Kattava opas biofilmiprosesseihin vedenkäsittelyssä

Johdanto biofilmiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiiieihsisä- vedenkäsittelyssä

Vesi on planeettamme elinehto- ja sen puhtauden varmistaminen on kansanterveyden ja ympäristön kestävyyden kulmakivi. Kun globaalit väestöt kasvavat ja teollisuustoiminta laajenee- tehokkaan ja kestävän kysyntä vedenkäsittely Ratkaisut lisääntyvät. Käytettyjen monipuolisten tekniikoiden joukossa- biofilmiprosessit ovat nousseet huomattavan tehokkaana ja ympäristöystävällisenä lähestymistapana veden puhdistamiseen ja käsittelemiseen jätevesi .

Sen ytimessä vedenkäsittely tarkoittaa saastuneen veden muuttamista käyttökelpoiseksi tilaan. Vaikka kemiallisilla ja fysikaalisilla menetelmillä on merkittävä rooli- biologisilla prosesseilla- etenkin niissä biofilmit - hyödyntää mikro -taiganismien voimaa hajottaa ja poistaa epäpuhtauksia. Nämä luonnolliset mikrobiyhteisöt tarjoavat vakaan- vankan ja kustannustehokkaan vaihtoehdon perinteisille keskeytettyjen kasvien järjestelmille- jotka tasoittavat tietä kestävämmälle ja kestävämmälle vedenhallinnalle.

Mitkä ovat biofilmit?

Määritelmä ja ominaisuudet Eräs biofilm on mikro-taiganismien monimutkainen aggregaatio, jossa solut tarttuvat pintaan ja koteloituna solunulkoisten polymeeristen aineiden (EPS) itsetuotannossa. Tämä gelatiinimatriisi, joka koostuu pääasiassa polysakkarideista, proteiineista, nukleiinihapoista ja lipideistä, tarjoaa rakenteellisen eheyden, suojauksen ja helpottaa viestintää mikrobiyhteisön välillä. Kuvittele se mikrobikaupungina, jossa bakteerit, sienet, levät ja alkueläimet elävät tahmeassa, suojaavassa limakerroksessa. Nämä yhteisöt eivät ole staattisia; Ne ovat dynaamisia ekosysteemejä, jotka kasvavat jatkuvasti, mukautuvat ja reagoivat ympäristöönsä.

Biofilmiiien keskeisiä ominaisuuksia ovat:

• Pinnan tarttuminen: Määrittelevä ominaisuus, jossa mikrobit kiinnittyvät kiinteisiin substraatteihin.
• EPS -tuotanto: Suojaavan ja tarttuvan polymeerimatriisin luominen.
• Rakenteellinen heterogeenisyys: Biofilmit eivät ole tasaisia; Niillä on usein kanavia ja huokoset, jotka sallivat ravinteiden ja hapen kuljetuksen.
• Lisääntynyt joustavuus: Biofilmin mikrobit ovat usein resistenttejä ympäristöstressille, desinfiointiaineille ja antibiooteille verrattuna niiden vapaasti kelluviin (planktonisiin) vastaaviin.
• Aineenvaihdunta monimuotoisuus: Biofilmit voivat isännöidä laajaa valikoimaa mikrobilajeja, mikä mahdollistaa monipuoliset aineenvaihdunnan aktiivisuudet, jotka ovat ratkaisevia epäpuhtauksien hajoamiseen.

Merkitys luonnollisissa ja suunnitelluissa järjestelmissä Biofilmit ovat kaikkialla läsnä olevia, joita löytyy käytännöllisesti katsoen jokaisesta luonnollisesta ja suunnitellusta vesiympäristöstä.

• Luonnolliset järjestelmät: Biofilmillä on kriittisiä rooleja ravintoaineiden syklissä joen kivien ja vedenalaisten kasvien pintojen kasvun liman ja kasvun kasvussa (esim. nitrifikaatio , denitrifikaatio ), taigaanisen aineen hajoaminen ja ekosysteemien yleinen terveys. Ne ovat perustavanlaatuisia hiilen, typen, fosftaiin ja rikin biogeokemiallisille sykleille.
• Suunnitellut järjestelmät: Ihmisen tekemissä ympäristöissä niiden läsnäolo voi olla kaksiteräinen miekka. Vaikka ne ovat korvaamattomia jäteveden hoito kasvit pilaantumisen hallintaan, ne voivat myös aiheuttaa ongelmia, kuten likaantuminen teollisuusputkissa, lämmönvaihtimissa ja lääkinnällisissä laitteissa. Tämä kaksinaisuus korostaa biofilmin käyttäytymisen ymmärtämisen ja hallinnan merkitystä. Sisä- vedenkäsittely , tavoitteena on hyödyntää heidän hyödyllisiä ominaisuuksiaan tehokkaan epäpuhtauksien poistamiseksi.

Biofilmien muodostumisen tiede

A: n muodostuminen biofilm on dynaaminen, monivaiheinen prosessi, jota ohjaavat mikrobien vuorovaikutukset ja ympäristövihjeet. Se on kiehtova näyttely mikrobien sopeutumisesta ja yhteisökehityksestä.

Alkuperäinen kiinnitys

Ensimmäinen vaihe biofilmien muodostumisessa on planktonisten (vapaasti kelluvien) mikro-organismien palautuva tarttuminen upotettuun pintaan. Tähän alkuperäiseen kontaktiin vaikuttavat erilaiset tekijät, mukaan lukien:

• Pintaominaisuudet: Hydrofobisuus, karheus, varaus ja substraatin kemiallinen koostumus. Mikrobit suosittelevat usein karkeita, hydrofobisia pintoja.
• Ympäristöolosuhteet: PHE, lämpötila, ravinteiden saatavuus ja hydrodynaamiset voimat (veden virtaus).
• Mikrobien liikkuvuus: Flagellalla, pililla ja fimbriailla on ratkaiseva rooli bakteerien mahdollistamisessa lähestyä ja saada alkuperäinen kosketus pintaan. Heikot, palautuvat vuorovaikutukset (esim. Van der Waals -voimat, sähköstaattiset vuorovaikutukset) edeltävät voimakkaampaa, peruuttamatonta kiinnittyä.

Kolonisaatio ja kasvu

Kun solu on palautuvasti kiinnittynyt, se voi alkaa ankkuroida tiukemmin pintaan. Tähän sisältyy:

• Peruuttamaton kiinnitys: Liimaproteiinien ja muiden molekyylien tuotanto, jotka muodostavat voimakkaita sidoksia pinnan kanssa.
• Solunjako ja kasvu: Kiinnittyneet solut alkavat jakaa, muodostaen mikrokolonia.
• Muiden solujen rekrytointi: Muita planktonisia soluja voi houkutella kasvaviin mikrokolonioihin, mikä johtaa erilaisten mikrobilajien rekrytointiin. Tämä samanaikainen aggregaatio on elintärkeää heterogeenisen biofilmiyhteisön kehittämiselle.

EPS -tuotanto ja biofilmien kypsyminen

Mikrokolonioiden kasvaessa biofilmin erottuvin piirre alkaa muodostua: Solunulkoiset polymeeriset aineet (EPS) Matriisi.

