คำอธิบายง่ายๆ ของการบำบัดด้วยไบโอฟิล์ม: จัดให้มีบ้านสำหรับแบคทีเรียเพื่อการบำบัดน้ำเสียที่ทนทานและไร้กังวล-

กระบวนการตะกอนเร่งเป็นเทคโนโลยีบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด ในระบบตะกอนเร่ง จุลินทรีย์ที่ใช้กรองน้ำเสียให้บริสุทธิ์จะอยู่ในสถานะการเจริญเติบโตแบบแขวนลอย-พวกมันจะรวมตัวกันเป็นกลุ่มเล็กๆ ก่อตัวเป็นก้อน และถูกแขวนลอยในสุราผสมภายใต้การเติมอากาศ ซึ่งปั่นป่วนตามการไหลของน้ำ จุลินทรีย์และน้ำเสียสัมผัสกันเต็มที่ ช่วยขจัดมลพิษในน้ำ

ระบบนี้ทำงานได้ดีมาก แต่มีข้อเสียเปรียบประการหนึ่งคือ ระบบมีความละเอียดอ่อน หากปริมาตรน้ำเสียที่ได้รับผลกระทบเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน ความเข้มข้นของน้ำเพิ่มขึ้นอย่างกะทันหัน หรืออุณหภูมิของน้ำลดลงกะทันหัน หรือค่า pH ผันผวนอย่างมาก จุลินทรีย์อาจ "ทำงาน"-ผลการบำบัดจะลดลง หรือแม้แต่การรวมตัวของตะกอนจะเกิดขึ้น ซึ่งส่งผลต่อการทำงานปกติของระบบ

ดังนั้น วิศวกรจึงสงสัยว่าพวกเขาจะเปลี่ยนแนวทางได้หรือไม่ โดยปล่อยให้จุลินทรีย์ "ปักหลัก" ในตำแหน่งคงที่ แทนที่จะลอยอยู่ในน้ำตลอดเวลา

นี่คือกระบวนการไบโอฟิล์ม พูดง่ายๆ ก็คือ กระบวนการไบโอฟิล์มใช้จุลินทรีย์ที่เจริญเติบโตบนตัวกลางกรองหรือตัวพาในการบำบัดน้ำเสีย

แนวคิดหลักของเทคโนโลยีไบโอฟิล์มนั้นเรียบง่าย: จัดหา "บ้าน" คงที่ให้กับจุลินทรีย์ ซึ่งสามารถตั้งถิ่นฐาน สืบพันธุ์ และสร้าง "ชุมชนจุลินทรีย์" น้ำเสียไหลผ่านชุมชนนี้ และมลพิษภายในจะถูกบริโภคโดย "ผู้อยู่อาศัย"

"บ้าน" เหล่านี้เรียกอย่างมืออาชีพว่าวัสดุบรรจุภัณฑ์หรือผู้ให้บริการ กระบวนการไบโอฟิล์มที่ต่างกันใช้พาหะต่างกันโดยสิ้นเชิง ประเภทที่พบบ่อยที่สุดคือ:

ประเภทแรก: วัสดุบรรจุภัณฑ์ในการออกซิเดชั่นสัมผัสทางชีวภาพ – "ลูกบอลใยพลาสติก" ที่แขวนอยู่ในถัง

ถังออกซิเดชั่นแบบสัมผัสนั้นเต็มไปด้วยเชือกบรรจุวัสดุที่มีลักษณะคล้ายแปรงพลาสติกขนาดใหญ่ น้ำเสียจะถูกเติมอากาศจากด้านล่างของถังและถูกชะล้างขึ้นไป ทำให้วัสดุบรรจุภัณฑ์เหล่านี้แกว่งไปมาในน้ำอย่างนุ่มนวล โดยมีแผ่นชีวะสีน้ำตาล-สีเหลืองปกคลุมอยู่ วัสดุบรรจุภัณฑ์ประเภทนี้มีพื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ 1 ลูกบาศก์เมตรสามารถให้ "พื้นที่ใช้สอย" ได้ 800 ถึง 900 ตารางเมตร

ประเภทที่สอง: แผ่นดิสก์ในแผ่นดิสก์หมุนทางชีวภาพ – "แผ่นดิสก์หมุน"

