Једноставно објашњење третмана биофилмом: обезбедити дом за бактерије за робустан и забрињавајући-бесплатан третман отпадних вода

Процес активног муља је најраспрострањенија технологија биолошког третмана отпадних вода. У систему са активним муљем, микроорганизми који пречишћавају отпадну воду су у стању суспендованог раста-они се групишу у мале групе, формирајући грудве, и суспендовани су у мешаној течности под аерацијом, мешајући се са протоком воде. Микроорганизми и отпадне воде долазе у потпуни контакт, елиминишући загађиваче у води.

Овај систем функционише веома добро, али има један недостатак: деликатан је. Ако се запремина отпадне воде која улази нагло повећа, њена концентрација нагло порасте, или температура воде нагло опадне, или пХ драстично осцилира, микроорганизми могу да „дејствују“-ефекат третмана ће се смањити, или ће доћи до нагомилавања муља, што утиче на нормалан рад система.

Стога су се инжењери питали да ли би могли да промене свој приступ, дозвољавајући микроорганизмима да се „населе“ на фиксној локацији, уместо да стално лебде у води?

Ово је процес биофилма. Једноставно речено, процес биофилма користи микроорганизме који расту на филтерским медијима или носачима за пречишћавање отпадних вода.

Основна идеја технологије биофилма је једноставна: обезбедити микроорганизмима фиксне „куће“ у којима се могу настанити, размножавати и формирати „микробну заједницу“. Отпадне воде теку кроз ову заједницу, а загађиваче унутра троше „становници“.

Ове "куће" се професионално називају материјали за паковање или носачи. Различити процеси биофилма користе потпуно различите носаче. Најчешћи типови су:

Први тип: Материјал за паковање у биолошкој контактној оксидацији – „лоптице од пластичне нити“ које висе у резервоару

Резервоар за контактну оксидацију је напуњен низовима материјала за паковање, који подсећају на велике пластичне четке. Отпадна вода се аерира са дна резервоара и испире нагоре, што доводи до тога да се ови материјали за паковање лагано љуљају у води, прекривени жућкастим-смеђим биофилмом. Ова врста материјала за паковање има велику специфичну површину; 1 кубни метар може да обезбеди 800 до 900 квадратних метара "стамбеног простора".

Други тип: Дискови у биолошким ротирајућим дисковима - "ротирајући дискови"

Биолошки ротирајући дискови не користе материјале за паковање; њихове „куће“ су сами дискови – десетине великих дискова, пречника 2 до 3 метра, нанизаних на ротирајуће вратило и полако ротираних мотором уз смањење брзине. Први тип укључује диск биолошког филтера, пола потопљен у отпадну воду, а пола изложен ваздуху. Микроорганизми расту на обе стране диска, адсорбујући загађиваче када су потопљени и апсорбујући кисеоник из ваздуха када су изложени површини. Овај дизајн има релативно ниску потрошњу енергије, не захтева додатну аерацију и економичан је у раду.

Трећи тип: Материјал за паковање биолошки газираног филтера (БАФ) – „филтерски слој од ситних керамичких каменчића“

БАФ користи мале керамичке каменчиће пречника од 3 до 6 милиметара, нагомилане као мали каменчићи у резервоару. Отпадне воде теку одоздо ка врху, док се аерација одвија истовремено са дна. Овај дизајн малих честица има две предности: прво, велику специфичну површину, што резултира високом биомасом по јединици запремине; друго, празнине између честица хватају суспендоване чврсте материје, чинећи ефлуент БАФ-а изузетно чистим.

Четврти тип: амбалажни материјал за биолошки биофилтер (МББР) – „мале пластичне плоче које се преврћу у води“

МББР користи висеће мале пластичне листове, у облику малих точкова или цилиндара, са густином нешто лакшом од воде. Под аерацијом, ови материјали за паковање се непрекидно преврћу и теку у резервоару, омогућавајући биофилму да контактира са отпадном водом док се креће. Материјал за паковање је стално у покрету; стари биофилм се брише, а нови биофилм непрестано расте, елиминишући потребу за ручним испирањем. Има јаке-могућности самочишћења и неће зачепити резервоар.

