Az eleveniszapos eljárás a legszélesebb körben alkalmazott biológiai szennyvíztisztítási technológia. Az eleveniszapos rendszerben a szennyvizet tisztító mikroorganizmusok lebegő növekedési állapotban vannak-kis csoportokba tömörülve, pelyheket képezve, levegőztetés mellett a kevert lúgban szuszpendálva, a víz áramlásával együtt kavarva. A mikroorganizmusok és a szennyvíz teljes érintkezésbe kerülnek, eltávolítva a vízből a szennyező anyagokat.
Ez a rendszer nagyon jól működik, de van egy hátránya: kényes. Ha a befolyó szennyvíz mennyisége hirtelen megnő, koncentrációja hirtelen megemelkedik, vagy a víz hőmérséklete hirtelen csökken, vagy a pH-érték drasztikusan ingadozik, akkor a mikroorganizmusok "felléphetnek"-a kezelés hatása csökken, vagy akár iszaptömörödés lép fel, ami befolyásolja a rendszer normál működését.
Ezért a mérnökök azon töprengtek, hogy tudnának-e változtatni a megközelítésükön, lehetővé téve, hogy a mikroorganizmusok egy meghatározott helyen „letelepedjenek”, ahelyett, hogy folyamatosan a vízben lebegnének?
Ez a biofilm folyamat. Egyszerűen fogalmazva, a biofilm eljárás szűrőközegen vagy hordozón szaporodó mikroorganizmusokat használ a szennyvíz kezelésére.
A biofilm technológia alapötlete egyszerű: biztosítson a mikroorganizmusok számára rögzített "házakat", ahol megtelepedhetnek, szaporodhatnak és "mikrobiális közösséget" alkothatnak. A szennyvíz átfolyik ezen a közösségen, és a benne lévő szennyező anyagokat a "lakók" fogyasztják el.
Ezeket a "házakat" szakmailag csomagolóanyagoknak vagy hordozóknak nevezik. A különböző biofilm folyamatok teljesen más hordozót használnak. A leggyakoribb típusok a következők:
Az első típus: Csomagolóanyag biológiai kontakt oxidációban – "műanyag filamentgolyók" lógnak a tartályban
Az érintkező oxidációs tartály tele van csomagolóanyagokkal, amelyek nagy műanyag kefékhez hasonlítanak. A szennyvizet a tartály aljáról levegőztetik, és felfelé öblítik, így ezek a csomagolóanyagok finoman ringatóznak a vízben, és sárgás{1}}barna biofilm borítja. Az ilyen típusú csomagolóanyagok nagy fajlagos felülettel rendelkeznek; 1 köbméter 800-900 négyzetméter "életteret" biztosíthat.
A második típus: Tárcsák biológiai forgótárcsákban – "forgótárcsák"
A biológiailag forgó tárcsák nem használnak csomagolóanyagokat; "házaik" maguk a tárcsák – több tucat nagy, 2-3 méter átmérőjű tárcsa, amelyek egy forgó tengelyre vannak felfűzve, és egy motor lassan forgatja, sebességcsökkentéssel. Az első típus egy biológiai szűrőtárcsát tartalmaz, amelyet félig szennyvízbe merítenek, félig pedig levegőt. Mikroorganizmusok szaporodnak a korong mindkét oldalán, abszorbeálják a szennyező anyagokat, amikor elmerülnek, és elnyelik az oxigént a levegőből, amikor a felszínre kerülnek. Ez a kialakítás viszonylag alacsony energiafogyasztású, nem igényel további levegőztetést, és gazdaságos a működése.
A harmadik típus: A biológiailag levegőztetett szűrő (BAF) csomagolóanyaga – "apró kerámia kavicsokból álló szűrőágy"
A BAF apró, 3-6 milliméter átmérőjű kerámia kavicsokat használ, amelyeket apró kavicsként halmoznak fel a tartályban. A szennyvíz alulról felfelé folyik, míg a levegőztetés egyidejűleg alulról történik. Ennek a kis szemcsés kialakításnak két előnye van: először is nagy fajlagos felület, ami nagy biomasszát eredményez egységnyi térfogatra vonatkoztatva; másodszor, a részecskék közötti rések felfogják a lebegő szilárd anyagokat, így a BAF szennyvíz kivételesen tiszta.
A negyedik típus: a biológiai bioszűrő (MBBR) csomagolóanyaga – "a vízben zuhanó kis műanyag lapok"
Az MBBR felfüggesztett kis műanyag lemezeket használ, amelyek kis kerekek vagy hengerek alakúak, és sűrűsége valamivel könnyebb, mint a víz. Levegőztetés alatt ezek a csomagolóanyagok folyamatosan zuhannak és áramlanak a tartályban, lehetővé téve, hogy a biofilm érintkezésbe kerüljön a szennyvízzel, miközben mozognak. A csomagolóanyag folyamatosan mozgásban van; Az elöregedett biofilm ledörzsölődik, és az új biofilm folyamatosan nő, így nincs szükség kézi visszamosásra. Erős öntisztító-képességgel rendelkezik, és nem tömíti el a tartályt.
