Vienkāršs skaidrojums par bioplēves apstrādi: nodrošināt mājvietu baktērijām spēcīgai un rūpīgai-Bezmaksas notekūdeņu attīrīšanai

Aktīvo dūņu process ir visplašāk izmantotā notekūdeņu bioloģiskās attīrīšanas tehnoloģija. Aktīvo dūņu sistēmā mikroorganismi, kas attīra notekūdeņus, atrodas suspendētā augšanas stāvoklī-, tie sapulcējas mazās grupās, veidojot flokus, un tiek suspendēti jauktajā šķidrumā aerācijas procesā, kuļot līdzi ūdens plūsmai. Mikroorganismi un notekūdeņi pilnībā saskaras, izvadot ūdenī esošos piesārņotājus.

Šī sistēma darbojas ļoti labi, taču tai ir viens trūkums: tā ir delikāta. Ja ieplūstošā notekūdeņu apjoms pēkšņi palielinās, to koncentrācija pēkšņi paaugstinās vai ūdens temperatūra pēkšņi pazeminās, vai pH krasi svārstās, mikroorganismi var "iedarboties"-attīrīšanas efekts samazināsies vai pat notiks dūņu masas palielināšanās, kas ietekmēs normālu sistēmas darbību.

Tāpēc inženieri domāja, vai viņi varētu mainīt savu pieeju, ļaujot mikroorganismiem "nokārtoties" noteiktā vietā, nevis pastāvīgi peldēt ūdenī?

Šis ir bioplēves process. Vienkārši sakot, bioplēves procesā notekūdeņu attīrīšanai izmanto mikroorganismus, kas aug uz filtra vai nesēja.

Biofilmu tehnoloģijas pamatideja ir vienkārša: nodrošināt mikroorganismus ar fiksētām "mājām", kur tie var apmesties, vairoties un veidot "mikrobu kopienu". Caur šo kopienu plūst notekūdeņi, un tajā esošos piesārņotājus patērē "iedzīvotāji".

Šīs "mājas" profesionāli sauc par iepakojuma materiāliem vai nesējiem. Dažādos bioplēves procesos tiek izmantoti pilnīgi atšķirīgi nesēji. Visizplatītākie veidi ir:

Pirmais veids: Iesaiņojuma materiāls bioloģiskajā kontakta oksidācijā – "plastmasas kvēldiega bumbiņas", kas karājas tvertnē

Kontakta oksidācijas tvertne ir piepildīta ar iepakojuma materiālu virknēm, kas atgādina lielas plastmasas sukas. Notekūdeņi tiek aerēti no tvertnes apakšas un izskaloti uz augšu, liekot šiem iepakojuma materiāliem viegli šūpoties ūdenī, pārklāti ar dzeltenīgi brūnu -brūnu bioplēvi. Šim iepakojuma materiāla veidam ir liela īpatnējā virsma; 1 kubikmetrs var nodrošināt 800 līdz 900 kvadrātmetrus "dzīvojamās platības".

Otrais veids: diski bioloģiskos rotējošos diskos – "rotējošie diski"

Bioloģiskie rotējošie diski neizmanto iepakojuma materiālus; viņu "mājas" ir paši diski – desmitiem lielu disku 2 līdz 3 metru diametrā, kas savērti kopā uz rotējošas vārpstas un lēnām griezti ar motoru ar ātruma samazinājumu. Pirmais veids ietver bioloģisko filtra disku, kas daļēji iegremdēts notekūdeņos un puse pakļauts gaisam. Mikroorganismi aug abās diska pusēs, adsorbējot piesārņotājus, kad tie ir iegremdēti, un absorbējot skābekli no gaisa, saskaroties ar virsmu. Šim dizainam ir salīdzinoši zems enerģijas patēriņš, nav nepieciešama papildu aerācija, un tas ir ekonomisks ekspluatācijā.

