PERCHÉ i tuoi supporti MBBR non possono biofilmare in due settimane
e come realizzare rapidamente il biofilm dei nostri biomedia?
Autore: Cody Juntai
Data di pubblicazione: 29 aprile 2022
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Cos'è la tecnologia MBBR o MBBR? MBBR è un metodo efficiente per il trattamento delle acque reflue con un basso volume di fanghi e un funzionamento e una gestione semplici. Questo articolo illustra principalmente il motivo per cui i biomedia a volte non possono biofilm da vari aspetti come il principio del sistema MBBR e i fattori che influenzano la formazione.
Il supporto MBBR serve a far sì che i microrganismi si attacchino alla superficie del supporto MBBR e formino un biofilm. Quando le acque reflue scorrono attraverso la superficie del vettore, la materia organica e l'ossigeno disciolto nelle acque reflue si diffondono all'interno del biofilm. I microrganismi all'interno della membrana effettuano il metabolismo di decomposizione e l'anabolismo degli organismi sulla materia organica in presenza di ossigeno, mentre i metaboliti della decomposizione diffondono dal biofilm alla fase acquosa e all'aria, degradando così la materia organica nelle acque reflue.
Schema dell'articolo
● Principio del processo MBBR (processo sospeso)
● Fattori che influenzano il biofilm MBBR
1. Proprietà della superficie del biotrasportatore MBBR
2. Concentrazione microbica sospesa
3. Attività dei microrganismi sospesi
● Fattori che influenzano il processo di biofilm di MBBR
1. Forze nel processo di sospensione del film bioportante
2. Effetto dell'idrofilicità della superficie del trasportatore
3. Effetto della temperatura sul comportamento di sospensione del film
4. Effetto dell'area superficiale specifica del supporto MBBR e della ruvidità superficiale sulle prestazioni di adesione del biofilm.
Nei mezzi MBBR, gli inquinanti organici, l'ossigeno disciolto e vari nutrienti essenziali devono prima diffondersi dalla fase liquida alla superficie del biofilm, quindi all'interno del biofilm, e solo gli inquinanti diffusi in superficie o all'interno del biofilm possono vengono decomposti e trasformati dai microrganismi all'interno del biofilm, e infine formano vari metaboliti. Inoltre, nei terreni MBBR, i microrganismi vengono immobilizzati sul supporto, ottenendo così la separazione di SRT e HRT (tempo di ritenzione idraulica), che consente la crescita e la riproduzione di microrganismi con un tasso di proliferazione lento. Pertanto, i media MBBR sono un ecosistema microbico stabile e diversificato.
◆ Diagramma di flusso del processo Juntai MBBR
Principio del processo MBBR (processo con membrana sospesa)
Secondo Characklis, Liu et al. la formazione del film microbico avviene solitamente attraverso quattro fasi:MBBR modifica della superficie portante,attacco reversibile, attaccamento irreversibile, e formazione di biofilm.
La descrizione specifica è la seguente: il film microbico sospeso sul supporto MBBR può essere suddiviso in due fasi:adsorbimento microbicoEcrescita del sequestro.
Dopo che il vettore è stato aggiunto al corpo idrico,primaentra nel periodo di assorbimento. Alcuni microrganismi e materiali filamentosi sono rimasti attaccati alla superficie del supporto e il punto in cui sono attaccati più materiali è spesso la parte concava del supporto, che non viene facilmente tagliata dal flusso dell'acqua.In questo momento, i microrganismi in sospensione crescono in grande quantità e appare uno strato di fango più evidente.
Dopo l'attaccamento irreversibile, i microrganismi ottengono un ambiente di crescita relativamente stabile sulla superficie del supporto, e i microrganismi nel fango adsorbito sul supporto iniziano presto a crescere in condizioni di sufficiente apporto di ossigeno e substrato.
Con l'aumento del tempo di addomesticamento della coltura, anche il biofilm che cresceva sulla superficie del supporto è cresciuto rapidamente, ha gradualmente coperto l'intera superficie del supporto e ha iniziato ad addensarsi. Tuttavia, la crescita del biofilm non è stata uniforme, nelle parti più prominenti del supporto il biofilm era più sottile, mentre nelle parti concave crescevano colonie piuttosto prospere, il che dimostrava che il taglio idrodinamico aveva un'influenza importante sulla crescita del biofilm. Man mano che sempre più biofilm vengono attaccati ai trasportatori, la densità apparente dei trasportatori diminuisce gradualmente e diventa più leggera e più facile da fluidificare, mentre i trasportatori nella zona di declino hanno una velocità di declino più lenta.
