Yksinkertainen selitys biofilmikäsittelystä: kodin tarjoaminen bakteereille vahvalle ja huolettomalle-ilmainen jäteveden käsittely

Aktiivilieteprosessi on yleisimmin käytetty biologinen jätevedenkäsittelytekniikka. Aktiivilietejärjestelmässä jätevettä puhdistavat mikro-organismit ovat suspendoituneessa kasvutilassa-ne ryhmittyvät pieniksi ryhmiksi muodostaen flokkeja ja suspendoituvat sekalipeään ilmastuksen alaisena, kiehuen vesivirran mukana. Mikro-organismit ja jätevesi joutuvat täydellisesti kosketukseen, mikä poistaa vedestä epäpuhtaudet.

Tämä järjestelmä toimii erittäin hyvin, mutta sillä on yksi haittapuoli: se on herkkä. Jos sisään tulevan jäteveden määrä äkillisesti kasvaa, sen pitoisuus nousee äkillisesti tai veden lämpötila äkillisesti laskee tai pH vaihtelee voimakkaasti, mikro-organismit voivat "toimia"-käsittelyn teho heikkenee tai jopa lietteen bulkkia tapahtuu, mikä vaikuttaa järjestelmän normaaliin toimintaan.

Siksi insinöörit ihmettelivät, voisivatko he muuttaa lähestymistapaansa ja antaa mikro-organismien "aseta" kiinteään paikkaan sen sijaan, että ne leijuisivat jatkuvasti vedessä?

Tämä on biofilmiprosessi. Yksinkertaisesti sanottuna biofilmiprosessissa käytetään mikro-organismeja, jotka kasvavat suodatinaineella tai kantajalla jäteveden käsittelyyn.

Biofilmitekniikan ydinidea on yksinkertainen: tarjoa mikro-organismeille kiinteät "talot", joissa ne voivat asettua, lisääntyä ja muodostaa "mikrobiyhteisön". Jätevesi virtaa tämän yhteisön läpi, ja "asukkaat" kuluttavat sisällä olevat saasteet.

Näitä "taloja" kutsutaan ammattimaisesti pakkausmateriaaleiksi tai kantoaineiksi. Erilaiset biofilmiprosessit käyttävät täysin erilaisia ​​kantajia. Yleisimmät tyypit ovat:

Ensimmäinen tyyppi: Pakkausmateriaali biologisessa kontaktihapetuksessa – "muovifilamenttipallot" roikkuvat säiliössä

Kontaktihapetussäiliö on täytetty pakkausmateriaalien sarjoilla, jotka muistuttavat suuria muoviharjoja. Jätevettä ilmastetaan säiliön pohjalta ja huuhdellaan ylöspäin, jolloin nämä pakkausmateriaalit heiluvat kevyesti vedessä kellertävän-ruskean biokalvon peittämänä. Tämän tyyppisellä pakkausmateriaalilla on suuri ominaispinta-ala; 1 kuutiometri voi tarjota 800-900 neliömetriä "asuintilaa".

Toinen tyyppi: Levyt biologisissa pyörivissä kiekoissa – "pyörivät levyt"

Biologisissa pyörivissä kiekoissa ei käytetä pakkausmateriaaleja; heidän "talonsa" ovat itse kiekot – kymmeniä suuria, halkaisijaltaan 2–3 metriä olevia kiekkoja, jotka on koottu yhteen pyörivälle akselille ja joita pyöritetään hitaasti nopeuden alentamalla. Ensimmäinen tyyppi sisältää biologisen suodatinlevyn, joka on puoliksi upotettu jäteveteen ja puoliksi alttiina ilmalle. Mikro-organismit kasvavat kiekon molemmilla puolilla, ja ne imevät epäpuhtauksia, kun ne ovat veden alla, ja absorboivat happea ilmasta joutuessaan pintaan. Tällä mallilla on suhteellisen alhainen energiankulutus, se ei vaadi ylimääräistä ilmastusta ja on taloudellinen käytössä.

