Биопленочный реактор с подвижным слоем
Биопленочный реактор с подвижным слоем ( MBBR ) — это тип процесса очистки сточных вод , который был впервые изобретен профессором Халлвардом Одегором из Норвежского университета науки и технологий в конце 1980-х годов. [1] Процесс происходит в аэротенке с пластиковыми носителями, на которых может расти биопленка. Компактный размер и низкая стоимость очистки сточных вод дают системе множество преимуществ. Основной целью использования MBBR является повторное использование воды и удаление или восстановление питательных веществ. [2] Теоретически сточные воды больше не будут считаться отходами, их можно считать ресурсом.
Фон
[ редактировать ]Обзор
[ редактировать ]Из-за ранних проблем с биопленочными реакторами, таких как гидравлическая нестабильность и неравномерное распределение биопленки, была разработана технология биопленки с подвижным слоем. [3] Система MBBR состоит из аэротенка (похожего на резервуар с активным илом ) со специальными пластиковыми носителями, образующими поверхность, на которой может расти биопленка . В этих системах используется широкий спектр пластиковых носителей. Эти носители различаются по площади поверхности и форме, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки. Площадь поверхности играет очень важную роль в формировании биопленки. Свободно плавающие носители позволяют формировать на поверхности биопленки, поэтому большая площадь внутренней поверхности имеет решающее значение для контакта с водой, воздухом, бактериями и питательными веществами. [4] Носители будут смешиваться в резервуаре с помощью системы аэрации и, таким образом, будут иметь хороший контакт между субстратом в поступающих сточных водах и биомассой на носителях. [5] Наиболее предпочтительным материалом в настоящее время является полиэтилен высокого давления (ПЭВП) из-за его пластичности, плотности и долговечности. [ нужна ссылка ]
Для достижения более высокой концентрации биомассы в биореакторах использовались гибридные системы MBBR, в которых взвешенная и прикрепленная биомасса сосуществуют, способствуя обоим биологическим процессам. [6] Кроме того, существуют анаэробные MBBR, которые в основном используются для очистки промышленных сточных вод . [7] В статье 2019 года описывалась комбинация анаэробного (метаногенного) МББР с аэробным МББР, которая применялась в городской лаборатории очистки сточных вод с одновременным производством биогаза . [8]
История
[ редактировать ]Разработка технологии MBBR приписывается профессору Халлварду Эдегору и его коллегам из Норвежского университета науки и технологий (NTNU). Это относится к концу 1970-х - началу 1980-х годов. Первая пилотная установка MBBR была установлена в NTNU в начале 1980-х годов, а ее успех привел к строительству и запуску первой полномасштабной установки MBBR в Норвегии в 1985 году. [9] Его коммерциализировала компания Kaldnes Miljöteknologi (теперь называемая AnoxKaldnes и принадлежащая Veolia Water Technologies ). С тех пор технология MBBR получила широкое распространение во всем мире, главным образом в Европе и Азии. Сейчас в более чем 50 странах мира установлено более 700 систем очистки сточных вод (как муниципальных, так и промышленных). [10]
Текущее использование
[ редактировать ]Сегодня технология MBBR используется для очистки городских сточных вод, очистки промышленных сточных вод и децентрализованной очистки сточных вод . Эта технология используется во многих различных отраслях, вот некоторые из них: [ нужна ссылка ]
- Автомобильная промышленность
- Химическая промышленность
- Еда и напитки
- Металлическое покрытие и отделка
Система MBBR считается биопленкой или биологическим процессом, а не химическим или механическим процессом. Другие традиционные биопленочные процессы очистки сточных вод называются капельным фильтром , вращающимся биологическим контактором (RBC) и биологическим аэрированным фильтром (BAF).
