MBBR İdman Təmizləmə Sistemi: Bioplenka Artımını və Sabitliyini Nə Təsir Edir?

Bioplenka artımını və sabitliyini idarə edən amillərin başa düşülməsi mbbr su təmizləmə texnologiyası sistemlərdə emal səmərəliliyinin optimallaşdırılması və davamlı çıxış keyfiyyətinin qorunması üçün vacibdir. Daşınan yataq bioplenka reaktoru texnologiyasında bioloji emalın əsası daşıyıcılarda bioplenka əmələ gəlməsidir; burada mikroorqanizmlər tullantı sularındakı üzvi maddələri və qida maddələrini parçalamaq üçün asılıda olan daşıyıcıların səthində koloniyalaşır. Bu bioplenkanın sabitliyi və artım sürəti birbaşa emal səmərəliliyini, çamur istehsalını və operativ etibarlılığı təsirləyir.

Biofilm-in bir emal rezervuarında inkişaf etməsi və ya parçalanması bir neçə ətraf mühit və iş şəraiti ilə müəyyən olunur. Bu şəraitlər daşıyıcı xüsusiyyətləri, həll olmuş oksigenin mövcudluğu, qida maddələrinin balansı, hidravlik yükləmə, temperatur və sürüşmə qüvvələrini əhatə edir. Operatorlar və mühəndislər sabit biofilm kolonizasiyasını təmin etmək və uzun müddətli istismar dövründə ən yaxşı emal nəticələrini saxlamaq üçün bu dəyişənləri sistemli şəkildə izləməli və idarə etməlidirlər.

Daşıyıcının seçilməsi və səth xüsusiyyətləri

Daşıyıcının materialı və həndəsi formasının təsiri

Daşıyıcıların fiziki və kimyəvi xüsusiyyətləri bioplenkanın birləşməsi və inkişafı üçün əsas təşkil edir. Daşıyıcılar adətən polietilen, polipropilen və ya müəyyən səth sahəsi və sıxlığı ilə təchiz olunmuş kompozit materiallardan hazırlanır; bu, bioplenka daşıma qabiliyyətini maksimuma çatdırarkən daşıyıcıların süspensiyada qalmasını təmin edir. Səth teksturu, porozluq və qabarıqlıq mikrobiyal yapışma qüvvəsini və bioplenkanın kolonizasiya sürətini təsir edir. Hidrofob və ya hidrofil material xüsusiyyətləri pioner mikroorqanizmlərin ilk birləşməsini nə qədər tez yaratdığını müəyyən edir.

Daşıyıcıların sıxlığı havalandırma zamanı çökmə və ya üzülə bilməməsi üçün dəqiq tarazda olmalıdır. Əgər daşıyıcılar çox sürətlə batarsa, havalandırma enerjisi artır və bioplenka inkişafı passiv zonalarda dayanacaq. Əgər daşıyıcılar üzərsə, onlar səthdə toplanaraq biomassin bərabərsiz paylanmasına və reaktorda ölü zonalara səbəb olur. Müasir daşıyıcılar optimal qarışdırma və bioplenkanın həm oksigenə, həm də substrata məruz qalması üçün daxili boşluqlarla və ya xüsusi çəkisi 1,05–1,08 aralığında olmaqla hazırlanır.

Səth sahəsi və bioplenka yükləmə tutumu

Daşıyıcılarda daha yüksək xüsusi səth sahəsi birbaşa bioplenka kolonizasiya potensialının artırılması ilə əlaqəlidir. Əksər ticari daşıyıcılar bioloji mikroorqanizmlərin sıx populyasiyalarının formalaşmasına imkan verən, daşıyıcı həcminin hər bir kub metrində 500–1500 m² səth sahəsi təmin edir. Bu daha yüksək səth sahəsi bioplenkanın erkən mərhələdə formalaşmasını sürətləndirir və ümumi emal tutumunu artırır. Bununla belə, çox yüksək səth qabarıqlığına malik daşıyıcılar ölü üzvi materialı tuta bilər və ya bioplenka yetkin qalınlığa çatdıqda soyulmaya qarşı davamlı ola bilər; bu isə prosesin sabitsizliyinə səbəb ola bilər.

Daşıyıcı səthinin sahəsi ilə faktiki bioplenka qalınlığı arasındakı əlaqə xətti deyil. 100–200 mikrometrlik kritik qalınlıqdan sonra daha qalın bioplenka heç bir əlavə təmizləmə faydası vermir; bu nöqtədə oksigen və substratın diffuziyasında məhdudiyyətlər daxili təbəqələrin təmizləməyə töhfə verməsini qeyri-mümkün edir. Artıq bioplenka yığılması daşıyıcının düzgün hərəkətini saxlamaq üçün tələb olunan sürüşmə qüvvələrini artırır və anidən bioplenka itirilməsinə səbəb ola bilər, nəticədə sistem sabitsizliyə uğrayır.