Kolmas tyyppi: Biologisesti ilmastetun suodattimen (BAF) pakkausmateriaali – "pienistä keraamisista kivistä valmistettu suodatinpeti"

BAF käyttää pieniä keraamisia kiviä, joiden halkaisija on 3–6 millimetriä, kasattuina kuin pieniä kiviä säiliöön. Jätevesi virtaa alhaalta ylös, kun taas ilmastus tapahtuu samanaikaisesti alhaalta. Tällä pienhiukkassuunnittelulla on kaksi etua: ensinnäkin suuri ominaispinta-ala, mikä johtaa suureen biomassaan tilavuusyksikköä kohti; toiseksi, hiukkasten väliset raot vangitsevat suspendoituneita kiintoaineita, mikä tekee BAF-jätevedestä poikkeuksellisen kirkasta.

Neljäs tyyppi: Biologisen biosuodattimen (MBBR) pakkausmateriaali – "veteen kaatuvia pieniä muovilevyjä"

MBBR käyttää ripustettuja pieniä muovilevyjä, jotka on muotoiltu pieniksi pyöriksi tai sylintereiksi ja joiden tiheys on hieman vettä kevyempi. Ilmastuksella nämä pakkausmateriaalit rullaavat ja virtaavat jatkuvasti säiliössä, jolloin biofilmi pääsee kosketuksiin jäteveden kanssa niiden liikkuessa. Pakkausmateriaali on jatkuvasti liikkeessä; ikääntyvä biofilmi hierotaan pois ja uusi biofilmi kasvaa jatkuvasti, mikä eliminoi manuaalisen vastapesun tarpeen. Siinä on vahvat-itsepuhdistusominaisuudet, eikä se tukkeudu säiliöön.

Viides tyyppi: Biologisen leijukerroksen kantaja – "pienet hiukkaset, jotka pyörtyvät kuin puuro"

Biologisissa leijukerroksissa käytetään vielä pienempiä kantoaineita, tyypillisesti 0,3-1 mm hiekkaa, aktiivihiiltä tai koksihiukkasia. Nopean-vesi- tai ilmavirran ohjaamana nämä pienet hiukkaset pyörivät jatkuvasti ja juoksevat kuin puuroa. Koska kantoaine on erittäin pieni, jokainen kuutiometri kantajaa voi tarjota 2 000 - 3 000 neliömetriä asuintilaa, mikä johtaa korkeimpiin mikrobipitoisuuksiin ja tilavuuskuormitukseen kaikista biofilmiprosesseista. Sillä on erittäin korkea hoitotehokkuus ja erittäin pieni jalanjälki, mutta sen suunnittelu ja toiminta ovat myös suhteellisen monimutkaisia.

Näillä erityyppisillä "taloilla" on jokaisella omat soveltuvat skenaarionsa. Kosketushapetus soveltuu pieniin ja keskikokoisiin jätevesien käsittelyyn, MBBR soveltuu jälkiasennukseen ja laajennukseen, BAF soveltuu edistyneeseen käsittelyyn, biologiset pyörivät levyt sopivat pieniin-tilavuuksiin,-energiansäästöskenaarioihin ja biologiset leijupedit soveltuvat suuriin{4}}teollisiin jätevesitiloihin tai -pitoisuuksiin.

Kun pakkausmateriaali laitetaan jäteveteen ja jätevesi jatkaa virtaamista sen läpi, tämä prosessi alkaa.

Vaihe 1: Mikro-organismit kulkevat ohi ja asettuvat sisään

Jätevesi sisältää suuren määrän mikro-organismeja. Kun ne virtaavat pakkausmateriaalin pinnan poikki, osa jää kiinni. Tämä alkuperäinen kiinnitys perustuu sähköstaattisiin vuorovaikutuksiin ja van der Waalsin voimiin.

Vaihe 2: Väliaikaisesta sovintoratkaisusta pitkäaikaiseen-ratkaisuun

Juuttuneet mikro-organismit alkavat erittää tahmeaa ainetta, jota kutsutaan solunulkoisiksi polymeerisiksi aineiksi (API). Tämä aine toimii kuin liima kiinnittäen mikro-organismit tiukasti pakkausmateriaalin pintaan ja muodostaen biofilmin "arkkitehtonisen kehyksen".

