ในฐานะที่เป็นพนักงานขายที่มีประสบการณ์ในอุตสาหกรรมการบำบัดน้ำฉันรู้สึกตื่นเต้นที่จะแบ่งปันข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับเทคโนโลยีเครื่องปฏิกรณ์ Biofilm Biofilm (MBBR) ที่เคลื่อนไหวซึ่งเป็นวิธีการบำบัดน้ำเสียที่มีประสิทธิภาพสูงซึ่งเป็นที่รู้จักกันดีในเรื่องปริมาณกากตะกอนต่ำและการดำเนินงานที่เรียบง่าย ในบทความนี้เราจะเจาะลึกว่าทำไมบางครั้งไบโอฟิล์มบางครั้งก็ล้มเหลวในการสร้างสื่อ MBBR โดยพิจารณาจากแง่มุมต่าง ๆ เช่นหลักการทำงานของระบบและปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการก่อตัวของไบโอฟิล์ม
หลักการของกระบวนการ MBBR
สื่อ MBBR ช่วยให้จุลินทรีย์สามารถแนบกับพื้นผิวของผู้ให้บริการและสร้างแผ่นชีวะ เมื่อน้ำเสียไหลผ่านพื้นผิวของผู้ให้บริการสารอินทรีย์และออกซิเจนละลายในน้ำกระจายเข้าไปในแผ่นชีวะ จุลินทรีย์ภายในแผ่นฟิล์มชีวภาพเผาผลาญและดูดซึมสารอินทรีย์ในที่ที่มีออกซิเจน ผลิตภัณฑ์ที่สลายตัวจากนั้นกระจายกลับเข้าไปในเฟสน้ำและอากาศทำให้สารมลพิษอินทรีย์ลดลงอย่างมีประสิทธิภาพในน้ำเสีย
ตามที่ Characklis, Liu และอื่น ๆ การก่อตัวของฟิล์มจุลินทรีย์มักจะผ่านสี่ขั้นตอน: การปรับเปลี่ยนพื้นผิวของผู้ให้บริการ, สิ่งที่แนบมาย้อนกลับ, สิ่งที่แนบมาไม่ได้และการก่อตัวของแผ่นฟิล์มชีวภาพ กระบวนการนี้สามารถแบ่งออกเป็นสองขั้นตอนหลัก: การดูดซับของจุลินทรีย์และการเติบโตของการกักเก็บ
ปัจจัยที่มีอิทธิพลต่อการก่อตัวของฟิล์มชีวภาพใน MBBR
1. คุณสมบัติพื้นผิวของผู้ให้บริการ
ประจุพื้นผิวความขรุขระขนาดอนุภาคและความเข้มข้นของผู้ให้บริการ MBBR ส่งผลกระทบโดยตรงต่อการยึดติดของแผ่นชีวะและการก่อตัว จุลินทรีย์มักจะมีประจุลบบนพื้นผิวภายใต้สภาวะการเจริญเติบโตปกติ พื้นผิวของผู้ให้บริการที่ขรุขระช่วยอำนวยความสะดวกในการยึดติดของแบคทีเรียและการตรึง
♦พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ของผู้ให้บริการเพิ่มพื้นที่สัมผัสที่มีประสิทธิภาพระหว่างแบคทีเรียและผู้ให้บริการเมื่อเทียบกับพื้นผิวที่เรียบ
♦ส่วนที่ขรุขระของพื้นผิวผู้ให้บริการเช่นรูและรอยแตกทำหน้าที่เป็นโล่เพื่อปกป้องแบคทีเรียที่ยึดติดจากแรงเฉือนไฮดรอลิก
ผู้ให้บริการขนาดอนุภาคขนาดเล็กมีแนวโน้มที่จะสร้างแผ่นชีวะเนื่องจากแรงเสียดทานร่วมกันต่ำและพื้นที่ผิวเฉพาะขนาดใหญ่ ความเข้มข้นของผู้ให้บริการยังมีความสำคัญต่อการก่อตัวของแผ่นชีวะ แว็กเนอร์พบว่าที่ความเข้มข้นของมวลของผู้ให้บริการต่ำมากแม้จะมีแผ่นชีวะหนา แต่อัตราการกำจัดที่เสถียรนั้นไม่สามารถทำได้เมื่อบำบัดน้ำเสียวัสดุทนไฟ อย่างไรก็ตามที่ความเข้มข้นของผู้ให้บริการ 20-30 g/l เครื่องปฏิกรณ์สามารถบรรลุอัตราการกำจัดที่เสถียรแม้จะมีเพียง 20% ของผู้ให้บริการที่มีไบโอฟิล์มบาง
