Kao iskusni prodavač u industriji za obradu vode, uzbuđen sam što dijelim uvid u tehnologiju Biofilm Reactor (MBBR) pokretnog kreveta, visoko učinkovit način obrade otpadnih voda poznat po niskom količini mulja i jednostavnom radu. U ovom ćemo članku ući u to zašto se biofilm ponekad ne formira na MBBR medijima, uzimajući u obzir različite aspekte kao što su princip sustava i faktori koji utječu na stvaranje biofilma.
Načelo procesa MBBR
MBBR mediji omogućuju mikroorganizmi da se pričvršćuju na površinu nosača i formiraju biofilm. Kada otpadne vode teče preko površine nosača, organska tvar i otopljeni kisik u vodi difundira se u biofilm. Mikroorganizmi unutar biofilma metaboliziraju i asimiliraju organsku tvar u prisutnosti kisika. Proizvodi raspadanja zatim difundiraju natrag u vodenu fazu i zrak, učinkovito degradirajući organske zagađivače u otpadnim vodama.
Prema Characklisu, Liu i drugima, stvaranje mikrobnog filma obično prolazi kroz četiri faze: modifikacija površine nosača, reverzibilni prilog, nepovratni prilog i stvaranje biofilma. Ovaj se postupak može podijeliti u dvije glavne faze: mikrobna adsorpcija i rast sekvestracije.
Čimbenici koji utječu na stvaranje biofilma u MBBR
1. Svojstva površinskih nosača
Površinski naboj, hrapavost, veličina čestica i koncentracija nosača MBBR izravno utječu na pričvršćivanje i stvaranje biofilma. Mikroorganizmi obično imaju negativan naboj na svojoj površini u normalnim uvjetima rasta. Gruba površina nosača olakšava bakterijsko pričvršćivanje i imobilizaciju.
♦ Veća površina nosača povećava učinkovito kontaktno područje između bakterija i nosača u usporedbi s glatkom površinom.
♦ Grubi dijelovi površine nosača, poput rupa i pukotina, djeluju kao štit kako bi zaštitili ljepljene bakterije od hidrauličkih sila smicanja.
Manji nosači veličine čestica imaju veću vjerojatnost da će generirati biofilme zbog njihovog niskog međusobnog trenja i velike specifične površine. Koncentracija nosača također je presudna za stvaranje biofilma. Wagner je otkrio da se u vrlo niskim koncentracijama mase nosača, čak i s debelim biofilmom, stabilna brzina uklanjanja ne može postići pri liječenju vatrostalne otpadne vode. Međutim, u koncentraciji nosača od 20-30 g/l, reaktor bi mogao postići stabilnu brzinu uklanjanja čak i ako samo 20% nosača ima tanki biofilm.
2. Suspendirana koncentracija mikroba
Općenito, kako se povećava koncentracija suspendiranih mikroorganizama, povećava se i šansa za kontakt između mikroorganizama i nosača. Postoji kritična koncentracija suspendiranih mikroorganizama tijekom pričvršćivanja mikroba. Prije ove kritične vrijednosti, mikrobni transport i difuzija od tekuće faze do površine nosača je kontrolni korak. Nakon što se ta vrijednost premaši, mikrobni pričvršćivanje i imobilizacija na površini nosača ograničeni su efektivnom površinom nosača i više ne ovise o koncentraciji suspendiranih mikroorganizama.
3. Aktivnost suspendiranih mikroorganizama
Mikrobna aktivnost, opisana specifičnom brzinom rasta (μ), presudna je prilikom proučavanja početnih faza stvaranja biofilma. Količina i početna brzina pričvršćivanja i fiksacija nitrirajućih bakterija na površini nosača proporcionalna su aktivnosti suspendiranih nitrirajućih bakterija.
♦ Kad je biološka aktivnost suspendiranih mikroorganizama velika, njihova sposobnost izdvajanja izvanstaničnih polimera također je veća.
♦ Energetska razina na kojoj žive mikroorganizmi izravno je povezana s njihovom stopom rasta.
♦ Površinska struktura mikroorganizama varira od njihove aktivnosti.
♦ Čimbenici kao što su vrijeme kontakta mikroba s nosačem, vrijeme hidrauličkog zadržavanja (HRT), pH tekuće faze i hidrodinamička smicanja također igraju ulogu.
Utjecajni čimbenici tijekom procesa stvaranja biofilma MBBR
1.Proniše u procesu formiranja biofilma
Te sile izravno doprinose interakciji između mikroorganizama i površine nosača, igrajući ključnu ulogu u cijelom procesu stvaranja biofilma.
2. Učinak površinske hidrofilnosti nosača
Površina GPUC nosača sadrži hidrofilne skupine kao što su -OH i amidne skupine. Većina mikroorganizama ima dobru hidrofilnost, a površina nosača i površine mikroorganizma mogu tvoriti strukture vezanja vodika. Slobodna energija površine hidrofilne nosača niža je od energije hidrofobne, što olakšava mikroorganizmi u vodi približavanje i adsorbiranje na površinu hidrofilnog nosača za rast.
3. Učinak temperature na stvaranju biofilma
Prikladan temperaturni raspon za aerobne mikroorganizme je 10 ~ 35 stupnjeva. Temperatura vode značajno utječe na rast nitrifikacijskih bakterija i brzinu nitrifikacije. Optimalna temperatura rasta za većinu nitrirajućih bakterija je 25 ~ 30 stupnjeva. Kad je temperatura ispod 25 stupnjeva ili iznad 30 stupnjeva, rast nitrifikacijskih bakterija usporava, a ispod 10 stupnjeva njihov rast i nitrifikacija značajno su retardirani.
Ispitivanja provedena na 10 stupnjeva, 20 stupnjeva i 35 stupnjeva pokazala su da je na 10 stupnjeva formiranje biofilma počelo polako, s primjetnim pričvršćivanjem biofilma nakon 7 dana i sazrijevanjem nakon 21 dana, s maksimalno pričvršćenom biomasom od 2,1 g/L. S 35 stupnjeva, biofilm se počeo formirati nakon 4 dana i sazrio se nakon otprilike 19 dana, s maksimalno priloženom količinom biofilma od 3,5 g/L. S 20 stupnjeva, biofilm se počeo formirati nakon 2 dana i dostigao je maksimalno priloženu količinu biofilma od 5,7 g/l nakon otprilike 10 dana. Očito je da temperatura ima značajan utjecaj na stvaranje biofilma, s bržim inicijacijom između 15-30 stupnja.
Temperatura je ključni faktor koji utječe na biološku aktivnost i metaboličku sposobnost, utječući na reakcijski proces nitrifikacije, uglavnom kroz obrazac rasta i biološku aktivnost nitrirajućih bakterija. Utječe na brzinu biokemijske reakcije i brzinu prijenosa kisika.
4. Učinak specifične površine i hrapavosti površine nosača na performansama prianjanja biofilma
Velika specifična površina i hrapavost pojačavaju sposobnost nosača da uhvati mikroorganizme. Nosači s velikom površinskom hrapavošću imaju jaču sposobnost preraspodjele protoka vode, smanjujući silu smicanja na biofilmu i pružanje povoljnog okruženja za miješanje i kontakt između mikroorganizama i supstrata. Gruba površina ima deblji granični sloj laminara od glatke površine, nudeći dobar statički hidrodinamički okruženje i izbjegavajući štetne učinke smicanja protoka vode na rast priloženih mikroorganizama.