Пети тип: Носач биолошког флуидизованог слоја – „сићушне честице које се преврћу као каша“

Биолошки флуидизовани слојеви користе чак и мање носаче, обично од 0,3 до 1 мм песка, активног угља или честица кокса. Покренуте-брзином протока воде или ваздуха, ове ситне честице се непрестано преврћу и флуидизују попут каше. Пошто је носач изузетно мали, сваки кубни метар носача може да обезбеди 2000 до 3000 квадратних метара животног простора, што резултира највећом концентрацијом микроба и запреминском стопом оптерећења међу свим процесима биофилма. Може се похвалити изузетно високом ефикасношћу третмана и веома малим отиском, али су његов дизајн и рад такође релативно сложени.

Свака од ових различитих врста „кућа“ има своје применљиве сценарије. Контактна оксидација је погодна за мале до средње-пречишћавање отпадних вода, МББР је погодан за накнадну уградњу и проширење, БАФ је погодан за напредни третман, биолошки ротирајући дискови су погодни за сценарије мале-запремине, уштеде енергије{3}}а, а биолошки флуидизовани слојеви су погодни за велике-сценаре са ограниченом концентрацијом воде.

Када се материјал за паковање стави у отпадну воду и отпадна вода настави да тече кроз њу, овај процес почиње.

Корак 1: Микроорганизми пролазе и насељавају се

Отпадне воде садрже велики број микроорганизама. Док теку преко површине материјала за паковање, неки се заглављују. Ово почетно везивање се ослања на електростатичке интеракције и ван дер Валсове силе.

Корак 2: Од привременог поравнања до дугорочног-поравнања

Заглављени микроорганизми почињу да луче лепљиву супстанцу звану екстрацелуларне полимерне супстанце (АПИ). Ова супстанца делује као лепак, чврсто фиксирајући микроорганизме на површину материјала за паковање, формирајући "архитектонски оквир" биофилма.

Корак 3: Насељавање и ширење пролиферације

Након насељавања, микроорганизми почињу да расту и размножавају се. Један постаје два, два постају четири... Убрзо танак слој микробног филма прекрива површину материјала за паковање. Ово је биофилм.

Корак 4: Формирање зреле заједнице

Временом, биофилм постаје дебљи, а "становници" унутар њега постају разноврснији. Појавиће се не само бактерије, већ и гљивице, протозое и метазое. Међу њима се формира ланац исхране: бактерије једу загађиваче, протозое једу бактерије, а метазое једу протозое. Тако је успостављен комплетан мали екосистем.

Овај процес се стручно назива формирањем биофилма. За типичну градску отпадну воду, под одговарајућим температурама, формирање биофилма се може завршити за отприлике 7 до 20 дана.

Иако је биофилм само танка мембрана, његова унутрашња структура је прилично слојевита. У зависности од квалитета отпадне воде и услова снабдевања кисеоником, можда неће увек формирати три комплетна слоја; у неким сценаријима могу се формирати само аеробни и анаеробни слој.

Слој који је најближи материјалу за паковање је анаеробни слој. Овај слој је најудаљенији од отпадне воде, што отежава дифузију кисеоника. Углавном га насељавају анаеробне бактерије. Није им потребан кисеоник, добијајући енергију разлагањем сложене органске материје, али је њихова ефикасност разлагања релативно ниска.

Слој који је најближи отпадној води је аеробни слој. Овај слој има релативно обиље кисеоника, а насељавају га аеробне бактерије, које су „главна сила“ у том процесу; овде се углавном одвија деградација органске материје.

Ако отпадна вода захтева денитрификацију, у средини ће се формирати аноксични слој, где факултативне бактерије могу извршити денитрификацију, претварајући нитрате у гас азота. Управо због ове слојевите структуре биофилм може истовремено да доврши аеробне и анаеробне реакције унутар истог слоја-нешто што је тешко постићи у процесима активног муља суспендованог раста.