Vaihe 3: asettuminen ja leviäminen Proliferate

Istuttuaan mikro-organismit alkavat kasvaa ja lisääntyä. Yhdestä tulee kaksi, kahdesta neljä… Pian ohut mikrobikalvokerros peittää pakkausmateriaalin pinnan. Tämä on biofilmi.

Vaihe 4: Aikuisen yhteisön muodostaminen

Ajan myötä biofilmi paksunee ja sen sisällä olevat "asukkaat" monipuolistuvat. Ei vain bakteerit, vaan myös sienet, alkueläimet ja metazoa. Niiden joukossa muodostuu ravintoketju: bakteerit syövät saasteita, alkueläimet syövät bakteereja ja metaeläimet alkueläimiä. Näin muodostuu täydellinen pieni ekosysteemi.

Tätä prosessia kutsutaan ammattimaisesti biofilmin muodostukseksi. Tyypillisissä yhdyskuntajätevesissä biokalvon muodostuminen voidaan sopivissa lämpötiloissa saada valmiiksi noin 7-20 päivässä.

Vaikka biokalvo on vain ohut kalvo, sen sisäinen rakenne on melko kerroksellinen. Jäteveden laadusta ja hapen saantiolosuhteista riippuen se ei välttämättä aina muodosta kolmea kokonaista kerrosta; joissakin skenaarioissa voi muodostua vain aerobinen ja anaerobinen kerros.

Pakkausmateriaalia lähinnä oleva kerros on anaerobinen kerros. Tämä kerros on kauimpana jätevedestä, mikä vaikeuttaa hapen diffundoitumista. Se on pääasiassa anaerobisten bakteerien asuttama. Ne eivät tarvitse happea, vaan saavat energiaa hajottamalla monimutkaista orgaanista ainetta, mutta niiden hajoamistehokkuus on suhteellisen alhainen.

Jätevettä lähinnä oleva kerros on aerobinen kerros. Tässä kerroksessa on suhteellisen runsaasti happea, ja siinä asuu aerobisia bakteereja, jotka ovat prosessin "päävoima"; orgaanisen aineen hajoaminen tapahtuu pääasiassa täällä.

Jos jätevesi vaatii denitrifikaatiota, keskelle muodostuu hapeton kerros, jossa fakultatiiviset bakteerit voivat suorittaa denitrifikaatiota muuttaen nitraatit typpikaasuksi. Juuri tämän kerrosrakenteen ansiosta biokalvo voi samanaikaisesti suorittaa aerobisia ja anaerobisia reaktioita samassa kerroksessa,{1}}jota on vaikea saavuttaa suspendoituneessa aktiivilieteprosesseissa.

Biofilmit eivät kasva loputtomiin. Kun ne saavuttavat tietyn paksuuden, ne irtoavat ja uusiutuvat. Pääsyynä on, että sisällä oleva anaerobinen kerros paksunee jatkuvasti. Kun anaerobinen kerros saavuttaa tietyn paksuuden, kantajan pinnan lähellä olevat mikro-organismit, joista puuttuu orgaanista ainetta ravinnoksi, siirtyvät endogeeniseen hengitysvaiheeseen, mikä heikentää niiden kykyä kiinnittyä kantajaan. Ulkoisen vesivirran leikkausvoiman alaisena ikääntyvä biokalvo irtoaa laikkuina. Irronnut biofilmi virtaa ulos vesivirran mukana, ja uudet mikro-organismit kiinnittyvät välittömästi irrotettuihin kohtiin. Tällä tavalla vanha biofilmi irtoaa ja uusi biofilmi kasvaa säilyttäen korkean biofilmin aktiivisuuden.

Tämä mekanismi johtaa merkittävästi pienempään lietteen tuotantoon verrattuna aktiivilieteprosessiin. Vaikka lietteen säännöllinen poisto on edelleen tarpeen, se eliminoi aktiivilieteprosessin edellyttämän säännöllisen ja tarkan valvonnan tarpeen, mikä yksinkertaistaa toimintaa ja hallintaa huomattavasti.