2. ความเข้มข้นของจุลินทรีย์ระงับ
โดยทั่วไปเมื่อความเข้มข้นของจุลินทรีย์ระงับเพิ่มขึ้นโอกาสในการสัมผัสระหว่างจุลินทรีย์และผู้ให้บริการก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน มีความเข้มข้นที่สำคัญของจุลินทรีย์แขวนลอยในระหว่างการยึดติดของจุลินทรีย์ ก่อนค่าวิกฤตนี้การขนส่งจุลินทรีย์และการแพร่กระจายจากเฟสของเหลวไปยังพื้นผิวของผู้ให้บริการคือขั้นตอนการควบคุม เมื่อเกินค่านี้การยึดติดของจุลินทรีย์และการตรึงบนพื้นผิวของผู้ให้บริการจะถูก จำกัด โดยพื้นที่ผิวที่มีประสิทธิภาพของผู้ให้บริการและไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของจุลินทรีย์แขวนลอยอีกต่อไป
3. กิจกรรมของจุลินทรีย์ที่ถูกระงับ
กิจกรรมของจุลินทรีย์ที่อธิบายโดยอัตราการเติบโตที่เฉพาะเจาะจง (μ) เป็นสิ่งสำคัญเมื่อศึกษาขั้นตอนเริ่มต้นของการก่อตัวของแผ่นชีวะ จำนวนและอัตราเริ่มต้นของสิ่งที่แนบมาและการตรึงของแบคทีเรียไนเตรทบนพื้นผิวของผู้ให้บริการนั้นเป็นสัดส่วนกับกิจกรรมของแบคทีเรียไนตริไฟที่ถูกระงับ
♦เมื่อกิจกรรมทางชีวภาพของจุลินทรีย์ที่ถูกระงับอยู่ในระดับสูงความสามารถในการหลั่งโพลีเมอร์นอกเซลล์ก็สูงขึ้นเช่นกัน
♦ระดับพลังงานที่จุลินทรีย์มีชีวิตอยู่นั้นเกี่ยวข้องโดยตรงกับอัตราการเติบโตของพวกเขา
♦โครงสร้างพื้นผิวของจุลินทรีย์แตกต่างกันไปตามกิจกรรมของพวกเขา
♦ปัจจัยต่าง ๆ เช่นเวลาสัมผัสจุลินทรีย์กับผู้ให้บริการเวลาเก็บรักษาไฮดรอลิก (HRT), ค่า pH ของเหลวเฟสและแรงเฉือนอุทกพลศาสตร์ก็มีบทบาทเช่นกัน
ปัจจัยที่มีอิทธิพลในระหว่างกระบวนการสร้างแผ่นชีวะ MBBR
1. บังคับใช้ในกระบวนการสร้างแผ่นชีวภาพ
กองกำลังเหล่านี้มีส่วนช่วยโดยตรงต่อการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างจุลินทรีย์และพื้นผิวของผู้ให้บริการซึ่งมีบทบาทสำคัญในกระบวนการสร้างไบโอฟิล์มทั้งหมด
2. ผลของการไฮโดรฟิลิตี้พื้นผิวของผู้ให้บริการ
พื้นผิวของผู้ให้บริการ GPUC มีกลุ่มที่ชอบน้ำเช่น -OH และกลุ่มเอไมด์ จุลินทรีย์ส่วนใหญ่มีความสามารถในการชอบน้ำที่ดีและพื้นผิวของพาหะและพื้นผิวจุลินทรีย์สามารถสร้างโครงสร้างพันธะไฮโดรเจน พลังงานอิสระของพื้นผิวผู้ให้บริการที่ชอบน้ำนั้นต่ำกว่าของที่ไม่ชอบน้ำทำให้ง่ายขึ้นสำหรับจุลินทรีย์ในน้ำที่จะเข้าใกล้และดูดซับลงบนพื้นผิวของผู้ให้บริการที่ชอบน้ำเพื่อการเจริญเติบโต
