Su arıtma endüstrisinde tecrübeli bir satış elemanı olarak, düşük çamur hacmi ve basit operasyonu ile bilinen yüksek verimli bir atık su arıtma yöntemi olan hareketli yatak biyofilm reaktör (MBBR) teknolojisi hakkında bilgi paylaşmaktan heyecan duyuyorum. Bu makalede, sistemin çalışma prensibi ve biyofilm oluşumunu etkileyen faktörler gibi çeşitli yönleri göz önünde bulundurarak biyofilmin bazen MBBR ortamında neden oluşamadığını araştıracağız.
MBBR süreci prensibi
MBBR ortamı, mikroorganizmaların taşıyıcının yüzeyine bağlanmasını ve bir biyofilm oluşturmasını sağlar. Atık su taşıyıcı yüzeyine aktığında, organik madde ve sudaki çözünmüş oksijen biyofilm içine yayılır. Biyofilm içindeki mikroorganizmalar, oksijen varlığında organik maddeyi metabolize eder ve asimile eder. Ayrışma ürünleri daha sonra su fazına ve havaya yayılır ve atık sudaki organik kirleticileri etkili bir şekilde bozar.
Characklis, Liu ve diğerlerine göre, mikrobiyal filmin oluşumu tipik olarak dört aşamadan geçer: taşıyıcı yüzey modifikasyonu, geri dönüşümlü bağlanma, geri döndürülemez bağlanma ve biyofilm oluşumu. Bu işlem iki ana aşamaya ayrılabilir: mikrobiyal adsorpsiyon ve sekestrasyon büyümesi.
MBBR'de biyofilm oluşumunu etkileyen faktörler
1. Taşıyıcı yüzey özellikleri
MBBR taşıyıcının yüzey yükü, pürüzlülüğü, parçacık boyutu ve konsantrasyonu biyofilm bağlanmasını ve oluşumunu doğrudan etkiler. Mikroorganizmalar genellikle normal büyüme koşulları altında yüzeylerinde negatif bir yüke sahiptir. Kaba bir taşıyıcı yüzey bakteriyel bağlanma ve immobilizasyonu kolaylaştırır.
♦ Taşıyıcının daha geniş bir yüzey alanı, bakteriler ve taşıyıcı arasındaki etkili temas alanını pürüzsüz bir yüzeye kıyasla arttırır.
♦ Taşıyıcı yüzeyinin delikler ve çatlaklar gibi kaba kısımları, yapışmış bakterileri hidrolik kesme kuvvetlerinden korumak için bir kalkan görevi görür.
Daha küçük parçacık boyutu taşıyıcılarının düşük karşılıklı sürtünmeleri ve geniş spesifik yüzey alanları nedeniyle biyofilm üretme olasılığı daha yüksektir. Taşıyıcı konsantrasyonu da biyofilm oluşumu için çok önemlidir. Wagner, çok düşük taşıyıcı kütle konsantrasyonlarında, kalın bir biyofilm ile bile, refrakter atık su tedavisi sırasında kararlı bir çıkarma oranının elde edilemeyeceğini buldu. Bununla birlikte, 20-30 g/L'nin bir taşıyıcı konsantrasyonunda, reaktör, ince bir biyofilm bulunan taşıyıcıların sadece% 20'si olsa bile kararlı bir çıkarma hızı elde edebilir.
2. Süslenmiş mikrobiyal konsantrasyon
Genel olarak, asılı mikroorganizmaların konsantrasyonu arttıkça, mikroorganizmalar ve taşıyıcı arasındaki temas şansı da artar. Mikrobiyal bağlanma sırasında askıya alınmış mikroorganizmaların kritik bir konsantrasyonu vardır. Bu kritik değerden önce, mikrobiyal taşınma ve sıvı fazdan taşıyıcı yüzeye difüzyon kontrol aşamasıdır. Bu değer aşıldıktan sonra, taşıyıcı yüzey üzerindeki mikrobiyal bağlanma ve immobilizasyon, taşıyıcının etkili yüzey alanı ile sınırlıdır ve artık asılı mikroorganizmaların konsantrasyonuna bağlı değildir.
3. askıya alınmış mikroorganizmaların aktivitesi
Spesifik büyüme oranı (μ) ile tarif edilen mikrobiyal aktivite, biyofilm oluşumunun başlangıç aşamalarını incelerken çok önemlidir. Bağlanma miktarı ve başlangıç hızı ve taşıyıcı yüzey üzerindeki nitrifikasyon bakterilerinin sabitlenmesi, asılı nitrifikasyon bakterilerinin aktivitesi ile orantılıdır.