Həll olmuş Oksigen və Havalandırma Strategiyası

HƏO Səviyyələri və Mikrobioloji Cəmiyyətin Quruluşu

Həll olmuş oksigenin konsentrasiyası MBBR kanalizasiya təmizləməsində bioplenka fiziologiyasını və böyümə sürətini tənzimləyən ən vacib parametrlərdən biridir. Kifayət qədər həll olmuş oksigen (DO) üzvi karbonun aradan qaldırılmasından məsul aerob heterotrof bakteriyaların inkişafını təmin edir və metan istehsal edən və lifli orqanizmləri stimullaşdıran anaerob zonların yaranmasını qarşısını alır. Tipik iş rejimi şəraitində DO səviyyələri emal məqsədlərindən və tullantı suyunun tərkibindən asılı olaraq 2–6 mq/l aralığında dəyişir. Azotun aradan qaldırılması tələb olunduqda daha yüksək DO səviyyəsi substratın sürətli istifadəsini və tam nitrifikasiyanı təmin edir.

DO çatışmazlığı 1 mg/L-dən aşağı olduqda oksigenlə məhdudlaşmış bioplenka zonaları yaranır və fakultativ anaeroblar daxili bioplenka təbəqələrində üstünlük qazanır. Bu, mikrobiyal populyasiyanı deznitrikatorlar və fermentativ orqanizmlər istiqamətində dəyişdirir, ümumi emal sabitliyini azaldır və potensial olaraq qoxu problemlərinə səbəb olur. Əksinə, 8 mg/L-dən yuxarı artıq DO aerasiya enerjisi xərclərini artırır, lakin emal effektivliyində mütənasib yaxşılaşma müşahidə edilmir və nazik bioplenkalarda bioplenkanın artıq oksidləşməsinə səbəb ola bilər.

Oksigen Diffuziyası və Bioplenka Qalınlığı

Oksigenin bioplenkə nüfuz dərəcəsi, DO konsentrasiyası, bioplenk qalınlığı və ekstrasellulyar polimer matrisin diffuziya əmsallarından asılıdır. Qalın bioplenklərdə oksigen adətən tənəffüs edən hüceyrələr tərəfindən tamamilə istehlak olunmadan əvvəl xarici səthdən yalnız 50–150 mikrometr dərinliyə nüfuz edir. Bu, daxili bioplenk bölgələrinin ümumi şəkildə oksigenli şəraitdə belə anaerob halına gəlməsinə səbəb olan oksigen qradiyentləri yaradır; nitrifikasiya qabiliyyəti məhdudlaşır və metabolik yollar dəyişir. Daha incə və daha aktiv bioplenklər oksigen istifadə effektivliyini maksimuma çatdırır və birlik biomassa başına yüksək xüsusi emal sürətlərini saxlayır.

Hava verilmə intensivliyi, oksigen təchizatını mexaniki daşıyıcı qarışdırılması ilə tarazlaşdırmalıdır. Artıq hava axını biofilm üzərində kəsilmə qüvvələrini artırır, nəticədə lazım olmayan soyulma baş verir və ayrılan biomassinin təkrar dövrəyə daxil olması artır. Kifayət qədər hava verilməməsi isə dissolvyed oksigen (DO) səviyyəsini aşağı salır və daşıyıcıların asılı qaldığı, zəif qarışdırılan sahələr yaradaraq biofilm üçün stres və bərabərsiz kolonizasiya nümunələri yaradır. Optimallaşdırılmış hava verilməsi adətən DO-nu 3–4 mq/l səviyyəsində saxlayır və səthi qaz sürətinin 0,02–0,04 m/s hədəf göstəricisini əldə edərək tam daşıyıcı qarışdırılmasını təmin edir.

Qida maddələrinin balansı və substratın mövcudluğu

Orqanik karbon, azot və fosfor tələbləri

Biofilm in inkişafı üçün mikrobiyal cəmiyyətlərin sabit olmasının təmin edilməsi üçün axan sulu tullantı suyunda müəyyən qida maddələri nisbətlərinin saxlanması lazımdır. 100:5:1 olan klassik biokimyəvi oksigen sorğusu-nitrogen-fosfor nisbəti tipik heterotrof bakteriyaların inkişafı üçün lazım olan tələbləri əks etdirir, lakin həqiqi nisbətlər sulu tullantı suyunun mənbəyindən asılı olaraq dəyişir. Azotla zənginləşdirilmiş sulu tullantı suyu nitrifikatorların daha sürətli inkişafına və biofilm inkişafına şərait yaradır, buna baxmayaraq fosfor çatışmazlığı üzvi karbonun kifayət qədər olması şərtində belə biofilm qalınlığını məhdudlaşdıra bilər. Qida maddələri balanssızlığı biofilmin qida maddələri stresinə uğramasına səbəb olur, bu da təmizləmə qabiliyyətini azaldır və lifli və ya köpük əmələ gətirən orqanizmlərin inkişafını təşviq edir.