Важные приложения: [11]
- Денитрификация
- Нитрификация
- Удаление БПК/ХПК
- Процесс анаэробного окисления аммония (ANAMMOX)
Методы
[ редактировать ]Существует множество конструктивных компонентов MBBR, которые вместе обеспечивают высокую эффективность технологии. Сначала процесс происходит в бассейне (или аэротенке). Общий размер этого резервуара зависит как от типа, так и от объема перерабатываемых сточных вод. Приток поступает в бассейн в начале лечения. Второй компонент – средства массовой информации. Среда состоит из свободно плавающих бионосителей, упомянутых ранее, и может занимать до 70 процентов резервуара. В-третьих, аэрационная решетка отвечает за перемещение среды через бассейн и обеспечение контакта носителей с как можно большим количеством отходов, а также за подачу большего количества кислорода в бассейн. Наконец, сито удерживает все носители в резервуаре, чтобы предотвратить выход пластиковых носителей из-под аэрации. [12]
Хотя существует несколько разных методов, все они используют одни и те же компоненты конструкции. Проточный метод предполагает непрерывную подачу сточных вод в бассейн с равным потоком очищенной воды, выходящей через сито. Метод прерывистой аэрации, работающий в циклах аэрации и отсутствия аэрации, учитывающий как аэробные, так и бескислородные условия. [13] Метод секвенирующего реактора периодического действия (SBR) завершается в одном реакторе, где последовательно происходят несколько стадий обработки, где очищенная вода удаляется перед повторным началом цикла. [14] большого диаметра погружные миксеры В качестве метода смешивания в этих системах обычно используются .
Удаление микрозагрязнителей
[ редактировать ]Биопленочные реакторы с подвижным слоем показали многообещающие результаты по удалению микрозагрязнений (МП) из сточных вод. [15] [16] [17] [18] МП делятся на несколько групп химических веществ, таких как фармацевтические препараты, фосфорорганические пестициды (ФОП), средства по уходу и нарушители эндокринной системы. [19] В статье 2012 года описывалось использование технологии MBBR для удаления фармацевтических препаратов, таких как бета-блокаторы , анальгетики, антидепрессанты и антибиотики, из сточных вод больниц. [20] [16] Более того, применение МББР в качестве биологического метода в сочетании с химической обработкой привлекло большое внимание для удаления фосфорорганических пестицидов из сточных вод. [21] Преимущество MBBR может быть связано с его высоким временем удержания в твердом состоянии, что позволяет размножать медленнорастущие микробные сообщества с множеством функций в биопленках. Динамика таких микробных сообществ во многом зависит от органической нагрузки в системах МББР. [22]
Биопленочные реакторы с подвижным слоем могут эффективно очищать больничные сточные воды и удалять фармацевтические микрозагрязнители. Исследование 2023 года показало, что строго анаэробный MBBR в сочетании с аэробным биопленочным реактором может обеспечить высокую скорость удаления фармацевтических препаратов, таких как метронидазол , триметоприм , сульфаметоксазол и валсартан . [23]
Преимущества
[ редактировать ]Процессы биопленки в целом требуют меньше места, чем системы с активным илом, поскольку биомасса более концентрирована, а эффективность системы меньше зависит от окончательного отделения ила. [ нужна ссылка ]
Системы MBBR не требуют переработки ила, как в случае с системами с активным илом.
Система MBBR часто устанавливается в качестве модернизации существующих резервуаров с активным илом для увеличения производительности существующей системы. Степень наполнения носителей можно адаптировать к конкретной ситуации и желаемой вместимости. Таким образом, существующая очистная станция может увеличить свою мощность без увеличения площади за счет строительства новых резервуаров.
Некоторые другие преимущества:
- Повышенная производительность и объемная способность очистки. [3]
- Более высокое эффективное время удержания ила (SRT), что благоприятно для нитрификации.
- Реагирует на колебания нагрузки без вмешательства оператора.
