Cos'è il processo MBBR?

Il Processo MBBR È una tecnologia di trattamento delle acque reflue che combina i vantaggi del letto fluido tradizionale e dei metodi di ossidazione del contatto biologico, fornendo eccellenti effetti di rimozione dell'azoto e del fosforo. L'efficienza del trattamento di questo processo raggiunge generalmente: BOD₅ Rimozione di oltre 90%, rimozione COD di 70%–90%, rimozione totale dell'azoto di 70%–90% e rimozione del fosforo di circa 70%–90%.

Il reattore MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) viene utilizzato principalmente per il trattamento delle acque reflue e delle acque reflue. Degrada e rimuove sostanze organiche, azoto ammoniacale, azoto nitrato, azoto nitrito e fosforo dall'acqua formando un biofilm sulla superficie del Riempitivo biologico MBBR

Il reattore MBBR è costituito da un serbatoio, vettori (riempitivi) e tubi di aerazione perforati.

• Serbatoio: Il contenitore principale utilizzato per contenere i riempitivi inferiori e l'acqua, che funge da sito principale per il processo di reazione.
• Filler: Fornisce un'ampia superficie per l'attaccamento e la crescita del biofilm, migliorando l'effetto del trattamento di degradazione biologica.
• Tubo di aerazione: Viene utilizzato per fornire ossigeno all'interno del reattore per soddisfare la domanda di ossigeno dei microrganismi durante il processo di biodegradazione.

Il principio del processo MBBR è quello di utilizzare il principio di base del metodo del biofilm aggiungendo una certa quantità di vettori sospesi nel reattore per aumentare la biomassa e le specie biologiche nel reattore, migliorando così l'efficienza del trattamento del reattore. Poiché la densità dei riempitivi MBBR è vicina a quella dell'acqua, sono completamente miscelati con l'acqua durante l'aerazione. L'azione di collisione e taglio dei vettori nell'acqua rende le bolle più piccole, migliorando il tasso di utilizzo dell'ossigeno. Inoltre, le specie biologiche all'interno e all'esterno di ciascun vettore sono diverse. Alcuni portatori hanno batteri anaerobici o facoltativi che crescono all'interno, mentre i batteri aerobici crescono all'esterno. Ogni vettore agisce come un microreattore, consentendo reazioni di nitrificazione e denitrificazione contemporaneamente, migliorando così l'efficienza del trattamento.

Il filler MBBR è un nuovo tipo di vettore bioattivo. Utilizza una formula scientifica e integra vari oligoelementi che facilitano il rapido attaccamento microbico e la crescita nei materiali polimerici, in base alle caratteristiche delle acque reflue. Viene modificato e costruito attraverso processi speciali e presenta vantaggi come ampia superficie specifica, buona idrofilia, alta attività biologica, rapida formazione di biofilm, buon effetto del trattamento e lunga durata.

Il nucleo del processo MBBR è il vettore, la cui struttura fisica, stabilità chimica e resistenza meccanica influenzano direttamente la facilità di formazione del biofilm, la velocità di attacco del biofilm e la capacità di rimuovere gli inquinanti. Generalmente, i vettori utilizzati nel processo MBBR dovrebbero soddisfare le seguenti caratteristiche:

• Buona elettrofilicità, carica positiva sulla superficie, che facilita l'attaccamento di microrganismi caricati negativamente e buona biocompatibilità.
• Buona idrofilicità, che facilita l'attaccamento dei microrganismi e consente una rapida formazione di biofilm.
• Ragionevole gravità specifica, vicino all'acqua, uniformemente distribuito in acqua, buona fluidità.
• Resistente ai raggi UV, ha migliorato la resistenza ai raggi UV e la funzione anti-invecchiamento, con una durata di oltre 25 anni.
• Aggiungendo gruppi idrofili e altri oligoelementi, la formazione di biofilm richiede solo 3–15 giorni.

La formazione di biofilm di riempitivi biologici si riferisce al processo nel trattamento delle acque reflue in cui i microrganismi attaccano gli inquinanti nell'acqua alla superficie del riempitivo e vi crescono e si riproducono. In un reattore MBBR, il processo di formazione del biofilm dei riempitivi biologici può essere aerobico o anaerobico, a seconda del contatto tra la superficie del riempitivo e l'ossigeno disciolto nell'ambiente.

