WARUM Ihre MBBR-Medien nicht innerhalb von zwei Wochen einen Biofilm bilden können
und wie können wir unsere Biomedien schnell zum Biofilm machen?
Von: Cody Juntai
Veröffentlichungsdatum: 29. April 2022
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Was ist MBBR oder MBBR-Technologie? MBBR ist eine effiziente Methode zur Abwasserbehandlung mit geringem Schlammvolumen und einfacher Bedienung und Verwaltung. In diesem Artikel wird hauptsächlich erläutert, warum die Biomedien aus verschiedenen Aspekten wie dem Prinzip des MBBR-Systems und den Einflussfaktoren der Bildung manchmal keinen Biofilm bilden können.
Das MBBR-Medium soll dafür sorgen, dass sich Mikroorganismen an der Oberfläche des MBBR-Trägers anlagern und einen Biofilm bilden. Wenn das Abwasser durch die Oberfläche des Trägers fließt, diffundieren die organische Substanz und der gelöste Sauerstoff im Abwasser in das Innere des Biofilms. Die Mikroorganismen innerhalb der Membran führen in Gegenwart von Sauerstoff einen Abbaustoffwechsel und einen Organismenanabolismus an organischem Material durch, während die Abbaumetaboliten vom Biofilm in die wässrige Phase und in die Luft diffundieren und so das organische Material im Abwasser abbauen.
Artikelübersicht
● Prinzip des MBBR-Verfahrens (Hängeverfahren)
● Faktoren, die den biofilmierten MBBR beeinflussen
1. MBBR Bio Carrier-Oberflächeneigenschaften
2. Schwebstoffkonzentration der Mikroben
3. Aktivität suspendierter Mikroorganismen
● Einflussfaktoren im Prozess der MBBR-Biofilmbildung
1. Kräfte beim Aufhängen des Bioträgerfilms
2. Auswirkung der Hydrophilie der Trägeroberfläche
3. Einfluss der Temperatur auf das Filmhängeverhalten
4. Einfluss der spezifischen Oberfläche und Oberflächenrauheit des MBBR-Trägers auf die Biofilm-Adhäsionsleistung.
In den MBBR-Medien müssen organische Schadstoffe, gelöster Sauerstoff und verschiedene essentielle Nährstoffe zunächst aus der flüssigen Phase an die Oberfläche des Biofilms und dann in das Innere des Biofilms diffundieren, und nur die Schadstoffe können an die Oberfläche oder in das Innere des Biofilms diffundieren werden von den Mikroorganismen im Biofilm zersetzt und umgewandelt und bilden schließlich verschiedene Metaboliten. Darüber hinaus werden in den MBBR-Medien die Mikroorganismen auf dem Träger immobilisiert, wodurch die Trennung von SRT und HRT (hydraulische Retentionszeit) erreicht wird, was das Wachstum und die Vermehrung von Mikroorganismen mit langsamer Proliferationsrate ermöglicht. Daher sind MBBR-Medien ein stabiles und vielfältiges mikrobielles Ökosystem.
◆ Juntai MBBR-Prozessflussdiagramm
Prinzip des MBBR-Verfahrens (hängendes Membranverfahren)
Laut Characklis, Liu et al. Die Bildung eines mikrobiellen Films durchläuft normalerweise vier Phasen:MBBR GmbH Modifikation der Trägeroberfläche,reversible Befestigung, irreversible Bindung, und Biofilmbildung.
Die konkrete Beschreibung lautet wie folgt: Der am MBBR-Träger hängende mikrobielle Film kann in zwei Phasen unterteilt werden:Mikrobielle AdsorptionUndSequestrierungswachstum.
