لماذا لا تستطيع وسائط MBBR الخاصة بك إنتاج الأغشية الحيوية في غضون أسبوعين وكيفية صنع الأغشية الحيوية لدينا بسرعة؟

لماذا لا يمكن لوسائط MBBR الخاصة بك أن تقوم بالتصوير الحيوي خلال أسبوعين

وكيف نصنع الأغشية الحيوية من وسائطنا الحيوية بسرعة؟

بقلم: كودي أكوستوست

تاريخ النشر: 29 أبريل 2022

علامات المشاركة:

ما هي تقنية MBBR أو MBBR؟ تعد MBBR طريقة فعالة لمعالجة مياه الصرف الصحي ذات حجم الحمأة المنخفض والتشغيل والإدارة البسيطة. تعرض هذه المقالة بشكل رئيسي سبب عدم قدرة الوسائط الحيوية في بعض الأحيان على إنتاج الأغشية الحيوية من جوانب مختلفة مثل مبدأ نظام MBBR والعوامل المؤثرة في التكوين.

تهدف وسائط MBBR إلى جعل الكائنات الحية الدقيقة تلتصق بسطح حامل MBBR وتشكل فيلمًا حيويًا. عندما تتدفق مياه الصرف الصحي عبر سطح الناقل، تنتشر المادة العضوية والأكسجين المذاب في مياه الصرف الصحي إلى داخل الغشاء الحيوي. تقوم الكائنات الحية الدقيقة الموجودة داخل الغشاء بتنفيذ عملية التمثيل الغذائي للتحلل واستقلاب الكائنات الحية على المادة العضوية في وجود الأكسجين، بينما تنتشر مستقلبات التحلل من الغشاء الحيوي إلى الطور المائي والهواء، وبالتالي يؤدي إلى تحلل المادة العضوية في مياه الصرف الصحي.

الخطوط العريضة للمادة

● مبدأ عملية MBBR (عملية التعليق)

● العوامل المؤثرة على MBBR biofilmed

1. خصائص سطح الناقل الحيوي MBBR

2. التركيز الميكروبي المعلق

3. نشاط الكائنات الحية الدقيقة العالقة

● العوامل المؤثرة في عملية الأغشية الحيوية MBBR

1. القوى في عملية تعليق الفيلم الناقل الحيوي

2. تأثير محبة الماء للسطح الحامل

3. تأثير درجة الحرارة على سلوك تعليق الفيلم

4. تأثير مساحة السطح المحددة لحامل MBBR وخشونة السطح على أداء التصاق الأغشية الحيوية.

في وسائط MBBR، يجب أن تنتشر الملوثات العضوية والأكسجين المذاب والعديد من العناصر الغذائية الأساسية أولاً من الطور السائل إلى سطح الأغشية الحيوية، ثم إلى داخل الأغشية الحيوية، ولا يمكن إلا للملوثات المنتشرة على السطح أو داخل الأغشية الحيوية أن تنتشر تتحلل وتتحول بواسطة الكائنات الحية الدقيقة الموجودة داخل الأغشية الحيوية، وتشكل في النهاية مستقلبات مختلفة. بالإضافة إلى ذلك، في وسائط MBBR، يتم تثبيت الكائنات الحية الدقيقة على الناقل، وبالتالي تحقيق فصل SRT وHRT (وقت الاحتفاظ الهيدروليكي)، مما يتيح نمو وتكاثر الكائنات الحية الدقيقة بمعدل انتشار بطيء. لذلك، تعد وسائط MBBR نظامًا بيئيًا ميكروبيًا مستقرًا ومتنوعًا.

 

◆ أكواسوست MBBR برومخطط تدفق سيس

مبدأ عملية MBBR (عملية الأغشية المعلقة)

وفقا لشاراكليس، ليو وآخرون. عادة ما يمر تكوين الفيلم الميكروبي بأربع مراحل:بكالوريوس الطب والجراحة تعديل سطح الناقل,مرفق عكسها, تعلق لا رجعة فيه, وتكوين الأغشية الحيوية.