- Снижение образования осадка
- Требуется меньше площади
- Устойчивость к токсическому шоку
- Производительность процесса не зависит от вторичного отстойника (за счет отсутствия линии возврата осадка). [24]
Недостатки
[ редактировать ]Недостатком других процессов получения биопленки является то, что они подвергаются биозасорению и увеличению потери напора. [1] В зависимости от типа отходов и конструкции процесса во время полномасштабного процесса может возникнуть ряд проблем. Некоторые из недостатков: [25]
- Блокировка подающей трубы/выходного сита
- Неоднородное перемешивание
- Блокировка пустот несущей
- Уничтоженные авианосцы
- Носители, скапливающиеся на ситах сточных вод
- Переполнение несущей
Альтернативные системы очистки сточных вод
[ редактировать ]Существует множество альтернативных систем очистки сточных вод, которые можно использовать вместо MBBR. Выбор подходящей системы зависит от поступающих сточных вод, целей очистки, доступного пространства и бюджета.
Некоторые другие варианты:
- Реакторы периодического действия для секвенирования (SBR)
- Мембранные биореакторы (MBR)
- Системы с фиксированной пленкой
- Интегрированный активированный ил с фиксированной пленкой (IFAS)
- Погружные аэрированные фильтры (SAF)
- Вращающиеся биологические контакторы (РБК)
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Перейти обратно: а б Эдегор, Х.; Рустен, Б.; Веструм, Т. (октябрь 1994 г.). «Новый биопленочный реактор с подвижным слоем - применение и результаты». Водные науки и технологии . 29 (10–11): 157–165. дои : 10.2166/wst.1994.0757 .
- ^ Лейва-Диас, Х.К.; Монтеолива-Гарсия, А.; Мартин-Паскуаль, Ж.; Мунио, ММ; Гарсия-Меса, Джей-Джей; Поятос, Дж. М. (01 марта 2020 г.). «Реактор с биопленкой с подвижным слоем как альтернативный процесс очистки сточных вод для удаления и восстановления питательных веществ в модели экономики замкнутого цикла» . Биоресурсные технологии . 299 : 122631. doi : 10.1016/j.biortech.2019.122631 . ISSN 0960-8524 .
- ^ Перейти обратно: а б ди Биасе, Алессандро; Ковальский, Мацей С.; Девлин, Таннер Р.; Олешкевич, Ян А. (01.10.2019). «Технология биопленочного реактора с подвижным слоем в очистке городских сточных вод: обзор» . Журнал экологического менеджмента . 247 : 849–866. дои : 10.1016/j.jenvman.2019.06.053 . ISSN 0301-4797 .
- ^ ди Биасе, Алессандро; Ковальский, Мацей С.; Девлин, Таннер Р.; Олешкевич, Ян А. (01.10.2019). «Технология биопленочного реактора с подвижным слоем в очистке городских сточных вод: обзор» . Журнал экологического менеджмента . 247 : 849–866. дои : 10.1016/j.jenvman.2019.06.053 . ISSN 0301-4797 .
- ^ Эдегор, Халлвард (2012). водоснабжения Технология и дренажа (на норвежском языке). Хамар, НЕТ: Norsk Vann (Норвежская вода). ISBN 9788241403361 . [ нужна страница ]
- ^ Мазиоти, Айкатерини А.; Стасинакис, Афанасий С.; Псома, Айкатерини К.; Томаидис, Николас С.; Андерсен, Генри Р. (февраль 2017 г.). «Гибридный биопленочный реактор с подвижным слоем для биоразложения бензотриазолов и гидроксибензотиазола в сточных водах» (PDF) . Журнал опасных материалов . 323 (Часть А): 299–310. дои : 10.1016/jhazmat.2016.06.035 . ПМИД 27396311 . S2CID 25314327 .
- ^ ди Биазе, А.; Девлин, ТР; Ковальский, М.С.; Олешкевич, Ю.А. (июнь 2018 г.). «Аспекты производительности и конструкции анаэробного биопленочного реактора с подвижным слоем для очистки сточных вод пивоваренного завода: влияние скорости загрузки площади поверхности и температуры». Журнал экологического менеджмента . 216 : 392–398. дои : 10.1016/j.jenvman.2017.05.093 . ПМИД 28595913 . S2CID 25584756 .