แผ่นหมุนทางชีวภาพไม่ใช้วัสดุบรรจุภัณฑ์ "บ้าน" ของพวกเขาก็คือจานดิสก์นั่นเอง ซึ่งเป็นจานขนาดใหญ่หลายสิบจาน มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 2 ถึง 3 เมตร ร้อยเข้าด้วยกันบนเพลาหมุนและหมุนอย่างช้าๆ ด้วยมอเตอร์ที่มีความเร็วลดลง ประเภทแรกเกี่ยวข้องกับแผ่นกรองชีวภาพ ครึ่งหนึ่งจมอยู่ในน้ำเสีย และครึ่งหนึ่งสัมผัสกับอากาศ จุลินทรีย์เจริญเติบโตทั้งสองด้านของแผ่นดิสก์ โดยดูดซับมลพิษเมื่อจมอยู่ใต้น้ำ และดูดซับออกซิเจนจากอากาศเมื่อสัมผัสกับพื้นผิว การออกแบบนี้มีการใช้พลังงานค่อนข้างต่ำ ไม่ต้องเติมอากาศเพิ่มเติม และประหยัดในการใช้งาน

ประเภทที่สาม: วัสดุบรรจุภัณฑ์สำหรับไส้กรองเติมอากาศทางชีวภาพ (BAF) – "แผ่นกรองที่ทำจากกรวดเซรามิกขนาดเล็ก"

BAF ใช้ก้อนกรวดเซรามิกขนาดเล็กที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 ถึง 6 มิลลิเมตร กองกันเหมือนก้อนกรวดเล็กๆ ในถัง น้ำเสียจะไหลจากด้านล่างขึ้นด้านบน ในขณะที่การเติมอากาศเกิดขึ้นพร้อมกันจากด้านล่าง การออกแบบอนุภาคขนาดเล็กนี้มีข้อดีสองประการ ประการแรก พื้นที่ผิวจำเพาะขนาดใหญ่ ส่งผลให้มีมวลชีวภาพต่อหน่วยปริมาตรสูง ประการที่สอง ช่องว่างระหว่างอนุภาคจะดักจับของแข็งแขวนลอย ซึ่งทำให้น้ำทิ้งของ BAF มีความชัดเจนเป็นพิเศษ

ประเภทที่สี่: วัสดุบรรจุภัณฑ์สำหรับตัวกรองชีวภาพ (MBBR) – "แผ่นพลาสติกขนาดเล็กที่ตกลงไปในน้ำ"

MBBR ใช้แผ่นพลาสติกแขวนขนาดเล็กที่มีรูปร่างคล้ายล้อหรือกระบอกสูบขนาดเล็ก โดยมีความหนาแน่นเบากว่าน้ำเล็กน้อย ภายใต้การเติมอากาศ วัสดุบรรจุภัณฑ์เหล่านี้จะเกลือกกลิ้งและไหลอย่างต่อเนื่องในถัง ทำให้แผ่นชีวะสัมผัสกับน้ำเสียในขณะที่เคลื่อนที่ วัสดุบรรจุภัณฑ์มีการเคลื่อนไหวตลอดเวลา แผ่นชีวะที่เสื่อมสภาพจะถูกขจัดออก และแผ่นชีวะใหม่จะมีการเติบโตอย่างต่อเนื่อง โดยไม่จำเป็นต้องล้างย้อนด้วยตนเอง มีความสามารถในการทำความสะอาดตัวเองสูง-และไม่อุดตันถัง

ประเภทที่ห้า: พาหะของฟลูอิไดซ์เบดทางชีวภาพ - "อนุภาคเล็ก ๆ ร่วงหล่นเหมือนโจ๊ก"

ฟลูอิไดซ์เบดทางชีวภาพใช้ตัวพาที่มีขนาดเล็กกว่า โดยทั่วไปคือทราย 0.3 ถึง 1 มม. ถ่านกัมมันต์ หรืออนุภาคโค้ก ขับเคลื่อนด้วยการไหลของน้ำหรืออากาศความเร็วสูง- อนุภาคเล็กๆ เหล่านี้จะพังทลายและกลายเป็นของเหลวอย่างต่อเนื่องเหมือนโจ๊ก เนื่องจากตัวพามีขนาดเล็กมาก ตัวพาแต่ละลูกบาศก์เมตรจึงสามารถให้พื้นที่ใช้สอยได้ 2,000 ถึง 3,000 ตารางเมตร ส่งผลให้มีความเข้มข้นของจุลินทรีย์และอัตราการบรรจุตามปริมาตรสูงสุดในบรรดากระบวนการไบโอฟิล์มทั้งหมด มีประสิทธิภาพการบำบัดที่สูงมากและมีขนาดเล็กมาก แต่การออกแบบและการใช้งานก็ค่อนข้างซับซ้อนเช่นกัน