الوصف المحدد هو كما يلي: يمكن تقسيم الفيلم الميكروبي المعلق على حامل MBBR إلى مرحلتين:الامتزاز الميكروبيونمو احتجاز.

بعد إضافة الناقل إلى الجسم المائي،أولايدخل في فترة الامتزاز. تم ربط بعض الكائنات الحية الدقيقة والمواد الخيطية بسطح الناقل، وغالبًا ما يكون الموقع الذي يتم فيه ربط المزيد من المواد هو الجزء المقعر من الناقل، والذي لا يمكن قصه بسهولة بواسطة تدفق المياه.في هذا الوقتتنمو الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في المعلق بكميات كبيرة وتظهر طبقة الحمأة بشكل أكثر وضوحًا.

بعد الارتباط الذي لا رجعة فيه، تحصل الكائنات الحية الدقيقة على بيئة نمو مستقرة نسبيًا على سطح الناقل، وسرعان ما تبدأ الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الحمأة الممتزة على الناقل في النمو في ظل حالة إمداد كافٍ بالأكسجين والركيزة.

مع نمو زمن تدجين الثقافة، نما الغشاء الحيوي الذي ينمو على سطح الناقل بسرعة أيضًا، وغطى تدريجيًا سطح الناقل بالكامل وبدأ في التكاثف. ومع ذلك، فإن نمو الغشاء الحيوي لم يكن منتظمًا، ففي الأجزاء الأكثر بروزًا من المادة الحاملة، كان الغشاء الحيوي أرق، بينما نمت مستعمرات مزدهرة جدًا في الأجزاء المقعرة، مما أظهر أن القص الهيدروديناميكي كان له تأثير مهم على نمو الغشاء الحيوي. ومع التصاق المزيد والمزيد من الأغشية الحيوية بالحوامل، فإن الكثافة الظاهرية للحوامل تتناقص تدريجيًا وتصبح أخف وأسهل في التميع، بينما يكون للحوامل الموجودة في منطقة الانخفاض معدل انخفاض أبطأ.

 

MBBR Media Biofilm بعد 14 يومًا في خزان التهوية

العوامل المؤثرة على MBBR biofilmed

يتعلق الأمرطبيعة السطح الناقل(المحبة للماء على السطح الحامل، الشحنة السطحية، التركيب الكيميائي السطحي وخشونة السطح)،طبيعة الكائنات الحية الدقيقة(أنواع الكائنات الحية الدقيقة، ظروف الاستزراع، النشاط والتركيز).العوامل البيئية(درجة الحموضة، القوة الأيونية، القص الهيدروليكي، درجة الحرارة، الظروف الغذائية ووقت الاتصال بين الكائنات الحية الدقيقة والناقل).

1. سطح الناقل MBBRم العلاقات العامةoبيرتيوفاق

تؤثر خاصية الشحن السطحي للحامل والخشونة وحجم الجسيمات وتركيز الناقل بشكل مباشر على التصاق وتكوين الغشاء الحيوي على سطحه. في ظل بيئة النمو الطبيعية، يكون للكائنات الحية الدقيقة شحنة سالبة على سطحها. تسهل خشونة السطح الحامل التصاق البكتيريا على سطحه وتثبيتها.

① تزيد مساحة سطح الحامل من مساحة الاتصال الفعالة بين البكتيريا والحامل مقارنة بالسطح الأملس.

② تعمل الأجزاء الخشنة من سطح الحامل، مثل الثقوب والشقوق، كدرع لحماية البكتيريا الملتصقة من قوى القص الهيدروليكية.

تم التوصل إلى أن الحاملات ذات حجم الجسيمات الصغيرة أسهل في توليد الأغشية الحيوية بسبب انخفاض الاحتكاك المتبادل ومساحة السطح النوعية الكبيرة مقارنة بالحاملات ذات حجم الجسيمات الكبيرة. بالإضافة إلى ذلك، فإن تركيز الناقل مهم أيضًا للأغشية الحيوية MBBR.

