Hướng dẫn toàn diện về các quá trình màng sinh học trong xử lý nước

Giới thiệu về màng sTRONGh học trong xử lý nước

Nước là nguồn sống của hành tinh chúng taThì và đảm bảo sự tinh khiết của nó là nền tảng của sức khỏe cộng đồng và sự bền vững môi trường. Khi dân số toàn cầu phát triển và các hoạt động công nghiệp mở rộngThì nhu cầu về hiệu quả và bền vững xử lý nước Giải pháp tăng cường. Trong số các mảng công nghệ khác nhau được sử dụngThì quá trình màng sinh học đã nổi lên như một cách tiếp cận hiệu quả và thân thiện với môi trường đáng chú ý để thanh lọc nước và xử lý nước thải .

Tại cốt lõi của nóThì xử lý nước là về việc biến nước bị ô nhiễm thành trạng thái có thể sử dụng. Trong khi các phương pháp hóa học và vật lý đóng vai trò quan trọngThì các quá trình sinh họcThì đặc biệt là các phương pháp liên quan đến màng sinh học Thì Tận dụng sức mạnh của các vi sinh vật để phá vỡ và loại bỏ các chất ô nhiễm. Các cộng đồng vi sinh vật tự nhiên này cung cấp một sự thay thế ổn địnhThì mạnh mẽ và hiệu quả về chi phí cho các hệ thống tăng trưởng lơ lửng truyền thống, mở đường cho việc quản lý nước bền vững và bền vững hơn.

Băng sinh học là gì?

Định nghĩa và đặc điểm MỘT màng sinh học là một tập hợp phức tạp của các vi sinh vật, trong đó các tế bào bám vào một bề mặt và được bọc trong một ma trận tự sản xuất của các chất polyme ngoại bào (EPS). Ma trận gelatin này, chủ yếu bao gồm các polysacarit, protein, axit nucleic và lipid, cung cấp tính toàn vẹn cấu trúc, bảo vệ và tạo điều kiện giao tiếp giữa cộng đồng vi sinh vật. Hãy tưởng tượng nó là một thành phố vi sinh vật, nơi vi khuẩn, nấm, tảo và động vật nguyên sinh sống trong một lớp chất nhờn dính, dính. Những cộng đồng này không tĩnh; Chúng là các hệ sinh thái năng động liên tục phát triển, thích nghi và đáp ứng với môi trường của chúng.

Các đặc điểm chính của màng sinh học bao gồm:

• Tuân thủ bề mặt: Tính năng xác định, trong đó các vi khuẩn gắn vào chất nền rắn.
• Sản xuất EPS: Việc tạo ra một ma trận polyme bảo vệ và kết dính.
• Sự không đồng nhất về cấu trúc: Màng sinh học không đồng đều; Họ thường trưng bày các kênh và lỗ chân lông cho phép vận chuyển chất dinh dưỡng và oxy.
• Tăng khả năng phục hồi: Các vi khuẩn trong màng sinh học thường chống lại các căng thẳng môi trường, chất khử trùng và kháng sinh so với các đối tác nổi (phù thủy) tự do của chúng.
• Đa dạng chuyển hóa: Màng sinh họcs có thể lưu trữ một loạt các loài vi sinh vật, cho phép các hoạt động trao đổi chất đa dạng quan trọng cho sự xuống cấp của chất gây ô nhiễm.

Tầm quan trọng trong các hệ thống tự nhiên và kỹ thuật Màng sinh học có mặt khắp nơi, được tìm thấy trong hầu hết mọi môi trường dưới nước tự nhiên và được thiết kế.

• Hệ thống tự nhiên: Từ chất nhờn trên đá sông và sự phát triển trên bề mặt thực vật dưới nước đến thảm vi sinh vật trong suối nước nóng, màng sinh học đóng vai trò quan trọng trong chu kỳ chất dinh dưỡng (ví dụ: nitrat hóa , Xử lý ), phân hủy chất hữu cơ và sức khỏe tổng thể của hệ sinh thái. Chúng là nền tảng cho các chu kỳ hóa sinh của carbon, nitơ, phốt pho và lưu huỳnh.
• Hệ thống kỹ thuật: Trong môi trường do con người tạo ra, sự hiện diện của chúng có thể là một con dao hai lưỡi. Trong khi họ là vô giá trong xử lý nước thải thực vật để kiểm soát ô nhiễm, chúng cũng có thể gây ra các vấn đề như phạm lỗi trong các đường ống công nghiệp, trao đổi nhiệt và các thiết bị y tế. Tính hai mặt này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu và kiểm soát hành vi màng sinh học. TRONG xử lý nước , mục tiêu là khai thác các đặc tính có lợi của chúng để loại bỏ chất gây ô nhiễm hiệu quả.

Khoa học về sự hình thành màng sinh học

Sự hình thành của một màng sinh học là một quá trình động, nhiều giai đoạn được điều khiển bởi các tương tác của vi sinh vật và tín hiệu môi trường. Đó là một màn hình hấp dẫn của sự thích nghi của vi sinh vật và phát triển cộng đồng.

Đính kèm ban đầu

Bước đầu tiên trong sự hình thành màng sinh học là độ bám dính có thể đảo ngược của các vi sinh vật phù du (nổi tự do) với bề mặt ngập nước. Liên hệ ban đầu này bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác nhau, bao gồm:

• Tính chất bề mặt: Tính kỵ nước, độ nhám, điện tích và thành phần hóa học của chất nền. Vi khuẩn thường thích bề mặt thô, kỵ nước.
• Điều kiện môi trường: PH, nhiệt độ, chất dinh dưỡng và lực thủy động lực học (dòng nước).
• Sự vận động của vi sinh vật: Flagella, Pili và Fimbriae đóng vai trò quan trọng trong việc cho phép vi khuẩn tiếp cận và tiếp xúc ban đầu với bề mặt. Các tương tác yếu, có thể đảo ngược (ví dụ, lực van der Waals, tương tác tĩnh điện) trước sự gắn bó mạnh mẽ hơn, không thể đảo ngược.

Thuộc địa và tăng trưởng

Khi một tế bào đã gắn kết đảo ngược, nó có thể bắt đầu neo chặt hơn vào bề mặt. Điều này liên quan đến:

• Tệp đính kèm không thể đảo ngược: Sản xuất protein kết dính và các phân tử khác tạo thành liên kết mạnh với bề mặt.
• Phân chia tế bào và tăng trưởng: Các ô đính kèm bắt đầu phân chia, tạo thành các microcolonies.
• Tuyển dụng các tế bào khác: Các tế bào sinh vật phù du khác có thể bị thu hút bởi các microcolonies đang phát triển, dẫn đến việc tuyển dụng các loài vi sinh vật khác nhau. Sự đồng tổng hợp này là rất quan trọng cho sự phát triển của một cộng đồng màng sinh học không đồng nhất.

Sản xuất EPS và sự trưởng thành về màng sinh học

Khi các microcolonies phát triển, tính năng đặc biệt nhất của màng sinh học bắt đầu hình thành: Các chất polyme ngoại bào (EPS) Ma trận.

• Bài tiết EPS: Các vi sinh vật tiết ra một hỗn hợp phức tạp của các đại phân tử ngậm nước, bao gồm polysacarit (thành phần phong phú nhất), protein, axit nucleic (ví dụ, DNA ngoại bào) và lipid.
• Sự hình thành ma trận: Cái này EPS Ma trận bao quanh các tế bào, hoạt động như một "Glue sinh học" giữ cộng đồng lại với nhau và gắn chặt nó lên bề mặt.
• Tính trưởng thành về màng sinh học: Các EPS Ma trận bảo vệ các tế bào khỏi các yếu tố gây căng thẳng môi trường (ví dụ, dao động PH, hóa chất độc hại, hút ẩm, động vật ăn thịt, chất khử trùng) và cung cấp một giàn giáo cho cấu trúc ba chiều của màng sinh học. Trong ma trận này, các môi trường vi mô với độ dốc oxy, chất dinh dưỡng và pH khác nhau phát triển, cho phép các loài vi sinh vật khác nhau phát triển mạnh trong các hốc cụ thể. Các kênh nước thường hình thành trong màng sinh học, tạo điều kiện cho việc vận chuyển chất dinh dưỡng và chất thải.