"บ้าน" ประเภทต่างๆ เหล่านี้แต่ละประเภทมีสถานการณ์การใช้งานของตนเอง การออกซิเดชันแบบสัมผัสเหมาะสำหรับการบำบัดน้ำเสียขนาดเล็กถึงขนาดกลาง-, MBBR เหมาะสำหรับการติดตั้งเพิ่มเติมและการขยาย, BAF เหมาะสำหรับการบำบัดขั้นสูง, จานหมุนทางชีวภาพเหมาะสำหรับ-สถานการณ์ปริมาณน้อย, การประหยัดพลังงาน- และฟลูอิไดซ์เบดทางชีวภาพเหมาะสำหรับ-น้ำเสียทางอุตสาหกรรมที่มีความเข้มข้นสูงหรือสถานการณ์ที่มีพื้นที่จำกัด

เมื่อวางวัสดุบรรจุภัณฑ์ลงในน้ำเสียและน้ำเสียยังคงไหลผ่าน กระบวนการนี้จะเริ่มต้นขึ้น

ขั้นตอนที่ 1: จุลินทรีย์ผ่านไปและปักหลัก

น้ำเสียมีจุลินทรีย์จำนวนมาก ขณะที่ไหลผ่านพื้นผิวของวัสดุบรรจุภัณฑ์ บางส่วนอาจติดขัด การเกาะติดครั้งแรกนี้อาศัยปฏิกิริยาระหว่างไฟฟ้าสถิตและแรงแวนเดอร์วาลส์

ขั้นตอนที่ 2: จากการชำระเงินชั่วคราวไปจนถึงการชำระเงินระยะยาว-

จุลินทรีย์ที่ติดอยู่จะเริ่มหลั่งสารเหนียวที่เรียกว่าสารโพลีเมอร์นอกเซลล์ (API) สารนี้ทำหน้าที่เหมือนกาว โดยยึดจุลินทรีย์ไว้กับพื้นผิวของวัสดุบรรจุภัณฑ์อย่างแน่นหนา ทำให้เกิดเป็น "กรอบทางสถาปัตยกรรม" ของแผ่นชีวะ

ขั้นตอนที่ 3: การปักหลักและการแพร่กระจายการแพร่กระจาย

หลังจากปักหลักแล้ว จุลินทรีย์ก็เริ่มเติบโตและสืบพันธุ์ หนึ่งกลายเป็นสอง สองกลายเป็นสี่... ในไม่ช้า ชั้นฟิล์มจุลินทรีย์บาง ๆ ก็ปกคลุมพื้นผิวของวัสดุบรรจุภัณฑ์ นี่คือแผ่นชีวะ

ขั้นตอนที่ 4: การก่อตัวของชุมชนผู้ใหญ่

เมื่อเวลาผ่านไป แผ่นชีวะจะหนาขึ้น และ "ผู้อยู่อาศัย" ที่อยู่ภายในก็มีความหลากหลายมากขึ้น ไม่เพียงแต่แบคทีเรียเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเชื้อรา โปรโตซัว และเมตาซัวด้วย ห่วงโซ่อาหารก่อตัวขึ้นในหมู่พวกมัน: แบคทีเรียกินมลพิษ โปรโตซัวกินแบคทีเรีย และเมตาซัวกินโปรโตซัว จึงเกิดระบบนิเวศขนาดเล็กที่สมบูรณ์ขึ้น

กระบวนการนี้เรียกอย่างมืออาชีพว่าการสร้างแผ่นชีวะ สำหรับน้ำเสียทั่วไปในเมือง ภายใต้อุณหภูมิที่เหมาะสม การก่อตัวของไบโอฟิล์มจะเสร็จสิ้นภายในเวลาประมาณ 7 ถึง 20 วัน

แม้ว่าแผ่นชีวะจะเป็นเพียงเมมเบรนบางๆ แต่โครงสร้างภายในของมันก็ค่อนข้างเป็นชั้นๆ ขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำเสียและสภาวะการจ่ายออกซิเจน อาจไม่ได้สร้างชั้นที่สมบูรณ์สามชั้นเสมอไป ในบางสถานการณ์ อาจเกิดเพียงชั้นแอโรบิกและแอนแอโรบิกเท่านั้น

ชั้นที่ใกล้กับวัสดุบรรจุภัณฑ์มากที่สุดคือชั้นแบบไม่ใช้ออกซิเจน ชั้นนี้อยู่ห่างจากน้ำเสียมากที่สุด ทำให้ออกซิเจนแพร่กระจายได้ยาก ส่วนใหญ่เป็นแบคทีเรียแบบไม่ใช้ออกซิเจน พวกเขาไม่ต้องการออกซิเจน โดยได้รับพลังงานจากการย่อยสลายอินทรียวัตถุที่ซับซ้อน แต่ประสิทธิภาพในการสลายตัวค่อนข้างต่ำ