وجد فاغنر أنه عند تركيز الكتلة الحاملة المنخفض جدًا، حتى مع سماكة الغشاء الحيوي البالغة 295 ميكرومتر، لا يمكن تحقيق معدل إزالة ثابت عند معالجة مياه الصرف الصحي الحرارية بمفاعل رفع هوائي. ومع ذلك، عند تركيز حامل قدره 20-30 جم/لتر، حتى لو كان 20% فقط من الحوامل تحتوي على أغشية حيوية بسمك 75 ميكرون، كان المفاعل لا يزال قادرًا على تحقيق معدل إزالة ثابت (98%) مع حمل COD قدره ما يصل إلى 58 كجم/(م3-د).

 

2. التركيز الميكروبي المعلق

بشكل عام، مع زيادة تركيز الكائنات الحية الدقيقة العالقة، تزداد فرصة الاتصال المحتمل بين الكائنات الحية الدقيقة والحامل. أظهرت نتائج العديد من الدراسات أن هناك تركيزًا حرجًا للكائنات الحية الدقيقة العالقة أثناء الارتباط الميكروبي؛ مع زيادة تركيز الميكروبات، يتم تعزيز النقل الميكروبي عن طريق تدرجات التركيز.

قبل القيمة الحرجة، يعتبر النقل الميكروبي والانتشار من الطور السائل إلى سطح الناقل هو خطوة التحكم؛ بمجرد تجاوز هذه القيمة الحرجة، يقتصر الارتباط الميكروبي والتثبيت على سطح الناقل على مساحة السطح الفعالة للحامل ولم يعد يعتمد على تركيز الكائنات الحية الدقيقة العالقة. ومع ذلك، بعد توازن الارتباط والتثبيت، يتم تحديد كمية الكائنات الحية الدقيقة الموجودة على سطح الناقل من خلال الكائنات الحية الدقيقة وخصائص سطح الناقل.

3. نشاط الكائنات الحية الدقيقة العالقة

يوصف النشاط الميكروبي عادةً بمعدل النمو النوعي (μ) للكائنات الحية الدقيقة، أي معدل نمو وتكاثر الكائنات الحية الدقيقة لكل وحدة كتلة. لذلك، عند دراسة تأثير النشاط الميكروبي على المراحل الأولية لتكوين الأغشية الحيوية، من المهم التحكم في معدل النمو النوعي للكائنات الحية الدقيقة المعلقة. نتائج الدراسة حول تكوين الأغشية الحيوية غير المتجانسة التي أجراها برايرز وآخرون. أظهر أن الكمية والمعدل الأولي للارتباط والتثبيت للبكتيريا الآزوتية على سطح الناقل كانت متناسبة مع نشاط البكتيريا الآزوتية المعلقة.

① عندما يكون النشاط البيولوجي للكائنات الحية الدقيقة المعلقة مرتفعًا، تكون قدرتها على إفراز الأشكال المتعددة خارج الخلية أعلى.

② يرتبط مستوى الطاقة الذي تعيش فيه الكائنات الحية الدقيقة ارتباطًا مباشرًا بمعدل نموها.

③ يختلف التركيب السطحي للكائنات الحية الدقيقة وفقًا لنشاطها.

④ وقت الاتصال الميكروبي مع الناقل.

⑤ وقت الاستبقاء الهيدروليكي (HRT).

⑥ درجة حموضة الطور السائل.

⑦ قوة القص الهيدروديناميكية.

العوامل المؤثرة في عملية الأغشية الحيوية MBBR

1. القوى في عملية MBBR Biofilmed

إنه يساهم بشكل مباشر في التفاعل المباشر بين الكائنات الحية الدقيقة وسطح الناقل، ويلعب دورًا حاسمًا في عملية الأغشية الحيوية MBBR بأكملها.

2. تأثير محبة الماء للسطح الحامل

يحتوي سطح حامل GPUC على مجموعات محبة للماء مثل -OH ومجموعات أميد، ومعظم الكائنات الحية الدقيقة نفسها لديها محبة للماء جيدة، ويمكن أن يشكل سطح الناقل وسطح الكائنات الحية الدقيقة بنية رابطة هيدروجينية؛ وفي الوقت نفسه، تكون الطاقة الحرة لسطح الناقل المحب للماء أقل من تلك الموجودة في سطح الناقل الكاره للماء، ومن المرجح أن تقترب الكائنات الحية الدقيقة الموجودة في الماء من سطح الناقل المحب للماء من أجل الامتصاص والنمو.