Nachdem der Träger dem Wasserkörper hinzugefügt wurde,es zuersttritt in die Adsorptionsphase ein. Einige der Mikroorganismen und fadenförmigen Materialien haben sich an der Oberfläche des Trägers festgesetzt, und der Ort, an dem weitere Materialien anhaften, ist häufig der konkave Teil des Trägers, der durch den Wasserfluss nicht leicht geschert wird.Zu diesem Zeitpunkt, wachsen die suspendierten Mikroorganismen in großen Mengen und es entsteht eine deutlichere Schlammschicht.
Nach der irreversiblen Anlagerung erhalten die Mikroorganismen eine relativ stabile Wachstumsumgebung auf der Oberfläche des Trägers, und die Mikroorganismen im auf dem Träger adsorbierten Schlamm beginnen bald unter der Bedingung einer ausreichenden Sauerstoffversorgung und eines ausreichenden Substrats zu wachsen.
Mit zunehmender Domestikationszeit der Kultur wuchs auch der auf der Oberfläche des Trägers wachsende Biofilm schnell, bedeckte nach und nach die gesamte Trägeroberfläche und begann sich zu verdicken. Allerdings war das Wachstum des Biofilms nicht gleichmäßig, in den markanteren Teilen des Trägers war der Biofilm dünner, während in den konkaven Teilen recht wohlhabende Kolonien wuchsen, was zeigte, dass die hydrodynamische Scherung einen wichtigen Einfluss auf das Wachstum des Biofilms hatte. Wenn immer mehr Biofilme an den Trägern anhaften, nimmt die scheinbare Dichte der Träger allmählich ab und wird leichter und lässt sich leichter verflüssigen, während die Träger in der abnehmenden Zone eine langsamere Abnahmegeschwindigkeit aufweisen.
MBBR Media Biofilm nach 14 Tagen im Belebungsbecken
Faktoren, die den biofilmierten MBBR beeinflussen
Es bezog sich aufdie Beschaffenheit der Trägeroberfläche(Hydrophilie der Trägeroberfläche, Oberflächenladung, chemische Zusammensetzung der Oberfläche und Oberflächenrauheit),die Natur der Mikroorganismen(Mikroorganismusarten, Kulturbedingungen, Aktivität und Konzentration) undUmweltfaktoren(pH-Wert, Ionenstärke, hydraulische Scherung, Temperatur, Nährstoffbedingungen und Kontaktzeit zwischen Mikroorganismen und dem Träger).
1. MBBR-Trägeroberflächece properties
Die Ladungseigenschaft der Trägeroberfläche, die Rauheit, die Partikelgröße und die Trägerkonzentration wirken sich direkt auf die Anlagerung und Bildung von Biofilm auf seiner Oberfläche aus. Unter normalen Wachstumsbedingungen haben Mikroorganismen eine negative Ladung auf ihrer Oberfläche. Die Rauheit der Trägeroberfläche erleichtert die Anlagerung und Immobilisierung von Bakterien auf ihrer Oberfläche.
① Die Oberfläche des Trägers vergrößert die effektive Kontaktfläche zwischen Bakterien und Träger im Vergleich zu einer glatten Oberfläche.
② Raue Teile der Trägeroberfläche, wie Löcher und Risse, wirken als Schutzschild, um die anhaftenden Bakterien vor hydraulischen Scherkräften zu schützen.
Es wurde der Schluss gezogen, dass sich mit den Trägern kleiner Partikelgröße aufgrund ihrer geringen gegenseitigen Reibung und der großen spezifischen Oberfläche im Vergleich zu Trägern mit großen Partikeln leichter Biofilme erzeugen lassen. Darüber hinaus ist auch die Trägerkonzentration für den MBBR-Biofilm wichtig.
Wagner stellte fest, dass bei der Behandlung von feuerfestem Abwasser mit einem Air-Lift-Reaktor bei sehr geringer Trägermassenkonzentration selbst bei einer Biofilmdicke von 295 μm keine stabile Entfernungsrate erreicht werden konnte. Bei einer Trägerkonzentration von 20-30 g/L war der Reaktor jedoch immer noch in der Lage, eine stabile (98 %) Entfernungsrate bei einer CSB-Beladung von zu erreichen, selbst wenn nur 20 % der Träger 75 μn dicke Biofilme aufwiesen bis zu 58 kg/(m3-d).