Cảm biến và giao tiếp đại biểu

Cảm biến đại biểu là một hệ thống truyền thông tế bào-tế bào tinh vi đóng vai trò quan trọng trong sự hình thành và hành vi màng sinh học.

• Các phân tử tín hiệu: Vi khuẩn giải phóng các phân tử tín hiệu nhỏ (Autoinducers) vào môi trường của chúng.
• Phản ứng mật độ dân số: Khi mật độ quần thể vi khuẩn tăng trong màng sinh học đang phát triển, nồng độ của các chất tự động này đạt đến ngưỡng quan trọng.
• Quy định gen: Khi ngưỡng được đáp ứng, vi khuẩn kích hoạt hoặc ức chế các gen cụ thể. Biểu hiện gen phối hợp này có thể kích hoạt các hành vi tập thể khác nhau, chẳng hạn như:
  • Nâng cao EPS sản xuất
  • Sự hình thành các cấu trúc màng sinh học cụ thể
  • Biểu hiện của các yếu tố độc lực
  • Tách khỏi màng sinh học
• Hành động tập thể: Cảm biến đại biểu Cho phép cộng đồng màng sinh học hoạt động như một sinh vật đa bào, điều phối các hoạt động sẽ không hiệu quả nếu được thực hiện bởi các tế bào riêng lẻ. Giao tiếp này là rất quan trọng cho hoạt động hiệu quả và ổn định của Lò phản ứng màng sinh học in xử lý nước , cho phép cộng đồng vi sinh vật thích nghi và đáp ứng hiệu quả với những thay đổi về chất lượng nước có ảnh hưởng.

Các loại lò phản ứng màng sinh học trong xử lý nước

Các tính chất độc đáo của màng sinh học đã dẫn đến sự phát triển của một loạt các Lò phản ứng màng sinh học các thiết kế, mỗi thiết kế được tối ưu hóa cho các ứng dụng cụ thể và điều kiện hoạt động trong xử lý nước Và xử lý nước thải . Những lò phản ứng này cung cấp một môi trường rắn cho gắn vi sinh vật, tạo ra các hệ thống điều trị sinh học ổn định và hiệu quả.

Bộ lọc nhỏ giọt

Các Bộ lọc nhỏ giọt (còn được gọi là bộ lọc hoặc bộ lọc sinh học) là một trong những dạng lâu đời nhất và đơn giản nhất của Lò phản ứng màng sinh học . Nó dựa trên một giường cố định của phương tiện truyền thông mà nước thải được phân phối liên tục.

• Thiết kế và vận hành:

  • Kết cấu: Một bộ lọc nhỏ giọt bao gồm một giường của môi trường thấm (ví dụ: đá, xỉ, mô-đun nhựa) thường sâu 1-3 mét, nằm trong một bể. Một nhà phân phối quay hoặc vòi phun cố định phun hoặc nước thải nhỏ trên bề mặt trên cùng của phương tiện truyền thông.
  • Tăng trưởng sinh học: Khi nước thải thấm xuống thông qua các phương tiện truyền thông, một màng sinh học Phát triển trên bề mặt của đóng gói. Các vi sinh vật trong bộ phận sinh học này làm suy giảm chất hữu cơ và thường thực hiện nitrat hóa .
  • Sục khí: Không khí lưu thông qua các khoảng trống trong môi trường, cung cấp oxy cho màng sinh học, tự nhiên bằng sự đối lưu hoặc bằng cách thông gió bắt buộc.
  • Bộ sưu tập nước thải: Nước được xử lý được thu thập ở phía dưới và thường được gửi đến một bộ làm rõ thứ cấp để loại bỏ màng sinh học bị cắt giảm (mùn).

• Thuận lợi:

  • Đơn giản và độ tin cậy: Tương đối đơn giản để thiết kế, vận hành và duy trì, với một vài bộ phận cơ học.
  • Tiêu thụ năng lượng thấp: Thường dựa vào sục khí tự nhiên, giảm chi phí năng lượng.
  • Sự mạnh mẽ: Có thể xử lý các tải trọng hữu cơ dao động hợp lý tốt.
  • Sản xuất bùn thấp: So với bùn hoạt tính, các bộ lọc nhỏ giọt tạo ra bùn ít hơn.

• Nhược điểm:

  • Sản xuất mùi: Đôi khi có thể tạo ra mùi, đặc biệt là với tải trọng hữu cơ cao hơn hoặc thông gió không đủ.
  • Nuisance: Có thể dễ bị lọc ruồi, có thể gây phiền toái ở khu vực thành thị.
  • Làm tắc nghẽn/ao: Tăng trưởng sinh học có thể trở nên quá mức, dẫn đến tắc nghẽn hoặc suy nhược nếu không được quản lý đúng cách, giảm hiệu quả điều trị.
  • Loại bỏ dinh dưỡng hạn chế: Chủ yếu hiệu quả để loại bỏ chất hữu cơ và nitrat hóa ; Đạt được quan trọng Xử lý hoặc Loại bỏ phốt pho thường yêu cầu các quy trình bổ sung.

Các tiếp xúc sinh học xoay (RBC)

Các Contacthoặc sinh học xoay (RBC) là một tiên tiến hơn Lò phản ứng màng sinh học Điều đó sử dụng đĩa quay được nhấn chìm một phần trong nước thải.

• Thiết kế và vận hành:

  • Kết cấu: Một hệ thống RBC bao gồm một loạt các đĩa nhựa có đường kính lớn, có đường kính lớn được gắn trên trục ngang. Các đĩa thường được làm từ môi trường nhựa khu vực bề mặt cao.
  • Vòng quay: Trục từ từ quay (1-2 vòng quay mỗi phút), khiến các đĩa xen kẽ đi qua nước thải và sau đó tiếp xúc với khí quyển.
  • Hình thành màng sinh học: Khi các đĩa quay qua nước thải, một màng sinh học hình thức và phát triển trên bề mặt của họ. Khi tiếp xúc với không khí, màng sinh học hấp phụ oxy.
  • Suy thoái chất gây ô nhiễm: Phơi nhiễm theo chu kỳ này cho phép các vi sinh vật trong màng sinh học làm suy giảm hiệu quả các chất gây ô nhiễm hữu cơ và thực hiện nitrat hóa . Băng màng sinh học dư thừa văng vào bể và được tách ra trong một bộ làm sạch.

• Thuận lợi:

  • Dấu chân nhỏ: Tương đối nhỏ gọn so với các bộ lọc nhỏ giọt, đòi hỏi ít diện tích đất hơn.
  • Hoạt động ổn định: Ít nhạy cảm với tải trọng sốc và biến động pH so với các hệ thống bùn hoạt tính.
  • Tiêu thụ năng lượng thấp: Chủ yếu sử dụng năng lượng để quay chậm, dẫn đến nhu cầu công suất thấp hơn.
  • Bảo trì đơn giản: Tương đối dễ vận hành và duy trì với độ phức tạp hoạt động ít hơn so với bùn hoạt tính.
  • Nitrat hóa tốt: Thường rất hiệu quả trong việc đạt được nitrat hóa Do điều kiện hiếu khí ổn định.