Formazione di biofilm aerobico. Nel sistema MBBR, parte della superficie del riempitivo è esposta all'area di contatto dell'aria, consentendo all'ossigeno di entrare e supportare i microrganismi sul biofilm per la respirazione aerobica.

Formazione di biofilm anaerobico. Nelle parti del riempitivo che sono a contatto con l'acqua, i microrganismi utilizzano la materia organica nelle acque reflue per la decomposizione anaerobica, producendo prodotti metabolici come metano e idrogeno solforato.

Formazione di biofilm anaerobico

Formazione di biofilm aerobico

• Ispezione visiva

  Il biofilm è distribuito uniformemente sulla superficie del vettore, diventando più denso più vicino alla superficie di trasporto e più sciolto più lontano. Il colore del vettore si scurisce, indicando che il biofilm sul vettore ha raggiunto la maturità.

• Ispezione microscopica

  La struttura del biofilm è densa e ospita una vasta gamma di microrganismi. I ciliati sessili, come Vorticella ed Epistylis, sono predominanti. L'aspetto di un piccolo numero di rotiferi e ciliati di nuoto significa la maturazione del biofilm.

Ci sono molti fattori che influenzano se la formazione di biofilm può essere rapida ed efficace, come i pori del riempitivo, il valore del pH, la temperatura e la velocità di aerazione.

• Pori di riempimento

  Il numero di pori nei riempitivi MBBR influisce sull'efficienza del trattamento dell'acqua. Più pori ci sono, maggiore è la superficie del riempitivo, più microrganismi possono attaccarsi e migliore è l'effetto del trattamento.

• Valore pH

  Le attività fisiologiche dei microrganismi sono strettamente correlate all'acidità e all'alcalinità dell'ambiente. Solo in condizioni di pH adeguate i microrganismi possono svolgere normali attività fisiologiche. Se il valore del pH si discosta troppo dall'intervallo adatto, la funzione catalitica del sistema enzimatico nei microrganismi si indebolirà o addirittura scomparirà. L'intervallo di pH ottimale per i microrganismi coinvolti nel trattamento biologico delle acque reflue è generalmente 6,5–8,5.

• Temperatura

  Il metodo MBBR raggiunge principalmente la degradazione degli inquinanti organici nelle acque reflue attraverso il metabolismo di vari tipi di microrganismi nel biofilm. Pertanto, la qualità della crescita del biofilm è direttamente correlata al risultato finale del trattamento delle acque reflue. Ciò è particolarmente vero per i batteri nitrificanti e denitrificanti, che hanno lunghi cicli di crescita e sono molto sensibili ai cambiamenti ambientali. La temperatura ottimale per i batteri nitrificanti è 20 °C – 30 °C e per i batteri denitrificanti è 20 °C – 40 °C. Quando la temperatura scende al di sotto di 15 °C, l'attività di entrambi i tipi di batteri diminuisce, e a 5 °C, si arresta completamente. Pertanto, i cambiamenti di temperatura influenzeranno direttamente la crescita di questi batteri.

• Tasso di aerazione

  Se il tasso di aerazione è troppo basso, è difficile far rotolare e fluidificare il riempitivo; se il tasso di aerazione è troppo alto, è difficile che il biofilm si formi inizialmente.

Dopo che le acque reflue grezze entrano nell'impianto di trattamento delle acque reflue, passano prima attraverso l'apparecchiatura dello schermo. Lo schermo è composto da barre o aste metalliche disposte in forme parallele o inclinate per bloccare particelle grandi e impurità solide, prevenendo l'intasamento delle apparecchiature di trattamento successive. Il corpo dell'acqua trattato dallo schermo entra nel serbatoio MBBR, che è pieno di riempitivi. I microrganismi formano biofilm sulla superficie dei riempitivi per degradare la materia organica. L'acqua trattata scorre dal serbatoio MBBR al serbatoio di sedimentazione secondaria, dove i solidi sospesi e i fanghi biologici sono separati dalla sedimentazione gravitazionale. L'acqua che esce dal serbatoio di sedimentazione secondaria entra nell'unità di pre-filtrazione per rimuovere ulteriormente piccole particelle e solidi sospesi residui che non sono stati completamente sistemati nella vasca di sedimentazione secondaria. L'acqua che ha subito il trattamento di pre-filtrazione entra nel filtro a sabbia, che rimuove ulteriormente i solidi sospesi, le sostanze colloidali e i microrganismi dall'acqua. L'acqua dopo il trattamento del filtro a sabbia entra nel filtro a carbone attivo, dove l'elevata capacità di adsorbimento del carbone attivo rimuove la materia organica, il cloro residuo, gli odori e alcuni ioni di metalli pesanti dall'acqua. Infine, l'acqua entra nel serbatoio dell'acqua pulita.