• EPS -eritys: Mikro -organismit erittävät hydratoitujen makromolekyylien kompleksin seosta, mukaan lukien polysakkaridit (runsain komponentti), proteiinit, nukleiinihappot (esim. Extracasellular DNA) ja lipidit.
• Matriisin muodostuminen: Tämä EPS Matriisi kaappaa solut, jotka toimivat "bioliimaksi", joka pitää yhteisön yhdessä ja ankkuroi sen tiukasti pintaan.
• Biofilmin kypsyminen: Se EPS Matriisi suojaa soluja ympäristöstresseiltä (esim. PH-vaihtelut, myrkylliset kemikaalit, kuivuminen, laiduntavat petoeläimet, desinfiointiaineet) ja tarjoaa telineen biofilmin kolmiulotteiselle rakenteelle. Tässä matriisissa kehittyvät mikroympäristöt, joilla on vaihteleva happi, ravinne ja pH -gradientit, jolloin erilaiset mikrobilajit voivat menestyä tietyillä markkinaraoilla. Vesikanavat muodostuvat usein biofilmissä, mikä helpottaa ravinteiden ja jätetuotteiden kuljetusta.

Koorumin tunnistus ja viestintä

Koorumin tunnistus on hienostunut solujen välinen viestintäjärjestelmä, jolla on tärkeä rooli biofilmien muodostumisessa ja käyttäytymisessä.

• Signalointimolekyylit: Bakteerit vapauttavat pieniä signalointimolekyylejä (autoinduktoreita) ympäristöönsä.
• Väestötiheysvaste: Kun bakteeripopulaatiotiheys kasvaa kehittyvässä biofilmissä, näiden autoinduktorien pitoisuus saavuttaa kriittisen kynnyksen.
• Geenin säätely: Kun kynnys on saavutettu, bakteerit aktivoivat tai tukahduttavat erityiset geenit. Tämä koordinoitu geeniekspressio voi laukaista erilaisia ​​kollektiivisia käyttäytymisiä, kuten:
  • Parannettu EPS tuotanto
  • Spesifisten biofilmirakenteiden muodostuminen
  • Virulenssitekijöiden ilmentyminen
  • Irrottaminen biofilmistä
• Kollektiivinen toiminta: Koorumin tunnistus Yksitaa biofilmiyhteisöä toimia monisoluisena organismina, koordinointihoidona, joka olisi tehoton, jos yksittäiset solut suorittavat. Tämä viestintä on ratkaisevan tärkeää tehokkaalle ja vakaalle toiminnalle biofilmireaktorit in vedenkäsittely , antaa mikrobiyhteisölle sopeutua ja reagoida tehokkaasti vaikutuksiin vaikuttavan veden laadun muutoksiin.

Biofilmireaktorit vedenkäsittelyssä

Biofilmien ainutlaatuiset ominaisuudet ovat johtaneet monipuolisen joukon kehittämiseen biofilmireaktori Suunnittelut, kukin optimoitu tiettyihin sovelluksiin ja toimintaolosuhteisiin vedenkäsittely ja jäteveden hoito . Nämä reaktorit tarjoavat kiinteän väliaineen mikrobien kiinnittymiseen, luomalla vakaat ja tehokkaat biologiset käsittelyjärjestelmät.

Huijaruodattimet

Se huijarisuodatin (tunnetaan myös nimellä perkoloiva suodatin tai biofilter) on yksi vanhimmista ja yksinkertaisimmista muodoista biofilmireaktori . Se luottaa kiinteään mediavuoteeseen, jonka yli jätevedet jakautuvat jatkuvasti.

• Suunnittelu ja toiminta:

  • Rakenne: Vihkaava suodatin koostuu läpäisevän väliaineen (esim. Kivet, kuonan, muovimoduulien) sängystä tyypillisesti 1-3 metriä syvä, säiliössä. Pyörivä jakelija tai kiinteät suuttimet suihkeita tai tiputtavat jätevettä tasaisesti väliaineen yläpinnan yli.
  • Biofilmien kasvu: Jätevesien perkoloi alaspäin tiedotusvälineiden kautta, a biofilm kasvaa pakkauksen pinnalla. Tämän biofilmin mikro -organismit hajoavat orgaanista ainetta ja usein nitrifikaatio .
  • Ilmaus: Ilma kiertää väliaineiden tyhjiöiden läpi tarjoamalla happea biofilmiin joko luonnollisesti konvektiolla tai pakotetulla ilmanvaihdoilla.
  • Jätevesikokoelma: Käsitelty vesi kerätään alareunasta ja lähetetään tyypillisesti toissijaiselle selkeyttäjälle poistetun biofilmin (humus) poistamiseksi.

• Edut:

  • Yksinkertaisuus ja luotettavuus: Suhteellisen helppo suunnitella, käyttää ja ylläpitää muutamia mekaanisia osia.
  • Matala energiankulutus: Usein luottaa luonnolliseen ilmastukseen vähentäen energiakustannuksia.
  • Vahvuus: Pystyy käsittelemään vaihtelevia orgaanisia kuormia kohtuullisen hyvin.
  • Matala lietteen tuotanto: Verrattuna aktivoituun lietteeseen, huijaruodattimet tuottavat vähemmän ylimääräistä lietteä.

• Haitat:

  • Hajujen tuotanto: Voi joskus tuottaa hajuja, etenkin korkeampien orgaanisten kuormitusten tai riittämättömän ilmanvaihdon kanssa.
  • Fly -haitta: Voidaan olla alttiita suodattamaan kärpäsiä, mikä voi olla haittaa kaupunkialueilla.
  • Tukke/ponding: Biologinen kasvu voi tulla liialliseksi, mikä johtaa tukkeutumiseen tai lampaan, jos sitä ei hoideta asianmukaisesti, mikä vähentää hoidon tehokkuutta.
  • Ravinteiden rajoitettu poisto: Ensisijaisesti tehokas orgaanisen aineen poistamiseen ja nitrifikaatio ; Merkittävä denitrifikaatio or fosforinpoisto Yleensä vaatii lisäprosesseja.

Pyörivät biologiset kontaktorit (RBC)

Se Pyörivä biologinen kontaktori (RBC) on edistyneempi biofilmireaktori Tämä käyttää pyöriviä levyjä, jotka ovat osittain upotettuja jäteveteen.

• Suunnittelu ja toiminta:

  • Rakenne: RBC-järjestelmä koostuu sarjasta tiiviisti etäisyydellä sijaitsevia suuria halkaisijaisia ​​muovilevyjä, jotka on asennettu vaakasuoraan akseliin. Levyt on tyypillisesti valmistettu korkean pinnan alueen muovisesta väliaineesta.
  • Kierto: Akseli pyörii hitaasti (1-2 kierrosta minuutissa) aiheuttaen levyjen siirtymisen vuorotellen jäteveden läpi ja altistumaan sitten ilmakehään.
  • Biofilmien muodostuminen: Kun levyt pyörivät jäteveden läpi, a biofilm muodostaa ja kasvaa niiden pinnoilla. Kun altistuu ilmalle, biofilmi adsorboi happea.
  • Epäpuhtauden heikkeneminen: Tämä syklinen altistuminen sallii biofilmin mikro -organismit heikentää orgaanisia epäpuhtauksia tehokkaasti ja suorittaa nitrifikaatio . Ylimääräinen biofilmi rypäleet säiliöön ja erotetaan selkeästi.

• Edut:

  • Pieni jalanjälki: Suhteellisen kompakti verrattuna huijaussuodattimiin, mikä vaatii vähemmän maa -aluetta.
  • Vakaa toiminta: Vähemmän herkkä iskukuormille ja pH -vaihteluille kuin aktivoidut liettejärjestelmät.
  • Matala energiankulutus: Ensisijaisesti käyttää energiaa hitaaseen kiertoon, mikä johtaa pienempaan tehon tarpeisiin.
  • Yksinkertainen huolto: Suhteellisen helppo käyttää ja ylläpitää vähemmän operatiivista monimutkaisuutta kuin aktivoitu liette.
  • Hyvä nitrifikaatio: Usein erittäin tehokas saavuttamisessa nitrifikaatio Vakaiden aerobisten olosuhteiden vuoksi.