Trešais veids: Iepakojuma materiāls bioloģiski aerējamam filtram (BAF) – "filtra gulta no maziem keramikas oļiem"

BAF izmanto mazus keramikas oļus ar diametru no 3 līdz 6 milimetriem, kas tvertnē sakrauti kā mazi oļi. Notekūdeņi plūst no apakšas uz augšu, savukārt aerācija notiek vienlaikus no apakšas. Šai mazo daļiņu konstrukcijai ir divas priekšrocības: pirmkārt, liels īpatnējais virsmas laukums, kas rada lielu biomasu uz tilpuma vienību; otrkārt, spraugas starp daļiņām aiztur suspendētās cietās vielas, padarot BAF notekūdeņus īpaši dzidrus.

Ceturtais veids: Bioloģiskā biofiltra (MBBR) iepakojuma materiāls - "mazas plastmasas loksnes, kas krīt ūdenī"

MBBR izmanto piekārtas mazas plastmasas loksnes, kas veidotas kā mazi riteņi vai cilindri un kuru blīvums ir nedaudz vieglāks nekā ūdens. Aerējot, šie iepakojuma materiāli nepārtraukti krīt un plūst tvertnē, ļaujot bioplēvei saskarties ar notekūdeņiem, kad tie pārvietojas. Iepakojuma materiāls pastāvīgi atrodas kustībā; novecojošā bioplēve tiek noberzta, un jauna bioplēve nepārtraukti aug, novēršot nepieciešamību pēc manuālas mazgāšanas. Tam ir spēcīgas pašattīrīšanās-spējas, un tas neaizsprosto tvertni.

Piektais veids: bioloģiskās verdošā slāņa nesējs – "sīkas daļiņas, kas kūsā kā putra"

Bioloģiskās verdošā slānī tiek izmantoti vēl mazāki nesēji, parasti 0,3–1 mm smilšu, aktīvās ogles vai koksa daļiņas. Lielas-ūdens vai gaisa plūsmas vadītas, šīs sīkās daļiņas nepārtraukti plūst un plūst kā putra. Tā kā nesējs ir ārkārtīgi mazs, katrs nesēja kubikmetrs var nodrošināt 2000 līdz 3000 kvadrātmetrus dzīvojamās platības, kā rezultātā tiek nodrošināta visaugstākā mikrobu koncentrācija un tilpuma slodzes ātrums starp visiem bioplēves procesiem. Tas lepojas ar ārkārtīgi augstu apstrādes efektivitāti un ļoti mazu nospiedumu, taču arī tā dizains un darbība ir salīdzinoši sarežģīta.

Katrai no šīm dažādajām "mājām" ir savi piemērojamie scenāriji. Kontaktoksidēšana ir piemērota maza un vidēja izmēra notekūdeņu attīrīšanai, MBBR ir piemērota modernizācijai un paplašināšanai, BAF ir piemērota progresīvai attīrīšanai, bioloģiskie rotējošie diski ir piemēroti maza -apjoma, enerģijas-taupīšanas scenārijiem, un bioloģiskās verdošā slāņi ir piemēroti lielai{4} rūpnieciskai notekūdeņu telpai vai ierobežotai koncentrācijai.

Kad iepakojuma materiāls tiek ievietots notekūdeņos un notekūdeņi turpina plūst caur tiem, šis process sākas.

1. solis: mikroorganismi iet garām un apmetas

Notekūdeņi satur lielu skaitu mikroorganismu. Tiem plūstot pa iepakojuma materiāla virsmu, daži iestrēgst. Šis sākotnējais stiprinājums ir balstīts uz elektrostatisko mijiedarbību un van der Vālsa spēkiem.

2. darbība: no pagaidu izlīguma uz ilgtermiņa-izlīgumu

Iestrēgušie mikroorganismi sāk izdalīt lipīgu vielu, ko sauc par ārpusšūnu polimēru vielām (API). Šī viela darbojas kā līme, stingri nostiprinot mikroorganismus pie iepakojuma materiāla virsmas, veidojot bioplēves "arhitektūras karkasu".