3. ผลกระทบของอุณหภูมิในการสร้างแผ่นชีวะ
ช่วงอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับจุลินทรีย์แอโรบิกคือ 10 ~ 35 องศา อุณหภูมิของน้ำส่งผลกระทบต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรียไนเตรทและอัตราไนตริฟิเคชันอย่างมีนัยสำคัญ อุณหภูมิการเจริญเติบโตที่ดีที่สุดสำหรับแบคทีเรียไนตริไฟส่วนใหญ่คือ 25 ~ 30 องศา เมื่ออุณหภูมิต่ำกว่า 25 องศาหรือสูงกว่า 30 องศาการเจริญเติบโตของแบคทีเรียไนเตรทจะช้าลงและต่ำกว่า 10 องศาการเจริญเติบโตและไนตริฟิเคชันของพวกเขาจะปัญญาอ่อนอย่างมีนัยสำคัญ
การทดสอบที่ดำเนินการที่ 10 องศา, 20 องศาและ 35 องศาแสดงให้เห็นว่าที่ 10 องศาการก่อตัวของแผ่นชีวะเริ่มต้นอย่างช้าๆโดยมีการแนบแผ่นฟิล์มชีวภาพที่เห็นได้ชัดเจนหลังจาก 7 วันและครบกำหนดหลังจาก 21 วันโดยมีชีวมวลที่แนบมาสูงสุด 2.1 กรัม/ลิตร ที่ 35 องศาแผ่นฟิล์มชีวภาพเริ่มก่อตัวหลังจาก 4 วันและครบกำหนดหลังจากผ่านไปประมาณ 19 วันโดยมีจำนวนแผ่นชีวภาพที่แนบมาสูงสุด 3.5 กรัม/ลิตร ที่ 20 องศาแผ่นฟิล์มชีวภาพเริ่มก่อตัวหลังจาก 2 วันและถึงจำนวนแผ่นฟิล์มชีวภาพที่แนบมาสูงสุด 5.7 กรัม/ลิตรหลังจากประมาณ 10 วัน เห็นได้ชัดว่าอุณหภูมิมีผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญต่อการก่อตัวของฟิล์มชีวภาพโดยมีการเริ่มต้นที่เร็วขึ้นระหว่างองศา 15-30
อุณหภูมิเป็นปัจจัยสำคัญที่มีผลต่อกิจกรรมทางชีวภาพและความสามารถในการเผาผลาญซึ่งมีผลต่อกระบวนการปฏิกิริยาไนตริฟิเคชันส่วนใหญ่ผ่านรูปแบบการเจริญเติบโตและกิจกรรมทางชีวภาพของแบคทีเรียไนเตรท มันมีผลต่ออัตราการเกิดปฏิกิริยาทางชีวเคมีและอัตราการถ่ายโอนออกซิเจน
4. ผลกระทบของพื้นที่ผิวเฉพาะของผู้ให้บริการและความขรุขระพื้นผิวต่อประสิทธิภาพการยึดเกาะของแผ่นชีวะ
พื้นที่ผิวเฉพาะขนาดใหญ่และความขรุขระช่วยเพิ่มความสามารถของผู้ให้บริการในการจับจุลินทรีย์ ผู้ให้บริการที่มีความขรุขระพื้นผิวสูงมีความสามารถที่แข็งแกร่งในการกระจายการไหลของน้ำลดแรงเฉือนในแผ่นชีวะและให้สภาพแวดล้อมที่ดีสำหรับการผสมและการสัมผัสระหว่างจุลินทรีย์และสารตั้งต้น พื้นผิวที่ขรุขระมีชั้นขอบเขตลามินาร์ที่หนากว่าพื้นผิวที่เรียบเนียนซึ่งมีสภาพแวดล้อมอุทกพลศาสตร์แบบคงที่ที่ดีและหลีกเลี่ยงผลข้างเคียงของแรงเฉือนการไหลของน้ำต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ที่แนบมา