• Nhược điểm:

  • Chi phí vốn cao: Đầu tư ban đầu cho các đơn vị RBC có thể cao hơn một số hệ thống thông thường.
  • Trang phục cơ học: Vòng bi và trục có thể trải nghiệm hao mòn, cần bảo trì.
  • Các vấn đề về màng sinh học: Sloughing quá mức hoặc đột ngột có thể dẫn đến chất lượng nước thải kém nếu không được quản lý.
  • Độ nhạy nhiệt độ: Hiệu suất có thể bị ảnh hưởng bởi thời tiết lạnh, có khả năng giảm hoạt động sinh học.
  • Loại bỏ dinh dưỡng hạn chế: Tương tự như các bộ lọc nhỏ giọt, đạt được nâng cao Xử lý hoặc Loại bỏ phốt pho Thông thường yêu cầu các giai đoạn bổ sung hoặc thiết kế sửa đổi.

Di chuyển lò phản ứng màng sinh học (MBBRS)

Các Lò phản ứng màng sinh học di chuyển (MBBR) là rất phổ biến và đa năng Quá trình màng sinh học Điều đó sử dụng các tàu sân bay nhựa nhỏ, tự do làm phương tiện gắn cho vi sinh vật.

• Thiết kế và vận hành:

  • Kết cấu: MỘT MBBR Bao gồm một bể lò phản ứng chứa đầy hàng ngàn người vận chuyển nhựa nhỏ, được thiết kế đặc biệt (phương tiện) có diện tích bề mặt bên trong cao. Các chất mang này thường được làm từ polyetylen mật độ cao (HDPE).
  • Chuyển động của tàu sân bay: Các chất mang được giữ trong chuyển động liên tục trong bể bằng sục khí (trong các hệ thống hiếu khí) hoặc bằng cách trộn cơ học (trong các hệ thống anoxic/kỵ khí). Chuyển động liên tục này đảm bảo tiếp xúc tối ưu giữa nước thải, màng sinh học và không khí/chất dinh dưỡng.
  • Tăng trưởng sinh học: Một mỏng màng sinh học Phát triển trên các bề mặt bên trong được bảo vệ của các nhà mạng. Các điều kiện hỗn loạn ngăn không cho màng sinh học trở nên quá dày, dẫn đến tự điều chỉnh và chuyển khối lượng hiệu quả.
  • Không có bùn trở lại: Không giống như bùn hoạt tính, không cần bùn trở lại lò phản ứng. Băng màng sinh học dư thừa tự nhiên làm giảm và thoát ra với nước được xử lý cho một chất làm sạch.

• Thuận lợi:

  • Dấu chân nhỏ: Dấu chân nhỏ hơn đáng kể so với bùn hoạt tính thông thường hoặc các bộ lọc nhỏ giọt cho công suất tương đương.
  • Hiệu quả điều trị cao: Do diện tích bề mặt được bảo vệ lớn cho màng sinh học sự phát triển, MBBRS có thể đạt được tốc độ tải thể tích cao và hiệu suất điều trị tuyệt vời, bao gồm hiệu quả nitrat hóa và loại bỏ hữu cơ.
  • Sự mạnh mẽ và ổn định: Rất kiên cường với tải trọng sốc, dao động thủy lực và thay đổi nhiệt độ.
  • Dễ dàng nâng cấp các nhà máy hiện có: Có thể dễ dàng thực hiện để nâng cấp các nhà máy bùn hoạt tính hiện có bằng cách thêm các nhà mạng, tăng công suất mà không mở rộng khối lượng bể.
  • Không tuần hoàn bùn: Loại bỏ sự cần thiết của các hệ thống tuần hoàn bùn tốn kém và phức tạp.

• Nhược điểm:

  • Chi phí vốn: Đầu tư ban đầu cho các nhà mạng có thể là đáng kể.
  • Giữ chân người vận chuyển: Yêu cầu màn hình hoặc sàng để giữ lại các chất mang trong lò phản ứng trong khi cho phép nước đi qua, đôi khi có thể tắc nghẽn nếu không được thiết kế đúng cách.
  • Tối ưu hóa trộn/sục khí: Trộn và sục khí thích hợp là rất quan trọng để giữ cho các tàu sân bay trong tình trạng treo và ngăn ngừa vùng chết.
  • Tiềm năng mặc của người vận chuyển: Sự hao mòn lâu dài trên các nhà mạng trong các hệ thống hỗn loạn cao có thể xảy ra, mặc dù điển hình là nhỏ.

Bộ lọc sinh học màng (MBRS)

Các Bihoặceactor màng (MBR) đại diện cho một sự tiến bộ đáng kể, kết hợp một quá trình điều trị sinh học (thường là một hệ thống tăng trưởng lơ lửng với một màng sinh học thành phần) với lọc màng để tách chất lỏng rắn.

• Thiết kế và vận hành:

  • Lò phản ứng sinh học: Nước thải trước tiên đi vào một lò phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật (thường là sự kết hợp của các flocs lơ lửng và sự tăng trưởng gắn liền trong các flocs) làm suy giảm các chất gây ô nhiễm.
  • Tách màng: Thay vì làm rõ thứ cấp, các màng bán thấm (vi lọc hoặc siêu lọc) được ngâm trực tiếp trong bể sinh học (chìm MBR ) hoặc nằm trong một mô-đun bên ngoài (dòng bên MBR ).
  • Sự phân tách chất lỏng rắn: Các màng tách nước vật lý ra khỏi rượu hỗn hợp, giữ lại tất cả sinh khối, bao gồm cả các flocs phân tán tinh xảo và bất kỳ hình thành nào màng sinh học , trong lò phản ứng. Điều này cho phép nồng độ sinh khối rất cao (chất rắn lơ lửng hỗn hợp, MLSS) và giữ lại hoàn toàn các sinh vật phát triển chậm.
  • Nước thải chất lượng cao: Màng hoạt động như một rào cản tuyệt đối đối với chất rắn lơ lửng, vi khuẩn và thậm chí một số virus, tạo ra nước thải chất lượng đặc biệt cao.

• Thuận lợi:

  • Chất lượng nước thải vượt trội: Sản xuất nước thải có chất lượng rất cao, thường phù hợp để tái sử dụng mà không cần xử lý thêm, hầu như không có chất rắn và mầm bệnh lơ lửng.
  • Dấu chân nhỏ: Dấu chân nhỏ hơn đáng kể so với các hệ thống bùn hoạt tính thông thường do nồng độ sinh khối cao và không cần phải làm rõ.
  • Tải trọng thể tích cao: Có thể xử lý tốc độ tải trọng hữu cơ và thủy lực rất cao.
  • Tính chất bùn được cải thiện: Sản xuất bùn dư thừa ít hơn và thường dẫn đến bùn dày hơn, dễ chế biến hơn.
  • Tăng cường loại bỏ chất dinh dưỡng: Cho phép duy trì các nitrifer phát triển chậm và vi khuẩn khử nitrating, dẫn đến tốt hơn nitrat hóa Và Xử lý .

• Nhược điểm:

  • Chi phí vốn cao: Màng là các thành phần đắt tiền, dẫn đến đầu tư ban đầu cao hơn.
  • Màng bị tắc nghẽn: Đây là thách thức hoạt động chính. Màng sinh học Tăng trưởng trên bề mặt màng (sinh học) làm giảm đáng kể thông lượng, tăng mức tiêu thụ năng lượng và đòi hỏi phải làm sạch hoặc thay thế thường xuyên.
  • Tiêu thụ năng lượng: Nhu cầu năng lượng cao hơn do sục khí cho hoạt động sinh học và quét màng, cũng như bơm thấm.
  • Độ phức tạp hoạt động: Yêu cầu giám sát và kiểm soát tinh vi hơn để làm sạch và bảo trì màng.