2. Konzentration suspendierter Mikroben
Im Allgemeinen steigt mit zunehmender Konzentration suspendierter Mikroorganismen die Wahrscheinlichkeit eines möglichen Kontakts zwischen Mikroorganismen und dem Träger. Die Ergebnisse vieler Studien haben gezeigt, dass es während der mikrobiellen Anheftung zu einer kritischen Konzentration suspendierter Mikroorganismen kommt; Mit zunehmender mikrobieller Konzentration wird der mikrobielle Transport mittels Konzentrationsgradienten verstärkt.
Vor dem kritischen Wert ist der mikrobielle Transport und die Diffusion von der flüssigen Phase zur Trägeroberfläche der entscheidende Schritt; Sobald dieser kritische Wert überschritten wird, ist die mikrobielle Anlagerung und Immobilisierung auf der Trägeroberfläche durch die effektive Oberfläche des Trägers begrenzt und nicht mehr von der Konzentration der suspendierten Mikroorganismen abhängig. Nach dem Gleichgewicht von Anlagerung und Immobilisierung wird jedoch die Menge der Mikroorganismen auf der Trägeroberfläche durch die Mikroorganismen und die Eigenschaften der Trägeroberfläche bestimmt.
3. Aktivität suspendierter Mikroorganismen
Die mikrobielle Aktivität wird üblicherweise durch die spezifische Wachstumsrate (μ) von Mikroorganismen beschrieben, dh die Wachstums- und Reproduktionsrate von Mikroorganismen pro Masseneinheit. Daher ist es bei der Untersuchung der Wirkung mikrobieller Aktivität auf die Anfangsstadien der Biofilmbildung von entscheidender Bedeutung, die spezifische Wachstumsrate suspendierter Mikroorganismen zu kontrollieren. Die Ergebnisse der Studie zur Bildung heterotropher Biofilme von Bryers et al. zeigten, dass die Menge und die anfängliche Geschwindigkeit der Anlagerung und Fixierung nitrifizierender Bakterien auf der Oberfläche des Trägers proportional zur Aktivität suspendierter nitrifizierender Bakterien waren.
① Wenn die biologische Aktivität suspendierter Mikroorganismen hoch ist, ist ihre Fähigkeit, extrazelluläre Polymorphe abzusondern, höher.
② Das Energieniveau, auf dem Mikroorganismen leben, steht in direktem Zusammenhang mit ihrer Wachstumsrate.
③ Die Oberflächenstruktur von Mikroorganismen variiert entsprechend ihrer Aktivität.
④ Mikrobielle Kontaktzeit mit dem Träger.
⑤ Hydraulische Verweilzeit (HRT).
⑥ pH-Wert der flüssigen Phase.
⑦ Hydrodynamische Scherkraft.
Einflussfaktoren im Prozess der MBBR-Biofilmbildung
1. Kräfte im MBBR-Biofilm-Prozess
Es trägt direkt zur direkten Interaktion zwischen den Mikroorganismen und der Oberfläche des Trägers bei und spielt eine entscheidende Rolle im gesamten MBBR-Biofilmierungsprozess.
2. Auswirkung der Hydrophilie der Trägeroberfläche
Die Oberfläche des GPUC-Trägers enthält hydrophile Gruppen wie -OH- und Amidgruppen, und die meisten Mikroorganismen selbst weisen eine gute Hydrophilie auf, und die Trägeroberfläche und die Oberfläche des Mikroorganismus können eine Wasserstoffbindungsstruktur bilden; Unterdessen ist die freie Energie der hydrophilen Trägeroberfläche niedriger als die der hydrophoben Trägeroberfläche, und es ist wahrscheinlicher, dass sich die Mikroorganismen im Wasser der hydrophilen Trägeroberfläche zur Adsorption und zum Wachstum nähern.