Биофилмови не расту бесконачно. Када достигну одређену дебљину, одвојиће се и обновити. Главни разлог је што анаеробни слој унутра постаје све дебљи. Када анаеробни слој достигне одређену дебљину, микроорганизми близу површине носача, којима недостаје органска материја за исхрану, улазе у фазу ендогеног дисања, слабећи њихову способност да се вежу за носач. Под силом смицања спољашњег тока воде, стари биофилм ће се одвојити у деловима. Одвојени биофилм излази са протоком воде, а нови микроорганизми се одмах везују за одвојена места. На овај начин се стари биофилм одваја и нови биофилм расте, одржавајући висок ниво активности биофилма.

Овај механизам резултира значајно нижом стопом производње муља у поређењу са процесом активног муља. Иако је периодично уклањање муља и даље неопходно, оно елиминише потребу за честом и прецизном контролом коју захтева процес активног муља, значајно поједностављујући рад и управљање.

У активном муљу, микроорганизми се суспендују у мешаној течности, док се у биофилму микроорганизми имобилишу на материјалу за паковање. Што се тиче отпорности на ударна оптерећења, процеси са активним муљем су генерално мање ефикасни, са флуктуацијама у квалитету и количини воде лако доводе до пада ефикасности третмана; процеси биофилма су много јачи и робуснији.

У смислу прилагодљивости отпадним водама ниске{0}}концентрације, микроорганизми активног муља су склони недовољној исхрани, што доводи до смањене активности; процеси биофилма одржавају високу активност чак и са веома ниским концентрацијама утицаја.

Што се тиче гомилања муља, процеси активног муља су склони нагомилавању муља; процеси биофилма не, пошто су микроорганизми имобилисани.

Што се тиче биомасе по јединици запремине, процеси активног муља обично производе 2 до 4 грама по литру, док процеси биофилма могу достићи 10 до 20 грама по литру, 3 до 5 пута више.

Код истовремене нитрификације и денитрификације, процес активног муља захтева рециркулацију између различитих резервоара; процес биофилма, због своје слојевите структуре, то може постићи унутар истог резервоара.

Како одабрати? Једноставно речено: за велике количине стабилних комуналних отпадних вода, процес активног муља је зрела технологија; за отпадне воде са великим флуктуацијама у запремини и квалитету, ниске концентрације или захтевају истовремену денитрификацију, процес биофилма је повољнији.

Главни процеси обухватају: биолошку контактну оксидацију, МББР, газирани биолошки филтер (БАФ), биолошки ротирајући диск, биолошки флуидизовани слој и традиционалне биолошке филтере (обични, високо{0}}оптерећени, типа торња). Иако се ови процеси разликују по облику, њихов основни принцип је исти-омогућава микроорганизмима да се вежу за носач и формирају биофилм, користећи ову мембрану за пречишћавање отпадне воде.

Главне разлике су двоструке: прво, тип фиксних дискова „кућа“-, материјал за паковање који пуни резервоар, мале керамичке честице наслагане у слој филтера, превртање малих пластичних листова или флуидизоване микрочестице; друго, како се кисеоник доводи-природна вентилација, ротација дискова или вештачка аерација.

Процес биофилма укључује изградњу станишта за микроорганизме, омогућавајући им да се таложе и помажу у пречишћавању отпадних вода.

Када се микроорганизми преселе у своје „домове“, они луче лепљиву супстанцу да се усидре, расту и размножавају, формирајући структурирани биофилм-спољни аеробни слој одговоран за разградњу органске материје и унутрашњи анаеробни слој одговоран за даље разлагање (аноксични слој се може формирати између, у зависности од квалитета воде). Отпадна вода протиче, а загађивачи постепено апсорбују сваки слој. Како биофилм расте до одређене дебљине, стари слојеви се одвајају, а нови настављају да расту. Нема потребе да бринете о нагомилавању муља или честим подешавањима испуштања муља, што чини рад и управљање много лакшим!