Paprastas bioplėvelės apdorojimo paaiškinimas: Bakterijų tvirtinimas ir nerimas-Nemokamas nuotekų valymas

Aktyvaus dumblo procesas yra plačiausiai naudojama biologinio nuotekų valymo technologija. Aktyvaus dumblo sistemoje mikroorganizmai, kurie valo nuotekas, yra suspenduoto augimo būsenoje,{1}}jie susitelkia į mažas grupes, sudarydami flokules ir yra suspenduojami mišriame skystyje, aeruodami, maišydami kartu su vandens srove. Mikroorganizmai ir nuotekos visiškai susiliečia, pašalindami vandenyje esančius teršalus.

Ši sistema veikia labai gerai, tačiau turi vieną trūkumą: ji yra subtili. Staigiai padidėjus įtekamų nuotekų kiekiui, staigiai pakilus jų koncentracijai, staiga nukritus vandens temperatūrai arba drastiškai svyruojant pH, mikroorganizmai gali „suveikti“-valymo efektas sumažės arba net susikaups dumblas, o tai turės įtakos normaliam sistemos veikimui.

Todėl inžinieriai susimąstė, ar galėtų pakeisti savo požiūrį, leisti mikroorganizmams „apsigyventi“ fiksuotoje vietoje, o ne nuolat plūduriuoti vandenyje?

Tai yra bioplėvelės procesas. Paprasčiau tariant, bioplėvelės procese nuotekoms valyti naudojami mikroorganizmai, augantys ant filtravimo terpės arba nešiklio.

Pagrindinė bioplėvelės technologijos idėja yra paprasta: aprūpinti mikroorganizmus fiksuotais „namais“, kuriuose jie galėtų įsikurti, daugintis ir suformuoti „mikrobų bendruomenę“. Per šią bendruomenę teka nuotekos, o viduje esančius teršalus suvartoja „gyventojai“.

Šie „namukai“ profesionaliai vadinami pakavimo medžiagomis arba nešikliais. Skirtingi bioplėvelės procesai naudoja visiškai skirtingus nešiklius. Dažniausiai pasitaikantys tipai yra:

Pirmasis tipas: Biologinio kontakto oksidacijos pakavimo medžiaga – bake kabantys „plastikinių siūlų rutuliukai“

Kontaktinis oksidacijos bakas užpildytas pakavimo medžiagų virvelėmis, primenančiomis didelius plastikinius šepečius. Nuotekos aeruojamos iš bako apačios ir nuplaunamos į viršų, todėl šios pakavimo medžiagos švelniai siūbuoja vandenyje, padengtos gelsva -ruda bioplėvele. Šio tipo pakavimo medžiagos turi didelį specifinį paviršiaus plotą; 1 kubinis metras gali suteikti nuo 800 iki 900 kvadratinių metrų "gyvenamojo ploto".

Antrasis tipas: Diskai biologiniuose sukamuosiuose diskuose – „sukamieji diskai“

Biologiniuose besisukančiuose diskuose nenaudojamos pakavimo medžiagos; jų „namukai“ yra patys diskai – dešimtys didelių, nuo 2 iki 3 metrų skersmens diskų, suvertų ant besisukančio veleno ir lėtai sukami varikliu, sumažinant greitį. Pirmasis tipas apima biologinį filtro diską, pusiau panardintą į nuotekas, o pusiau veikiamą oro. Abiejose disko pusėse auga mikroorganizmai, kurie absorbuoja teršalus, kai jie yra panardinami, ir sugeria deguonį iš oro, kai susiduria su paviršiumi. Šis dizainas pasižymi santykinai mažomis energijos sąnaudomis, nereikalauja papildomos aeracijos ir yra ekonomiškas.

Trečiasis tipas: Biologiškai aeruojamo filtro (BAF) pakavimo medžiaga – „filtro lova iš smulkių keraminių akmenukų“

BAF naudoja mažus, 3–6 milimetrų skersmens keraminius akmenukus, sukrautus kaip smulkūs akmenukai rezervuare. Nuotekos teka iš apačios į viršų, o aeracija vyksta tuo pačiu metu iš apačios. Ši mažų dalelių konstrukcija turi du privalumus: pirma, didelis specifinis paviršiaus plotas, dėl kurio gaunama didelė biomasė tūrio vienete; antra, tarpai tarp dalelių sulaiko skendinčias kietąsias medžiagas, todėl BAF nuotekos tampa ypač skaidrios.

Ketvirtasis tipas: Biologinio biofiltro (MBBR) pakavimo medžiaga – „vandenyje blūdi maži plastikiniai lakštai“

MBBR naudoja pakabintus mažus plastikinius lakštus, mažų ratų ar cilindrų formos, kurių tankis yra šiek tiek lengvesnis nei vandens. Aeruojant šios pakavimo medžiagos nuolat slenka ir teka rezervuare, todėl bioplėvelė gali liestis su nuotekomis judant. Pakavimo medžiaga nuolat juda; senstančios bioplėvelės nutrinamos, o nauja bioplėvelė nuolat auga, todėl nebereikia rankinio plovimo atgal. Jis turi stiprias savaiminio-valymo galimybes ir neužkimš bako.