• Haitat:

  • Korkeat pääomakustannukset: RBC -yksiköiden alkuinvestoinnit voivat olla suurempia kuin jotkut tavanomaiset järjestelmät.
  • Mekaaninen kuluminen: Laakerit ja akselit voivat kokea kulumisen, mikä vaatii huoltoa.
  • Biofilmin sloughing -kysymykset: Liiallinen tai äkillinen sloughing voi johtaa huonoon jätevesien laatuun, jos sitä ei hoideta.
  • Lämpötilan herkkyys: Kylmä sää voi vaikuttaa suorituskykyyn, mikä vähentää biologista aktiivisuutta.
  • Ravinteiden rajoitettu poisto: Samanlainen trippisuodattimet, edistyneen saavuttaminen denitrifikaatio or fosforinpoisto Tyypillisesti vaatii lisävaiheita tai muokattuja malleja.

Liikkuvat sängyn biofilmireaktorit (MbbrS)

Se Liikkuva sängyn biofilmireaktori (Mbbr) on erittäin suosittu ja monipuolinen biofilmiprosessi Se käyttää pieniä, vapaasti liikkuvia muovikuljettajia mikro -organismien kiinnitysväliaineena.

• Suunnittelu ja toiminta:

  • Rakenne: An Mbbr Koostuu reaktorisäiliöstä, joka on täynnä tuhansia pieniä, erityisesti suunniteltuja muovikantajia (väliaineita), joilla on korkea sisäpinta -ala. Nämä kantajat on tyypillisesti valmistettu korkean tiheyden polyeteenistä (HDPE).
  • Kantajaliike: Kantajat pidetään vakiona säiliön sisällä ilmaston (aerobisissa järjestelmissä) tai mekaanisella sekoituksella (anoksisissa/anaerobisissa järjestelmissä). Tämä jatkuva liike varmistaa jäteveden, biofilm , ja ilma/ravintoaineet.
  • Biofilmien kasvu: Ohut biofilm Kasvaa kantajien suojatuilla sisäpinnoilla. Turbulentit olosuhteet estävät biofilmin muuttuvan liian paksuksi, mikä johtaa itsesääntelyyn ja tehokkaan massansiirtoon.
  • Ei lietteen paluuta: Toisin kuin aktivoitu liette, lietteen paluuta reaktoriin ei tarvita. Ylimääräinen biofilmi luonnollisesti kulkee pois ja poistuu käsitellyllä vedellä selkeyttäjälle.

• Edut:

  • Pieni jalanjälki: Merkittävästi pienempi jalanjälki kuin tavanomaiset aktivoidut lietteet tai huijaussuodattimet vastaavan kapasiteetin saavuttamiseksi.
  • Korkea hoitotehokkuus: Suuren suojatun pinta -alan takia biofilm kasvu, Mbbrs voi saavuttaa korkean tilavuuden kuormitusnopeudet ja erinomaisen hoidon suorituskyvyn, mukaan lukien tehokas nitrifikaatio ja orgaaninen poisto.
  • Vahvuus ja vakaus: Erittäin joustava iskukuormille, hydraulisille vaihteluille ja lämpötilan muutoksille.
  • Helppo päivittää olemassa olevia kasveja: Voidaan helposti toteuttaa olemassa olevien aktivoitujen lietteen kasvien päivittämiseksi yksinkertaisesti lisäämällä kantajia lisäämällä kapasiteettia laajentamatta säiliön määrää.
  • Ei lietteen kierrätystä: Eliminoi kalliiden ja monimutkaisten lietteen kierrätysjärjestelmien tarpeen.

• Haitat:

  • Pääomakustannukset: Alkuperäiset investoinnit operaattoreille voivat olla merkittäviä.
  • Kantoaallon pidätys: Vaatii näytöt tai seulat säilyttämään kantajat reaktorin sisällä samalla kun sallitaan veden kulkea, mikä voi joskus tukkia, jos sitä ei ole suunniteltu oikein.
  • Sekoittaminen/ilmaston optimointi: Oikea sekoitus ja ilmastus ovat välttämättömiä kantajien pitämiseksi jousituksessa ja estämään kuolleita vyöhykkeitä.
  • Kantajakoulun potentiaali: Pitkäaikainen kuluminen kantoaalloilla erittäin myrskyisissä järjestelmissä voi esiintyä, vaikkakin tyypillisesti vähäinen.

Membraanin bioreaktorit (Mbr)

Se Membraanin bioreaktori (Mbr) edustaa merkittävää kehitystä, jossa yhdistyvät biologinen hoitoprosessi (usein suspendoitunut kasvujärjestelmä, jolla on vahva biofilm komponentti) kalvojen suodatuksella kiinteän ja nesteen erottamiseksi.

• Suunnittelu ja toiminta:

  • Biologinen reaktori: Jätevedet saapuvat ensin biologiseen reaktoriin, jossa mikro -organismit (usein suspendoituneiden flokkien hybridi ja kiinnittynyt kasvu flocsissa) hajottavat epäpuhtaudet.
  • Kalvon erottaminen: Toissijaisen selkeän sijasta puoliltaan läpäisevät kalvot (mikrofiltraatio tai ultrasuodatus) upotetaan suoraan biologiseen säiliöön (upotettu MBR ) tai ovat ulkoisessa moduulissa (sivuvirta MBR ).
  • Kiinteän nesteen erottaminen: Kalvot erottavat fyysisesti käsitellyn veden sekoitetusta viinasta, säilyttäen kaiken biomassan, mukaan lukien hienoksi hajautetut flokit ja mikä tahansa muodostuminen biofilmit , reaktorin sisällä. Tämä mahdollistaa erittäin korkeat biomassan pitoisuudet (sekoitetut viina suspendoituneet kiintoaineet, MLSS) ja hitaasti kasvavien organismien täydellisen pidätyksen.
  • Korkealaatuiset jätevedet: Kalvo toimii absoluuttisena esteenä suspendoituneille kiintoaineille, bakteereille ja jopa joillekin viruksille, jotka tuottavat poikkeuksellisen korkealaatuisia jätevesiä.

• Edut:

  • Ylivoimainen jätevesien laatu: Tuottaa erittäin korkealaatuisia, usein sopivia uudelleenkäyttöön ilman jatkokäsittelyä, käytännöllisesti katsoen suspendoituneista kiinteistä aineista ja taudinaiheuttajista.
  • Pieni jalanjälki: Merkittävästi pienempi jalanjälki kuin tavanomaiset aktivoidut liettejärjestelmät korkeasta biomassan pitoisuudesta ja selkeän tarvetta.
  • Korkea tilavuuskuormitus: Pystyy käsittelemään erittäin korkeat orgaaniset ja hydrauliset kuormitusnopeudet.
  • Parannetut lietteen ominaisuudet: Tuottaa vähemmän ylimääräistä lietteä ja johtaa usein tiheämmälle, helpompaa siirrettävään lietteeseen.
  • Parannettu ravintoaineiden poisto: Mahdollistaa hitaasti kasvavien nitriferien ja denitrifioivien bakteerien pidättämisen, mikä johtaa parempaan nitrifikaatio ja denitrifikaatio .

