е много очевиден и биофилмът може да се образува на повърхността на пълнителя в рамките на 15-30 градуса и висящият филм започва по-бързо.
Температурата е ключов фактор, влияещ върху биологичната активност и метаболитния капацитет, и нейното влияние върху процеса на реакция на нитрификация се крие главно в модела на растеж и биологичната активност на нитрифициращите бактерии.
Влиянието на температурата върху биологичната активност се проявява катовлияние върху скоростта на биохимичните реакцииивлияние върху скоростта на пренос на кислород.
Juntai Biofilm MBBR Carrier Media в аерационен резервоар след два месеца
4. Ефект на специфичната повърхност на MBBR носителя и грапавостта на повърхността върху адхезионните характеристики на биофилма
Голямата специфична повърхност и грапавостта подобряват способността на носителя да улавя микроорганизми. Носителите с голяма грапавост на повърхността имат по-силна способност за преразпределение на водния поток, така че водният поток в реактора има по-малка сила на срязване върху биофилма върху носителя и в същото време осигурява благоприятна вътрешна среда за смесване и контакт между микроорганизми и субстрат , което насърчава натрупването на биофилм върху повърхността на опаковката. Грапавата повърхност има по-дебел ламинарен граничен слой от гладката повърхност, който може да осигури добра статична хидродинамична среда, като по този начин се избягва неблагоприятният ефект от срязването на водния поток върху растежа на прикрепените микроорганизми.