Az ötödik típus: a biológiai fluidágy hordozója – "kásaként hömpölygő apró részecskék"
A biológiai fluidágyak még kisebb hordozóanyagot, jellemzően 0,3-1 mm-es homokot, aktív szenet vagy kokszszemcséket használnak. A nagy sebességű víz- vagy levegőáramlás hatására ezek az apró részecskék folyamatosan zuhannak, és úgy folynak, mint a kása. Mivel a hordozó rendkívül kicsi, minden köbméter hordozó 2000-3000 négyzetméter életteret tud biztosítani, ami a legmagasabb mikrobiális koncentrációt és térfogati terhelési arányt eredményezi az összes biofilmes folyamat közül. Rendkívül magas kezelési hatékonysággal és nagyon kis helyigénnyel büszkélkedhet, de kialakítása és működése is viszonylag összetett.
Ezeknek a különböző típusú "házaknak" megvannak a saját forgatókönyvei. Az érintkező oxidáció alkalmas kis és közepes méretű szennyvíztisztításra, az MBBR utólagos felszerelésre és bővítésre, a BAF alkalmas a fejlett tisztításra, a biológiai forgótárcsák alkalmasak kis-térfogatú, energiatakarékos{3}}forgatókönyvekre, a biológiai fluidágyak pedig nagy{4}}terű vagy koncentrációjú ipari szennyvízzel.
1. Hogyan "nő" a biofilm?
Amikor a csomagolóanyagot szennyvízbe helyezik, és a szennyvíz tovább folyik rajta, ez a folyamat megindul.
1. lépés: A mikroorganizmusok elhaladnak és megtelepednek
A szennyvíz nagyszámú mikroorganizmust tartalmaz. Ahogy átfolynak a csomagolóanyag felületén, egyesek beragadnak. Ez a kezdeti rögzítés elektrosztatikus kölcsönhatásokon és van der Waals erőkön alapul.
2. lépés: Az ideiglenes egyezségtől a hosszú távú-egyezségig
Az elakadt mikroorganizmusok ragacsos anyagot, úgynevezett extracelluláris polimer anyagokat (API-k) kezdenek kiválasztani. Ez az anyag úgy működik, mint a ragasztó, szilárdan rögzítve a mikroorganizmusokat a csomagolóanyag felületéhez, kialakítva a biofilm "építészeti vázát".
3. lépés: Megtelepedés és a Proliferate szétterítése
A betelepedés után a mikroorganizmusok növekedni és szaporodni kezdenek. Egyből kettő lesz, kettőből négy… Hamarosan vékony mikrobafilmréteg borítja be a csomagolóanyag felületét. Ez a biofilm.
4. lépés: Érett közösség kialakítása
Idővel a biofilm vastagabbá válik, és a benne lévő "lakók" változatosabbá válnak. Nemcsak baktériumok, hanem gombák, protozoonok és metazoák is megjelennek. Tápláléklánc alakul ki közöttük: a baktériumok megeszik a szennyező anyagokat, a protozoonok a baktériumokat, a metazoák pedig a protozoonokat. Így egy komplett kis ökoszisztéma jön létre.
Ezt a folyamatot szakmailag biofilm képződésnek nevezik. A tipikus települési szennyvíz esetében megfelelő hőmérsékleten a biofilm képződés körülbelül 7-20 nap alatt befejeződik.
2. Biofilm szerkezete
Bár a biofilm csak egy vékony membrán, belső szerkezete meglehetősen réteges. A szennyvíz minőségétől és oxigénellátási viszonyaitól függően előfordulhat, hogy nem mindig alkot három teljes réteget; egyes esetekben csak egy aerob és egy anaerob réteg képződhet.
A csomagolóanyaghoz legközelebb eső réteg az anaerob réteg. Ez a réteg van a legtávolabb a szennyvíztől, ami megnehezíti az oxigén diffundálását. Főleg anaerob baktériumok lakják. Oxigénre nincs szükségük, összetett szerves anyagok lebontásával nyernek energiát, de lebontási hatékonyságuk viszonylag alacsony.
A szennyvízhez legközelebb eső réteg az aerob réteg. Ez a réteg viszonylag bőséges oxigénnel rendelkezik, és aerob baktériumok lakják, akik a folyamat "fő ereje"; elsősorban itt megy végbe a szerves anyagok lebontása.
Ha a szennyvíz denitrifikációt igényel, akkor a közepén egy anoxikus réteg képződik, ahol a fakultatív baktériumok denitrifikációt hajthatnak végre, a nitrátokat nitrogéngázzá alakítva. Pontosan ennek a réteges szerkezetnek köszönhető, hogy a biofilm egyidejűleg képes aerob és anaerob reakciókat végrehajtani ugyanazon a rétegen belül,{1}}amit nehéz elérni a szuszpendált növekedésű eleveniszapos eljárásokban.