SLUDGE KIỂM TRA FILM cố định tích hợp (IFAs)

Các SLUDGE KIỂM TRA FILM cố định tích hợp (IFAs) Hệ thống là một công nghệ lai kết hợp các tính năng tốt nhất của cả bùn hoạt tính (tăng trưởng lơ lửng) và màng sinh học (Tăng trưởng đính kèm) Các quá trình trong một lò phản ứng duy nhất.

• Thiết kế và vận hành:

  • Hệ thống kết hợp: Ifas các hệ thống tích hợp phương tiện cố định hoặc di chuyển (tương tự như MBBR người vận chuyển hoặc lưới cố định) vào một lưu vực bùn hoạt tính hiện có.
  • Sinh khối kép: Lò phản ứng chứa cả sinh khối lơ lửng (dép bùn hoạt tính) và gắn vào màng sinh học Trên các phương tiện truyền thông.
  • Hiệu ứng hiệp đồng: Sự tăng trưởng lơ lửng xử lý phần lớn tải trọng hữu cơ, trong khi màng sinh học Cung cấp một môi trường ổn định cho các vi sinh vật chuyên biệt, phát triển chậm hơn, đặc biệt là vi khuẩn nitrat hóa. Điều này cho phép nồng độ sinh khối cao và quần thể chuyên dụng mà không làm tăng thời gian lưu thủy lực.
  • Tách bùn: Tương tự như bùn hoạt tính, một chất làm rõ thứ cấp được sử dụng để tách rượu hỗn hợp khỏi nước thải được xử lý và bùn hoạt tính được xử lý.

• Thuận lợi:

  • NiTrat hóa tăng cường: Hiệu quả cao trong việc đạt được ổn định và hoàn chỉnh nitrat hóa do sự hiện diện của các nitrifer phát triển chậm trong màng sinh học .
  • Tăng công suất/giảm dấu chân: Cho phép các nhà máy bùn hoạt tính hiện có để xử lý tải trọng cao hơn hoặc đạt được chất lượng nước thải tốt hơn (ví dụ: loại bỏ nitơ) mà không mở rộng khối lượng bể.
  • Sự mạnh mẽ: Cung cấp sự ổn định được cải thiện chống lại tải trọng sốc so với bùn hoạt tính thông thường.
  • Sản xuất bùn ít hơn: Có thể dẫn đến sản xuất bùn dư thấp hơn so với các hệ thống bùn hoạt tính tinh khiết, mặc dù thường nhiều hơn tinh khiết MBBR .

• Nhược điểm:

  • Chi phí vốn: Thêm phương tiện truyền thông và màn hình duy trì vào các xe tăng hiện có có thể tăng đầu tư ban đầu.
  • Giữ phương tiện truyền thông: Yêu cầu màn hình để giữ lại phương tiện, tương tự như MBBR , có thể dễ bị tắc nghẽn.
  • Thiết kế sự phức tạp: Yêu cầu thiết kế cẩn thận để đảm bảo trộn đúng, sục khí và phân phối phương tiện cho cả tăng trưởng lơ lửng và gắn liền.
  • Kiểm soát hoạt động: Yêu cầu theo dõi cả sinh khối lơ lửng và đính kèm, thêm một lớp phức tạp hoạt động.

Các ứng dụng của các quá trình màng sinh học trong xử lý nước

Tính linh hoạt và mạnh mẽ của quá trình màng sinh học đã làm cho chúng không thể thiếu trên một phạm vi rộng của xử lý nước Ứng dụng, giải quyết các chất gây ô nhiễm và mục tiêu điều trị khác nhau. Khả năng của họ để chứa các cộng đồng vi sinh vật đa dạng cho phép suy thoái và loại bỏ một loạt các chất gây ô nhiễm.

Loại bỏ chất hữu cơ

Một trong những ứng dụng chính và cơ bản nhất của Lò phản ứng màng sinh học là việc loại bỏ hiệu quả chất hữu cơ từ nước. Các hợp chất hữu cơ, được đo bằng nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) hoặc nhu cầu oxy hóa học (COD), tiêu thụ oxy hòa tan trong các vùng nước và có thể gây hại cho đời sống dưới nước.

• Cơ chế: Trong aerobic màng sinh học hệ thống (như Bộ lọc nhỏ giọt , RBC , MBBRS và các phần hiếu khí của MBRS Và Ifas ), vi khuẩn dị dưỡng trong màng sinh học Sử dụng các hợp chất hữu cơ như một nguồn thực phẩm. Chúng nhanh chóng hấp phụ, chuyển hóa và oxy hóa các hợp chất này thành các chất đơn giản hơn, ít gây hại hơn như carbon dioxide và nước.
• Hiệu quả: Nồng độ cao của sinh khối hoạt động trong màng sinh học Ma trận, kết hợp với tiếp xúc liên tục với nước thải, đảm bảo tỷ lệ loại bỏ thể tích cao của các chất ô nhiễm hữu cơ, ngay cả trong các điều kiện tải khác nhau.

Loại bỏ chất dinh dưỡng (nitơ và phốt pho)

Nitơ và phốt pho quá mức trong nước thải là nguyên nhân chính của sự phú dưỡng, dẫn đến sự nở hoa tảo và sự suy giảm oxy trong việc tiếp nhận nước. Quá trình màng sinh học có hiệu quả cao cho nâng cao Loại bỏ chất dinh dưỡng .

• Loại bỏ nitơ (nitrat hóa và khử nitrat):
  • Nitration: Vi khuẩn nitrat hóa tự động (ví dụ: Nitrosomonas , Nitrobacter ) trong màng sinh học oxy hóa amoniac (NH3) thành nitrite (NO2−) và sau đó là nitrat (NO3−) trong điều kiện hiếu khí. Lò phản ứng màng sinh học giống MBBRS Và Ifas đặc biệt phù hợp với nitrat hóa Do khả năng giữ lại những vi khuẩn phát triển chậm này.
  • Denitrization: Vi khuẩn khử nitrat hóa dị dưỡng trong các vùng anoxic (thiếu oxy) của màng sinh học Giảm nitrat (NO3−) thành khí nitơ (N2), sau đó được giải phóng vào khí quyển. Điều này thường xảy ra trong các phần sâu hơn, giới hạn oxy màng sinh học hoặc trong các vùng anoxic chuyên dụng của nhiều giai đoạn Lò phản ứng màng sinh học .
• Loại bỏ phốt pho:
  • Trong khi sinh học chính Loại bỏ phốt pho thường dựa vào các sinh vật tăng trưởng lơ lửng cụ thể (ví dụ: PAOS), màng sinh học Các hệ thống có thể đóng góp vào kết tủa phốt pho hóa học hoặc cung cấp các điều kiện cho một số sự hấp thu sinh học. Thông thường hơn, loại bỏ phốt pho được tích hợp bằng cách sử dụng bổ sung hóa học hoặc kết hợp với các quá trình sinh học khác trong thiết kế lai. Một số chuyên ngành Lò phản ứng màng sinh học đang được phát triển để tăng cường loại bỏ phốt pho sinh học.

Loại bỏ kim loại nặng và các chất gây ô nhiễm mới nổi

Màng sinh học trưng bày một khả năng đáng chú ý để tương tác với nhiều chất gây ô nhiễm đầy thách thức, bao gồm cả kim loại nặng và Các chất gây ô nhiễm mới nổi (ví dụ: dược phẩm, sản phẩm chăm sóc cá nhân, thuốc trừ sâu).

