Биопленочный реактор с подвижным слоем
Тип очистки сточных вод
Носитель K1 MBBR с биопленкой

Биопленочный реактор с подвижным слоем ( MBBR ) — это тип процесса очистки сточных вод , который был впервые изобретен профессором Халлвардом Эдегором в Норвежском университете 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

Обзор

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 аэрационного резервуара (похожего на резервуар с активированным илом ) со специальными пластиковыми носителями, которые обеспечивают 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 образовании биопленки. Свободно плавающие носители позволяют биопленкам образовываться на поверхности, поэтому большая внутренняя площадь поверхности имеет решающее значение для контакта с водой, воздухом, бактериями и питательными веществами. [4] Носители будут смешиваться в резервуаре системой 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 высокой плотности (HDPE) из-за его пластичности, плотности и долговечности. [ необходима цитата ]

Для достижения более высокой концентрации биомассы в биореакторах использовались гибридные системы MBBR, в которых сосуществуют взвешенная и прикрепленная биомасса, способствуя обоим биологическим процессам. [6] Кроме того, существуют анаэробные MBBR, которые в основном используются для очистки промышленных сточных вод . [7] В статье 2019 года описывается сочетание анаэробного (метаногенного) MBBR с аэробным MBBR, которое применялось в муниципальной лаборатории очистки сточных вод с одновременным производством биогаза . [8]

История

Разработка технологии MBBR приписывается профессору Халлварду Эдегору и его коллегам из Норвежского университета науки и технологий (NTNU). Это прослеживается с конца 1970-х до начала 1980-х годов. Первая пилотная установка MBBR была установлена ​​в NTNU в начале 1980-х годов, и ее успех привел к строительству и запуску первой полномасштабной установки MBBR в Норвегии в 1985 году. [9] Она была коммерциализирована компанией Kaldnes Miljöteknologi (теперь называется AnoxKaldnes и принадлежит Veolia Water Technologies ). С тех пор технология MBBR получила широкое распространение во всем мире, в основном в Европе и Азии. Сейчас в более чем 50 странах установлено более 700 систем очистки сточных вод (как муниципальных, так и промышленных). [10]

Текущее использование

Сегодня технология MBBR используется для очистки муниципальных сточных вод, очистки промышленных сточных вод и децентрализованной очистки сточных вод . Эта технология использовалась во многих различных отраслях промышленности, некоторые из них: [ необходима цитата ]

  • Автомобильная промышленность
  • Химическая промышленность
  • Еда и напитки
  • Металлопокрытие и отделка

Система MBBR считается биопленочным или биологическим процессом, а не химическим или механическим процессом. Другие обычные биопленочные процессы для очистки сточных вод называются капельным фильтром , вращающимся биологическим контактором (RBC) и биологическим аэрируемым фильтром (BAF).

Важные приложения: [11]

Методы

Существует множество конструктивных компонентов MBBR, которые объединяются, чтобы сделать технологию высокоэффективной. Во-первых, процесс происходит в бассейне (или аэротенке). Общий размер этого резервуара зависит как от типа, так и от объема обрабатываемых сточных вод. Приток поступает в бассейн в начале очистки. Вторым компонентом является среда. Среда состоит из свободно плавающих бионосителей, упомянутых ранее, и может занимать до 70 процентов резервуара. В-третьих, аэрационная решетка отвечает за помощь среде в перемещении через бассейн и обеспечение контакта носителей с как можно большим количеством отходов, в дополнение к введению большего количества кислорода в бассейн. Наконец, сито удерживает все носители в резервуаре, чтобы предотвратить утечку пластиковых носителей из аэрации. [12]

Хотя существует несколько различных методов, все они используют одни и те же компоненты конструкции. Метод непрерывного потока подразумевает непрерывный поток сточных вод в бассейн с равным потоком очищенной воды, выходящей через сито. Метод прерывистой аэрации, работающий в циклах аэрации и неаэрации, что позволяет создавать как аэробные, так и бескислородные условия. [13] Метод последовательного реактора периодического действия (SBR) выполняется в одном реакторе, где несколько этапов обработки происходят последовательно, где очищенная вода удаляется перед повторным началом цикла. [14] В качестве метода смешивания в этих системах обычно используются погружные миксеры большого диаметра .