• Haitat:

  • Korkeat pääomakustannukset: Kalvot ovat kalliita komponentteja, mikä johtaa korkeampaan alkuinvestointiin.
  • Kalvojen likaantuminen: Tämä on ensisijainen operatiivinen haaste. Biofilm Kasvu membraanin pinnalla (biolikaantuminen) vähentää merkittävästi vuotoa, lisää energiankulutusta ja vaatii usein puhdistusta tai korvaamista.
  • Energiankulutus: Biologisen aktiivisuuden ja membraanin pesemisen ilmaston ilmastoinnin vuoksi korkeampi energian kysyntä sekä pumppaamisen tunkeutuminen.
  • Operatiivinen monimutkaisuus: Vaatii hienostuneempaa valvontaa ja hallintaa kalvojen puhdistuksen ja ylläpidon kannalta.

Sisä-tegroitu kiinteäkalvo-aktivoitu liette (Ifas)

Se Integroitu kiinteäkalvo-aktivoitu liette (Ifas) Järjestelmä on hybriditekniikka, joka yhdistää sekä aktivoidun lietteen (suspendoituneen kasvun) parhaat ominaisuudet että biofilm (liitetty kasvu) prosessit yhdessä reaktorin sisällä.

• Suunnittelu ja toiminta:

  • Yhdistetty järjestelmä: Ifas järjestelmät integroivat kiinteät tai liikkuvat median (samanlainen kuin Mbbr kantoaallot tai kiinteät ruudukot) olemassa olevaan aktivoituun lietteen altaaseen.
  • Kaksoisbiomassa: Reaktori sisältää sekä suspendoituneen biomassan (aktivoidut lietteiset flokit) ja kiinnitettynä biofilm tiedotusvälineissä.
  • Synergistinen vaikutus: Suspendoitu kasvu käsittelee suurimman osan orgaanisesta kuormasta, kun taas suojattu biofilm tarjoaa vakaan ympäristön erikoistuneille, hitaammin kasvaville mikro-organismeille, erityisesti nitrifioiville bakteereille. Tämä mahdollistaa korkeat biomassan pitoisuudet ja erikoistuneet populaatiot lisäämättä hydraulista retentioaikaa.
  • Lietteen erottaminen: Samoin kuin aktivoidut lietteet, sekundaarista selkeyttäjää käytetään erottamaan sekoitetun viinan käsitellystä jätevesistä ja palauttamaan aktivoidun lietteen.

• Edut:

  • Parannettu nitrifikaatio: Erittäin tehokas saavuttamaan vakaat ja täydelliset nitrifikaatio johtuen hitaasti kasvavista nitrifereistä suojatuissa biofilm .
  • Lisääntynyt kapasiteetti/vähentynyt jalanjälki: Mahdollistaa olemassa olevien aktivoitujen lietteen kasvien käsittelyn korkeammat kuormat tai saavuttaa paremman jätevesien laadun (esim. Typen poisto) laajentamatta säiliön määrää.
  • Vahvuus: Tarjoaa parannettua stabiilisuutta iskukuormituksia vastaan ​​verrattuna tavanomaiseen aktivoituun lietteeseen.
  • Vähemmän lietteen tuotantoa: Voi johtaa pienempaan lietteen tuotantoon verrattuna puhtaisiin aktivoituihin liettejärjestelmiin, vaikkakin tyypillisesti enemmän kuin puhdasta Mbbr .

• Haitat:

  • Pääomakustannukset: Media- ja säilytysnäyttöjen lisääminen olemassa oleviin säiliöihin voi lisätä alkuinvestointeja.
  • Median säilyttäminen: Vaatii näytöt säilyttämään median, samanlainen kuin Mbbr , mikä voi olla alttiita tukkeutumiselle.
  • Suunnittelun monimutkaisuus: Vaatii huolellista suunnittelua varmistaakseen asianmukaisen sekoituksen, ilmistuksen ja väliaineen jakautumisen sekä ripustetulle että kiinnitetylle kasvulle.
  • Operatiivinen valvonta: Vaatii sekä suspendoituneen että kiinnittyneen biomassan seuraamisen lisäämällä kerros toiminnan monimutkaisuutta.

Biofilmiprosessien sovellukset vedenkäsittelyssä

Monipuolisuus ja kestävyys biofilmiprosessit ovat tehneet niistä välttämättömiä laajassa spektrissä vedenkäsittely sovellukset, jotka koskevat erilaisia ​​epäpuhtauksia ja hoitotavoitteita. Heidän kyky saada monipuolisia mikrobiyhteisöjä sallii laajan epäpuhtauksien heikkenemisen ja poistamisen.

Orgaanisen aineen poistaminen

Yksi ensisijaisista ja perusteellisimmista sovelluksista biofilmireaktorit on orgaanisen aineen tehokas poistaminen vedestä. Orgaaniset yhdisteet, mitattuna biokemiallisena hapen kysyntään (BOD) tai kemiallisen hapen kysyntä (COD), kuluttavat liukentuneen happea vesistöissä ja voivat olla haitallisia vesieliöille.

• Mekanismi: Aerobisessa biofilm järjestelmät (kuten huijaruodattimet , RBCS , Mbbrs ja aerobiset osat Mbrs ja Ifas ), heterotrofiset bakteerit biofilm Hyödynnä orgaanisia yhdisteitä ravintolähteenä. Ne adsorboivat nopeasti, metaboloivat ja hapettelevat nämä yhdisteet yksinkertaisemmiksi, vähemmän haitallisiksi aineiksi, kuten hiilidioksidista ja vedestä.
• Tehokkuus: Aktiivisen biomassan korkea pitoisuus biofilm Matriisi yhdistettynä jatkuvaan kosketukseen jäteveden kanssa varmistaa orgaanisten epäpuhtauksien korkean tilavuuden poistoasteen jopa vaihtelevissa kuormitusolosuhteissa.

Ravinteiden poisto (typpi ja fosfori)

Liiallinen typpi ja fosfori jätevedessä ovat tärkeimmät rehevöitymisen syyt, mikä johtaa levien kukinnan ja hapen ehtymisen kanssa vesien vastaanottamisessa. Biofilmiprosessit ovat erittäin tehokkaita edistyneille ravinteiden poistaminen .

• Typen poisto (nitrifikaatio ja denitrifikaatio):
  • Nitrifikaatio: Autotrofiset nitrifiointibakteerit (esim. Nitrosomonas , Nitrobacter ) biofilm Hapeta ammoniakki (NH3) nitriitiksi (NO2−) ja sitten nitraattiin (NO3−) aerobisissa olosuhteissa. Biofilmireaktorit pitää Mbbrs ja Ifas ovat erityisen hyvin sopivia nitrifikaatio johtuen kyvystään säilyttää nämä hitaasti kasvavat bakteerit.
  • Denitrifikaatio: Heterotrofiset denitrifioivat bakteerit anoksisissa (happi puutteellisissa) vyöhykkeissä biofilm Vähennä nitraatti (NO3 -) typpikaasuksi (N2), joka sitten vapautuu ilmakehään. Tätä esiintyy usein syvemmissä, happea rajoitetuissa osissa biofilm tai omistautuneilla monivaiheisilla oksilla alueilla biofilmireaktorit .
• Fosforin poisto:
  • Vaikka primaarinen biologinen fosforinpoisto Usein luottaa tiettyihin suspendoituneisiin kasvaviin organismeihin (esim. PAOS), biofilm Järjestelmät voivat edistää kemiallista fosforin saostumista tai tarjota olosuhteita jollekin biologiselle imeytymiselle. Yleisemmin fosforinpoisto integroituu kemiallisella lisäyksellä tai yhdistettynä muihin biologisiin prosesseihin hybridi -suunnittelussa. Jotkut erikoistuneet biofilmireaktorit kehitetään biologisen fosforin poistoon.