• Loại bỏ kim loại nặng: Màng sinh học Có thể loại bỏ kim loại nặng thông qua một số cơ chế:
  • Hấp thụ sinh học: Các EPS Ma trận có thể liên kết các ion kim loại thông qua các tương tác tĩnh điện và chelation.
  • Bioprecipitation: Các vi sinh vật có thể thay đổi điều kiện pH hoặc oxy hóa khử, dẫn đến kết tủa của các hợp chất kim loại.
  • Biorededing/Bio-oxy hóa: Vi khuẩn có thể biến đổi kim loại thành các dạng ít độc hại hơn hoặc ổn định hơn.
• Các chất gây ô nhiễm mới nổi (EC): Trong khi thách thức, nhiều người màng sinh học Các cộng đồng sở hữu các máy móc enzyme để làm suy giảm hoặc biến đổi các EC hữu cơ phức tạp. Các quần thể vi khuẩn đa dạng và môi trường ổn định trong màng sinh học Cho phép sự thích nghi và tăng trưởng của những người suy thoái chuyên ngành. Đây là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực, với Sinh học (Giới thiệu các chủng vi sinh vật cụ thể) thường được khám phá để tăng cường loại bỏ EC.

Điều trị nước uống

Trong khi chủ yếu được biết đến với xử lý nước thải , quá trình màng sinh học ngày càng quan trọng trong Điều trị nước uống Để cải thiện chất lượng nước thô và giải quyết các chất gây ô nhiễm cụ thể.

• Bộ lọc carbon hoạt hóa sinh học (BAC): Đây là về cơ bản là Lò phản ứng màng sinh học trong đó carbon được kích hoạt phục vụ như một phương tiện cho màng sinh học sự phát triển. Các bộ lọc BAC được sử dụng để loại bỏ chất hữu cơ tự nhiên (NOM), các hợp chất vị và mùi và micropollutants. Các màng sinh học Tăng cường khả năng hấp phụ của carbon và mở rộng tuổi thọ của nó bằng cách phân hủy sinh học chất hữu cơ hấp phụ.
• Loại bỏ mangan và sắt: Các cộng đồng vi sinh vật cụ thể trong màng sinh học Có thể oxy hóa mangan và sắt hòa tan, dẫn đến lượng mưa của chúng và loại bỏ khỏi nước uống.
• Tiền xử lý: Biofilm Các bộ lọc có thể được sử dụng như một bước xử lý trước để giảm độ đục và tải trọng hữu cơ, do đó giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ khử trùng khi clo sau đó được áp dụng.

Xử lý nước thải

Ứng dụng truyền thống và phổ biến nhất của quá trình màng sinh học đang trong điều trị thành phố và công nghiệp nước thải . Từ các hệ thống phi tập trung nhỏ đến đô thị quy mô lớn xử lý nước thải thực vật, Lò phản ứng màng sinh học là trung tâm của vệ sinh hiện đại.

• Xử lý nước thải thành phố: Bộ lọc nhỏ giọt , RBC , MBBRS , Ifas , Và MBRS được sử dụng rộng rãi để xử lý chính và thứ cấp của nước thải thành phố, loại bỏ hiệu quả chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng và chất dinh dưỡng (nitơ và phốt pho). Chúng được đánh giá cao về sự mạnh mẽ và khả năng xử lý các tải trọng khác nhau từ các nguồn dân cư và thương mại.
• Xử lý nước thải công nghiệp: Quá trình màng sinh học được điều chỉnh để xử lý nhiều loại nước thải công nghiệp, thường chứa các hợp chất hữu cơ cụ thể và đôi khi độc hại. Khả năng phục hồi của họ cho phép họ xử lý nồng độ cao hơn của các chất gây ô nhiễm và đối phó với việc xả thải công nghiệp có thể là thách thức đối với các hệ thống tăng trưởng lơ lửng thông thường. Các ví dụ bao gồm xử lý nước thải từ các ngành công nghiệp thực phẩm và đồ uống, dệt, hóa chất và dược phẩm. Khả năng của màng sinh học Để thích ứng và làm suy giảm các hợp chất Recalcitrant làm cho chúng trở thành một lựa chọn ưa thích cho nhiều ứng dụng công nghiệp chuyên biệt.

Ưu điểm và nhược điểm của các quá trình màng sinh học

Trong khi hiệu quả cao, quá trình màng sinh học , giống như bất kỳ công nghệ nào, đi kèm với một tập hợp các lợi thế và bất lợi vốn có ảnh hưởng đến sự phù hợp của chúng đối với xử lý nước ứng dụng. Hiểu được các khía cạnh này là rất quan trọng để ra quyết định sáng suốt trong thiết kế và vận hành thực vật.

Thuận lợi

Các đặc điểm độc đáo của màng sinh học cho vay một số lợi ích đáng kể trong xử lý nước Và xử lý nước thải .

• Hiệu quả điều trị cao: Lò phản ứng màng sinh học tự hào về hiệu quả điều trị thể tích cao. Nồng độ cao của sinh khối hoạt động (vi sinh vật) được đóng gói dày đặc trong màng sinh học Ma trận, thường cao hơn đáng kể so với các hệ thống tăng trưởng bị đình chỉ, cho phép suy thoái nhanh chóng các chất ô nhiễm. Hoạt động của vi sinh vật tập trung này dẫn đến tỷ lệ loại bỏ tuyệt vời cho chất hữu cơ, nitrat hóa , và thường xuyên Xử lý . Sự hiện diện của các hốc chuyên dụng trong màng sinh học Cũng cho phép loại bỏ hiệu quả các chất gây ô nhiễm đa dạng hoặc tái chế.

• Dấu chân nhỏ: Do khả năng điều trị thể tích cao, nhiều quá trình màng sinh học Yêu cầu một dấu chân vật lý nhỏ hơn đáng kể so với các hệ thống tăng trưởng lơ lửng thông thường (như bùn hoạt tính). Điều này đặc biệt đúng với các công nghệ như MBBRS Và MBRS , có thể đạt được tỷ lệ loại bỏ chất gây ô nhiễm cao trong các thiết kế lò phản ứng nhỏ gọn, làm cho chúng trở nên lý tưởng cho các khu vực đô thị với sự sẵn có của đất hoặc để nâng cấp các cơ sở hiện tại mà không cần xây dựng lớn.

• Sự ổn định và khả năng phục hồi: Vi sinh vật trong a màng sinh học vốn đã được bảo vệ nhiều hơn khỏi các biến động môi trường đột ngột (ví dụ: thay đổi độ pH, nhiệt độ hoặc tải sốc độc hại) so với các tế bào nổi tự do. Các EPS Ma trận hoạt động như một bộ đệm, cung cấp một môi trường vi mô ổn định. Sự bảo vệ nâng cao này làm cho Hệ thống màng sinh học Đáng chú ý mạnh mẽ và kiên cường, có khả năng xử lý các biến thể về chất lượng nước hoặc tốc độ dòng chảy có ảnh hưởng với thời gian phục hồi hoạt động ít hơn và thời gian phục hồi nhanh hơn. Sự ổn định này cũng chuyển thành sự thay đổi sản xuất bùn ít hơn và chất lượng nước thải nhất quán hơn.

• Sản xuất bùn thấp: Nói chung là, quá trình màng sinh học Có xu hướng tạo ra bùn dư ít hơn so với các hệ thống bùn hoạt tính. Điều này là do một số yếu tố:

  • Thời gian lưu giữ chất rắn dài hơn (SRT): Bản chất cố định của sinh khối có nghĩa là các vi sinh vật có SRT rất dài, dẫn đến hô hấp nội sinh lớn hơn (trong đó các vi khuẩn tiêu thụ vật liệu tế bào của riêng chúng) và tăng trưởng ròng ít hơn.
  • Tự điều chỉnh: Trong một số hệ thống như MBBRS , các lực tuyệt đối trong lò phản ứng có thể tự nhiên loại bỏ sinh khối dư thừa màng sinh học Độ dày và dẫn đến năng suất sinh khối thấp hơn, ổn định hơn. Sản xuất bùn thấp hơn có nghĩa là giảm chi phí liên quan đến xử lý bùn, khử nước và xử lý, có thể là một chi phí hoạt động chính.