- ^ Кора, Элианта; Теодорелоу, Данай; Гатиду, Грузия; Фунтулакис, Михаил С.; Стасинакис, Афанасиос С. (сентябрь 2019 г.). «Очистка полярных микрозагрязнителей из бытовых сточных вод с использованием системы метаногенно-аэробного биопленочного реактора с подвижным слоем». Химико-технологический журнал . 382 : 122983. doi : 10.1016/j.cej.2019.122983 . S2CID 204112754 .
- ^ Одегор, Х. (2019), «Системы MBBR и IFAS» , Достижения в области очистки сточных вод , IWA Publishing, doi : 10.2166/9781780409719_0101 , ISBN 978-1-78040-971-9 , получено 1 мая 2023 г.
- ^ Водоснабжение и канализация . Халлвард Эдегор, бакалавр норвежских водных ресурсов. Хамар: Норвежская вода. 2012. ISBN 978-82-414-0336-1 . OCLC 939782945 .
{{cite book}}
: CS1 maint: другие ( ссылка ) - ^ «Биопленочный реактор с подвижным слоем (MBBR) » Ecologix Systems» . Системы Экологикс . Проверено 1 мая 2023 г.
- ^ Франкель, Том (21 ноября 2019 г.). «Что такое очистка сточных вод MBBR и как она работает? | SSI» . SSI Аэрация . Проверено 1 мая 2023 г.
- ^ Луан, Я-Нан; Инь, Юэ; Ань, Юнинг; Чжан, Фэн; Ван, Сяодун; Чжао, Фанчао; Сяо, Ихуа; Лю, Чанцин (01 августа 2022 г.). «Исследование биопленочного реактора с периодической аэрацией с подвижным слоем при очистке сельских сточных вод в условиях низкого содержания растворенного кислорода и C/N» . Биоресурсные технологии . 358 : 127405. doi : 10.1016/j.biortech.2022.127405 . ISSN 0960-8524 .
- ^ Камбл, Буддэм; Шаха, Сунил (июнь 2020 г.). «Очистка сточных вод с помощью реактора периодического действия с подвижным слоем (MBSBR): обзор» (PDF) . Международный исследовательский журнал техники и технологий (IRJET) . 07 (06).
- ^ Тан, Кай; Росборг, Питер; Расмуссен, Эмма С; Хэмбли, Адам; Мэдсен, Майкл; Йенсен, Нильс М; Хансен, Авиаджа А; Сунд, Кристина; Андерсен, Хайди Дж; Торреси, Елена; Крагелунд, Кэролайн (5 февраля 2021 г.). «Влияние периодического кормления на очистку микрозагрязнителей с помощью биопленочных реакторов с подвижным слоем (MBBR)» . Журнал опасных материалов . 403 : 123536. doi : 10.1016/j.jhazmat.2020.123536 . ISSN 0304-3894 . ПМИД 32823027 . S2CID 221238674 .
- ^ Перейти обратно: а б Касас, Моника Эскола; Чхетри, Рави Кумар; Ой, Гордон; Хансен, Камилла М.С.; Литти, Клаус; Кристенссон, Магнус; Крагелунд, Кэролайн; Андерсен, Хенрик Р.; Бестер, Кай (15 октября 2015 г.). «Биодеградация фармацевтических препаратов в сточных водах больниц с помощью ступенчатых биопленочных реакторов с подвижным слоем (MBBR)» . Исследования воды . 83 : 293–302. дои : 10.1016/j.watres.2015.06.042 . ISSN 0043-1354 . ПМИД 26164801 .
