Een eenvoudige uitleg van biofilmbehandeling: bacteriën een thuis bieden voor robuustheid en zorg-Gratis afvalwaterzuivering

Het actiefslibproces is de meest gebruikte biologische afvalwaterzuiveringstechnologie. In een actiefslibsysteem bevinden de micro-organismen die afvalwater zuiveren zich in een zwevende groeifase.-Ze clusteren zich in kleine groepen, vormen vlokken, en worden onder beluchting in de gemengde vloeistof gesuspendeerd, waarbij ze met de waterstroom karnen. De micro-organismen en het afvalwater komen volledig met elkaar in contact, waardoor verontreinigende stoffen in het water worden geëlimineerd.

Dit systeem werkt heel goed, maar heeft één nadeel: het is delicaat. Als het volume van het influent afvalwater plotseling toeneemt, de concentratie ervan plotseling stijgt, of de watertemperatuur plotseling daalt, of de pH drastisch fluctueert, kunnen de micro-organismen "in actie komen"-, het behandelingseffect zal afnemen, of er zal zelfs slibophoping optreden, waardoor de normale werking van het systeem wordt beïnvloed.

Daarom vroegen ingenieurs zich af of ze hun aanpak konden veranderen, waardoor de micro-organismen zich op een vaste locatie konden ‘vestigen’, in plaats van voortdurend in het water te drijven?

Dit is het biofilmproces. Simpel gezegd maakt het biofilmproces gebruik van micro-organismen die groeien op filtermedia of een drager om afvalwater te behandelen.

Het kernidee van biofilmtechnologie is eenvoudig: geef micro-organismen vaste ‘huizen’ waar ze zich kunnen vestigen, zich kunnen voortplanten en een ‘microbiële gemeenschap’ kunnen vormen. Afvalwater stroomt door deze gemeenschap en de verontreinigende stoffen binnenin worden geconsumeerd door de 'bewoners'.

Deze "huizen" worden beroepshalve verpakkingsmaterialen of vervoerders genoemd. Verschillende biofilmprocessen gebruiken totaal verschillende dragers. De meest voorkomende soorten zijn:

Het eerste type: verpakkingsmateriaal in biologische contactoxidatie – "plastic filamentballen" die in de tank hangen

De contactoxidatietank is gevuld met strengen verpakkingsmateriaal, die lijken op grote plastic borstels. Afvalwater wordt vanaf de bodem van de tank belucht en naar boven gespoeld, waardoor deze verpakkingsmaterialen zachtjes in het water bewegen en bedekt zijn met een geelachtig-bruine biofilm. Dit type verpakkingsmateriaal heeft een groot specifiek oppervlak; 1 kubieke meter kan 800 tot 900 vierkante meter ‘leefruimte’ opleveren.

Het tweede type: Schijven in biologische roterende schijven – "roterende schijven"

Biologische roterende schijven gebruiken geen verpakkingsmateriaal; hun ‘huizen’ zijn de schijven zelf – tientallen grote schijven met een diameter van 2 tot 3 meter, aan elkaar geregen op een roterende as en langzaam rondgedraaid door een motor met snelheidsreductie. Het eerste type betreft een biologische filterschijf, half ondergedompeld in afvalwater en half blootgesteld aan lucht. Micro-organismen groeien aan beide zijden van de schijf, waarbij ze verontreinigende stoffen adsorberen wanneer ze onder water komen en zuurstof uit de lucht absorberen wanneer ze aan het oppervlak worden blootgesteld. Dit ontwerp heeft een relatief laag energieverbruik, vereist geen extra beluchting en is zuinig in gebruik.

Het derde type: het pakkingmateriaal voor een biologisch belucht filter (BAF) – "een filterbed gemaakt van kleine keramische steentjes"

BAF gebruikt kleine keramische steentjes met een diameter van 3 tot 6 millimeter, die als kleine steentjes in de tank worden opgestapeld. Afvalwater stroomt van onder naar boven, terwijl tegelijkertijd beluchting van onderaf plaatsvindt. Dit ontwerp met kleine deeltjes heeft twee voordelen: ten eerste een groot specifiek oppervlak, wat resulteert in een hoge biomassa per volume-eenheid; ten tweede vangen de openingen tussen de deeltjes zwevende vaste stoffen op, waardoor het BAF-effluent uitzonderlijk helder wordt.

Het vierde type: het verpakkingsmateriaal voor een biologisch biofilter (MBBR) – "kleine plastic velletjes die in het water tuimelen"

MBBR maakt gebruik van hangende kleine plastic platen, in de vorm van kleine wielen of cilinders, met een dichtheid die iets lichter is dan die van water. Bij beluchting tuimelen en stromen deze verpakkingsmaterialen voortdurend in de tank, waardoor de biofilm tijdens het bewegen in contact komt met het afvalwater. Het verpakkingsmateriaal is voortdurend in beweging; verouderende biofilm wordt afgeveegd en nieuwe biofilm groeit voortdurend, waardoor handmatig terugspoelen niet meer nodig is. Het heeft een sterk zelfreinigend vermogen-en zal de tank niet verstoppen.

