Com a venedor experimentat a la indústria del tractament de l’aigua, estic emocionat de compartir informació sobre la tecnologia Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR), un mètode de tractament d’aigües residuals altament eficient conegut pel seu baix volum de fangs i una operació senzilla. En aquest article, aprofundirem per què el biofilm de vegades no es forma en els mitjans de comunicació MBBR, considerant diversos aspectes com el principi de treball del sistema i els factors que influeixen en la formació de biofilm.
Principi del procés MBBR
Els mitjans MBBR permeten que els microorganismes s’uneixin a la superfície del portador i formin un biofilm. Quan les aigües residuals flueixen sobre la superfície del portador, la matèria orgànica i l’oxigen dissolt a l’aigua es difonen al biofilm. Els microorganismes dins del biofilm metabolitzen i assimilen la matèria orgànica en presència d’oxigen. Els productes de descomposició es difonen a la fase de l’aigua i l’aire, degradant eficaçment els contaminants orgànics de les aigües residuals.
Segons Characklis, Liu i altres, la formació de la pel·lícula microbiana sol passar per quatre etapes: modificació de la superfície del portador, fixació reversible, fixació irreversible i formació de biofilm. Aquest procés es pot dividir en dues etapes principals: l’adsorció microbiana i el creixement del segrest.
Factors que influeixen en la formació de biofilm en MBBR
1. Propietats de la superfície del portador
La càrrega superficial, la rugositat, la mida de les partícules i la concentració del portador MBBR afecten directament la fixació i la formació de biofilm. Els microorganismes solen tenir una càrrega negativa a la seva superfície en condicions de creixement normals. Una superfície transportadora rugosa facilita la fixació bacteriana i la immobilització.
♦ Una superfície més gran del portador augmenta la zona de contacte efectiva entre els bacteris i el portador en comparació amb una superfície llisa.
♦ Parts rugoses de la superfície del portador, com els forats i les esquerdes, actuen com un escut per protegir els bacteris adherits de les forces de cisalla hidràuliques.
Els portadors de mida de partícules més petites són més propensos a generar biofilms a causa de la seva baixa fricció mútua i gran superfície específica. La concentració del portador també és crucial per a la formació de biofilm. Wagner va trobar que a concentracions de massa de portador molt baixes, fins i tot amb un gruixut biofilm, no es va poder aconseguir una taxa d’eliminació estable en tractar les aigües residuals refractàries. Tot i això, a una concentració portadora de 20-30 g/L, el reactor podria aconseguir una taxa d’eliminació estable fins i tot amb només un 20% dels portadors amb un biofilm prim.
2. Concentració microbiana en suspensió
Generalment, a mesura que augmenta la concentració de microorganismes en suspensió, també augmenta la possibilitat de contacte entre els microorganismes i el portador. Hi ha una concentració crítica de microorganismes en suspensió durant l’adhesió microbiana. Abans d’aquest valor crític, el transport microbià i la difusió de la fase líquida a la superfície del portador és el pas de control. Un cop superat aquest valor, la fixació microbiana i la immobilització a la superfície del portador estan limitats per la superfície efectiva del transportista i ja no depenen de la concentració de microorganismes en suspensió.
3. Activitat dels microorganismes en suspensió
L’activitat microbiana, descrita per la taxa de creixement específica (μ), és crucial a l’hora d’estudiar les etapes inicials de la formació de biofilm. La quantitat i la taxa inicial de fixació i fixació de bacteris nitrificants a la superfície del portador són proporcionals a l’activitat de bacteris nitrificants en suspensió.
♦ Quan l’activitat biològica dels microorganismes en suspensió és alta, la seva capacitat de segregar polímers extracel·lulars també és més elevada.
♦ El nivell d’energia en què viuen els microorganismes està directament relacionat amb la seva taxa de creixement.
♦ L’estructura superficial dels microorganismes varia segons la seva activitat.
♦ Factors com el temps de contacte microbià amb el portador, el temps de retenció hidràulica (HRT), el pH de fase líquida i la força de cisalla hidrodinàmica també tenen un paper.
Factors influents durant el procés de formació de biofilm MBBR
1. Forces en el procés de formació de biofilm
Aquestes forces contribueixen directament a la interacció entre els microorganismes i la superfície del portador, jugant un paper crucial en tot el procés de formació de biofilm.
2. Efecte de la hidrofilicitat de la superfície del portador
La superfície del portador de la GPUC conté grups hidròfils com ara grups de -oh i amida. La majoria dels microorganismes tenen una bona hidrofilicitat i la superfície del portador i la superfície del microorganisme poden formar estructures d’enllaç d’hidrogen. L’energia lliure d’una superfície portadora hidrofílica és inferior a la d’una hidrofòbica, cosa que facilita que els microorganismes de l’aigua s’apropin i s’adsorbeixen a la superfície del portador hidrofílic per al creixement.
3.Efecte de la temperatura en la formació de biofilm
El rang de temperatura adequat per a microorganismes aeròbics és de 10 ~ 35 graus. La temperatura de l’aigua afecta significativament el creixement de bacteris nitrificants i la taxa de nitrificació. La temperatura òptima de creixement de la majoria de bacteris nitrificants és de 25 ~ 30 graus. Quan la temperatura està per sota dels 25 graus o per sobre dels 30 graus, el creixement de bacteris nitrificants s’alenteix i per sota dels 10 graus, el seu creixement i nitrificació es retarda significativament.
Les proves realitzades a 10 graus, 20 graus i 35 graus van demostrar que a 10 graus, la formació de biofilm va començar lentament, amb unió de biofilm notable després de 7 dies i maduració al cap de 21 dies, amb una biomassa màxima de 2,1 g/L. A 35 graus, el biofilm va començar a formar -se al cap de 4 dies i es va madurar al cap d’uns 19 dies, amb una quantitat màxima de biofilm adjunta de 3,5 g/L. A 20 graus, el biofilm va començar a formar -se al cap de 2 dies i va assolir una quantitat màxima de biofilm adjunta de 5,7 g/L al cap d’uns 10 dies. És evident que la temperatura té un impacte significatiu en la formació de biofilm, amb una iniciació més ràpida entre 15-30 grau.
La temperatura és un factor clau que afecta l’activitat biològica i la capacitat metabòlica, influint en el procés de reacció de nitrificació principalment a través del patró de creixement i l’activitat biològica dels bacteris nitrificants. Afecta la velocitat de reacció bioquímica i la taxa de transferència d’oxigen.
4.Efecte de la superfície específica del portador i la rugositat superficial sobre el rendiment de l’adhesió de biofilm
Una gran superfície específica i la rugositat milloren la capacitat del transportista de capturar microorganismes. Els portadors amb alta rugositat superficial tenen una capacitat més forta de redistribuir el flux d’aigua, reduint la força de cisalla al biofilm i proporcionant un entorn favorable per a la barreja i el contacte entre els microorganismes i el substrat. La superfície rugosa té una capa límit laminar més gruixuda que una superfície llisa, que ofereix un bon entorn hidrodinàmic estàtic i evita els efectes adversos de la cisalla del flux d’aigua sobre el creixement de microorganismes adjunts.