3. Einfluss der Temperatur auf den MBBR-Biofilm
Der geeignete Temperaturbereich für aerobe Mikroorganismen liegt zwischen 10 und 35 Grad. Die Wassertemperatur hat einen größeren Einfluss auf das Wachstum nitrifizierender Bakterien und die Nitrifikationsrate. Die geeignete Wachstumstemperatur für die meisten nitrifizierenden Bakterien liegt bei 25 bis 30 Grad. Wenn die Temperatur unter 25 Grad oder über 30 Grad liegt, wird das Wachstum der nitrifizierenden Bakterien verlangsamt, unter 10 Grad wird das Wachstum der nitrifizierenden Bakterien und die Nitrifikation deutlich verlangsamt .
Der MBBR-Biofilmtest wurde bei 10 Grad, 20 Grad und 35 Grad durchgeführt, und die Menge der am Füllstoff haftenden Mikroorganismen wurde auch während des gesamten Filmaufhängungsprozesses gemessen. Die Ergebnisse zeigten Folgendes: Bei 10 Grad begann die MBBR-Biofilmbildung langsam und es dauerte 7 Tage, bis ein offensichtlicher Biofilm anhaftete. Der MBBR-Biofilm reifte nach 21 Tagen und die maximale Menge an anhaftender Biomasse betrug 2,1 g/L. Bei 35 Grad begann das MBBR-Medium nach 4 Tagen mit der Biofilmbildung und der MBBR-Biofilm reifte. Die maximale Menge an anhaftendem Biofilm betrug nach etwa 19 Tagen 3,5 g/l. Bei etwa 20 Grad begann sich der Biofilm nach 2 Tagen zu bilden, und die maximale Menge an anhaftendem Biofilm betrug nach etwa 10 Tagen 5,7 g/L. Es ist ersichtlich, dass der Einfluss der Temperatur auf den hängenden Film nicht sehr offensichtlich war und der Biofilm sich innerhalb von 15-30 Grad auf der Oberfläche des Füllstoffs bilden konnte und der hängende Film schneller begann.
Die Temperatur ist ein Schlüsselfaktor für die biologische Aktivität und Stoffwechselkapazität, und ihr Einfluss auf den Nitrifikationsreaktionsprozess liegt hauptsächlich im Wachstumsmuster und der biologischen Aktivität nitrifizierender Bakterien.
Der Einfluss der Temperatur auf die biologische Aktivität zeigt sich alsder Einfluss auf die biochemische ReaktionsgeschwindigkeitUndder Einfluss auf die Sauerstoffübertragungsrate.
Juntai Biofilm MBBR-Trägermedium im Belebungstank in zwei Monaten
4. Einfluss der spezifischen Oberfläche und Oberflächenrauheit des MBBR-Trägers auf die Biofilm-Adhäsionsleistung
Die große spezifische Oberfläche und Rauheit verbessern die Fähigkeit des Trägers, Mikroorganismen einzufangen. Träger mit großer Oberflächenrauheit verfügen über eine stärkere Umverteilungsfähigkeit gegenüber dem Wasserfluss, sodass der Wasserfluss im Reaktor weniger Scherkräfte auf den Biofilm auf dem Träger ausübt und gleichzeitig eine günstige interne Umgebung für die Vermischung und den Kontakt zwischen Mikroorganismen und Substrat bietet , was die Ansammlung von Biofilm auf der Packungsoberfläche fördert. Die raue Oberfläche weist eine dickere laminare Grenzschicht auf als die glatte Oberfläche, was für eine gute statische hydrodynamische Umgebung sorgen kann und so die nachteilige Wirkung der Wasserströmungsscherung auf das Wachstum anhaftender Mikroorganismen vermeidet.