♦ Askıya alınmış mikroorganizmaların biyolojik aktivitesi yüksek olduğunda, hücre dışı polimerler salgılama yetenekleri de daha yüksektir.
♦ Mikroorganizmaların yaşadığı enerji seviyesi doğrudan büyüme oranlarıyla ilişkilidir.
♦ Mikroorganizmaların yüzey yapısı aktivitelerine göre değişir.
♦ Taşıyıcı ile mikrobiyal temas süresi, hidrolik tutma süresi (HRT), sıvı faz pH ve hidrodinamik kayma kuvveti gibi faktörler de rol oynar.
MBBR biyofilm oluşum işlemi sırasında etkileyici faktörler
1. Biyofilm oluşum işleminde güçler
Bu kuvvetler, tüm biyofilm oluşum sürecinde önemli bir rol oynayarak mikroorganizmalar ve taşıyıcı yüzey arasındaki etkileşime doğrudan katkıda bulunur.
2. taşıyıcı yüzey hidrofilikliğinin etkisi
GPUC taşıyıcısının yüzeyi -OH ve amid grupları gibi hidrofilik gruplar içerir. Çoğu mikroorganizma iyi hidrofilikliğe sahiptir ve taşıyıcı yüzeyi ve mikroorganizma yüzeyi hidrojen bağlama yapıları oluşturabilir. Hidrofilik bir taşıyıcı yüzeyinin serbest enerjisi, hidrofobik bir yüzeyden daha düşüktür, bu da sudaki mikroorganizmaların büyüme için hidrofilik taşıyıcı yüzeyine yaklaşmasını ve adsorbe etmesini kolaylaştırır.
3. biyofilm oluşumuna sıcaklık etkisi
Aerobik mikroorganizmalar için uygun sıcaklık aralığı 10 ~ 35 derecedir. Su sıcaklığı, nitrifikasyon bakterilerinin büyümesini ve nitrifikasyon oranını önemli ölçüde etkiler. Çoğu nitrifikasyon bakterisi için optimal büyüme sıcaklığı 25 ~ 30 derecedir. Sıcaklık 25 derecenin altında veya 30 derecenin üzerinde olduğunda, nitrifikasyon bakterilerinin büyümesi yavaşlar ve 10 derecenin altında, büyümeleri ve nitrifikasyonları önemli ölçüde geciktirilir.
10 derece, 20 derece ve 35 derecesinde yapılan testler, 10 derece, biyofilm oluşumunun yavaşça başladığını, 7 gün sonra fark edilebilir biyofilm bağlanması ve 21 gün sonra olgunlaşma ile maksimum ekli biyokütle 2.1 g/l olduğunu gösterdi. 35 derecede, biyofilm 4 gün sonra oluşmaya başladı ve yaklaşık 19 gün sonra olgunlaştı, maksimum ekli biyofilm miktarı 3,5 g/L. 20 derece, biyofilm 2 gün sonra oluşmaya başladı ve yaklaşık 10 gün sonra maksimum ekli biyofilm 5.7 g/l'ye ulaştı. Sıcaklığın, 15-30 derecesi arasında daha hızlı başlatma ile biyofilm oluşumu üzerinde önemli bir etkisi olduğu açıktır.
Sıcaklık, biyolojik aktiviteyi ve metabolik kapasiteyi etkileyen anahtar bir faktördür ve nitrifikasyon reaksiyon sürecini esas olarak nitrifikasyon bakterilerinin büyüme paterni ve biyolojik aktivitesi yoluyla etkilemektedir. Biyokimyasal reaksiyon hızını ve oksijen transfer hızını etkiler.
4. Taşıyıcıya özgü yüzey alanı ve biyofilm yapışma performansı üzerindeki yüzey pürüzlülüğü
Büyük bir spesifik yüzey alanı ve pürüzlülük, taşıyıcının mikroorganizmaları yakalama yeteneğini arttırır. Yüksek yüzey pürüzlülüğüne sahip taşıyıcılar, su akışını yeniden dağıtma, biyofilm üzerindeki kesme kuvvetini azaltma ve mikroorganizmalar ve substrat arasındaki karıştırma ve temas için uygun bir ortam sağlama konusunda daha güçlü bir yeteneğe sahiptir. Kaba yüzey, düz bir yüzeyden daha kalın bir laminer sınır tabakasına sahiptir, bu da iyi bir statik hidrodinamik ortam sunar ve su akışı kaymasının bağlı mikroorganizmaların büyümesi üzerindeki olumsuz etkilerinden kaçınır.