Bất lợi

Mặc dù có rất nhiều lợi thế của họ, quá trình màng sinh học không phải là không có thách thức của họ, đòi hỏi những cân nhắc cụ thể trong thiết kế, vận hành và bảo trì.

• Biofilm String và Glogging: Bản chất của màng sinh học Tăng trưởng chất kết dính có thể dẫn đến các vấn đề. Quá mức màng sinh học tăng trưởng, đặc biệt trong các hệ thống có phương tiện cố định như Bộ lọc nhỏ giọt or Bafs , có thể dẫn đến phạm lỗi hoặc làm tắc nghẽn các lỗ chân lông và kênh dòng chảy. Điều này làm giảm công suất thủy lực, gây ra ngắn mạch và có thể làm giảm hiệu quả điều trị. TRONG MBRS , Biophạm lỗi trên bề mặt màng là thách thức hoạt động chính, giảm đáng kể thông lượng thấm và đòi hỏi các chế độ làm sạch chuyên sâu. Quản lý và ngăn chặn quá mức màng sinh học Tích lũy là một nhiệm vụ hoạt động liên tục.

• Độ phức tạp hoạt động cho các hệ thống nâng cao / cân nhắc bảo trì: Trong khi đơn giản hơn quá trình màng sinh học Giống như cơ bản Bộ lọc nhỏ giọt tương đối dễ vận hành, nâng cao Lò phản ứng màng sinh học (chẳng hạn như MBRS và phức tạp Ifas thiết kế) có thể giới thiệu độ phức tạp hoạt động cao hơn. Điều này có thể liên quan đến:

  • Quản lý màng: Vì MBRS , giám sát tinh vi, các giao thức làm sạch tại chỗ (CIP) và cần có sự cố để quản lý phạm lỗi .
  • Giữ lại phương tiện truyền thông và pha trộn: TRONG MBBRS Và Ifas , Thiết kế phù hợp cho màn hình giữ phương tiện và trộn/sục khí tối ưu là rất quan trọng để ngăn ngừa mất phương tiện hoặc vùng chết.
  • Giám sát quy trình: Trong khi mạnh mẽ, tối ưu hóa màng sinh học Hiệu suất vẫn đòi hỏi phải theo dõi cẩn thận các thông số như oxy hòa tan, pH và mức độ dinh dưỡng để đảm bảo sức khỏe và hoạt động của cộng đồng vi sinh vật. Các hệ thống này có thể yêu cầu một mức độ cao hơn của các nhà khai thác lành nghề và thói quen bảo trì phức tạp hơn so với các đối tác cơ bản của chúng.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất màng sinh học

Hiệu quả của bất kỳ Lò phản ứng màng sinh học phụ thuộc rất nhiều vào sự tương tác phức tạp của các thông số môi trường và hoạt động. Hiểu những yếu tố này là rất quan trọng để tối ưu hóa màng sinh học Tăng trưởng, duy trì sự ổn định của hệ thống và đạt được kết quả điều trị mong muốn.

Thời gian duy trì thủy lực (HRT)

Thời gian duy trì thủy lực (HRT) Đề cập đến thời gian trung bình của một lượng nước vẫn còn trong lò phản ứng. Đó là một tham số hoạt động quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian tiếp xúc giữa các chất ô nhiễm và màng sinh học .

• Sự va chạm: Một HRT đủ là cần thiết để cho phép các vi sinh vật trong màng sinh học Thời gian thích hợp để hấp phụ, chuyển hóa và làm suy giảm các chất gây ô nhiễm. Nếu HRT quá ngắn, các chất ô nhiễm có thể đi qua hệ thống trước khi loại bỏ hoàn toàn có thể xảy ra, dẫn đến chất lượng nước thải kém. Ngược lại, một HRT quá dài có thể không phải lúc nào cũng mang lại lợi ích theo tỷ lệ và có thể dẫn đến khối lượng lò phản ứng lớn không cần thiết.
• Tối ưu hóa: HRT tối ưu thay đổi tùy thuộc vào các chất ô nhiễm cụ thể, chất lượng nước thải mục tiêu và loại Lò phản ứng màng sinh học đã sử dụng. Ví dụ, các hệ thống được thiết kế cho nitrat hóa Thông thường, yêu cầu HRT dài hơn so với những người chỉ để loại bỏ carbon hữu cơ, vì vi khuẩn nitrat hóa phát triển chậm hơn.

Có sẵn chất dinh dưỡng

Giống như tất cả các sinh vật sống, các vi sinh vật trong màng sinh học Yêu cầu cung cấp cân bằng các chất dinh dưỡng thiết yếu cho tăng trưởng, trao đổi chất và duy trì các chức năng tế bào của chúng. Các chất dinh dưỡng chính cho sinh học xử lý nước là carbon, nitơ và phốt pho.

• Sự va chạm:
  • Nguồn carbon: Chất hữu cơ đóng vai trò là nguồn năng lượng và carbon chính cho vi khuẩn dị dưỡng chịu trách nhiệm loại bỏ BOD/COD và Xử lý . Việc thiếu carbon hữu cơ có sẵn có sẵn có thể hạn chế hoạt động của họ.
  • Nitơ và phốt pho: Đây là những điều cần thiết cho tổng hợp tế bào. Không đủ nitơ và phốt pho (thường là tỷ lệ C: N: P khoảng 100: 5: 1) có thể dẫn đến giới hạn dinh dưỡng, cản trở sự phát triển và hoạt động của vi sinh vật và có khả năng dẫn đến yếu màng sinh học cấu trúc hoặc loại bỏ chất ô nhiễm không đầy đủ.
• Tối ưu hóa: Trong một số chất thải công nghiệp hoặc chất thải đô thị được pha loãng cao, bổ sung chất dinh dưỡng có thể cần thiết để đảm bảo tối ưu màng sinh học hiệu suất. Ngược lại, các chất dinh dưỡng quá mức có thể dẫn đến sự tăng trưởng nhanh chóng không mong muốn và tăng phạm lỗi .

Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đáng kể đến hoạt động trao đổi chất, tốc độ tăng trưởng và phản ứng enzyme của các vi sinh vật trong màng sinh học .

• Sự va chạm:
  • Hoạt động: Tốc độ trao đổi chất của vi sinh vật thường tăng theo nhiệt độ lên đến tối ưu, và sau đó giảm đi ngoài nó. Nhiệt độ cao hơn (trong phạm vi mesophilic, ~ 20-40 ° C) thường dẫn đến suy thoái ô nhiễm nhanh hơn và điều trị hiệu quả hơn.
  • Tốc độ tăng trưởng: Tốc độ tăng trưởng của các quần thể vi sinh vật chính, chẳng hạn như vi khuẩn nitrat hóa, rất nhạy cảm với nhiệt độ. Nhiệt độ thấp có thể làm chậm đáng kể nitrat hóa , làm cho nó trở thành một yếu tố hạn chế trong khí hậu lạnh.
  • Khuếch tán: Nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ nhớt của nước và tốc độ khuếch tán của oxy và chất nền vào màng sinh học , có thể tác động đến việc chuyển khối lượng trong màng sinh học Ma trận.
• Tối ưu hóa: Mặc dù nước thải làm nóng thường không thực tế do chi phí, thiết kế hệ thống đôi khi có thể chiếm sự biến động của nhiệt độ (ví dụ: thể tích lò phản ứng lớn hơn cho khí hậu lạnh hơn) hoặc chọn các chủng vi sinh vật thích nghi lạnh.

pH

Độ pH của nước thải tác động trực tiếp đến hoạt động của enzyme và tính toàn vẹn cấu trúc của các vi sinh vật và EPS Ma trận. Hầu hết các vi sinh vật xử lý nước thải phát triển mạnh trong phạm vi pH trung tính đến hơi kiềm (thường là 6,5-8,5).