MBBR Media Biofilm dopo 14 giorni in vasca di aerazione
Fattori che influenzano il biofilm MBBR
Si riferiva ala natura della superficie portante(idrofilicità della superficie del vettore, carica superficiale, composizione chimica della superficie e rugosità superficiale),la natura dei microrganismi(specie di microrganismi, condizioni di coltura, attività e concentrazione) efattori ambientali(pH, forza ionica, taglio idraulico, temperatura, condizioni dei nutrienti e tempo di contatto tra i microrganismi e il trasportatore).
1. Superficie portante MBBRce properties
La proprietà della carica superficiale del trasportatore, la ruvidità, la dimensione delle particelle e la concentrazione del trasportatore influenzano direttamente l'adesione e la formazione del biofilm sulla sua superficie. In un normale ambiente di crescita, i microrganismi hanno una carica negativa sulla loro superficie. La rugosità della superficie del supporto facilita l'attaccamento e l'immobilizzazione dei batteri sulla sua superficie.
① La superficie del carrier aumenta l'area di contatto effettiva tra i batteri e il carrier rispetto ad una superficie liscia.
② Le parti ruvide della superficie del supporto, come buchi e crepe, fungono da scudo per proteggere i batteri aderiti dalle forze di taglio idrauliche.
Si è concluso che i portatori di piccole dimensioni delle particelle sono più facili da generare biofilm a causa del loro basso attrito reciproco e dell'ampia area superficiale specifica rispetto ai portatori di grandi dimensioni delle particelle. Inoltre, anche la concentrazione del portatore è importante per il biofilm MBBR.
Wagner ha scoperto che con una concentrazione di massa del trasportatore molto bassa, anche con uno spessore del biofilm di 295 μm, non è stato possibile ottenere un tasso di rimozione stabile quando si trattano le acque reflue refrattarie con un reattore ad aria compressa. Tuttavia, a una concentrazione di trasportatori di 20-30 g/L, anche se solo il 20% dei trasportatori aveva biofilm spessi 75 μn, il reattore era comunque in grado di raggiungere un tasso di rimozione stabile (98%) con un carico di COD di fino a 58 kg/(m3-d).
2. Concentrazione microbica sospesa
In generale, all'aumentare della concentrazione dei microrganismi sospesi, aumenta la possibilità di un possibile contatto tra i microrganismi e il trasportatore. I risultati di numerosi studi hanno dimostrato che esiste una concentrazione critica di microrganismi sospesi durante l’attacco microbico; all'aumentare della concentrazione microbica, il trasporto microbico mediante gradienti di concentrazione viene migliorato.
Prima del valore critico, la fase di controllo è il trasporto e la diffusione microbica dalla fase liquida alla superficie del supporto; una volta superato questo valore critico, l'attacco e l'immobilizzazione microbica sulla superficie del carrier sono limitati dalla superficie effettiva del carrier e non dipendono più dalla concentrazione dei microrganismi sospesi. Tuttavia, dopo l'equilibrio tra attacco e immobilizzazione, la quantità di microrganismi sulla superficie del trasportatore è determinata dai microrganismi e dalle proprietà della superficie del trasportatore.
3. Attività dei microrganismi sospesi
L'attività microbica è solitamente descritta dal tasso di crescita specifico (μ) dei microrganismi, cioè il tasso di crescita e riproduzione dei microrganismi per unità di massa. Pertanto, quando si studia l'effetto dell'attività microbica sugli stadi iniziali della formazione del biofilm, è fondamentale controllare il tasso di crescita specifico dei microrganismi sospesi. I risultati dello studio sulla formazione di biofilm eterotrofi di Bryers et al. ha dimostrato che la quantità e la velocità iniziale di attacco e fissazione dei batteri nitrificanti sulla superficie del supporto erano proporzionali all'attività dei batteri nitrificanti sospesi.
① Quando l'attività biologica dei microrganismi sospesi è elevata, la loro capacità di secernere polimorfi extracellulari è maggiore.
② Il livello energetico al quale vivono i microrganismi è direttamente correlato al loro tasso di crescita.