- ^ Мазиоти, Айкатерини А.; Стасинакис, Афанасиос С.; Псома, Айкатерини К.; Томаидис, Николаос С.; Андерсен, Хенрик Р. (05 февраля 2017 г.). «Гибридный биопленочный реактор с подвижным слоем для биоразложения бензотриазолов и гидроксибензотиазола в сточных водах» . Журнал опасных материалов . Специальный выпуск о новых загрязнителях в искусственно созданной и природной среде. 323 (Часть А): 299–310. дои : 10.1016/j.jhazmat.2016.06.035 . ISSN 0304-3894 . ПМИД 27396311 . S2CID 25314327 .
- ^ Полесель, Фабио; Торреси, Елена; Лорегиан, Лука; Касас, Моника Эскола; Кристенссон, Магнус; Бестер, Кай; Плош, Бенедикт Ги. (15 октября 2017 г.). «Удаление фармацевтических препаратов при предварительной денитрификации MBBR - Влияние доступности органического субстрата в одно- и трехступенчатой конфигурации» . Исследования воды . 123 : 408–419. дои : 10.1016/j.watres.2017.06.068 . ISSN 0043-1354 . ПМИД 28689125 . S2CID 205700311 .
- ^ Нёдлер, Карстен; Воутса, Димитра; Лича, Тобиас (август 2014 г.). «Полярные органические микрозагрязнители в прибрежной среде различных морских систем» . Бюллетень о загрязнении морской среды . 85 (1): 50–59. doi : 10.1016/j.marpolbul.2014.06.024 . ISSN 0025-326X . ПМИД 25015017 .
- ^ Фалас, П.; Байон-Дюмез, А.; Андерсен, HR; Ледин, А.; ла Кур Янсен, Дж. (15 марта 2012 г.). «Суспендированный носитель биопленки и удаление активного ила кислотных фармацевтических препаратов» . Исследования воды . 46 (4): 1167–1175. дои : 10.1016/j.watres.2011.12.003 . ISSN 0043-1354 . ПМИД 22209263 .
- ^ Чен, Шэн; Солнце, Дежи; Чанг, Чон-Шик (1 июня 2007 г.). «Очистка сточных вод пестицидами с помощью биопленочного реактора с подвижным слоем в сочетании с предварительной обработкой коагуляцией Фентона» . Журнал опасных материалов . 144 (1): 577–584. дои : 10.1016/j.jhazmat.2006.10.075 . ISSN 0304-3894 . ПМИД 17141410 .
- ^ Ногейра, Регина; Мело, Луис Ф; Пуркхольд, Ульрика; Вюрц, Стефан; Вагнер, Майкл (январь 2002 г.). «Динамика нитрифицирующих и гетеротрофных популяций в биопленочных реакторах: влияние времени гидравлического удерживания и присутствия органического углерода» . Исследования воды . 36 (2): 469–481. дои : 10.1016/S0043-1354(01)00229-9 . hdl : 1822/1602 . ПМИД 11827353 .
- ^ Илиопулу, Афанасия; Арванити, Ольга С.; Делигианнис, Михалис; Гатиду, Грузия; Вирид, Иоаннис; Фунтулакис, Михалис С.; Стасинакис, Афанасиос С. (01 октября 2023 г.). «Комбинированное использование строго анаэробного МБР и аэробного МБР для очистки городских сточных вод и удаления фармацевтических препаратов» . Журнал экологического менеджмента . 343 : 118211. doi : 10.1016/j.jenvman.2023.118211 . ISSN 0301-4797 .
- ^ Бертон, Франклин; Чобаноглус, Джордж; Цучихаси, Рюдзиро; Стенсель, Х. Дэвид; Меткалф и Эдди (3 сентября 2013 г.). Технология очистки сточных вод: очистка и восстановление ресурсов . Макгроу-Хилл Образование. ISBN 9780073401188 . [ нужна страница ]
- ^ Ван, Шуай; Параджули, Судип; Шивалингам, Васан; Бакке, Руне (08 августа 2019 г.). Биопленка в процессе биопленки с подвижным слоем для очистки сточных вод . ИнтехОпен. ISBN 978-1-78985-900-3 .