ПОЧЕМУ ваш носитель MBBR не может создать биопленку за две недели
и как быстро превратить нашу биосреду в биопленку?
Автор: Коди Джунтай
Дата публикации: 29 апреля 2022 г.
Теги публикации:
Что такое MBBR или технология MBBR? MBBR — это эффективный метод очистки сточных вод с небольшим объемом осадка и простотой эксплуатации и управления. В этой статье в основном рассказывается, почему биомедиа иногда не могут создавать биопленки с различных аспектов, таких как принцип системы MBBR и влияющие факторы на формирование.
Среда MBBR предназначена для того, чтобы микроорганизмы прикреплялись к поверхности носителя MBBR и образовывали биопленку. Когда сточные воды проходят через поверхность носителя, органические вещества и растворенный кислород в сточных водах диффундируют внутрь биопленки. Микроорганизмы внутри мембраны осуществляют метаболизм разложения и анаболизм организма на органические вещества в присутствии кислорода, в то время как метаболиты разложения диффундируют из биопленки в водную фазу и воздух, тем самым разлагая органические вещества в сточных водах.
Краткое содержание статьи
● Принцип процесса MBBR (зависающий процесс)
● Факторы, влияющие на биопленку MBBR.
1. Свойства поверхности бионосителя MBBR
2. Концентрация взвешенных микробов
3. Активность взвешенных микроорганизмов
● Факторы, влияющие на процесс биопленки MBBR
1. Силы в процессе навешивания пленки бионосителя
2. Влияние гидрофильности поверхности носителя.
3. Влияние температуры на поведение пленки при подвешивании.
4. Влияние удельной поверхности носителя MBBR и шероховатости поверхности на эффективность адгезии биопленки.
В среде MBBR органические загрязнители, растворенный кислород и различные необходимые питательные вещества должны сначала диффундировать из жидкой фазы на поверхность биопленки, а затем внутрь биопленки, и только загрязнители, диффундирующие на поверхность или внутрь биопленки, могут разлагаются и трансформируются микроорганизмами внутри биопленки и, наконец, образуют различные метаболиты. Кроме того, в средах MBBR микроорганизмы иммобилизуются на носителе, тем самым достигается разделение SRT и HRT (гидравлическое время удерживания), что обеспечивает рост и размножение микроорганизмов с медленной скоростью пролиферации. Таким образом, среда MBBR представляет собой стабильную и разнообразную микробную экосистему.
◆ Блок-схема процесса Juntai MBBR
Принцип процесса MBBR (висячий мембранный процесс)
По словам Чараклиса, Лю и др. Образование микробной пленки обычно проходит четыре стадии:МББР модификация поверхности носителя,двустороннее крепление, необратимая привязанность, и образование биопленок.
Конкретное описание следующее: навешивание микробной пленки на носитель MBBR можно разделить на два этапа:микробная адсорбцияирост секвестрации.
После добавления носителя в водоем,это сначалавступает в период адсорбции. Некоторые микроорганизмы и нитевидные материалы прикрепились к поверхности носителя, а местом прикрепления большего количества материалов часто является вогнутая часть носителя, которая с трудом поддается сдвигу потоком воды.В это время, микроорганизмы в суспензии растут в больших количествах и появляется более заметный слой осадка.
После необратимого прикрепления микроорганизмы получают относительно стабильную среду роста на поверхности носителя, и микроорганизмы в адсорбированном на носителе иле вскоре начинают расти при условии достаточного поступления кислорода и субстрата.
С увеличением времени доместикации культуры биопленка, растущая на поверхности носителя, также быстро росла, постепенно покрывала всю поверхность носителя и начинала утолщаться. Однако рост биопленки не был равномерным: в более выступающих частях носителя биопленка была тоньше, а в вогнутых частях росли вполне процветающие колонии, что показало, что гидродинамический сдвиг оказывает важное влияние на рост биопленки. По мере того, как к носителям прикрепляется все больше и больше биопленок, кажущаяся плотность носителей постепенно уменьшается и становится легче и легче псевдоожижается, в то время как носители в зоне снижения имеют более медленную скорость снижения.
Биопленка MBBR Media после 14 дней в аэрационном резервуаре
Факторы, влияющие на биопленку MBBR
Это связано схарактер несущей поверхности(гидрофильность поверхности носителя, поверхностный заряд, химический состав поверхности и шероховатость поверхности),природа микроорганизмов(вид микроорганизмов, условия культивирования, активность и концентрация) ифакторы окружающей среды(pH, ионная сила, гидравлический сдвиг, температура, питательные условия и время контакта между микроорганизмами и носителем).
1. MBBR Carrier SurfaCE прoПертиэс
Свойство поверхностного заряда носителя, шероховатость, размер частиц и концентрация носителя напрямую влияют на прикрепление и образование биопленки на его поверхности. В нормальной среде роста микроорганизмы имеют отрицательный заряд на своей поверхности. Шероховатость поверхности носителя облегчает прикрепление и иммобилизацию бактерий на его поверхности.
① Площадь поверхности носителя увеличивает эффективную площадь контакта между бактериями и носителем по сравнению с гладкой поверхностью.
② Шероховатые части поверхности носителя, такие как отверстия и трещины, действуют как щит, защищающий прилипшие бактерии от сил гидравлического сдвига.
Был сделан вывод, что на носителях с мелкими частицами легче образовывать биопленки из-за их низкого взаимного трения и большой удельной поверхности по сравнению с носителями с крупными частицами. Кроме того, концентрация носителя также важна для биопленок MBBR.