• Temperatura

  Il sistema del reattore a biofilm dovrebbe funzionare a temperature di 15 °C – 35 °C.

• Ossigeno disciolto

  L'ossigeno disciolto è un fattore importante che influisce sull'efficienza di rimozione della materia organica. Soprattutto nei casi in cui l'obiettivo è la rimozione del fosforo e dell'azoto, il controllo della concentrazione di ossigeno disciolto diventa particolarmente importante. L'intervallo di controllo di DO in ciascuna sezione del serbatoio di reazione è il seguente: sezione anaerobica inferiore a 0,2 mg/L, sezione anossica compresa tra 0,2 mg/L e 0,5 mg/L e sezione aerobica con concentrazione di ossigeno disciolto preferibilmente non inferiore a 2 mg/L.

• MLSS (Concentrazione di solidi sospesi con liquori misti)

  La concentrazione dei fanghi nel processo MBBR deve essere controllata entro 3.000 mg/L – 20.000 mg/L. In generale, quando la concentrazione di fanghi nel liquido di alimentazione aumenta, a causa dell'elevata concentrazione di fanghi, i fanghi tendono a depositarsi sulla superficie del biofilm, formando uno spesso strato di fanghi. Tuttavia, la concentrazione di fanghi nel liquido di alimentazione non dovrebbe essere troppo bassa, altrimenti il tasso di degradazione degli inquinanti sarà basso e la capacità dei fanghi attivi di adsorbire e degradare la materia organica disciolta si indebolirà, con conseguente aumento della concentrazione di disciolto materia organica nel surnatante del liquore misto. Pertanto, è necessario mantenere un'adeguata concentrazione di fanghi nel liquido di alimentazione, poiché concentrazioni sia eccessivamente elevate che basse possono ridurre il flusso d'acqua.

• Valore pH

  Il valore pH influente del serbatoio di reazione MBBR dovrebbe essere 6–9.

Vantaggi

Il processo MBBR mantiene le funzioni del tradizionale metodo dei fanghi attivi incorporando anche le caratteristiche del processo del biofilm a letto fisso. I suoi principali vantaggi si riflettono nei seguenti aspetti:

• I riempitivi sono per lo più realizzati in polietilene, polipropilene e loro materiali modificati, schiuma di poliuretano, ecc., Con un peso specifico vicino all'acqua. Sono principalmente cilindrici e sferici, biofilm facili da formare, non aggrottanti, non bloccanti e facili da staccare il biofilm.
• Il riempitivo e l'acqua sono entrambi in movimento, con conseguente buon trasferimento di massa tra le fasi gas, acqua e solido. Ciò migliora l'attività del biofilm sul riempitivo, aumenta il carico organico e l'efficienza del sistema e stabilizza la qualità dell'effluente.
• L'applicazione di MBBR è abbastanza flessibile in termini di forma del reattore, con varie forme disponibili. Ha una struttura compatta e occupa una piccola area, che richiede solo 20% del volume di un serbatoio di ossidazione convenzionale nelle stesse condizioni di carico.
• Ha una bassa perdita di testa, basso consumo energetico, funzionamento semplice e gestione conveniente.
• I microrganismi si attaccano al vettore e fluiscono con l'acqua, quindi non è necessario il ritorno dei fanghi o il lavaggio ciclico.
• Il biofilm si stacca naturalmente, prevenendo l'intasamento.

Svantaggi

• Il riempitivo nel reattore si basa sull'effetto di sollevamento dell'aerazione e del flusso d'acqua per essere in uno stato fluidizzato. Nell'ingegneria reale, è facile incontrare l'accumulo di riempitivi locali.
• L'effluente del reattore ha spesso una griglia o una rete per prevenire la perdita di riempitivo, ma è soggetto a intasamento.
• L'alto contenuto di microrganismi richiede un tasso di aerazione sufficiente, aumentando così il consumo di energia operativa.
• È facile provocare incrostazioni sulla membrana, che richiedono una regolare pulizia della membrana o un controlavaggio.