3. darbība: iekārtošanās un proliferācijas izplatīšana

Pēc iedzīvošanās mikroorganismi sāk augt un vairoties. Viens kļūst par diviem, divi kļūst par četriem... Drīz vien iepakojuma materiāla virsmu pārklāj plāns mikrobu plēves slānis. Šī ir biofilma.

4. solis: nobriedušas kopienas izveide

Laika gaitā bioplēve kļūst biezāka, un tajā esošie "iemītnieki" kļūst daudzveidīgāki. Parādīsies ne tikai baktērijas, bet arī sēnītes, vienšūņi un metazoji. Starp tiem veidojas barības ķēde: baktērijas ēd piesārņotājus, vienšūņi ēd baktērijas un metazoji ēd vienšūņus. Tādējādi tiek izveidota pilnīga maza ekosistēma.

Šo procesu profesionāli sauc par bioplēves veidošanos. Tipiskiem pilsētas notekūdeņiem piemērotā temperatūrā bioplēves veidošanos var pabeigt aptuveni 7 līdz 20 dienu laikā.

Lai gan bioplēve ir tikai plāna membrāna, tās iekšējā struktūra ir diezgan slāņaina. Atkarībā no notekūdeņu kvalitātes un skābekļa padeves apstākļiem tie ne vienmēr var veidot trīs pilnus slāņus; dažos gadījumos var veidoties tikai aerobs un anaerobs slānis.

Slānis, kas atrodas vistuvāk iepakojuma materiālam, ir anaerobais slānis. Šis slānis atrodas vistālāk no notekūdeņiem, tāpēc skābeklim ir grūti izkliedēties. To galvenokārt apdzīvo anaerobās baktērijas. Tiem nav nepieciešams skābeklis, enerģiju iegūstot, sadalot sarežģītās organiskās vielas, taču to sadalīšanās efektivitāte ir salīdzinoši zema.

Slānis, kas atrodas vistuvāk notekūdeņiem, ir aerobais slānis. Šajā slānī ir salīdzinoši daudz skābekļa, un to apdzīvo aerobās baktērijas, kas ir "galvenais spēks" šajā procesā; šeit galvenokārt notiek organisko vielu noārdīšanās.

Ja notekūdeņiem nepieciešama denitrifikācija, pa vidu izveidosies anoksisks slānis, kur fakultatīvās baktērijas var veikt denitrifikāciju, pārvēršot nitrātus slāpekļa gāzē. Tieši šīs slāņveida struktūras dēļ bioplēve var vienlaicīgi pabeigt aerobās un anaerobās reakcijas vienā un tajā pašā slānī -kaut ko grūti panākt suspendētās augšanas aktīvo dūņu procesos.

Bioplēves neaug bezgalīgi. Sasniedzot noteiktu biezumu, tie atdalīsies un atjaunosies. Galvenais iemesls ir tas, ka iekšā esošais anaerobais slānis kļūst arvien biezāks. Kad anaerobais slānis sasniedz noteiktu biezumu, mikroorganismi, kas atrodas netālu no nesēja virsmas, kuriem trūkst organisko vielu uzturam, nonāk endogēnā elpošanas fāzē, vājinot to spēju piesaistīties nesējam. Ārējās ūdens plūsmas bīdes spēka ietekmē novecojošā bioplēve atdalīsies plankumu veidā. Atdalītā bioplēve izplūst kopā ar ūdens plūsmu, un atdalītajām vietām nekavējoties pievienojas jauni mikroorganismi. Tādā veidā vecā bioplēve atdalās un izaug jauna bioplēve, saglabājot augstu bioplēves aktivitātes līmeni.

Šis mehānisms nodrošina ievērojami zemāku dūņu ražošanas ātrumu, salīdzinot ar aktīvo dūņu procesu. Lai gan periodiska dūņu noņemšana joprojām ir nepieciešama, tā novērš nepieciešamību pēc biežas un precīzas kontroles, kas nepieciešama aktīvo dūņu procesam, ievērojami vienkāršojot darbību un pārvaldību.

