Penjelasan Mudah Rawatan Biofilem: Menyediakan Rumah Untuk Bakteria Untuk Teguh dan Kebimbangan-Perawatan Air Sisa Percuma

Proses enapcemar teraktif adalah teknologi rawatan air sisa biologi yang paling banyak digunakan. Dalam sistem enap cemar yang diaktifkan, mikroorganisma yang memurnikan air sisa berada dalam keadaan pertumbuhan terampai-mereka berkumpul bersama dalam kumpulan kecil, membentuk gumpalan dan terampai dalam minuman keras campuran di bawah pengudaraan, bergolak bersama aliran air. Mikroorganisma dan air sisa bersentuhan penuh, menghapuskan bahan pencemar di dalam air.

Sistem ini berfungsi dengan baik, tetapi ia mempunyai satu kelemahan: ia halus. Jika isipadu air sisa influen tiba-tiba meningkat, kepekatannya tiba-tiba meningkat, atau suhu air tiba-tiba turun, atau pH turun naik secara drastik, mikroorganisma mungkin "bertindak"-kesan rawatan akan berkurangan, atau pukal enap cemar akan berlaku, menjejaskan operasi normal sistem.

Oleh itu, jurutera tertanya-tanya sama ada mereka boleh mengubah pendekatan mereka, membenarkan mikroorganisma "menetap" di lokasi tetap, dan bukannya sentiasa terapung di dalam air?

Ini adalah proses biofilm. Ringkasnya, proses biofilem menggunakan mikroorganisma yang tumbuh pada media penapis atau pembawa untuk merawat air sisa.

Idea teras teknologi biofilem adalah mudah: menyediakan mikroorganisma dengan "rumah" tetap di mana mereka boleh menetap, membiak, dan membentuk "komuniti mikrob." Air sisa mengalir melalui komuniti ini, dan bahan pencemar di dalamnya dimakan oleh "penduduk."

"Rumah" ini secara profesional dipanggil bahan pembungkusan atau pembawa. Proses biofilm yang berbeza menggunakan pembawa yang berbeza sama sekali. Jenis yang paling biasa ialah:

Jenis pertama: Bahan pembungkusan dalam pengoksidaan sentuhan biologi – "bola filamen plastik" tergantung di dalam tangki

Tangki pengoksidaan sentuhan diisi dengan rentetan bahan pembungkusan, menyerupai berus plastik besar. Air buangan dialirkan dari bahagian bawah tangki dan disiram ke atas, menyebabkan bahan pembungkus ini bergoyang perlahan-lahan di dalam air, ditutup dengan biofilm coklat-kekuningan. Bahan pembungkusan jenis ini mempunyai luas permukaan khusus yang besar; 1 meter padu boleh menyediakan 800 hingga 900 meter persegi "ruang hidup."

Jenis kedua: Cakera dalam cakera berputar biologi - "cakera berputar"

Cakera berputar biologi tidak menggunakan bahan pembungkusan; "rumah" mereka adalah cakera itu sendiri - berpuluh-puluh cakera besar, diameter 2 hingga 3 meter, dirangkai bersama pada aci berputar dan diputar perlahan oleh motor dengan pengurangan kelajuan. Jenis pertama melibatkan cakera penapis biologi, separuh terendam dalam air buangan dan separuh terdedah kepada udara. Mikroorganisma tumbuh di kedua-dua belah cakera, menyerap bahan pencemar apabila tenggelam dan menyerap oksigen dari udara apabila terdedah kepada permukaan. Reka bentuk ini mempunyai penggunaan tenaga yang agak rendah, tidak memerlukan pengudaraan tambahan, dan menjimatkan dalam operasi.

Jenis ketiga: Bahan pembungkusan untuk penapis berudara biologi (BAF) – "katil penapis yang diperbuat daripada kerikil seramik kecil"

BAF menggunakan kerikil seramik kecil dengan diameter 3 hingga 6 milimeter, dilonggokkan seperti kerikil kecil di dalam tangki. Air sisa mengalir dari bawah ke atas, manakala pengudaraan berlaku serentak dari bawah. Reka bentuk zarah kecil ini mempunyai dua kelebihan: pertama, luas permukaan khusus yang besar, menghasilkan biojisim yang tinggi per unit volum; kedua, jurang antara zarah memerangkap pepejal terampai, menjadikan efluen BAF sangat jelas.

Jenis keempat: Bahan pembungkusan untuk biofilter biologi (MBBR) – "lembaran plastik kecil jatuh di dalam air"

MBBR menggunakan kepingan plastik kecil yang digantung, berbentuk seperti roda atau silinder kecil, dengan ketumpatan lebih ringan sedikit daripada air. Di bawah pengudaraan, bahan pembungkus ini terus jatuh dan mengalir di dalam tangki, membolehkan biofilem menghubungi air sisa semasa ia bergerak. Bahan pembungkusan sentiasa bergerak; biofilem penuaan dihapuskan, dan biofilem baharu terus berkembang, menghapuskan keperluan untuk mencuci balik secara manual. Ia mempunyai keupayaan pembersihan diri yang kuat-dan tidak akan menyumbat tangki.