Het vijfde type: de drager van een biologisch wervelbed – ‘kleine deeltjes die als pap tuimelen’

Biologische wervelbedden gebruiken zelfs kleinere dragers, doorgaans 0,3 tot 1 mm zand, actieve kool of cokesdeeltjes. Aangedreven door een hoge- water- of luchtstroom, tuimelen deze kleine deeltjes voortdurend rond en vloeibaar als pap. Omdat de drager extreem klein is, kan elke kubieke meter drager 2000 tot 3000 vierkante meter woonruimte bieden, wat resulteert in de hoogste microbiële concentratie en volumetrische laadsnelheid van alle biofilmprocessen. Het beschikt over een extreem hoge behandelingsefficiëntie en een zeer kleine footprint, maar het ontwerp en de bediening zijn ook relatief complex.

Deze verschillende soorten ‘huizen’ hebben elk hun eigen toepasbare scenario’s. Contactoxidatie is geschikt voor kleine tot middelgrote- afvalwaterbehandeling, MBBR is geschikt voor retrofit en uitbreiding, BAF is geschikt voor geavanceerde behandeling, biologische roterende schijven zijn geschikt voor kleine- energie-- besparingsscenario's, en biologische wervelbedden zijn geschikt voor hoog- industrieel afvalwater of scenario's met beperkte ruimte.

Wanneer het verpakkingsmateriaal in het afvalwater wordt geplaatst en het afvalwater daar doorheen blijft stromen, begint dit proces.

Stap 1: Micro-organismen komen voorbij en vestigen zich

Afvalwater bevat een groot aantal micro-organismen. Terwijl ze over het oppervlak van het verpakkingsmateriaal stromen, komen sommige vast te zitten. Deze initiële hechting is afhankelijk van elektrostatische interacties en van der Waals-krachten.

Stap 2: Van tijdelijke schikking naar schikking op lange- termijn

De vastzittende micro-organismen beginnen een kleverige substantie af te scheiden die extracellulaire polymere stoffen (API's) wordt genoemd. Deze substantie werkt als lijm en fixeert de micro-organismen stevig op het oppervlak van het verpakkingsmateriaal en vormt zo het ‘architectonische raamwerk’ van de biofilm.

Stap 3: Zich vestigen en proliferatie verspreiden

Nadat ze zich hebben gevestigd, beginnen de micro-organismen te groeien en zich voort te planten. Eén wordt twee, twee worden vier… Al snel bedekt een dunne laag microbiële film het oppervlak van het verpakkingsmateriaal. Dit is de biofilm.

Stap 4: Vorming van een volwassen gemeenschap

Na verloop van tijd wordt de biofilm dikker en worden de ‘bewoners’ daarin diverser. Niet alleen bacteriën, maar ook schimmels, protozoa en metazoa zullen verschijnen. Onder hen vormt zich een voedselketen: bacteriën eten verontreinigende stoffen, protozoa eten bacteriën en metazoa eten protozoa. Zo ontstaat een compleet klein ecosysteem.

Dit proces wordt professioneel biofilmvorming genoemd. Voor typisch stedelijk afvalwater kan bij geschikte temperaturen de biofilmvorming in ongeveer 7 tot 20 dagen worden voltooid.

Hoewel een biofilm slechts een dun membraan is, is de interne structuur behoorlijk gelaagd. Afhankelijk van de afvalwaterkwaliteit en de omstandigheden van de zuurstofvoorziening kan het zijn dat het niet altijd drie volledige lagen vormt; in sommige scenario's kan er alleen sprake zijn van een aerobe en een anaerobe laag.

De laag die zich het dichtst bij het verpakkingsmateriaal bevindt, is de anaërobe laag. Deze laag ligt het verst van het afvalwater, waardoor zuurstof moeilijk kan diffunderen. Het wordt voornamelijk bewoond door anaerobe bacteriën. Ze hebben geen zuurstof nodig en verkrijgen energie door complex organisch materiaal af te breken, maar hun afbraakefficiëntie is relatief laag.

De laag die het dichtst bij het afvalwater ligt, is de aerobe laag. Deze laag bevat relatief veel zuurstof en wordt bewoond door aerobe bacteriën, die de "hoofdkracht" in het proces zijn; Hier vindt vooral de afbraak van organische stof plaats.

Als afvalwater denitrificatie nodig heeft, zal zich in het midden een anoxische laag vormen, waar facultatieve bacteriën denitrificatie kunnen uitvoeren, waarbij nitraten worden omgezet in stikstofgas. Het is juist vanwege deze gelaagde structuur dat de biofilm tegelijkertijd aerobe en anaerobe reacties binnen dezelfde laag kan voltooien, iets wat moeilijk te bereiken is bij processen met gesuspendeerde groei van actief slib.

