Что такое биопленочный фильтрующий материал для очистки сточных вод?
Очистка сточных водявляется одним из важных звеньев в области современной защиты окружающей среды, и биопленочная технология, как эффективный и экологически чистый метод очистки, играет незаменимую роль в очистке сточных вод. Биопленочная фильтрующая среда является основным компонентом этой технологии, обеспечивая ключевой носитель для роста биопленки и очистки сточных вод. Итак, что же такое биопленочная фильтрующая среда для очистки сточных вод? Какую конкретную роль играет биопленка в очистке сточных вод? В этой статье мы подробно рассмотрим с точки зрения концепций, принципов и использования.
Что такое биопленочный фильтрующий материал для очистки сточных вод?
Биологическая фильтрующая среда для очистки сточных вод — это материал, используемый для поддержки формирования и поддержания биопленок. Его функция заключается в обеспечении идеального физического носителя для роста микроорганизмов. Биопленки по сути представляют собой сообщество микроорганизмов, прикрепленных к твердой поверхности. Они могут использовать органические вещества в сточных водах в качестве питательных веществ и разлагать или преобразовывать загрязняющие вещества в безвредные вещества посредством метаболических процессов.
Физические свойства среды
Биопленочные фильтрующие материалы обычно изготавливаются из пластика, керамики или других полимерных материалов, которые имеют следующие характеристики:
● Высокая удельная площадь поверхности: обеспечивает достаточно места на поверхности для прикрепления и роста микроорганизмов.
● Хорошая водопроницаемость: обеспечивает равномерный поток сточных вод через поверхность среды, оптимизируя эффективность разложения загрязняющих веществ.
● Коррозионная стойкость и стабильность: не подвержен разрушению при длительном контакте со сточными водами и микробными метаболитами.
● Легкая конструкция: проста в установке и обслуживании, подходит для различных систем очистки сточных вод.
Каковы распространенные типы биопленочных фильтрующих материалов?
В зависимости от назначения и формы биопленочные фильтрующие материалы можно разделить на несколько типов:
● Фиксированные среды: такие как сотовая керамика, пластиковые пластины и сетчатые структуры. Этот тип среды фиксируется в очистном оборудовании и подходит для таких процессов, как насадочные башни и капельные фильтры.
● Среда псевдоожиженного слоя: Такие как сферические, гранулированные или хлопьевидные пластики. Этот тип среды может перемещаться вместе с потоком воды и подходит для высокоэффективных систем обработки, таких как реакторы с псевдоожиженным слоем.
● Взвешенные среды: такие как легкие пластиковые частицы или специально разработанные полые волокна, подходящие для улучшения или дополнительной обработки систем активного ила.
Функции биопленочных сред
Биопленочный фильтрующий материал не только обеспечивает место для прикрепления микроорганизмов, но и способствует эффективному ходу процесса очистки сточных вод за счет оптимизации пути потока воды и увеличения подачи кислорода. Конструкция и выбор материала напрямую влияют на толщину, плотность и разнообразие биопленки и микробной популяции.
Какова роль биопленки в очистке сточных вод?
Основная роль биопленки в очистке сточных вод заключается в разложении загрязняющих веществ, включая органические вещества, азот, фосфор и некоторые трудноразлагаемые вещества посредством микробного метаболизма. Как микроэкосистема, она выполняет следующие ключевые функции в процессе очистки сточных вод:
Удаление органических загрязнителей
Гетеротрофные микроорганизмы в биопленке могут разлагать органические вещества (такие как углеводы, белки и жиры) в сточных водах и преобразовывать их в углекислый газ (КО₂), воду (H₂O) и другие неорганические вещества. Этот процесс не только снижает химическую потребность в кислороде (ХПК) сточных вод, но и значительно снижает биохимическую потребность в кислороде (БПК).
● Механизм разложения: микроорганизмы разлагают сложные макромолекулярные органические вещества на низкомолекулярные соединения, выделяя ферменты, а затем полностью окисляют их посредством метаболических путей.
● Эффективность удаления: благодаря высокой удельной площади поверхности и высокой микробной плотности среды технология биопленки обычно позволяет достичь степени удаления органических загрязнителей более 80%.