③ La struttura superficiale dei microrganismi varia in base alla loro attività.
④ Tempo di contatto microbico con il trasportatore.
⑤ Tempo di ritenzione idraulica (HRT).
⑥ pH della fase liquida.
⑦ Forza di taglio idrodinamica.
Fattori che influenzano il processo di biofilm di MBBR
1. Forze nel processo MBBR Biofilmato
Contribuisce direttamente all'interazione diretta tra i microrganismi e la superficie del carrier e svolge un ruolo cruciale nell'intero processo di biofilm MBBR.
2. Effetto dell'idrofilicità della superficie del trasportatore
La superficie del supporto GPUC contiene gruppi idrofili come gruppi -OH e ammidici, e la maggior parte dei microrganismi stessi hanno una buona idrofilicità e la superficie del supporto e la superficie del microrganismo possono formare una struttura di legame idrogeno; nel frattempo, l'energia libera della superficie del trasportatore idrofilo è inferiore a quella della superficie del trasportatore idrofobico, ed è più probabile che i microrganismi presenti nell'acqua si avvicinino alla superficie del trasportatore idrofilo per l'assorbimento e la crescita.
3. Effetto della temperatura sul biofilm MBBR
L'intervallo di temperatura adatto per i microrganismi aerobici è compreso tra 10 e 35 gradi. La temperatura dell'acqua ha un impatto maggiore sulla crescita dei batteri nitrificanti e sul tasso di nitrificazione. La temperatura di crescita adatta per la maggior parte dei batteri nitrificanti è 25~30 gradi, quando la temperatura è inferiore a 25 gradi o superiore a 30 gradi la crescita dei batteri nitrificanti viene rallentata, al di sotto di 10 gradi la crescita dei batteri nitrificanti e la nitrificazione viene notevolmente rallentata .
Il test sul biofilm MBBR è stato effettuato a 10 gradi, 20 gradi e 35 gradi ed è stata misurata anche la quantità di microrganismi attaccati al riempitivo durante l'intero processo di sospensione della pellicola. I risultati hanno mostrato che: a 10 gradi, il biofilm MBBR ha iniziato lentamente e ci sono voluti 7 giorni per avere un evidente biofilm attaccato, e il biofilm MBBR è maturato dopo 21 giorni e la quantità massima di biomassa attaccata era 2,1 g/L; a 35 gradi, il mezzo MBBR ha iniziato a formare biofilm dopo 4 giorni e il biofilm MBBR è maturato. La quantità massima di biofilm attaccato era 3,5 g/L dopo circa 19 giorni. A circa 20 gradi, il biofilm ha iniziato a formarsi dopo 2 giorni e la quantità massima di biofilm attaccato era 5,7 g/L dopo circa 10 giorni. Si può vedere che l'effetto della temperatura sulla pellicola appesa non era molto evidente e il biofilm poteva formarsi sulla superficie del riempitivo entro 15-30 gradi e la pellicola appesa si avviava più velocemente.
La temperatura è un fattore chiave che influenza l'attività biologica e la capacità metabolica e la sua influenza sul processo di reazione di nitrificazione risiede principalmente nel modello di crescita e nell'attività biologica dei batteri nitrificanti.
L'influenza della temperatura sull'attività biologica si manifesta comel'influenza sulla velocità di reazione biochimicaEl’influenza sulla velocità di trasferimento dell’ossigeno.
Supporti portanti Juntai Biofilm MBBR nel serbatoio di aerazione in due mesi
4. Effetto dell'area superficiale specifica del supporto MBBR e della ruvidità superficiale sulle prestazioni di adesione del biofilm
L'ampia superficie specifica e la ruvidità migliorano la capacità del vettore di catturare i microrganismi. I supporti con grande rugosità superficiale hanno una maggiore capacità di ridistribuzione del flusso d'acqua in modo che il flusso d'acqua nel reattore abbia una minore forza di taglio sul biofilm sul supporto e allo stesso tempo fornisca un ambiente interno favorevole per la miscelazione e il contatto tra microrganismi e substrato , che favorisce l'accumulo di biofilm sulla superficie dell'imballaggio. La superficie ruvida ha uno strato limite laminare più spesso rispetto alla superficie liscia, che può fornire un buon ambiente idrodinamico statico evitando così l'effetto negativo del taglio del flusso d'acqua sulla crescita dei microrganismi attaccati.