Biofilmın davamlı böyütməsini dəstəkləmək üçün toplu mayedə substratın mövcudluğu məhdudlaşdırmamalıdır. Organik yüklənmə biofilmın oksidləşmə qabiliyyətini aşdıqda, substrat yığılır və anaerob biofilm zonalarına və ya lifli artımın üstün olmasına səbəb olur. Organik yüklənmə çox aşağı düşdükdə, biofilm aclıqla məhdudlaşmış böyüməyə keçir və baxım nəfəsi alması biosintezdən çox olduqda incələməyə başlayır. MBBR ilə tullantı suyunun təmizlənməsində tipik həcmi organik yüklənmə 2–8 kq BOD/m³/gün aralığında dəyişir; xüsusi sürətlər isə temperatur və hədəf çıxış keyfiyyətinə uyğun olaraq tənzimlənir.

Qida maddələrinin bioloji mövcudluğu və maneə yaradan birləşmələr

Aşağıdakı suların tərkibindəki bütün qida maddələri biofilm icmaları üçün eyni dərəcədə bioloji mövcud deyil. Zərrəcikli və ya kolloid üzvi maddələrin udulması üçün əvvəlcə fermentativ hidroliz tələb olunur; bu da onların başlanğıc istifadəsini həll olmuş substratlara nisbətən yavaşlatır. Ağır metallar, yüksək konsentrasiyalarda ammonyak toksikliyi və fenol birləşmələri biofilmin inkişafını maneə törədə bilər və ya onun tərkibini daha davamlı, lakin daha yavaş böyüyən növlərə doğru dəyişdirə bilər. Yüksək qatılıqlı və ya maneə yaradan tullantıları emal edən sənaye MBBR təmizləmə sistemlərində tam performans əldə edilməzdən əvvəl biofilm adaptasiyası 4–8 həftəlik işə salma müddəti tələb edir. Fosfat və karbon ehtiyatlarının saxlanması da daxil olmaqla biofilm daxilində qida maddələrinin dövriyyəsi biofilmin keçici qida maddəsi çatışmazlığı və toksiklik hadisələrindən sağ qalmasına kömək edir.

Tez-tez verilən suallar

MBBR sisteminə uyğun biofilm qalınlığı nə qədərdir?

Biofilm qalınlığı MBBR sistemlərində adətən 50–200 mikrometr aralığında dəyişir; əksər tətbiqlər üçün optimal qalınlıq 100–150 mikrometrdir. 200 mikrometrin üzərinə çıxılarsa, oksigen diffuziyası ciddi şəkildə məhdudlaşır və emal səmərəliliyini azaldan, həmçinin biofilm sabitliyini pozan anaerob mərkəzlər yaranır. Nazik biofilm daha az emal tutumuna malik olur, lakin xüsusi silinmə sürətləri yüksəkdir; qalın biofilm isə ümumi biomassa miqdarını artırır, lakin diffuziya məhdudiyyətlərindən əziyyət çəkir. Operatorlar biofilm qalınlığını birbaşa ölçmək əvəzinə, DO profilləri, çamur istehsalı sürətləri və çıkış suyu keyfiyyəti tendensiyaları vasitəsilə dolayı yolla izləyirlər.

Daşıyıcılar biofilm kolonizasiya sürətini necə təsir edir?

Daşıyıcılar səth sahəsi, material xüsusiyyətləri və hidrofobluq vasitəsilə kolonizasiya sürətini təsir edirlər. Daha böyük xüsusi səth sahələri daha çox ilk mikroorqanizmlər üçün birləşmə yerləri təmin etdiyinə görə daha sürətli kolonizasiyaya imkan verir. Hidrofob daşıyıcılar hidrofil daşıyıcılara nisbətən bakteriyaları daha asan cəlb edir və ilkin yapışma ilə biofilm əmələ gəlməsini sürətləndirir. Daşıyıcıların sıxlığı və həndəsi forması həmçinin qarışdırma intensivliyini təsir edir; bu isə daşıyıcıların substrat və oksigenə məruz qalmasını idarə edir və beləliklə kolonizasiya kinetikasını təsir edir. Tam kolonizasiya adətən optimal şəraitdə, kifayət qədər üzvi yükləmə və həll olmuş oksigen olduqda 14–30 gün ərzində baş verir.

Biofilm kifayət qədər həll olmuş oksigen olmadan inkişaf edə bilərmi?

Biofilm məhdud DO ilə yaşamağa qadirdir, lakin aerob emalın effektivliyi ciddi şəkildə azalır. Anaerob şəraitdə fakultativ və tam anaerob orqanizmlər üstünlük təşkil edir və sürətli aerob heterotrof oksidləşməyə nisbətən denitrifikasiya və fermentasiya kimi daha yavaş metabolik yolları üstün tutur. Bu, biofilmin tərkibini istənilən nitritləşdirici və karbonu udan mikrobioloji birliklərdən uzaqlaşdırır. Ammonyak və ya BOD-nin aradan qaldırılması üçün nəzərdə tutulan MBBR tullantı suyu emal sistemlərində davamlı DO çatışmazlığı emalın uğursuzluğuna və çıxan suyun keyfiyyətinin sabitsizliyinə səbəb olur; buna görə də etibarlı sistem işləməsi üçün kifayət qədər havalandırma və DO nəzarəti həddindən artıq vacibdir.