Raskasmetallien ja nousevien epäpuhtauksien poistaminen

Biofilmit on huomattava kyky olla vuorovaikutuksessa erilaisten haastavien epäpuhtauksien, mukaan lukien raskasmetallien ja nousevat epäpuhtaudet (esim. lääkkeet, henkilökohtaisen hygienian tuotteet, torjunta -aineet).

• Raskasmetallin poistaminen: Biofilmit voi poistaa raskasmetalleja useiden mekanismien kautta:
  • Biosorptio: Se EPS Matriisi voi sitoa metalli -ionit sähköstaattisten vuorovaikutusten ja kelaation kautta.
  • BIOPRECIPIATION: Mikro -organismit voivat muuttaa pH- tai redox -olosuhteita, mikä johtaa metalliyhdisteiden saostumiseen.
  • Bioreduktio/biohapetus: Mikrobit voivat muuttaa metallit vähemmän myrkyllisiksi tai vakaammiksi muodoiksi.
• Nousevat epäpuhtaudet (EC): Vaikka monet ovat haastavia, monet biofilm Yhteisöillä on entsymaattiset koneet hajottamaan tai muuttamaan kompleksisia orgaanisia EC: itä. Monipuoliset mikrobipopulaatiot ja vakaa ympäristö biofilm Salli erikoistuneiden hajoajien sopeutuminen ja kasvu. Tämä on aktiivinen tutkimusalue, jossa on bioaugmentaatio (Esittelemällä spesifiset mikrobikannot) tutkittiin usein EY: n poistoa.

Juomavedenkäsittely

Vaikka ensisijaisesti tunnetaan jäteveden hoito , biofilmiprosessit ovat yhä tärkeämpiä juomavedenkäsittely Raakavesien laadun parantamiseksi ja tiettyjen epäpuhtauksien käsittelemiseksi.

• Biologinen aktivoitu hiili (BAC) -suodattimet: Nämä ovat pääosin biofilmireaktorit missä aktivoitu hiili toimii väliaineena biofilm kasvu. BAC -suodattimia käytetään luonnollisen orgaanisen aineen (NOM), maku- ja hajuyhdisteiden ja mikropullutatien poistamiseen. Se biofilm Parantaa hiilen adsorptiokykyä ja pidentää sen käyttöikää biohajoamalla adsorboitua orgaanisia aineita.
• Mangaani ja raudan poistaminen: Erityiset mikrobiyhteisöt biofilmit voi hapettaa liuenneen mangaanin ja rautaa, mikä johtaa niiden saostumiseen ja poistoon juomavedestä.
• Esikäsittely: Biofilm Suodattimia voidaan käyttää esikäsittelyvaiheessa sameuden ja orgaanisen kuormituksen vähentämiseksi, minimoimalla siten desinfiointien sivutuotteiden muodostumisen, kun klooria käytetään myöhemmin.

Jäteveden hoito

Laajin ja perinteinen sovellus biofilmiprosessit on kunnallinen ja teollisuus jätevesi . Pienistä hajautetuista järjestelmistä laajamittaiseen kaupunkiin jäteveden hoito kasvit, biofilmireaktorit ovat keskeisiä nykyaikaisessa sanitaatiossa.

• Kunnan jäteveden hoito: Huijaruodattimet , RBCS , Mbbrs , Ifas ja Mbrs käytetään laajasti kunnallisen jätevesien primaariseen ja toissijaiseen käsittelyyn, orgaanisen aineen, suspendoituneiden kiinteiden aineiden ja ravinteiden (typpi ja fosforin) poistamiseen tehokkaasti. Niitä arvostetaan heidän kestävyydestään ja kyvystä käsitellä vaihtelevia kuormia asuin- ja kaupallisista lähteistä.
• Teollisuuden jäteveden hoito: Biofilmiprosessit on mukautettu monenlaisten teollisten jätevesien käsittelemiseksi, jotka sisältävät usein spesifisiä ja joskus myrkyllisiä orgaanisia yhdisteitä. Niiden kestävyys antaa heille mahdollisuuden käsitellä korkeampia epäpuhtauksien pitoisuuksia ja selviytyä teollisista päästöistä, jotka saattavat olla haastavia tavanomaisten keskeytettyjen kasvujärjestelmien suhteen. Esimerkkejä ovat ruoka- ja juoma-, tekstiili-, kemian- ja lääketeollisuuden jäteveden käsitteleminen. Kyky biofilmit Sopeutuminen ja heikentäminen toisistaan ​​yhdisteistä tekee niistä edullisen valinnan monille erikoistuneille teollisuussovelluksille.

Biofilmiprosessien edut ja haitat

Vaikka erittäin tehokas, biofilmiprosessit , kuten missä tahansa tekniikassa, mukana on joukko luontaisia ​​etuja ja haittoja, jotka vaikuttavat niiden soveltuvuuteen erityisiin vedenkäsittely sovellukset. Näiden näkökohtien ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää laitoksen suunnittelussa ja toiminnassa.

Edut

Ainutlaatuiset ominaisuudet biofilmit antaa itselleen useita merkittäviä etuja vedenkäsittely ja jäteveden hoito .

• Korkea hoitotehokkuus: Biofilmireaktorit Ylpeitä korkean tilavuuden hoidon tehokkuus. Aktiivisen biomassan korkea pitoisuus (mikro -organismit) tiheästi pakattuihin biofilm Matriisi, joka on usein huomattavasti korkeampi kuin suspendoituneissa kasvujärjestelmissä, mahdollistaa epäpuhtauksien nopean hajoamisen. Tämä keskittynyt mikrobiaktiivisuus johtaa erinomaiseen orgaanisen aineen poistoasteen, nitrifikaatio ja usein denitrifikaatio . Erikoistuneiden markkinarakojen läsnäolo biofilm Mahdollistaa myös erilaisten tai epäpuhtauksien epäpuhtauksien tehokkaan poistamisen.

• Pieni jalanjälki: Korkean tilavuuskäsittelykapasiteetinsa vuoksi monet biofilmiprosessit vaativat huomattavasti pienemmän fyysisen jalanjäljen verrattuna tavanomaisiin suspendoituneisiin kasvujärjestelmiin (kuten aktivoitu liette). Tämä pätee erityisesti tekniikoihin, kuten Mbbrs ja Mbrs , joka voi saavuttaa korkean epäpuhtauksien poistoasteen kompaktissa reaktorisuunnissa, mikä tekee niistä ihanteellisia kaupunkialueille, joilla on rajoitettu maan saatavuus tai päivittää olemassa olevia tiloja ilman suuria rakentamisia.

• Vakaus ja joustavuus: Mikro -organismit a biofilm ovat luonnostaan ​​suojattuja äkillisiltä ympäristövaihteluilta (esim. PH: n, lämpötilan tai myrkyllisten iskukuormien muutokset) kuin vapaasti kelluvat solut. Se EPS Matriisi toimii puskurina, joka tarjoaa vakaan mikroympäristön. Tämä parantunut suoja tekee biofilmijärjestelmät Huomattavan vankka ja joustava, kykenevä käsittelemään vaihteluja vaikuttavissa veden laadussa tai virtausnopeuksissa vähemmän toiminnallisilla järkytyksillä ja nopeammilla palautumisaikoilla. Tämä vakaus tarkoittaa myös vähemmän lietteen tuotannon vaihtelua ja johdonmukaisempaa jätevesien laatua.