3. تأثير درجة الحرارة على الأغشية الحيوية MBBR

نطاق درجة الحرارة المناسب للكائنات الحية الدقيقة الهوائية هو 10 ~ 35 درجة. درجة حرارة الماء لها تأثير أكبر على نمو البكتيريا الآزوتية ومعدل النترجة. درجة حرارة النمو المناسبة لمعظم البكتيريا الآزوتية هي 25 ~ 30 درجة، عندما تكون درجة الحرارة أقل من 25 درجة أو أعلى من 30 درجة يتباطأ نمو البكتيريا الآزوتية، أقل من 10 درجات يتباطأ نمو البكتيريا الآزوتية والنترجة بشكل كبير .

تم إجراء اختبار الأغشية الحيوية MBBR عند 10 درجة و20 درجة و35 درجة، كما تم قياس كمية الكائنات الحية الدقيقة المرتبطة بالحشو أثناء عملية تعليق الفيلم بأكملها. أظهرت النتائج أنه: عند 10 درجة، بدأ الأغشية الحيوية MBBR ببطء، واستغرق الأمر 7 أيام حتى يتم إرفاق الأغشية الحيوية الواضحة، ونضج الأغشية الحيوية MBBR بعد 21 يومًا، وكان الحد الأقصى لمقدار الكتلة الحيوية المرفقة 2.1 جم / لتر؛ عند 35 درجة، بدأت وسائط MBBR في الأغشية الحيوية بعد 4 د، ونضج الأغشية الحيوية MBBR وكان الحد الأقصى لمقدار الأغشية الحيوية المرفقة 3.5 جم / لتر بعد حوالي 19 يومًا. عند حوالي 20 درجة، بدأ البيوفيلم بالتشكل بعد 2 يوم، وكان الحد الأقصى لكمية البيوفيلم المتصل هو 5.7 جم/لتر بعد حوالي 10 يوم. يمكن ملاحظة أن تأثير درجة الحرارة على الفيلم المعلق لم يكن واضحًا جدًا، ويمكن أن يتشكل الغشاء الحيوي على سطح الحشو في حدود درجة 15-30، ويبدأ الفيلم المعلق بشكل أسرع.

تعتبر درجة الحرارة عاملاً رئيسياً يؤثر على النشاط البيولوجي والقدرة الأيضية، ويكمن تأثيرها على عملية تفاعل النترجة بشكل رئيسي في نمط النمو والنشاط البيولوجي للبكتيريا الآزوتية.

يتجلى تأثير درجة الحرارة على النشاط البيولوجي كما يليالتأثير على معدل التفاعل الكيميائيوالتأثير على معدل نقل الأكسجين

 

الوسائط الحاملة Aquasust Biofilm MBBR في خزان التهوية خلال شهرين

4. تأثير مساحة السطح المحددة لحامل MBBR وخشونة السطح على أداء التصاق الأغشية الحيوية

تعمل مساحة السطح المحددة الكبيرة والخشونة على تحسين قدرة الناقل على التقاط الكائنات الحية الدقيقة. تتمتع الحاملات ذات خشونة السطح الكبيرة بقدرة أكبر على إعادة توزيع تدفق المياه بحيث يكون لتدفق الماء في المفاعل قوة قص أقل على الأغشية الحيوية الموجودة على الناقل، وفي الوقت نفسه توفر بيئة داخلية مناسبة للخلط والاتصال بين الكائنات الحية الدقيقة والركيزة ، مما يعزز تراكم الأغشية الحيوية على سطح التغليف. يحتوي السطح الخشن على طبقة حدودية صفحية أكثر سمكًا من السطح الأملس، والتي يمكن أن توفر بيئة هيدروديناميكية ثابتة جيدة وبالتالي تجنب التأثير السلبي لقص تدفق المياه على نمو الكائنات الحية الدقيقة المرتبطة.