ชั้นที่ใกล้กับน้ำเสียมากที่สุดคือชั้นแอโรบิก ชั้นนี้มีออกซิเจนค่อนข้างมาก และมีแบคทีเรียแอโรบิกอาศัยอยู่ ซึ่งเป็น "กำลังหลัก" ในกระบวนการนี้ การย่อยสลายอินทรียวัตถุส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่นี่

หากน้ำเสียจำเป็นต้องมีการแยกไนตริฟิเคชัน ชั้นแอนซิกจะก่อตัวขึ้นตรงกลาง ซึ่งแบคทีเรียที่มีความสามารถสามารถทำการดีไนตริฟิเคชั่น โดยเปลี่ยนไนเตรตให้เป็นก๊าซไนโตรเจน เนื่องจากโครงสร้างแบบหลายชั้นนี้ ทำให้ฟิล์มชีวะสามารถทำปฏิกิริยาแอโรบิกและแอนแอโรบิกพร้อมกันภายในชั้นเดียวกัน- ซึ่งเป็นสิ่งที่ทำได้ยากในกระบวนการตะกอนเร่งการเจริญเติบโตแบบแขวนลอย

แผ่นชีวะไม่เติบโตอย่างไม่มีกำหนด เมื่อถึงความหนาระดับหนึ่ง พวกมันก็จะหลุดออกและต่ออายุใหม่ สาเหตุหลักก็คือชั้นแอนแอโรบิกด้านในมีความหนามากขึ้น เมื่อชั้นแอนแอโรบิกมีความหนาถึงระดับหนึ่ง จุลินทรีย์ที่อยู่ใกล้พื้นผิวพาหะซึ่งขาดอินทรียวัตถุสำหรับโภชนาการ จะเข้าสู่ระยะการหายใจภายนอก ซึ่งทำให้ความสามารถในการเกาะติดกับพาหะลดลง ภายใต้แรงเฉือนของการไหลของน้ำภายนอก ฟิล์มชีวะที่แก่ชราจะหลุดออกเป็นส่วนๆ แผ่นชีวะที่แยกออกจะไหลออกไปพร้อมกับการไหลของน้ำ และจุลินทรีย์ใหม่จะเกาะติดกับบริเวณที่แยกออกทันที ด้วยวิธีนี้ ฟิล์มชีวะเก่าจะหลุดออกไปและฟิล์มชีวะใหม่จะเติบโตขึ้น โดยคงระดับการทำงานของฟิล์มชีวะไว้ในระดับสูง

กลไกนี้ส่งผลให้อัตราการผลิตตะกอนลดลงอย่างมากเมื่อเทียบกับกระบวนการตะกอนเร่ง แม้ว่าการกำจัดตะกอนเป็นระยะๆ ยังคงเป็นสิ่งจำเป็น แต่ก็ช่วยลดความจำเป็นในการควบคุมบ่อยครั้งและแม่นยำซึ่งจำเป็นสำหรับกระบวนการตะกอนเร่ง ทำให้การปฏิบัติงานและการจัดการง่ายขึ้นอย่างมาก

ในตะกอนเร่ง จุลินทรีย์จะถูกแขวนลอยอยู่ในสุราผสม ในขณะที่ไบโอฟิล์ม จุลินทรีย์จะถูกตรึงบนวัสดุบรรจุภัณฑ์ ในส่วนของความต้านทานต่อแรงกระแทก กระบวนการแอคทิเวเต็ดสลัดจ์โดยทั่วไปจะมีประสิทธิผลน้อยกว่า โดยความผันผวนของคุณภาพน้ำและปริมาณทำให้ประสิทธิภาพการบำบัดลดลงได้ง่าย กระบวนการไบโอฟิล์มมีความแข็งแกร่งและแข็งแกร่งกว่ามาก

ในแง่ของความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับน้ำเสียที่มีความเข้มข้นต่ำ- จุลินทรีย์จากตะกอนเร่งมีแนวโน้มที่จะให้อาหารน้อยเกินไป ส่งผลให้กิจกรรมลดลง กระบวนการไบโอฟิล์มรักษาระดับกิจกรรมไว้สูงแม้จะมีความเข้มข้นที่มีอิทธิพลต่ำมากก็ตาม

ในกระบวนการตะกอนเร่งมีแนวโน้มที่จะเกิดการพองตัวของตะกอน กระบวนการไบโอฟิล์มไม่สามารถทำได้ เนื่องจากจุลินทรีย์ถูกตรึงไว้