Penktasis tipas: biologinio verdančiojo sluoksnio nešiklis – „smulkios dalelės, besisukančios kaip košė“

Biologinėse verdančiose sluoksniuose naudojami dar mažesni nešikliai, paprastai 0,3–1 mm smėlio, aktyvintos anglies arba kokso dalelės. Veikiamos dideliu greičiu-vandens ar oro srautu, šios mažytės dalelės nuolat slenka ir skystėja kaip košė. Kadangi nešiklis yra itin mažas, kiekvienas kubinis metras nešiklio gali aprūpinti 2000–3000 kvadratinių metrų gyvenamojo ploto, todėl tarp visų bioplėvelės procesų pasiekiama didžiausia mikrobų koncentracija ir tūrinė apkrova. Jis gali pasigirti itin dideliu gydymo efektyvumu ir labai mažu plotu, tačiau jo konstrukcija ir veikimas taip pat yra gana sudėtingi.

Šie skirtingi „namų“ tipai turi savo taikomus scenarijus. Kontaktinis oksidavimas tinka mažų ir vidutinių nuotekų valymui, MBBR tinka modifikavimui ir plėtrai, BAF tinka pažangiam valymui, biologiniai besisukantys diskai tinka mažo -tūrio, energijos-taupymo scenarijus, o biologinės verdančiosios sluoksniai tinka didelės{4} pramoninės nuotekų erdvės ar koncentracijos atveju.

Kai pakavimo medžiaga dedama į nuotekas ir nuotekos toliau teka per jas, šis procesas prasideda.

1 veiksmas: mikroorganizmai praeina ir įsikuria

Nuotekose yra daug mikroorganizmų. Kai jie teka pakavimo medžiagos paviršiumi, kai kurie įstringa. Šis pradinis tvirtinimas priklauso nuo elektrostatinės sąveikos ir van der Waals jėgų.

2 veiksmas: nuo laikinojo atsiskaitymo iki ilgalaikio-atsiskaitymo

Įstrigę mikroorganizmai pradeda išskirti lipnią medžiagą, vadinamą ekstraląstelinėmis polimerinėmis medžiagomis (API). Ši medžiaga veikia kaip klijai, tvirtai pritvirtindama mikroorganizmus prie pakavimo medžiagos paviršiaus, sudarydama bioplėvelės „architektūrinį karkasą“.

3 veiksmas: įsitvirtinkite ir paskleiskite Proliferate

Įsikūrę mikroorganizmai pradeda augti ir daugintis. Vienas tampa dviem, du – keturiais... Netrukus pakavimo medžiagos paviršių padengia plonas mikrobinės plėvelės sluoksnis. Tai yra bioplėvelė.

4 žingsnis: brandžios bendruomenės formavimas

Laikui bėgant bioplėvelė tampa storesnė, o joje esantys „gyventojai“ – įvairesni. Atsiras ne tik bakterijos, bet ir grybai, pirmuonys, metazoidai. Tarp jų susidaro mitybos grandinė: bakterijos valgo teršalus, pirmuonys – bakterijas, o metazoidai – pirmuonis. Taip sukuriama visa maža ekosistema.

Šis procesas profesionaliai vadinamas bioplėvelės formavimu. Įprastoms miesto nuotekoms esant tinkamoms temperatūroms bioplėvelė gali susidaryti maždaug per 7–20 dienų.

Nors bioplėvelė yra tik plona membrana, jos vidinė struktūra yra gana sluoksniuota. Priklausomai nuo nuotekų kokybės ir deguonies tiekimo sąlygų, jos ne visada gali sudaryti tris vientisus sluoksnius; kai kuriais atvejais gali susidaryti tik aerobinis ir anaerobinis sluoksnis.

Arčiausiai pakavimo medžiagos esantis sluoksnis yra anaerobinis sluoksnis. Šis sluoksnis yra toliausiai nuo nuotekų, todėl deguoniui sunku difunduoti. Jame daugiausia gyvena anaerobinės bakterijos. Jiems nereikia deguonies, energiją gauna skaidydami sudėtingas organines medžiagas, tačiau jų skaidymo efektyvumas yra palyginti mažas.

Arčiausiai nuotekų esantis sluoksnis yra aerobinis sluoksnis. Šiame sluoksnyje gana daug deguonies, jame gyvena aerobinės bakterijos, kurios yra „pagrindinė jėga“ procese; čia daugiausia vyksta organinių medžiagų degradacija.

Jei nuotekoms reikia denitrifikacijos, viduryje susidarys anoksinis sluoksnis, kuriame fakultatyvinės bakterijos gali atlikti denitrifikaciją, paversdamos nitratus į azoto dujas. Būtent dėl ​​šios sluoksniuotos struktūros bioplėvelė gali vienu metu užbaigti aerobines ir anaerobines reakcijas tame pačiame sluoksnyje -ką sunku pasiekti suspenduoto augimo aktyvuoto dumblo procesuose.