• Matala lietteen tuotanto: Yleensä, biofilmiprosessit taipumus tuottaa vähemmän ylimääräistä lietteä verrattuna aktivoituihin lietteisiin järjestelmiin. Tämä johtuu useista tekijöistä:

  • Pidempi kiinteiden aineiden pidätysaika (SRT): Biomassan kiinteä luonne tarkoittaa, että mikro -organismeilla on erittäin pitkä SRT, mikä johtaa suurempaan endogeeniseen hengitykseen (missä mikrobit kuluttavat omaa solumateriaaliaan) ja vähemmän nettokasvua.
  • Itsesääntely: Joissakin järjestelmissä kuten Mbbrs , Reaktorin pelkkää voimaa voivat luonnollisesti purkaa ylimääräisen biomassan, estäen liiallista biofilm paksuus ja johtavat vakaampaan, pienempaan biomassan saantoon. Alempi lietteen tuotanto tarkoittaa vähentyneitä kustannuksia, jotka liittyvät lietteen käsittelyyn, vedenpoistoon ja hävittämiseen, mikä voi olla merkittävä toimintakustannus.

Haitat

Huolimatta heidän lukuisista eduistaan, biofilmiprosessit eivät ole ilman heidän haasteitaan, jotka vaativat erityisiä näkökohtia suunnittelussa, käytössä ja ylläpidossa.

• Biofilmin likaantuminen ja tukkeutuminen: Luonne biofilmit —Kappimisen kasvunsa - voi johtaa ongelmiin. Liiallinen biofilm Kasvu, etenkin järjestelmissä, joissa on kiinteä media, kuten huijaruodattimet or Bafit , voi johtaa likaantuminen tai väliaineiden huokosten ja virtauskanavien tukkeutuminen. Tämä vähentää hydraulista kapasiteettia, aiheuttaa oikosulun ja voi vähentää hoidon tehokkuutta. Sisä- Mbrs , Kalvon pinnalla biorvointi on ensisijainen operatiivinen haaste, mikä vähentää merkittävästi läpäiseviä vuoja ja vaatii intensiivisiä puhdistusjärjestelmiä. Liiallisen hallinta ja estäminen biofilm Kertyminen on jatkuva toimintatehtävä.

• Operatiivinen monimutkaisuus edistyneille järjestelmille / ylläpitoihin: Vaikka yksinkertaisempi biofilmiprosessit kuin perus- huijaruodattimet ovat suhteellisen helppoja käyttää, edistyneitä biofilmireaktorit (kuten Mbrs ja monimutkainen Ifas Suunnittelut) voi tuoda esiin korkeamman operatiivisen monimutkaisuuden. Tähän saattaa liittyä:

  • Kalvojen hallinta: Puolesta Mbrs , hienostunut seuranta, siivous (CIP) -protokollat ​​ja backflushing vaaditaan hallintaan likaantuminen .
  • Median säilyttäminen ja sekoittaminen: In Mbbrs ja Ifas , Median pidätysnäyttöjen asianmukainen suunnittelu ja optimaalinen sekoitus/ilmastus on välttämätöntä väliaineiden menetyksen tai kuolleiden vyöhykkeiden estämiseksi.
  • Prosessin seuranta: Vaikka se on vankka, optimointi biofilm Suorituskyky vaatii edelleen huolellista seurantaa, kuten liuennut happi-, pH- ja ravintoainetta, jotta voidaan varmistaa mikrobiyhteisön terveys ja aktiivisuus. Nämä järjestelmät voivat vaatia korkeampaa ammattitaitoisia operaattoreita ja monimutkaisempia ylläpidon rutiineja verrattuna niiden peruskustannuksiin.

Biofilmien suorituskykyyn vaikuttavat tekijät

Minkä tahansa tehokkuus biofilmireaktori on erittäin riippuvainen ympäristö- ja toimintaparametrien monimutkaisesta vuorovaikutuksesta. Näiden tekijöiden ymmärtäminen on ratkaisevan tärkeää biofilm Kasvu, ylläpitää järjestelmän vakautta ja haluttujen hoitotulosten saavuttamista.

Hydraulinen retentioaika (HRT)

Hydraulinen retentioaika (HRT) Viitataan keskimääräiseen aikaan, jolloin vesimääräinen vesi pysyy reaktorissa. Se on kriittinen operatiivinen parametri, joka vaikuttaa suoraan epäpuhtauksien ja biofilm .

• Vaikutus: Riittävä HRT on välttämätöntä mikro -organismien sallimiseksi biofilm Riittävä aika adsorbointiin, metaboloimaan ja epäpuhtauksiin. Jos HRT on liian lyhyt, epäpuhtaudet voivat kulkea järjestelmän läpi ennen täydellistä poistoa, mikä johtaa huonoon jätevesien laatuun. Sitä vastoin liian pitkä HRT ei ehkä aina tuota suhteellisia etuja ja voi johtaa tarpeettoman suuriin reaktorimääriin.
• Optimointi: Optimaalinen HRT vaihtelee riippuen erityisistä epäpuhtauksista, kohdistaen jätevesien laadusta ja tyypistä biofilmireaktori käytetty. Esimerkiksi järjestelmät, jotka on suunniteltu nitrifikaatio Tyypillisesti vaatii pidempiä HRT: itä kuin pelkästään orgaanisen hiilen poistamiseen, kun nitrifiointibakteerit kasvavat hitaammin.

Ravintoaineiden saatavuus

Kuten kaikki elävät organismit, mikro -organismit biofilmit vaativat tasapainoista välttämättömiä ravintoaineita kasvulle, aineenvaihdunnalle ja niiden solutoimintojen ylläpitämiseksi. Biologisten ensisijaiset ravintoaineet vedenkäsittely ovat hiili, typpi ja fosfori.

• Vaikutus:
  • Hiililähde: Orgaaninen aine toimii ensisijaisena hiili- ja energialähteenä heterotrofisille bakteereille, jotka vastaavat BOD/COD: n poistosta ja denitrifikaatio . Helposti saatavilla oleva orgaaninen hiili voi rajoittaa niiden aktiivisuutta.
  • Typpi ja fosfori: Nämä ovat välttämättömiä solusynteesille. Riittämätön typpi ja fosfori (tyypillisesti C: N: P -suhde noin 100: 5: 1) voi johtaa ravinteiden rajoitukseen, estää mikrobien kasvua ja aktiivisuutta ja mahdollisesti johtaa heikompaan biofilm rakenne tai epätäydellinen epäpuhtaus.
• Optimointi: Joissakin teollisissa jätevesissä tai erittäin laimennettujen kunnallisten jätevesien ravintoaineiden täydentämisessä voi olla tarpeen optimaalisen varmistamiseksi biofilm suorituskyky. Sitä vastoin liialliset ravintoaineet voivat johtaa ei -toivottuun nopeaan kasvuun ja lisääntyä likaantuminen .

Lämpötila

Lämpötila vaikuttaa merkittävästi mikro -organismien metaboliseen aktiivisuuteen, kasvunopeuksiin ja entsymaattisiin reaktioihin biofilm .

• Vaikutus:
  • Toiminta: Mikrobien metaboliset nopeudet nousevat yleensä lämpötilan kanssa optimaaliseen saakka ja laskevat sitten sen ulkopuolelle. Korkeammat lämpötilat (mesofiilisellä alueella, ~ 20-40 ° C) johtavat tyypillisesti nopeampaan epäpuhtauksien hajoamiseen ja tehokkaampaan hoitoon.
  • Kasvuvauhti: Keskeisten mikrobipopulaatioiden, kuten nitrifioivien bakteerien, kasvunopeudet ovat erittäin herkkiä lämpötilaan. Matalat lämpötilat voivat hidastaa rajusti nitrifikaatio , tekee siitä rajoittava tekijä kylmissä ilmastoissa.
  • Leviäminen: Lämpötila vaikuttaa myös veden viskositeettiin ja hapen ja substraattien diffuusioongelmiin biofilm , mikä voi vaikuttaa massan siirtoon biofilm Matriisi.
• Optimointi: Vaikka lämmitysjätevedet ovat usein epäkäytännöllisiä kustannusten vuoksi, järjestelmän suunnittelu voi joskus ottaa huomioon lämpötilan vaihtelut (esim. Suuremmat reaktorimäärät kylmemmälle ilmastolle) tai valita kylmämuodostuneille mikrobikannoille.

pH

Jäteveden pH vaikuttaa suoraan mikro -organismien entsymaattiseen aktiivisuuteen ja rakenteelliseen eheyteen EPS Matriisi. Useimmat jätevedenkäsittelymikro-organismit menestyvät neutraalissa ja hieman alkalisella pH-alueella (tyypillisesti 6,5-8,5).