Удаление микрозагрязнителей

Биопленочные реакторы с подвижным слоем показали многообещающие результаты по удалению микрозагрязнений (МП) из сточных вод. [15] [16] [17] [18] МП делятся на несколько групп химикатов, таких как фармацевтические препараты, фосфорорганические пестициды (ФП), средства по уходу и эндокринные разрушители. [19] В статье 2012 года было описано использование технологии MBBR для удаления фармацевтических препаратов, таких как бета-блокаторы , анальгетики, антидепрессанты и антибиотики, из больничных сточных вод. [20] [16] Более того, применение MBBR в качестве биологического метода в сочетании с химической очисткой привлекло большое внимание для удаления фосфорорганических пестицидов из сточных вод. [21] Преимущество MBBR может быть связано с его высоким временем удерживания твердого вещества, что позволяет размножаться медленнорастущим микробным сообществам с множественными функциями в биопленках. Динамика таких микробных сообществ в значительной степени зависит от органической нагрузки в системах MBBR. [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

Биопленочные процессы в целом требуют меньше места, чем системы с активированным илом , поскольку биомасса более концентрирована, а эффективность системы меньше зависит от окончательного разделения ила. [ необходима цитата ]

Системы MBBR не требуют переработки ила, как в случае систем с активным илом.

Система MBBR часто устанавливается в качестве модернизации существующих резервуаров с активированным илом для увеличения мощности существующей системы. Степень заполнения носителей может быть адаптирована к конкретной ситуации и желаемой мощности. Таким образом, существующая очистная установка может увеличить свою мощность без увеличения площади за счет строительства новых резервуаров.

Вот еще некоторые преимущества:

  • Повышение производительности и объемной производительности обработки [3]
  • Более высокое эффективное время удержания ила (SRT), что благоприятно для нитрификации
  • Реагирует на колебания нагрузки без вмешательства оператора
  • Снижение образования шлама
  • Требуется меньше площади
  • Устойчив к токсическому шоку
  • Производительность процесса не зависит от вторичного отстойника (ввиду отсутствия линии возврата ила). [24]

Недостатки

Недостатком других биопленочных процессов является то, что они подвержены биологическому засорению и накоплению потерь напора. [1] В зависимости от типа отходов и конструкции процесса, во время полномасштабного процесса может возникнуть несколько проблем. Некоторые из недостатков: [25]

  • Засорение подающей трубы/сетки для слива
  • Неоднородное смешивание
  • Блокировка пустот перевозчика
  • Уничтоженные авианосцы
  • Носители, накапливающиеся на ситах для слива
  • Переполнение носителя

Альтернативные системы очистки сточных вод

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.

Вот еще несколько вариантов:

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ ab Ødegaard, H.; Rusten, B.; Westrum, T. (октябрь 1994 г.). «Новый биопленочный реактор с подвижным слоем — применение и результаты». Water Science and Technology . 29 ( 10–11 ): 157–165 . doi :10.2166/wst.1994.0757.
  2. ^ Лейва-Диас, JC; Монтеолива-Гарсия, А.; Мартин-Паскуаль, Ж.; Мунио, ММ; Гарсиа-Меса, Джей-Джей; Поятос, Дж. М. (01 марта 2020 г.). «Реактор биопленки 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.
  3. ^ ab di Biase, Alessandro; Kowalski, Maciej S.; Devlin, Tanner R.; Oleszkiewicz, Jan A. (2019-10-01). «Технология биопленочного реактора с подвижным слоем в очистке муниципальных сточных вод: обзор». Журнал управления окружающей средой . 247 : 849–866 . doi :10.1016/j.jenvman.2019.06.053. ISSN  0301-4797.
  4. ^ Ди Биазе, Алессандро; Ковальски, Мачей С.; Девлин, Таннер Р.; Олешкевич, Ян А. (2019-10-01). «Технология биопленочного реактора с подвижным слоем в очистке городских сточных вод: обзор». Журнал управления окружающей средой . 247 : 849–866 . doi :10.1016/j.jenvman.2019.06.053. ISSN  0301-4797.
  5. ^ Эдегор, Халлвард (2012). Vann- og Avløpsteknikk [ Технология водоснабжения и дренажа ] (на норвежском языке). Хамар, НЕТ: Norsk Vann (Норвежская вода). ISBN 9788241403361.[ нужна страница ]
  6. ^ Мазиоти, Айкатерини А.; Стасинакис, Афанасиос С.; Псома, Айкатерини К.; Томаидис, Николаос С.; Андерсен, Хенрик 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 . doi :10.1016/j.jhazmat.2016.06.035. PMID  27396311. S2CID  25314327.
  7. ^ Ди Биасе, А.; Девлин, ТР; Ковальски, М.С.; Олешкевич, JA (июнь 2018 г.). «Производительность и проектные соображения для анаэробного биопленочного реактора с подвижным слоем, очищающего сточные воды пивоваренного завода: влияние скорости загрузки площади поверхности и температуры». Журнал управления окружающей средой . 216 : 392–398 . doi :10.1016/j.jenvman.2017.05.093. PMID  28595913. S2CID  25584756.
  8. ^ Кора, Элианта; Теодорелу, Данай; Гатиду, Джорджия; Фунтулакис, Михаил С.; Стасинакис, Афанасиос С. (сентябрь 2019 г.). «Удаление полярных микрозагрязнителей из бытовых сточных вод с использованием метаногенно-аэробной системы биопленочного реактора с подвижным слоем». Chemical Engineering Journal . 382 : 122983. doi : 10.1016/j.cej.2019.122983. S2CID  204112754.
  9. ^ Эдегор, 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 2023-05-01
  10. ^ Ванн- и avløpsteknikk. Халлвард Эдегор, Норск Ванн, бакалавр наук. Хамар: Норск Ванн. 2012. ISBN 978-82-414-0336-1. OCLC  939782945.{{cite book}}: CS1 maint: другие ( ссылка )
  11. ^ "Биопленочный реактор с подвижным слоем (MBBR) » Ecologix Systems". Ecologix Systems . Получено 2023-05-01 .
  12. ^ Франкель, Том (21.11.2019). «Что такое очистка сточных вод MBBR и как она работает? | SSI». Аэрация SSI . Получено 01.05.2023 .
  13. ^ Луань, Я-Нань; Инь, Юэ; Ань, Юнин; Чжан, Фэн; Ван, Сяодун; Чжао, Фанчао; Сяо, Ихуа; Лю, Чанцин (2022-08-01). «Исследование биопленочного реактора с прерывисто-аэрируемым подвижным слоем при очистке сточных вод в сельской местности в условиях низкого содержания растворенного кислорода и C/N». Bioresource Technology . 358 : 127405. doi : 10.1016/j.biortech.2022.127405. ISSN  0960-8524.
  14. ^ Камбл, Буддам; Шаха, Сунил (июнь 2020 г.). «Очистка сточных вод с помощью реактора периодического действия с подвижным слоем (MBSBR): обзор» (PDF) . Международный исследовательский журнал по инжинирингу и технологиям (IRJET) . 07 (06).