ในแง่ของชีวมวลต่อหน่วยปริมาตร โดยทั่วไปแล้ว กระบวนการแอคทิเวเต็ดตะกอนจะผลิตได้ 2 ถึง 4 กรัมต่อลิตร ในขณะที่กระบวนการฟิล์มชีวะสามารถผลิตได้สูงถึง 10 ถึง 20 กรัมต่อลิตร ซึ่งสูงกว่า 3 ถึง 5 เท่า

ในกระบวนการไนตริฟิเคชั่นและดีไนตริฟิเคชันพร้อมกัน กระบวนการแอคทิฟเวตสลัดจ์จำเป็นต้องมีการหมุนเวียนซ้ำระหว่างถังต่างๆ เนื่องจากโครงสร้างแบบแบ่งชั้นของกระบวนการไบโอฟิล์ม จึงสามารถบรรลุผลนี้ได้ภายในถังเดียวกัน

วิธีการเลือก? พูดง่ายๆ ก็คือ: สำหรับน้ำเสียชุมชนที่มีความเสถียรปริมาณมาก กระบวนการแอคทิเวเต็ดตะกอนเป็นเทคโนโลยีที่สมบูรณ์ สำหรับน้ำเสียที่มีปริมาณและคุณภาพผันผวนมาก มีความเข้มข้นต่ำ หรือต้องการการแยกไนตริฟิเคชันพร้อมกัน กระบวนการไบโอฟิล์มจะมีข้อได้เปรียบมากกว่า

กระบวนการหลักประกอบด้วย: ออกซิเดชันจากการสัมผัสทางชีวภาพ, MBBR, ตัวกรองชีวภาพแบบเติมอากาศ (BAF), จานหมุนทางชีวภาพ, ฟลูอิไดซ์เบดทางชีวภาพ และตัวกรองทางชีวภาพแบบดั้งเดิม (โหลดธรรมดา -โหลดสูง แบบทาวเวอร์) แม้ว่ากระบวนการเหล่านี้จะต่างกันในรูปแบบ แต่หลักการหลักก็เหมือนกัน- โดยให้จุลินทรีย์เกาะติดกับตัวพาเพื่อสร้างฟิล์มชีวะ โดยใช้เมมเบรนนี้เพื่อทำให้น้ำเสียบริสุทธิ์

ความแตกต่างที่สำคัญมีสองเท่า: ประการแรก ประเภทของจานยึดแบบ "เฮาส์"- วัสดุบรรจุภัณฑ์ที่เติมถัง อนุภาคเซรามิกขนาดเล็กที่ซ้อนกันเป็นชั้นตัวกรอง แผ่นพลาสติกขนาดเล็กที่กลิ้งไปมา หรืออนุภาคขนาดเล็กแบบฟลูอิไดซ์ ประการที่สอง วิธีการจ่ายออกซิเจน-การระบายอากาศตามธรรมชาติ การหมุนจาน หรือการเติมอากาศ

กระบวนการไบโอฟิล์มเกี่ยวข้องกับการสร้างที่อยู่อาศัยของจุลินทรีย์ ซึ่งช่วยให้จุลินทรีย์สามารถชำระและช่วยบำบัดน้ำเสียได้

เมื่อจุลินทรีย์ย้ายเข้าไปใน "บ้าน" ของพวกมัน พวกมันจะหลั่งสารเหนียวเพื่อยึดตัวเอง เติบโต และแพร่พันธุ์ ก่อตัวเป็นฟิล์มชีวะที่มีโครงสร้าง-ชั้นแอโรบิกด้านนอกที่รับผิดชอบในการย่อยสลายสารอินทรีย์ และชั้นแอนแอโรบิกด้านในที่รับผิดชอบในการย่อยสลายต่อไป (ชั้นแอนซิกอาจก่อตัวอยู่ระหว่างนั้น ขึ้นอยู่กับคุณภาพน้ำ) น้ำเสียไหลผ่าน และมลพิษจะค่อยๆ ดูดซับไปในแต่ละชั้น เมื่อแผ่นชีวะเติบโตจนถึงความหนาระดับหนึ่ง ชั้นเก่าก็จะหลุดออกไป และชั้นใหม่ก็จะมีการเติบโตต่อไป ไม่จำเป็นต้องกังวลเกี่ยวกับการรวมตัวของตะกอนหรือการปรับเปลี่ยนการปล่อยตะกอนบ่อยครั้ง ทำให้การดำเนินงานและการจัดการง่ายขึ้นมาก!