Jenis kelima: Pembawa katil terbendalir biologi – "zarah-zarah kecil berguling seperti bubur"

Katil terbendalir biologi menggunakan pembawa yang lebih kecil, biasanya pasir 0.3 hingga 1 mm, karbon teraktif atau zarah kok. Didorong oleh-aliran air atau udara berkelajuan tinggi, zarah-zarah kecil ini terus jatuh dan mencair seperti bubur. Oleh kerana pembawa adalah sangat kecil, setiap meter padu pembawa boleh menyediakan 2000 hingga 3000 meter persegi ruang hidup, menghasilkan kepekatan mikrob dan kadar pemuatan isipadu tertinggi di antara semua proses biofilem. Ia mempunyai kecekapan rawatan yang sangat tinggi dan jejak yang sangat kecil, tetapi reka bentuk dan operasinya juga agak kompleks.

Jenis "rumah" yang berbeza ini masing-masing mempunyai senario terpakai sendiri. Pengoksidaan kenalan sesuai untuk rawatan air sisa-bersaiz kecil hingga sederhana, MBBR sesuai untuk pemasangan semula dan pengembangan, BAF sesuai untuk rawatan lanjutan, cakera berputar biologi sesuai untuk senario-volume, penjimatan tenaga-kecil dan katil terbendalir biologi sesuai untuk air buangan industri-kepekatan tinggi dengan ruang atau ruang yang terhad.

Apabila bahan pembungkus diletakkan di dalam air sisa dan air sisa terus mengalir melaluinya, proses ini bermula.

Langkah 1: Mikroorganisma Berlalu dan Menetap

Air sisa mengandungi sejumlah besar mikroorganisma. Apabila ia mengalir merentasi permukaan bahan pembungkus, ada yang tersangkut. Lampiran awal ini bergantung pada interaksi elektrostatik dan daya van der Waals.

Langkah 2: Daripada Penyelesaian Sementara kepada{1}}Penyelesaian Jangka Panjang

Mikroorganisma yang tersekat mula merembeskan bahan melekit yang dipanggil bahan polimer ekstraselular (API). Bahan ini bertindak seperti gam, mengikat mikroorganisma dengan kukuh pada permukaan bahan pembungkus, membentuk "rangka kerja seni bina" biofilem.

Langkah 3: Menetap dan Merebak Membiak

Selepas mengendap, mikroorganisma mula berkembang dan membiak. Satu menjadi dua, dua menjadi empat… Tidak lama kemudian, lapisan nipis filem mikrob menutupi permukaan bahan pembungkus. Ini adalah biofilm.

Langkah 4: Pembentukan Komuniti Matang

Lama kelamaan, biofilm menjadi lebih tebal, dan "penduduk" di dalamnya menjadi lebih pelbagai. Bukan sahaja bakteria, tetapi juga kulat, protozoa, dan metazoa akan muncul. Satu rantai makanan terbentuk antaranya: bakteria memakan bahan pencemar, protozoa memakan bakteria, dan metazoa memakan protozoa. Oleh itu, ekosistem kecil yang lengkap telah ditubuhkan.

Proses ini secara profesional dipanggil pembentukan biofilm. Untuk air sisa bandar biasa, di bawah suhu yang sesuai, pembentukan biofilm boleh disiapkan dalam kira-kira 7 hingga 20 hari.

Walaupun biofilm hanyalah membran nipis, struktur dalamannya agak berlapis. Bergantung pada kualiti air sisa dan keadaan bekalan oksigen, ia mungkin tidak selalu membentuk tiga lapisan lengkap; dalam sesetengah senario, hanya lapisan aerobik dan anaerobik boleh terbentuk.

Lapisan yang paling hampir dengan bahan pembungkus ialah lapisan anaerobik. Lapisan ini paling jauh dari air buangan, menyukarkan oksigen untuk meresap. Ia terutamanya didiami oleh bakteria anaerobik. Mereka tidak memerlukan oksigen, mendapatkan tenaga dengan mengurai bahan organik kompleks, tetapi kecekapan penguraian mereka agak rendah.

Lapisan yang paling hampir dengan air sisa ialah lapisan aerobik. Lapisan ini mempunyai oksigen yang agak banyak, dan ia didiami oleh bakteria aerobik, yang merupakan "kuasa utama" dalam proses itu; degradasi bahan organik terutamanya berlaku di sini.

Jika air sisa memerlukan denitrifikasi, lapisan anoksik akan terbentuk di tengah, di mana bakteria fakultatif boleh melakukan denitrifikasi, menukar nitrat kepada gas nitrogen. Kerana struktur berlapis inilah biofilem boleh melengkapkan tindak balas aerobik dan anaerobik secara serentak dalam lapisan yang sama-sesuatu yang sukar dicapai dalam proses enapcemar teraktif pertumbuhan terampai.