• Vaikutus:
  • Mikrobinen aktiivisuus: Äärimmäiset pH -arvot (liian happamat tai liian alkaliset) voivat dentsyymit, estää mikrobien kasvua ja jopa tappaa mikro -organismit.
  • Erityiset prosessit: Tietyt biologiset prosessit ovat erityisen pH-herkkiä. Esimerkiksi, nitrifikaatio on erittäin herkkä pH: lle, vaatii usein pH: n yli 7,0: n optimaalisen suorituskyvyn saavuttamiseksi, koska prosessi kuluttaa emäksisyyttä. Denitrifikaatio , päinvastoin, pyrkii lisäämään alkalisuutta.
  • EPS -vakaus: Stabiilisuus ja varaus EPS Matriisiin voi myös vaikuttaa ph, joka vaikuttaa biofilm rakenne ja tarttuvuus.
• Optimointi: Vaikuttavan jäteveden pH: n seuranta ja säätäminen (esim. Kemiallisen annostelun avulla) on usein välttämätöntä optimaalisten olosuhteiden ylläpitämiseksi biofilm ja estä prosessin estäminen.

Liuennut happi (tee)

Liuennut happi (tee) on tärkeä parametri aerobiselle biofilmiprosessit , koska happi toimii terminaalielektronia vastaanottajana monien aineenvaihduntareaktioiden suhteen.

• Vaikutus:
  • Aerobiset prosessit: Riittävä TEHDÄ on välttämätöntä heterotrofisten bakteerien orgaanisen aineen tehokkaalle poistamiselle ja nitrifikaatio kirjoittanut autotrofiset nitriferit. Matala TEHDÄ Tasot voivat rajoittaa näitä prosesseja, mikä johtaa epätäydelliseen hoitoon.
  • Ooksiset/anaerobiset prosessit: Toisaalta prosesseissa, kuten denitrifikaatio , oksisia olosuhteita (vapaan molekyylin hapen puuttuminen) vaaditaan. Paksu biofilmit , happigradienteja voi luonnollisesti tapahtua, mikä mahdollistaa sekä aerobisen hajoamisen pinnalla että oksisia denitrifikaatio syvemmälle biofilm Matriisi.
  • Biofilmirakenne: TEHDÄ tasot voivat myös vaikuttaa biofilm , vaikuttaa sen paksuuteen ja tiheyteen.
• Optimointi: Oikeat ilmastostrategiat (esim. Hajautetut ilmasto, pintailmaiset) toteutetaan optimaalisen ylläpitämiseksi TEHDÄ tasot aerobisessa biofilmireaktorit . Valvonta TEHDÄ Reaktorin eri vyöhykkeillä on kriittinen monivaiheisten prosessien saavuttamiseksi, kuten yhdistetty hiilen poistaminen ja nitrifikaatio/denitrifikaatio .

Biofilmien hallintastrategiat

Kun taas biofilmit ovat korvaamattomia vedenkäsittely , heidän hallitsemattoman kasvunsa voi johtaa pääasiassa operatiivisiin kysymyksiin likaantuminen ja tukkeutuminen. Siksi tehokas biofilmien hallinta Strategiat ovat välttämättömiä prosessin tehokkuuden ja järjestelmän pitkäikäisyyden ylläpitämiseksi.

Fyysiset menetelmät

Fyysiset menetelmät pyrkivät poistamaan tai estämään biofilm kertyminen mekaanisilla keinoilla.

• Pesu-/leikkausvoimat: Reaktoreissa kuten Mbbrs ja RBCS , Kantajien jatkuva liike tai levyjen kierto luo leikkausvoimat, jotka luonnollisesti ovat ylimääräisiä biofilm , ylläpitää optimaalista paksuutta. Putkissa turbulentti virtaus voi vähentää biofilm Kiinnitys.
• Takapesu: Kiinteän hengen reaktorille, kuten huijaruodattimet ja Bafit , säännöllinen takapesu (veden virtauksen kääntäminen, usein ilman hankalilla) käytetään kertymään siirtymiseen biofilm ja suspendoituneita kiinteitä aineita estäen tukkeutumisen ja hydraulisen kapasiteetin palauttamisen.
• Mekaaninen puhdistus: Pinnoille, kuten kalvoille Mbrs , jaksollista mekaanista pesua tai erikoistuneita puhdistusjärjestelmiä voidaan käyttää usein kemiallisen puhdistuksen yhteydessä.
• Kaavinta/harjaus: Putkilinjoissa tai suurissa pinnoissa fyysinen kaavinta tai harjaus voi poistaa manuaalisesti kertyneen biofilm .

Kemialliset menetelmät

Kemiallisia aineita käytetään usein estämään biofilm muodostelma tai irrottautuminen ja olemassa oleva biofilmit .

• Desinfiointiaineet/biosidit: Klooria, kloramiineja, klooridioksidia ja otsonia käytetään laajasti veden desinfiointiin ja mikrobien kasvuun. Sisä- biofilm Ohjaus, niitä voidaan levittää ajoittain tai jatkuvasti pieninä annoksina alkuperäisen kiinnittymisen estämiseksi tai mikro -organismien tappamiseksi biofilm . Kuitenkin, biofilmit Tarjoa merkittävää suojaa, mikä vaatii usein suurempia desinfiointiaineita tai pidempiä kosketusaikoja.
• Hapettavat aineet: Tyypillisten desinfiointiaineiden lisäksi muita hapettavia aineita, kuten vetyperoksidia EPS Matriisi ja tappaa upotetut solut.
• Pinta -aktiiviset aineet ja dispergointiaineet: Nämä kemikaalit voivat vähentää mikro -organismien tarttumista pintoihin ja auttaa irrottautumaan olemassa olevaan biofilmit hajottamalla EPS Matriisi, mikä tekee niistä alttiimpia poistolle.
• Entsyymit: Spesifiset entsyymit voivat kohdistaa ja hajottaa komponentit EPS matriisi, kuten polysakkaridit tai proteiinit, biofilm rakenne.

Biologiset menetelmät

Biologiset valvontastrategiat hyödyntävät mikrobien vuorovaikutuksia tai suunnitellut lähestymistavat hallinnassa biofilm Kasvu, joka tarjoaa usein ympäristöystävällisempiä vaihtoehtoja.

• Kilpailukykyinen poissulkeminen: Esittelee erityisiä ei-patogeenisiä mikro-organismeja, jotka kilpailevat ei-toivottujen kanssa biofilm Avaruus- tai ravintoaineiden perustajat voivat estää niiden kasvua.
• Bakteriofaagit: Viruksia, jotka erityisesti tartuttavat ja lyse (tuhoa) bakteereja voidaan käyttää kohdistamaan ja hallitsemaan erityisiä ongelmallisia bakteeripopulaatioita biofilm . Tämä on erittäin erityinen lähestymistapa.
• KORUMin sammutus: Tämä strategia sisältää häiritsemisen koorumin tunnistus Bakteerien viestintäjärjestelmät. Hajottamalla signalointimolekyylit tai estämällä niiden reseptorit, koorumin sammutus voi estää bakteereja koordinoimasta heidän biofilm muodostumiskäyttäytyminen, estäen siten biofilm kypsyminen ja irrottautumisen edistäminen.
• Bioaugmentation: Käytetään usein parantuneen heikkenemisen parantamiseen, bioaugmentaatio voi sisältää myös kantojen, jotka tuottavat yhdisteitä, jotka estävät ei -toivottuja biofilm kasvu.