Bioplėvelės auga neribotą laiką. Pasiekę tam tikrą storį, jie atsiskirs ir atsinaujins. Pagrindinė priežastis yra ta, kad viduje esantis anaerobinis sluoksnis tampa vis storesnis. Anaerobiniam sluoksniui pasiekus tam tikrą storį, šalia nešiklio paviršiaus esantys mikroorganizmai, kuriems trūksta organinių medžiagų mitybai, patenka į endogeninio kvėpavimo fazę, susilpnindami jų gebėjimą prisitvirtinti prie nešiklio. Veikiant išorinio vandens srauto šlyties jėgai, senstanti bioplėvelė atsiskirs lopais. Atsiskyrusi bioplėvelė išteka kartu su vandens srove, o prie atsiskyrusių vietų iškart prisitvirtina nauji mikroorganizmai. Tokiu būdu sena bioplėvelė atsiskiria ir išauga nauja bioplėvelė, išlaikant aukštą bioplėvelės aktyvumo lygį.

Šis mechanizmas lemia žymiai mažesnį dumblo gamybos greitį, palyginti su aktyviojo dumblo procesu. Nors periodiškas dumblo šalinimas vis dar yra būtinas, tai pašalina būtinybę dažnai ir tiksliai kontroliuoti aktyviojo dumblo procesą, o tai labai supaprastina darbą ir valdymą.

Aktyviame dumble mikroorganizmai yra suspenduoti mišriame skystyje, o bioplėvelėje mikroorganizmai imobilizuojami ant pakavimo medžiagos. Kalbant apie atsparumą smūginėms apkrovoms, aktyviojo dumblo procesai paprastai yra mažiau veiksmingi, nes vandens kokybės ir kiekio svyravimai lengvai lemia valymo efektyvumo sumažėjimą; bioplėvelės procesai yra daug stipresni ir tvirtesni.

Kalbant apie prisitaikymą prie mažos-koncentracijos nuotekų, aktyviojo dumblo mikroorganizmai yra linkę nepakankamai maitintis, todėl sumažėja jų aktyvumas; bioplėvelės procesai išlaiko didelį aktyvumą net esant labai mažoms įtekamoms koncentracijoms.

Kalbant apie dumblo supildymą, aktyviojo dumblo procesai yra linkę į dumblo kaupimąsi; bioplėvelės procesai ne, nes mikroorganizmai yra imobilizuojami.

Kalbant apie biomasę tūrio vienete, aktyvaus dumblo procesai paprastai gamina 2–4 ​​gramus litre, o bioplėvelės procesai gali siekti 10–20 gramų litre, 3–5 kartus daugiau.

Vienu metu vykstant nitrifikacijai ir denitrifikacijai, aktyviojo dumblo procesui reikalinga recirkuliacija tarp skirtingų rezervuarų; Bioplėvelės procesas dėl savo sluoksniuotos struktūros gali tai pasiekti tame pačiame rezervuare.

Kaip išsirinkti? Paprasčiau tariant: dideliems stabilių komunalinių nuotekų kiekiams aktyviojo dumblo procesas yra brandi technologija; nuotekoms su dideliais tūrio ir kokybės svyravimais, maža koncentracija arba vienu metu reikalingas denitrifikavimas, bioplėvelės procesas yra naudingesnis.

Pagrindiniai procesai: biologinis kontaktinis oksidavimas, MBBR, aeruotas biologinis filtras (BAF), biologinis besisukantis diskas, biologinis verdantis sluoksnis ir tradiciniai biologiniai filtrai (įprasti, didelės apkrovos, bokšto tipo). Nors šie procesai skiriasi savo forma, jų pagrindinis principas yra tas pats-, leidžiantis mikroorganizmams prisijungti prie nešiklio ir sudaryti bioplėvelę, naudojant šią membraną nuotekoms valyti.

Pagrindiniai skirtumai yra du: pirma, „namo“-fiksuotų diskų tipas, pakavimo medžiaga, užpildanti baką, mažos keramikos dalelės, sukrautos į filtro sluoksnį, besiverčiantys maži plastiko lakštai arba skystos mikrodalelės; antra, kaip deguonis tiekiamas-natūrali ventiliacija, disko sukimasis ar dirbtinė aeracija.

Bioplėvelės procesas apima mikroorganizmų buveinių kūrimą, leidžiantį jiems nusėsti ir padėti išvalyti nuotekas.

Kai mikroorganizmai patenka į savo „namus“, jie išskiria lipnią medžiagą, kad prisitvirtintų, augtų ir daugintųsi, sudarydami struktūrinę bioplėvelę -išorinį aerobinį sluoksnį, atsakingą už organinių medžiagų skaidymą, ir vidinį anaerobinį sluoksnį, atsakingą už tolesnį skilimą (tarp jų gali susidaryti anoksinis sluoksnis, priklausomai nuo vandens kokybės). Prateka nuotekos, o teršalus palaipsniui sugeria kiekvienas sluoksnis. Bioplėvelei išaugus iki tam tikro storio, senieji sluoksniai atsiskiria, o nauji toliau auga. Nereikia jaudintis dėl dumblo kaupimo ar dažno dumblo išleidimo reguliavimo, todėl valdymas ir valdymas yra daug lengvesnis!