Biofilm tidak berkembang selama-lamanya. Apabila mereka mencapai ketebalan tertentu, mereka akan tertanggal dan memperbaharui. Sebab utama ialah lapisan anaerobik di dalamnya menjadi semakin tebal. Apabila lapisan anaerobik mencapai ketebalan tertentu, mikroorganisma berhampiran permukaan pembawa, kekurangan bahan organik untuk pemakanan, memasuki fasa respirasi endogen, melemahkan keupayaan mereka untuk melekat pada pembawa. Di bawah daya ricih aliran air luaran, biofilm yang semakin tua akan tertanggal secara bertompok-tompok. Biofilem yang terpisah mengalir keluar bersama aliran air, dan mikroorganisma baru segera melekat pada tapak yang terpisah. Dengan cara ini, biofilm lama tertanggal dan biofilm baharu tumbuh, mengekalkan tahap aktiviti biofilem yang tinggi.

Mekanisme ini menghasilkan kadar pengeluaran enapcemar yang jauh lebih rendah berbanding dengan proses enapcemar teraktif. Walaupun penyingkiran enapcemar berkala masih diperlukan, ia menghapuskan keperluan untuk kawalan yang kerap dan tepat yang diperlukan oleh proses enapcemar diaktifkan, memudahkan operasi dan pengurusan dengan ketara.

Dalam enapcemar teraktif, mikroorganisma terampai dalam minuman keras campuran, manakala dalam biofilem, mikroorganisma tidak bergerak pada bahan pembungkus. Mengenai rintangan kepada beban hentakan, proses enap cemar teraktif secara amnya kurang berkesan, dengan turun naik dalam kualiti dan kuantiti air dengan mudah membawa kepada penurunan kecekapan rawatan; proses biofilm jauh lebih kuat dan lebih teguh.

Dari segi kebolehsuaian kepada-air sisa kepekatan rendah, mikroorganisma enap cemar teraktif terdedah kepada kurang penyusuan, mengakibatkan aktiviti berkurangan; proses biofilm mengekalkan aktiviti yang tinggi walaupun dengan kepekatan influen yang sangat rendah.

Berkenaan pukal enapcemar, proses enapcemar teraktif terdedah kepada pukal enapcemar; proses biofilm tidak, kerana mikroorganisma tidak bergerak.

Dari segi biojisim seunit isipadu, proses enap cemar teraktif biasanya menghasilkan 2 hingga 4 gram seliter, manakala proses biofilem boleh mencapai 10 hingga 20 gram seliter, 3 hingga 5 kali lebih tinggi.

Dalam nitrifikasi dan denitrifikasi serentak, proses enapcemar yang diaktifkan memerlukan peredaran semula antara tangki yang berbeza; proses biofilem, kerana struktur berstrata, boleh mencapai ini dalam tangki yang sama.

Bagaimana untuk memilih? Ringkasnya: untuk jumlah besar air sisa perbandaran yang stabil, proses enapcemar diaktifkan adalah teknologi matang; untuk air sisa dengan turun naik yang besar dalam isipadu dan kualiti, kepekatan rendah, atau memerlukan denitrifikasi serentak, proses biofilem adalah lebih berfaedah.

Proses utama termasuk: pengoksidaan sentuhan biologi, MBBR, penapis biologi berudara (BAF), cakera berputar biologi, katil terbendalir biologi dan penapis biologi tradisional (beban biasa,-tinggi, jenis menara). Walaupun proses ini berbeza dari segi bentuk, prinsip terasnya adalah sama-membolehkan mikroorganisma melekat pada pembawa untuk membentuk biofilem, menggunakan membran ini untuk membersihkan air sisa.

Perbezaan utama adalah dua kali ganda: pertama, jenis cakera tetap "rumah"-, bahan pembungkusan mengisi tangki, zarah seramik kecil disusun ke dalam lapisan penapis, kepingan plastik kecil yang jatuh atau zarah mikro terbendalir; kedua, cara oksigen dibekalkan-pengudaraan semula jadi, putaran cakera atau pengudaraan buatan.

Proses biofilem melibatkan membina habitat untuk mikroorganisma, membolehkan mereka mengendap dan membantu merawat air sisa.

Sebaik sahaja mikroorganisma berpindah ke "rumah" mereka, mereka merembeskan bahan melekit untuk berlabuh, membesar dan membiak, membentuk biofilem berstruktur-lapisan aerobik luar yang bertanggungjawab untuk merendahkan bahan organik dan lapisan anaerobik dalam yang bertanggungjawab untuk penguraian selanjutnya (lapisan anoksik mungkin terbentuk di antaranya, bergantung pada kualiti air). Air sisa mengalir melalui, dan bahan pencemar diserap secara beransur-ansur oleh setiap lapisan. Apabila biofilem tumbuh pada ketebalan tertentu, lapisan lama tertanggal, dan lapisan baharu terus berkembang. Tidak perlu risau tentang pemendapan enapcemar atau pelarasan pelepasan enapcemar yang kerap, menjadikan operasi dan pengurusan lebih mudah!