Tapaustutkimukset: Biofilmiprosessien onnistunut toteuttaminen

Tehokkuus ja monipuolisuus biofilmiprosessit on parhaiten havainnollistettu onnistuneen toteuttamisensa kautta reaalimaailmassa vedenkäsittely eri asteikkojen ja sovellusten tilat.

Kunnallinen jätevedenpuhdistamo

• Esimerkki: Monet suuret kunnat jäteveden hoito Kasvit ovat integroituneet Mbbr or IFAS Järjestelmät vastaamaan tiukasti ravinteiden poistaminen (esim. Typen ja fosforin kokonaismäärä) purkausrajat, etenkin eutrofaation kannalta herkillä alueilla.
• Menestystarina: Metropolitan laitos päivitti tavanomaisen aktivoidun lietteen tehtaan muuttamalla nykyiset ilmaston altaat IFAS Reaktorit. Lisäämällä Mbbr Kantajat, he lisäsivät merkittävästi biomassan pitoisuutta nitrifikaatio laajentamatta kasvin fyysistä jalanjälkeä. Tämän ansiosta he saivat jatkuvasti saavuttaa uuden, tiukemman ammoniakin rajojen noudattamisen, jopa kylminä talvikuukausina, kun nitrifiointibakteerien aktiivisuus tyypillisesti hidastuu.

Teollisuuden jäteveden hoito

• Esimerkki: Teollisuussektorit, erityisesti elintarvikkeet ja juoma, sellu ja paperi sekä kemiallinen valmistus, tuottavat usein erittäin luja- tai monimutkaisia ​​jätevesiä. Mbbrs ja anaerobinen biofilmireaktorit (esim. UASB - ylösvirtaus Anaerobinen lietteenhuopa, johon sisältyy myös kiinnitetty kasvu) käytetään yleisesti.
• Menestystarina: Panimo toteutti onnistuneesti MBBR järjestelmä jäteveden hoito . Panimoprosessin korkea orgaaninen kuorma käsitteli tehokkaasti MBBR , mahdollistaa kompaktin käsittelyratkaisun olemassa olevassa paikassa. Järjestelmä osoittautui vankaksi orgaanisen pitoisuuden vaihteluille, jotka ovat tyypillisiä eräteollisuudelle teollisuusoperaatioille, tuottaen jatkuvasti jätevesiä, jotka täyttivät purkaussäännöt ja vaativat samalla vähemmän operaattorin interventiota kuin vertailukelpoinen aktivoitu liettejärjestelmä.

Juomavedenkäsittelylaitos

• Esimerkki: Biofilmiprosessit erityisesti Biologinen aktivoitu hiili (BAC) suodattimet käytetään yhä enemmän juomavedenkäsittely veden laadun parantamiseksi ja kemiallisten desinfiointiaineiden riippuvuuden vähentämiseksi.
• Menestystarina: Juomavesilaitos, joka kohtaa haasteita kausiluonteisilla maku- ja hajuyhdisteillä ja huolenaiheita desinfioinnin sivutuotteen (DBP) muodostumisesta, päivitettiin sen rakeisen aktivoidun hiili (GAC) -suodattimiensa mukaan BAC -suodattimet . Kannustamalla biofilm Kasvu GAC -väliaineissa, kasvi havaitsi luonnollisen orgaanisen aineen (NOM) ja spesifisten DBP -esiasteiden merkittävän vähenemisen ennen klooraus. Tämä biologinen esikäsittely minimoi desinfiointiin tarvittavan kloorin määrän, mikä johti DBP-tasojen alhaisempiin tasoihin valmiissa juomavedessä ja paransi esteettisiä ominaisuuksia vaarantamatta turvallisuutta.

Tulevat trendit biofilmitekniikassa

Kenttä biofilmitekniikka on jatkuvasti kehittynyt, ja sitä ohjaa tarve tehokkaampaan, kestävämpaan ja joustavaan vedenkäsittely ratkaisut. Useat keskeiset suuntaukset muotoilevat sen tulevaisuutta.

• Bioaugmentation: Spesifisten, erittäin tehokkaiden mikrobikantojen strateginen käyttöönotto biofilmireaktorit Uusien aineenvaihduntaominaisuuksien parantaminen tai käyttöönotto on kasvava suuntaus. Tämä voisi olla epämiellyttävän epäpuhtauksien (esim. Erityiset lääkkeet, teollisuuskemikaalit), jotka paranevat, parantaa ravinteiden poistaminen Haastavissa olosuhteissa tai prosessin kestävyyden lisäämisessä. Mikrobien genomiikan ja synteettisen biologian edistysaskeleet tekevät kohdennetuista bioaugmentaatio tarkempi ja tehokkaampi.

• Bioremediaatio: Biofilmit ovat eturintamassa bioremediaatio Pyrkimykset saastuneille sivustoille. Tähän sisältyy mikrobien aineenvaihdunnan käyttäminen vaarallisten aineiden (kuten raskasmetallien, öljyhiilivetyjen tai kloorattujen liuottimien) muuttamiseksi tai immobilisoimiseksi maaperässä ja pohjavedessä. Tulevia suuntauksia ovat in situ biofilm Stimulaatio ja erikoistuneiden kehitys biofilmireaktorit passiiviselle tai puolipassille bioremediaatio haastavia ympäristöjä.

• Edistyneet biofilmireaktorit: Tutkimus ja kehitys työntävät edelleen rajoja biofilmireaktori design. Tämä sisältää:

  • Uusi mediakehitys: Kantajien suunnitteleminen, joilla on optimoitu pinta -ala, huokosrakenteet ja jopa räätälöityjä pintakemia, tiettyjen mikrobiyhteisöjen kasvun edistämiseksi.
  • Integroidut järjestelmät: Kehitetään hienostuneempia hybridijärjestelmiä, jotka yhdistävät saumattomasti useita biofilm ja suspendoitut kasvutekniikat monimutkaisten käsittelytavoitteiden saavuttamiseksi (esim. Samanaikainen hiili-, typpi- ja fosforinpoisto yhdessä reaktorissa).
  • Modulaariset ja hajautetut järjestelmät: Kompaktin, skaalautuvan luominen biofilmireaktorit hajautettu vedenkäsittely syrjäisissä yhteisöissä tai erityisissä teollisissa sovelluksissa.

• Mallinnus ja simulointi: Edistyneet laskennalliset mallintamis- ja simulointityökalut ovat yhä elintärkeitä suunnittelussa, optimoinnissa ja vianetsinnässä biofilmiprosessit . Nämä työkalut voivat ennustaa biofilm Kasvu, substraatin tunkeutuminen, happigradientit ja kokonaisreaktorin suorituskyky erilaisissa käyttöolosuhteissa. Tämä mahdollistaa tarkemman suunnittelun, vähentää riippuvuutta laajaan pilottestaukseen ja auttaa ennakoimaan ja lieventämään sellaisia ​​kysymyksiä fouling . Integraatio reaaliaikaisen anturitietojen ja AI-ohjattujen ohjausjärjestelmien kanssa parantaa edelleen toiminnan tehokkuutta.