Aktīvajās dūņās mikroorganismi tiek suspendēti sajauktajā šķidrumā, savukārt bioplēvē mikroorganismi tiek imobilizēti uz iepakojuma materiāla. Attiecībā uz izturību pret triecienslodzēm aktīvo dūņu procesi parasti ir mazāk efektīvi, jo ūdens kvalitātes un daudzuma svārstības viegli noved pie attīrīšanas efektivitātes samazināšanās; bioplēves procesi ir daudz spēcīgāki un izturīgāki.

Runājot par pielāgošanās spēju zemas-koncentrācijas notekūdeņiem, aktīvo dūņu mikroorganismi ir pakļauti nepietiekamai barošanai, kā rezultātā samazinās aktivitāte; bioplēves procesi saglabā augstu aktivitāti pat ar ļoti zemu ieplūstošo koncentrāciju.

Kas attiecas uz dūņu lieluma palielināšanu, aktīvo dūņu procesi ir pakļauti dūņu apjoma palielināšanai; bioplēves procesi nenotiek, jo mikroorganismi tiek imobilizēti.

Runājot par biomasu uz tilpuma vienību, aktīvo dūņu procesos parasti tiek iegūti 2–4 grami litrā, savukārt bioplēves procesi var sasniegt 10–20 gramus litrā, kas ir 3–5 reizes vairāk.

Vienlaicīgā nitrifikācijā un denitrifikācijā aktīvo dūņu procesā ir nepieciešama recirkulācija starp dažādām tvertnēm; bioplēves process, pateicoties tā stratificētajai struktūrai, to var sasniegt tajā pašā tvertnē.

Kā izvēlēties? Vienkārši sakot: lieliem stabilu sadzīves notekūdeņu apjomiem aktīvo dūņu process ir nobriedusi tehnoloģija; notekūdeņiem ar lielām apjoma un kvalitātes svārstībām, zemu koncentrāciju vai vienlaicīgu denitrifikācijas procesu, bioplēves process ir izdevīgāks.

Galvenie procesi ietver: bioloģiskā kontakta oksidēšanu, MBBR, aerācijas bioloģisko filtru (BAF), bioloģisko rotējošo disku, bioloģisko verdošo slāni un tradicionālos bioloģiskos filtrus (parastos, augstas{0}}slodzes, torņa tipa). Lai gan šie procesi atšķiras pēc formas, to pamatprincips ir vienāds,-ļaujot mikroorganismiem pievienoties nesējam, veidojot bioplēvi, izmantojot šo membrānu notekūdeņu attīrīšanai.

Galvenās atšķirības ir divas: pirmkārt, "mājas"-nekustīgo disku veids, iepakojuma materiāls, kas piepilda tvertni, nelielas keramikas daļiņas, kas sakrautas filtra slānī, kūpošas mazas plastmasas loksnes vai šķidrās mikrodaļiņas; otrkārt, kā tiek piegādāts skābeklis-dabiskā ventilācija, diska rotācija vai mākslīgā aerācija.

Bioplēves process ietver mikroorganismu dzīvotņu veidošanu, ļaujot tiem nosēsties un palīdzēt attīrīt notekūdeņus.

Kad mikroorganismi pārvietojas savās “mājās”, tie izdala lipīgu vielu, lai noenkurotos, augtu un vairoties, veidojot strukturētu bioplēvi -ārējo aerobo slāni, kas ir atbildīgs par organisko vielu noārdīšanos, un iekšējo anaerobo slāni, kas ir atbildīgs par turpmāku sadalīšanos (atkarībā no ūdens kvalitātes var veidoties bezskābekļa slānis). Caur plūst notekūdeņi, un katrs slānis pakāpeniski absorbē piesārņotājus. Bioplēvei pieaugot līdz noteiktam biezumam, vecie slāņi atdalās un turpina augt jauni. Nav jāuztraucas par nogulšņu uzpildīšanu vai biežu dūņu izplūdes regulēšanu, padarot darbību un pārvaldību daudz vienkāršāku!