Удаление азота (нитрификация и денитрификация)
Технология биопленки также имеет значительные преимущества в очистке азотсодержащих сточных вод. Благодаря двум стадиям нитрификации и денитрификации аммиачный азот (Нью-Гэмпшир₄⁺) в сточных водах в конечном итоге преобразуется в газообразный азот (N₂) и выбрасывается в атмосферу.
● Нитрификация: в аэробных условиях аммиачный азот окисляется до нитрата (НЕТ₃⁻) нитрифицирующими бактериями (такими как Нитросомонас и Нитросомонас).
● Денитрификация: в анаэробных условиях денитрифицирующие бактерии восстанавливают нитрат до газообразного азота.
● Совместная обработка: слоистая структура биопленки (внешний слой представляет собой аэробную зону, а внутренний слой — анаэробную зону) позволяет одновременно осуществлять нитрификацию и денитрификацию, значительно повышая эффективность денитрификации.
Удаление фосфора
В некоторыхсистемы очистки сточных вод, микроорганизмы (особенно полифосфатные бактерии) в биопленках могут снижать содержание фосфора в сточных водах, поглощая и сохраняя фосфаты в сточных водах. Эта биологическая технология удаления фосфора обычно используется в сочетании с химическим осаждением для достижения лучших результатов.
Удаление тугоплавких веществ
Разнообразные микробные сообщества в биопленочных системах могут разлагать определенные тугоплавкие органические вещества, такие как бензол, фенольные соединения и полициклические ароматические углеводороды, посредством синергического метаболизма. Эти микроорганизмы могут выделять специальные ферменты и окислители при определенных условиях для эффективного разложения стойких загрязняющих веществ в сточных водах.
Каковы области применения биопленочных фильтрующих материалов?
Благодаря своей эффективной способности удалять загрязняющие вещества и низким эксплуатационным расходам биопленочные фильтрующие материалы широко используются в различных сценариях очистки сточных вод, включая, помимо прочего, следующие области:
Очистка городских сточных вод
Биопленочные среды часто используются в капельных фильтрах, резервуарах контактного окисления и других процессах на городских очистных сооружениях для удаления органических веществ, азота и фосфора из сточных вод. Такие сооружения обычно требуют, чтобы среды обеспечивали стабильную среду прикрепления микробов для удовлетворения потребностей в очистке с высокой нагрузкой.
Очистка промышленных сточных вод
Промышленные сточные воды могут содержать большое количество органических веществ и тугоплавких веществ. Биопленочные фильтрующие среды могут повысить эффективность очистки за счет увеличения разнообразия и концентрации микробных популяций. Например, при очистке сточных вод в фармацевтической, пищевой и химической промышленности биопленочные среды часто используются в качестве основного метода очистки.
Сточные воды аквакультуры
В аквакультуре биопленочные среды используются для удаления избыточного аммиачного азота и органических веществ в водоеме, поддержания чистоты воды и стабильности среды аквакультуры. Биопленочные среды с псевдоожиженным слоем часто используются в системах очистки сточных вод на крупных фермах из-за их высокой производительности очистки.
Очистка сточных вод в сельской местности
В сельской местности биопленочная технология стала важным способом очистки бытовых сточных вод благодаря простоте оборудования и легкости обслуживания. Экологическая система очистки сточных вод с использованием биопленочной среды может эффективно удалять загрязняющие вещества, будучи при этом экономичной и экологически чистой.
Техническое обслуживание и меры предосторожности при использовании биопленочных фильтрующих материалов
Биомембранные фильтрующие среды должны разумно обслуживаться в реальных условиях эксплуатации, чтобы обеспечить их долгосрочную и эффективную работу. Вот несколько ключевых соображений:
● Регулярная очистка: поскольку взвешенные вещества в сточных водах могут прилипать к поверхности среды, влияя на плавный поток воды и рост биопленки, среду следует регулярно чистить, чтобы избежать засорения.
● Контролируйте качество поступающей воды: высокие концентрации токсичных веществ или крупных взвешенных частиц могут повлиять на стабильность биопленки, поэтому на входе следует установить блок предварительной очистки.
● Поддерживайте соответствующий расход воды: слишком высокий или слишком низкий расход воды повлияет на формирование и метаболическую эффективность биопленки, поэтому параметры расхода воды необходимо регулировать с помощью оборудования.