3. Biofilm megújulás
A biofilmek nem nőnek a végtelenségig. Amikor elérnek egy bizonyos vastagságot, leválnak és megújulnak. Ennek fő oka az, hogy a belső anaerob réteg egyre vastagabbá válik. Amikor az anaerob réteg elér egy bizonyos vastagságot, a hordozófelület közelében lévő mikroorganizmusok, amelyekben hiányzik a táplálkozáshoz szerves anyag, endogén légzési fázisba lépnek, gyengítve a hordozóhoz való kötődési képességüket. A külső vízáramlás nyíróereje hatására az öregedő biofilm foltokban levál. A levált biofilm a vízáramlással együtt kifolyik, és a leszakadt helyekre azonnal új mikroorganizmusok tapadnak. Ily módon a régi biofilm leválik, és új biofilm nő, fenntartva a biofilm aktivitásának magas szintjét.
Ez a mechanizmus lényegesen alacsonyabb iszaptermelési sebességet eredményez az eleveniszapos eljáráshoz képest. Noha az időszakos iszapeltávolításra továbbra is szükség van, szükségtelenné válik az eleveniszapos eljárás által megkívánt gyakori és pontos ellenőrzés, ami jelentősen leegyszerűsíti a kezelést és a kezelést.
4. Az eleveniszapos és biofilmes eljárások összehasonlítása
Az eleveniszapban a mikroorganizmusok a kevert lúgban szuszpendálódnak, míg a biofilmben a mikroorganizmusok immobilizálódnak a csomagolóanyagon. A lökésterhelésekkel szembeni ellenállás tekintetében az eleveniszapos eljárások általában kevésbé hatékonyak, a víz minőségének és mennyiségének ingadozása könnyen a kezelés hatékonyságának csökkenéséhez vezet; A biofilm folyamatok sokkal erősebbek és robusztusabbak.
Ami az alacsony koncentrációjú szennyvízhez való alkalmazkodást illeti, az eleveniszap mikroorganizmusai hajlamosak az alultáplálásra, ami csökkent aktivitást eredményez; A biofilm folyamatok még nagyon alacsony befolyó koncentrációk mellett is magas aktivitást tartanak fenn.
Ami az iszaptömeget illeti, az eleveniszapos eljárások hajlamosak az iszap tömegesedésére; biofilm folyamatok nem, mivel a mikroorganizmusok immobilizálódnak.
Az egységnyi térfogatra vetített biomasszát tekintve az eleveniszapos eljárások jellemzően literenként 2-4 grammot termelnek, míg a biofilmes eljárások elérhetik a 10-20 grammot literenként, ami 3-5-szöröse.
Az egyidejű nitrifikáció és denitrifikáció során az eleveniszapos folyamat különböző tartályok közötti recirkulációt igényel; a biofilm folyamat réteges szerkezete miatt ezt ugyanazon a tartályon belül tudja elérni.
Hogyan válasszunk? Egyszerűen fogalmazva: nagy mennyiségű stabil települési szennyvíz esetében az eleveniszapos eljárás kiforrott technológia; nagy térfogat- és minőségingadozású, alacsony koncentrációjú vagy egyidejű denitrifikációt igénylő szennyvíz esetében a biofilmes eljárás előnyösebb.
5. A biofilmes folyamatok főbb folyamatai
A fő folyamatok a következők: biológiai kontakt oxidáció, MBBR, levegőztetett biológiai szűrő (BAF), biológiai forgótárcsa, biológiai fluidizált ágy és hagyományos biológiai szűrők (közönséges, nagy{0}}terhelésű, torony típusú). Bár ezek a folyamatok formájukban különböznek, alapelvük ugyanaz,-lehetővé téve, hogy a mikroorganizmusok egy hordozóhoz tapadjanak, és biofilmet képezzenek, és ezt a membránt használják a szennyvíz tisztítására.
A fő különbségek kettősek: először is a „ház”-rögzített lemezek típusa, a tartályt kitöltő csomagolóanyag, a szűrőrétegbe halmozott kis kerámiaszemcsék, a zuhanó kis műanyaglapok vagy a fluidizált mikrorészecskék; másodszor, hogyan történik az oxigénellátás-természetes szellőztetése, korongforgatása vagy mesterséges levegőztetése.
A biofilm folyamat magában foglalja a mikroorganizmusok élőhelyeinek kialakítását, lehetővé téve számukra a megtelepedést és a szennyvíz kezelését.
Amint a mikroorganizmusok „otthonukba” költöznek, ragacsos anyagot választanak ki, hogy lehorgonyozzák magukat, növekedjenek és szaporodjanak, és strukturált biofilmet képeznek, -a szerves anyagok lebontásáért felelős külső aerob réteget, valamint a további lebontásért felelős belső anaerob réteget (a víz minőségétől függően anoxikus réteg is kialakulhat közöttük). A szennyvíz átfolyik, és a szennyező anyagok fokozatosan felszívódnak minden rétegben. Ahogy a biofilm egy bizonyos vastagságra nő, a régi rétegek leválnak, és az újak tovább nőnek. Nem kell aggódnia az iszap felhalmozódása vagy a gyakori iszapkibocsátás módosítása miatt, ami jelentősen megkönnyíti a kezelést és a kezelést!