• Sự va chạm:
  • Hoạt động của vi sinh vật: Các giá trị pH cực (quá axit hoặc quá kiềm) có thể làm biến tính các enzyme, ức chế sự phát triển của vi sinh vật và thậm chí tiêu diệt các vi sinh vật.
  • Các quy trình cụ thể: Một số quá trình sinh học đặc biệt nhạy cảm với pH. Ví dụ, nitrat hóa rất nhạy cảm với pH, thường yêu cầu pH trên 7,0 cho hiệu suất tối ưu, vì quá trình tiêu thụ độ kiềm. Xử lý , ngược lại, có xu hướng tăng độ kiềm.
  • Sự ổn định của EPS: Sự ổn định và tính phí của EPS ma trận cũng có thể bị ảnh hưởng bởi pH, ảnh hưởng đến màng sinh học cấu trúc và độ bám dính.
• Tối ưu hóa: Giám sát và điều chỉnh độ pH của nước thải có ảnh hưởng (ví dụ: sử dụng liều hóa học) thường là cần thiết để duy trì các điều kiện tối ưu cho màng sinh học và ngăn ngừa ức chế quá trình.

Oxy hòa tan (LÀM)

Oxy hòa tan (LÀM) là một thông số quan trọng cho aerobic quá trình màng sinh học , vì oxy đóng vai trò là chất chấp nhận điện tử đầu cuối cho nhiều phản ứng trao đổi chất.

• Sự va chạm:
  • Các quy trình hiếu khí: Hợp lý LÀM là điều cần thiết để loại bỏ hiệu quả chất hữu cơ của vi khuẩn dị dưỡng và cho nitrat hóa bởi các chất nitriphic tự động. Thấp LÀM Mức độ có thể hạn chế các quá trình này, dẫn đến điều trị không đầy đủ.
  • Các quy trình anoxic/kỵ khí: Ngược lại, cho các quy trình như Xử lý , điều kiện anoxic (không có oxy phân tử tự do) được yêu cầu. Trong dày màng sinh học , độ dốc oxy có thể xảy ra một cách tự nhiên, cho phép cả sự suy giảm hiếu khí ở bề mặt và anoxic Xử lý sâu hơn trong màng sinh học Ma trận.
  • Cấu trúc màng sinh học: LÀM các mức cũng có thể ảnh hưởng đến cấu trúc vật lý của màng sinh học , ảnh hưởng đến độ dày và mật độ của nó.
• Tối ưu hóa: Các chiến lược sục khí thích hợp (ví dụ: sục khí khuếch tán, sục khí bề mặt) được thực hiện để duy trì tối ưu DO Mức độ trong aerobic Lò phản ứng màng sinh học . Giám sát DO Trong các vùng khác nhau của lò phản ứng là rất quan trọng để đạt được các quy trình nhiều giai đoạn như loại bỏ carbon kết hợp và Nitrat hóa/khử nitrat .

Chiến lược kiểm soát màng sinh học

Trong khi màng sinh học là vô giá trong xử lý nước , sự tăng trưởng không kiểm soát của họ có thể dẫn đến các vấn đề hoạt động, chủ yếu phạm lỗi và tắc nghẽn. Do đó, hiệu quả Kiểm soát màng sinh học Các chiến lược là rất cần thiết để duy trì hiệu quả quá trình và tuổi thọ hệ thống.

Phương pháp vật lý

Phương pháp vật lý nhằm mục đích loại bỏ hoặc ngăn chặn màng sinh học Tích lũy thông qua các phương tiện cơ học.

• Lực lượng quét/cắt: Trong lò phản ứng như MBBRS Và RBCs , sự di chuyển liên tục của người vận chuyển hoặc xoay đĩa tạo ra các lực cắt tự nhiên loại bỏ dư thừa màng sinh học , duy trì độ dày tối ưu. Trong các đường ống, dòng chảy hỗn loạn có thể làm giảm màng sinh học đính kèm.
• Backwashing: Cho các lò phản ứng giường cố định như Bộ lọc nhỏ giọt Và Bafs , rửa ngược định kỳ (đảo ngược dòng nước, thường bằng cách quét không khí) được sử dụng để đánh bật tích lũy màng sinh học và các chất rắn lơ lửng, ngăn ngừa tắc nghẽn và khôi phục khả năng thủy lực.
• Làm sạch cơ học: Cho các bề mặt như màng trong MBRS , Các hệ thống chà cơ học định kỳ hoặc làm sạch chuyên dụng có thể được sử dụng, thường kết hợp với làm sạch hóa học.
• Scraping/Brushing: Trong các đường ống hoặc bề mặt lớn, cạo vật lý hoặc đánh răng có thể loại bỏ thủ công tích lũy màng sinh học .

Phương pháp hóa học

Các tác nhân hóa học thường được sử dụng để ức chế màng sinh học sự hình thành hoặc để tách ra và giết chết hiện có màng sinh học .

• Chất khử trùng/biocides: Các tác nhân như clo, chloramines, clo dioxide và ozone được sử dụng rộng rãi để khử trùng nước và ức chế sự phát triển của vi sinh vật. TRONG màng sinh học kiểm soát, chúng có thể được áp dụng liên tục hoặc liên tục ở liều thấp hơn để ngăn chặn sự gắn kết ban đầu hoặc để tiêu diệt các vi sinh vật trong màng sinh học . Tuy nhiên, màng sinh học Cung cấp bảo vệ đáng kể, thường yêu cầu nồng độ chất khử trùng cao hơn hoặc thời gian tiếp xúc lâu hơn.
• Các tác nhân oxy hóa: Ngoài các chất khử trùng điển hình, các tác nhân oxy hóa khác như hydro peroxide có thể được sử dụng để phá vỡ EPS Ma trận và tiêu diệt các tế bào nhúng.
• Chất hoạt động bề mặt và chất phân tán: Những hóa chất này có thể làm giảm độ bám dính của vi sinh vật vào các bề mặt và giúp tách ra màng sinh học bằng cách phá vỡ EPS Ma trận, làm cho chúng dễ bị loại bỏ hơn.
• Enzyme: Các enzyme cụ thể có thể nhắm mục tiêu và phá vỡ các thành phần của EPS ma trận, chẳng hạn như polysacarit hoặc protein, để làm suy giảm màng sinh học kết cấu.

Phương pháp sinh học

Chiến lược kiểm soát sinh học tận dụng các tương tác vi sinh vật hoặc phương pháp được thiết kế để quản lý màng sinh học Tăng trưởng, thường cung cấp các lựa chọn thay thế thân thiện với môi trường hơn.

• Loại trừ cạnh tranh: Giới thiệu các vi sinh vật không gây bệnh cụ thể cạnh tranh với không mong muốn màng sinh học Các định dạng cho không gian hoặc chất dinh dưỡng có thể ức chế sự tăng trưởng của chúng.
• Vi khuẩn: Các virus đặc biệt lây nhiễm và vi khuẩn Lyse (phá hủy) có thể được sử dụng để nhắm mục tiêu và kiểm soát các quần thể vi khuẩn có vấn đề cụ thể trong một màng sinh học . Đây là một cách tiếp cận rất cụ thể.
• Dấu nguội: Chiến lược này liên quan đến việc can thiệp vào cảm biến đại biểu Hệ thống truyền thông của vi khuẩn. Bằng cách làm giảm các phân tử tín hiệu hoặc chặn các thụ thể của chúng, Quorum dập tắt có thể ngăn vi khuẩn phối hợp màng sinh học hành vi hình thành, do đó ức chế màng sinh học trưởng thành và thúc đẩy tách rời.
• BioAugmentation: Trong khi thường được sử dụng để suy thoái nâng cao, Sinh học cũng có thể liên quan đến việc giới thiệu các chủng tạo ra các hợp chất ức chế màng sinh học sự phát triển.