Вагнер обнаружил, что при очень низкой массовой концентрации носителя, даже при толщине биопленки 295 мкм, не удается достичь стабильной скорости удаления при очистке огнеупорных сточных вод в эрлифтном реакторе. Однако при концентрации носителей 20-30 г/л, даже если только 20% носителей имели биопленки толщиной 75 мкм, реактор все равно мог достичь стабильной скорости удаления (98%) при нагрузке ХПК до 58 кг/(м3-сут).
2. Взвешенная концентрация микробов
В целом, по мере увеличения концентрации взвешенных микроорганизмов увеличивается вероятность возможного контакта микроорганизмов с носителем. Результаты многих исследований показали, что при прикреплении микробов существует критическая концентрация взвешенных микроорганизмов; по мере увеличения концентрации микробов усиливается их транспорт посредством градиентов концентрации.
До критического значения контролирующим этапом является транспорт и диффузия микроорганизмов из жидкой фазы на поверхность носителя; как только это критическое значение превышено, прикрепление и иммобилизация микробов на поверхности носителя ограничивается эффективной площадью поверхности носителя и больше не зависит от концентрации взвешенных микроорганизмов. Однако после достижения равновесия прикрепления и иммобилизации количество микроорганизмов на поверхности носителя определяется микроорганизмами и свойствами поверхности носителя.
3. Активность взвешенных микроорганизмов
Микробную активность обычно описывают удельной скоростью роста (μ) микроорганизмов, т. е. скоростью роста и размножения микроорганизмов на единицу массы. Поэтому при изучении влияния микробной активности на начальные этапы формирования биопленок решающее значение имеет контроль удельной скорости роста взвешенных микроорганизмов. Результаты исследования формирования гетеротрофных биопленок Bryers et al. показали, что количество и начальная скорость прикрепления и фиксации нитрифицирующих бактерий на поверхности носителя пропорциональны активности взвешенных нитрифицирующих бактерий.
① Когда биологическая активность взвешенных микроорганизмов высока, их способность секретировать внеклеточные полиморфы выше.
② Уровень энергии, на котором живут микроорганизмы, напрямую связан со скоростью их роста.
③ Структура поверхности микроорганизмов меняется в зависимости от их активности.
④ Время контакта микроба с носителем.
⑤ Время гидравлического удержания (HRT).
⑥ pH жидкой фазы.
⑦ Гидродинамическая сила сдвига.
Факторы, влияющие на процесс биопленки МББР
1. Силы в процессе биопленки MBBR
Он непосредственно способствует прямому взаимодействию между микроорганизмами и поверхностью носителя и играет решающую роль во всем процессе биопленки MBBR.
2. Влияние гидрофильности поверхности носителя.
Поверхность носителя GPUC содержит гидрофильные группы, такие как -OH и амидные группы, и большинство микроорганизмов сами по себе обладают хорошей гидрофильностью, а поверхность носителя и поверхность микроорганизма могут образовывать структуру водородных связей; между тем свободная энергия поверхности гидрофильного носителя ниже, чем у поверхности гидрофобного носителя, и микроорганизмы в воде с большей вероятностью приближаются к поверхности гидрофильного носителя для адсорбции и роста.
3. Влияние температуры на биопленку МББР.
Подходящий диапазон температур для аэробных микроорганизмов составляет 10–35 градусов. Температура воды оказывает большее влияние на рост нитрифицирующих бактерий и скорость нитрификации. Подходящая температура роста для большинства нитрифицирующих бактерий составляет 25–30 градусов, когда температура ниже 25 градусов или выше 30 градусов, рост нитрифицирующих бактерий замедляется, ниже 10 градусов рост нитрифицирующих бактерий и нитрификация значительно замедляются. .
Испытание на биопленке MBBR проводилось при 10, 20 и 35 градусах, а также измерялось количество микроорганизмов, прикрепленных к наполнителю, в течение всего процесса подвешивания пленки. Результаты показали, что: при 10 градусах биопленка MBBR начиналась медленно, и для очевидного прикрепления биопленки потребовалось 7 дней, а биопленка MBBR созревала после 21 дня, а максимальное количество прикрепленной биомассы составляло 2,1 г/л; при 35 градусах среда MBBR начала образовывать биопленку через 4 дня, а биопленка MBBR созревала. Максимальное количество прикрепленной биопленки составляло 3,5 г/л примерно через 19 дней. При температуре около 20 градусов биопленка начала формироваться примерно через 2 дня, а максимальное количество прикрепленной биопленки составляло 5,7 г/л примерно через 10 дней. Видно, что влияние температуры на висящую пленку было не очень очевидным, а биопленка могла образоваться на поверхности наполнителя в пределах 15-30 градусов, и висящая пленка начиналась быстрее.
Температура является ключевым фактором, влияющим на биологическую активность и метаболическую способность, и ее влияние на процесс реакции нитрификации главным образом заключается в характере роста и биологической активности нитрифицирующих бактерий.
Влияние температуры на биологическую активность проявляется каквлияние на скорость биохимических реакцийивлияние на скорость переноса кислорода.
Несущая среда Juntai Biofilm MBBR в аэрационном резервуаре за два месяца
4. Влияние удельной поверхности носителя MBBR и шероховатости поверхности на эффективность адгезии биопленки.
Большая удельная поверхность и шероховатость улучшают способность носителя захватывать микроорганизмы. Носители с большой шероховатостью поверхности обладают более сильной способностью к перераспределению потока воды, так что поток воды в реакторе оказывает меньшую силу сдвига на биопленку на носителе и в то же время обеспечивает благоприятную внутреннюю среду для смешивания и контакта микроорганизмов с субстратом. , что способствует накоплению биопленки на поверхности упаковки. Шероховатая поверхность имеет более толстый ламинарный пограничный слой, чем гладкая поверхность, что может обеспечить хорошую статическую гидродинамическую среду, избегая, таким образом, неблагоприятного воздействия сдвига потока воды на рост прикрепленных микроорганизмов.