  15. ^ 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 (05 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. PMID  32823027. S2CID  221238674.
  16. ^ аб 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 . doi :10.1016/j.watres.2015.06.042. ISSN  0043-1354. ПМИД  26164801.
  17. ^ Mazioti, Aikaterini A.; Stasinakis, Athanasios S.; Psoma, Aikaterini K.; Thomaidis, Nikolaos S.; Andersen, Henrik R. (2017-02-05). "Гибридный подвижный биопленочный реактор для биодеградации бензотриазолов и гидроксибензотиазола в сточных водах". Журнал опасных материалов . Специальный выпуск о новых загрязнителях в инженерной и естественной среде. 323 (Pt A): 299– 310. doi :10.1016/j.jhazmat.2016.06.035. ISSN  0304-3894. PMID  27396311. S2CID  25314327.
  18. ^ Полесель, Фабио; Торреси, Елена; Лорегиан, Лука; Касас, Моника Эскола; Кристенссон, Магнус; Бестер, Кай; Плош, Бенедек Ги. (15 октября 2017 г.). «Удаление фармацевтических препаратов при предварительной денитрификации MBBR - Влияние доступности органического субстрата в одно- и трехступенчатых конфигурациях». Исследования воды . 123 : 408–419 . doi :10.1016/j.watres.2017.06.068. ISSN  0043-1354. PMID  28689125. S2CID  205700311.
  19. ^ Нёдлер, Карстен; Вутса, Димитра; Лиха, Тобиас (август 2014 г.). «Полярные органические микрозагрязнители в прибрежной среде различных морских систем». Бюллетень загрязнения морской среды . 85 (1): 50–59 . doi :10.1016/j.marpolbul.2014.06.024. ISSN  0025-326X. PMID  25015017.
  20. ^ Falås, P.; Baillon-Dhumez, A.; Andersen, HR; Ledin, A.; la Cour Jansen, J. (2012-03-15). «Удаление взвешенных биопленочных носителей и активированного ила из кислых фармацевтических препаратов». Water Research . 46 (4): 1167– 1175. doi :10.1016/j.watres.2011.12.003. ISSN  0043-1354. PMID  22209263.
  21. ^ Чэнь, Шэн; Сан, Дэчжи; Чунг, Чон-Шик (2007-06-01). «Очистка сточных вод от пестицидов с помощью биопленочного реактора с подвижным слоем в сочетании с предварительной обработкой коагуляцией Фентона». Журнал опасных материалов . 144 (1): 577– 584. doi :10.1016/j.jhazmat.2006.10.075. ISSN  0304-3894. PMID  17141410.
  22. ^ Ногейра, Регина; Мело, Луис Ф; Пуркхольд, Ульрике; Вюрц, Стефан; Вагнер, Михаэль (январь 2002 г.). «Динамика нитрифицирующей и гетеротрофной популяции в биопленочных реакторах: влияние времени гидравлического удержания и присутствия органического углерода». Water Research . 36 (2): 469– 481. doi :10.1016/S0043-1354(01)00229-9. hdl : 1822/1602 . PMID  11827353.
  23. ^ Илиопулу, Атанасия; Арванити, Ольга С.; Делигианнис, Михалис; Гатиду, Джорджия; Виридес, Иоаннис; Фунтулакис, Михалис С.; Стасинакис, Атанасиос С. (2023-10-01). «Комбинированное использование строго анаэробного МБР и аэробного МБР для очистки муниципальных сточных вод и удаления фармацевтических препаратов». Журнал управления окружающей средой . 343 : 118211. doi : 10.1016/j.jenvman.2023.118211. ISSN  0301-4797.
  24. ^ Бертон, Франклин; Чобаноглоус, Джордж; Цучихаши, Рюдзиро; Стенсел, Х. Дэвид; Меткалф и Эдди (2013-09-03). Водоочистка: очистка и восстановление ресурсов. McGraw-Hill Education. ISBN 9780073401188.[ нужна страница ]
  25. ^ Ван, Шуай; Параджули, Судип; Сивалингам, Васан; Бакке, Руне (2019-08-08). Биопленка в процессе биопленки с подвижным слоем для очистки сточных вод. IntechOpen. ISBN 978-1-78985-900-3.
Взято с "https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Подвижный_биопленочный_реактор_для_кровати&oldid=1267752609"