Nghiên cứu trường hợp: Thực hiện thành công các quá trình màng sinh học

Hiệu quả và tính linh hoạt của quá trình màng sinh học được minh họa rõ nhất thông qua việc thực hiện thành công của họ trong thế giới thực xử lý nước Cơ sở vật chất trên các quy mô và ứng dụng khác nhau.

Nhà máy xử lý nước thải thành phố

• Ví dụ: Nhiều thành phố lớn xử lý nước thải Thực vật đã tích hợp MBBR or Ifas các hệ thống để đáp ứng nghiêm ngặt Loại bỏ chất dinh dưỡng (ví dụ: giới hạn xuất viện tổng nitơ và phốt pho), đặc biệt là ở các khu vực nhạy cảm với sự phú dưỡng.
• Câu chuyện thành công: Một cơ sở đô thị đã nâng cấp nhà máy bùn hoạt tính thông thường của mình bằng cách chuyển đổi các lưu vực sục khí hiện có thành Ifas lò phản ứng. Bằng cách thêm MBBR người mang, họ đã tăng đáng kể nồng độ sinh khối cho nitrat hóa mà không mở rộng dấu chân của nhà máy. Điều này cho phép họ liên tục đạt được sự tuân thủ với các giới hạn amoniac mới, chặt chẽ hơn, ngay cả trong những tháng mùa đông lạnh khi hoạt động của vi khuẩn nitrat hóa thường chậm lại.

Xử lý nước thải công nghiệp

• Ví dụ: Các lĩnh vực công nghiệp, đặc biệt là thực phẩm và đồ uống, bột giấy và giấy, và sản xuất hóa chất, thường tạo ra chất thải có độ bền cao hoặc phức tạp. MBBRS và kỵ khí Lò phản ứng màng sinh học .
• Câu chuyện thành công: Một nhà máy bia đã thực hiện thành công một MBBR hệ thống cho nó xử lý nước thải . Tải trọng hữu cơ cao từ quá trình sản xuất bia được xử lý hiệu quả bởi MBBR , cho phép một giải pháp điều trị nhỏ gọn trong trang web hiện tại của họ. Hệ thống này tỏ ra mạnh mẽ chống lại sự biến động của nồng độ hữu cơ điển hình của các hoạt động công nghiệp hàng loạt, luôn tạo ra nước thải đáp ứng các quy định xả thải trong khi yêu cầu ít can thiệp của người vận hành hơn là một hệ thống bùn hoạt tính tương đương.

Cơ sở xử lý nước uống

• Ví dụ: Quá trình màng sinh học , cụ thể Bộ lọc carbon hoạt hóa sinh học (BAC) , ngày càng được sử dụng trong Điều trị nước uống Để tăng cường chất lượng nước và giảm sự phụ thuộc vào chất khử trùng hóa học.
• Câu chuyện thành công: Một nhà máy nước uống phải đối mặt với những thách thức với hương vị theo mùa và các hợp chất mùi và mối quan tâm về sự hình thành sản phẩm phụ (DBP) đã nâng cấp các bộ lọc carbon hoạt hóa hạt (GAC) của nó lên Bộ lọc BAC . Bằng cách khuyến khích màng sinh học Tăng trưởng trên môi trường GAC, nhà máy quan sát thấy sự giảm đáng kể trong chất hữu cơ tự nhiên (NOM) và tiền chất DBP cụ thể trước clo. Điều trị trước sinh học này đã giảm thiểu lượng clo cần thiết để khử trùng, dẫn đến mức DBP thấp hơn trong nước uống thành phẩm và cải thiện chất lượng thẩm mỹ mà không ảnh hưởng đến sự an toàn.

Xu hướng tương lai trong công nghệ màng sinh học

Lĩnh vực của Công nghệ màng sinh học liên tục phát triển, được thúc đẩy bởi nhu cầu hiệu quả hơn, bền vững và kiên cường hơn xử lý nước giải pháp. Một số xu hướng chính đang định hình tương lai của nó.

• BioAugmentation: Sự giới thiệu chiến lược của các chủng vi sinh vật cụ thể, hiệu quả cao vào Lò phản ứng màng sinh học Để tăng cường hoặc giới thiệu khả năng trao đổi chất mới là một xu hướng đang phát triển. Điều này có thể là để làm suy giảm các chất ô nhiễm Recalcitrant (ví dụ: dược phẩm cụ thể, hóa chất công nghiệp), cải thiện Loại bỏ chất dinh dưỡng trong điều kiện thách thức, hoặc tăng khả năng phục hồi quá trình. Những tiến bộ trong bộ gen vi sinh vật và sinh học tổng hợp đang làm cho mục tiêu Sinh học Chính xác hơn và hiệu quả hơn.

• Bioremediation: Màng sinh học đi đầu của Bioremed Nỗ lực cho các trang web bị ô nhiễm. Điều này liên quan đến việc sử dụng chuyển hóa vi sinh vật để biến đổi hoặc cố định các chất nguy hiểm (như kim loại nặng, hydrocarbon dầu khí hoặc dung môi clo hóa) trong đất và nước ngầm. Xu hướng trong tương lai bao gồm tại chỗ màng sinh học kích thích và phát triển chuyên ngành Lò phản ứng màng sinh học cho thụ động hoặc bán truyền Bioremed của môi trường đầy thách thức.

• Lò phản ứng màng sinh học tiên tiến: Nghiên cứu và phát triển tiếp tục vượt qua ranh giới của Lò phản ứng màng sinh học thiết kế. Điều này bao gồm:

  • Phát triển truyền thông mới lạ: Thiết kế các tàu sân bay với các khu vực bề mặt được tối ưu hóa, cấu trúc lỗ rỗng và thậm chí các hóa chất bề mặt phù hợp để thúc đẩy sự phát triển của các cộng đồng vi sinh vật cụ thể.
  • Hệ thống tích hợp: Phát triển các hệ thống lai tinh vi hơn kết hợp nhiều màng sinh học và các công nghệ tăng trưởng lơ lửng để đạt được các mục tiêu điều trị phức tạp (ví dụ: loại bỏ carbon, nitơ và phốt pho đồng thời trong một lò phản ứng duy nhất).
  • Hệ thống mô -đun và phi tập trung: Tạo nhỏ gọn, có thể mở rộng Lò phản ứng màng sinh học cho phi tập trung xử lý nước trong các cộng đồng từ xa hoặc các ứng dụng công nghiệp cụ thể.

• Mô hình hóa và mô phỏng: Các công cụ mô hình và mô phỏng tính toán nâng cao đang ngày càng trở nên quan trọng đối với việc thiết kế, tối ưu hóa và khắc phục sự cố quá trình màng sinh học . Những công cụ này có thể dự đoán màng sinh học Tăng trưởng, thâm nhập cơ chất, độ dốc oxy và hiệu suất của lò phản ứng tổng thể trong các điều kiện hoạt động khác nhau. Điều này cho phép kỹ thuật chính xác hơn, giảm sự phụ thuộc vào thử nghiệm thí điểm rộng rãi và giúp dự đoán và giảm thiểu các vấn đề như fouling . Tích hợp với dữ liệu cảm biến thời gian thực và hệ thống điều khiển điều khiển AI sẽ tăng cường hơn nữa hiệu quả hoạt động.