Aktiivilieteessä mikro-organismit suspendoituvat sekalipeään, kun taas biofilmissä mikro-organismit immobilisoituvat pakkausmateriaaliin. Mitä tulee iskukuormituksen kestävyyteen, aktiivilieteprosessit ovat yleensä vähemmän tehokkaita, ja veden laadun ja määrän vaihtelut johtavat helposti käsittelytehokkuuden heikkenemiseen. biofilmiprosessit ovat paljon vahvempia ja kestävämpiä.

Aktiivilietteen mikro-organismit sopeutuvat vähäpitoisuuksiin{0}}jäteveteen, joten ne ovat alttiita aliravitsemukselle, mikä heikentää aktiivisuutta. biofilmiprosessit ylläpitävät korkeaa aktiivisuutta jopa erittäin alhaisilla sisäänvirtauspitoisuuksilla.

Mitä tulee lietteen bulkkiin, aktiivilieteprosessit ovat alttiita lietteen täytteelle; biofilmiprosessit eivät, koska mikro-organismit immobilisoidaan.

Biomassan tilavuusyksikköä kohden mitattuna aktiivilieteprosessit tuottavat tyypillisesti 2–4 grammaa litrassa, kun taas biofilmiprosessit voivat saavuttaa 10–20 grammaa litrassa, 3–5 kertaa enemmän.

Samanaikaisessa nitrifikaatiossa ja denitrifikaatiossa aktiivilieteprosessi vaatii kierrätystä eri säiliöiden välillä; kerrostetun rakenteensa ansiosta biofilmiprosessi voi saavuttaa tämän samassa säiliössä.

Kuinka valita? Yksinkertaisesti sanottuna: suurille määrille stabiilia yhdyskuntajätevettä aktiivilieteprosessi on kypsä tekniikka; jätevedelle, jonka tilavuus- ja laatuvaihtelut ovat suuria, pitoisuus on alhainen tai joka vaatii samanaikaista denitrifikaatiota, biofilmiprosessi on edullisempi.

Pääprosessit ovat: biologinen kontaktihapetus, MBBR, ilmastettu biologinen suodatin (BAF), biologinen pyörivä kiekko, biologinen leijukerros ja perinteiset biologiset suodattimet (tavallinen, korkea{0}}kuorma, tornityyppi). Vaikka nämä prosessit eroavat muodoltaan, niiden ydinperiaate on sama-, mikä mahdollistaa mikro-organismien kiinnittymisen kantajaan ja muodostaa biokalvon ja käyttää tätä kalvoa jäteveden puhdistamiseen.

Tärkeimmät erot ovat kaksinkertaisia: ensinnäkin "talon"-kiinteiden levyjen tyyppi, säiliön täyttävä pakkausmateriaali, pienet keraamiset hiukkaset pinottuna suodatinkerrokseen, pyörivät pienet muovilevyt tai leijuvat mikrohiukkaset; toiseksi, kuinka happea syötetään-luonnollinen ilmanvaihto, kiekon pyöritys tai keinoilmastus.

Biofilmiprosessissa rakennetaan mikro-organismeille elinympäristöjä, jotka mahdollistavat niiden asettumisen ja auttavat käsittelemään jätevettä.

Kun mikro-organismit siirtyvät "koteihinsa", ne erittävät tahmeaa ainetta ankkuroidakseen itsensä, kasvaakseen ja lisääntyäkseen muodostaen rakenteellisen biokalvon -ulomman aerobisen kerroksen, joka vastaa orgaanisen aineen hajoamisesta, ja sisemmän anaerobisen kerroksen, joka vastaa edelleen hajoamisesta (väliin voi muodostua hapeton kerros veden laadusta riippuen). Jätevesi virtaa läpi, ja jokainen kerros imee epäpuhtaudet vähitellen. Kun biokalvo kasvaa tiettyyn paksuuteen, vanhat kerrokset irtoavat ja uudet kasvavat edelleen. Sinun ei tarvitse huolehtia lietteen kokoamisesta tai toistuvista lietteenpoiston säädöistä, mikä tekee käytöstä ja hallinnasta paljon helpompaa!