Biofilms groeien niet oneindig. Wanneer ze een bepaalde dikte bereiken, laten ze los en vernieuwen ze zich. De belangrijkste reden is dat de anaërobe laag binnenin steeds dikker wordt. Wanneer de anaërobe laag een bepaalde dikte bereikt, komen micro-organismen nabij het drageroppervlak, die geen organisch materiaal voor voeding hebben, in een endogene ademhalingsfase terecht, waardoor hun vermogen om zich aan de drager te hechten verzwakt. Onder de schuifkracht van de externe waterstroom zal de verouderende biofilm in stukjes loslaten. De losgemaakte biofilm stroomt met de waterstroom naar buiten en nieuwe micro-organismen hechten zich onmiddellijk aan de losgemaakte plekken. Op deze manier laat oude biofilm los en groeit nieuwe biofilm, waardoor een hoog niveau van biofilmactiviteit behouden blijft.

Dit mechanisme resulteert in een aanzienlijk lagere slibproductie in vergelijking met het actiefslibproces. Hoewel periodieke slibverwijdering nog steeds noodzakelijk is, elimineert dit de noodzaak van de frequente en nauwkeurige controle die vereist is voor het actiefslibproces, waardoor de bediening en het beheer aanzienlijk worden vereenvoudigd.

In actief slib worden micro-organismen gesuspendeerd in de gemengde vloeistof, terwijl in biofilm micro-organismen worden geïmmobiliseerd op het verpakkingsmateriaal. Wat de weerstand tegen schokbelastingen betreft, zijn actiefslibprocessen over het algemeen minder effectief, waarbij schommelingen in de waterkwaliteit en -kwantiteit gemakkelijk leiden tot een afname van de behandelingsefficiëntie; biofilmprocessen zijn veel sterker en robuuster.

In termen van aanpassingsvermogen aan afvalwater met een lage- concentratie zijn micro-organismen uit actief slib gevoelig voor ondervoeding, wat resulteert in verminderde activiteit; biofilmprocessen behouden een hoge activiteit, zelfs bij zeer lage influentconcentraties.

Wat het ophopen van slib betreft, zijn actief-slibprocessen gevoelig voor ophoping van slib; biofilmprocessen niet, omdat de micro-organismen worden geïmmobiliseerd.

In termen van biomassa per volume-eenheid produceren actiefslibprocessen doorgaans 2 tot 4 gram per liter, terwijl biofilmprocessen 10 tot 20 gram per liter kunnen bereiken, 3 tot 5 keer hoger.

Bij gelijktijdige nitrificatie en denitrificatie vereist het actiefslibproces recirculatie tussen verschillende tanks; het biofilmproces kan dit, vanwege de gelaagde structuur, binnen dezelfde tank bereiken.

Hoe te kiezen? Simpel gezegd: voor grote hoeveelheden stabiel gemeentelijk afvalwater is het actiefslibproces een volwassen technologie; voor afvalwater met grote schommelingen in volume en kwaliteit, lage concentratie of waarbij gelijktijdige denitrificatie vereist is, is het biofilmproces voordeliger.

De belangrijkste processen zijn onder meer: ​​biologische contactoxidatie, MBBR, belucht biologisch filter (BAF), biologische roterende schijf, biologisch wervelbed en traditionele biologische filters (gewone, hoge- belasting, torentype). Hoewel deze processen qua vorm verschillen, is hun kernprincipe hetzelfde-waardoor micro-organismen zich kunnen hechten aan een drager om een ​​biofilm te vormen, waarbij dit membraan wordt gebruikt om afvalwater te zuiveren.

De belangrijkste verschillen zijn tweeledig: ten eerste het type 'huis'-vaste schijven, het verpakkingsmateriaal waarmee de tank wordt gevuld, kleine keramische deeltjes die in een filterlaag zijn gestapeld, kleine plastic vellen die omvallen, of gefluïdiseerde microdeeltjes; ten tweede, hoe zuurstof wordt geleverd-natuurlijke ventilatie, schijfrotatie of kunstmatige beluchting.

Het biofilmproces omvat het bouwen van habitats voor micro-organismen, waardoor ze zich kunnen vestigen en het afvalwater kunnen helpen behandelen.

Zodra de micro-organismen hun 'huis' hebben bereikt, scheiden ze een kleverige substantie af om zichzelf te verankeren, te groeien en zich voort te planten, waarbij ze een gestructureerde biofilm vormen-een buitenste aerobe laag die verantwoordelijk is voor de afbraak van organisch materiaal, en een binnenste anaerobe laag die verantwoordelijk is voor verdere afbraak (er kan zich tussenin een anoxische laag vormen, afhankelijk van de waterkwaliteit). Afvalwater stroomt er doorheen en verontreinigende stoffen worden geleidelijk door elke laag opgenomen. Naarmate de biofilm tot een bepaalde dikte groeit, laten de oude lagen los en blijven er nieuwe groeien. U hoeft zich geen zorgen te maken over het ophopen van slib of het regelmatig aanpassen van de slibafvoer, waardoor de bediening en het beheer veel eenvoudiger worden!