Was ist ein Biofilm-Filtermedium zur Abwasserbehandlung?
Abwasserbehandlungist eines der wichtigsten Bindeglieder im Bereich des modernen Umweltschutzes, und die Biofilmtechnologie spielt als effiziente und umweltfreundliche Behandlungsmethode eine unersetzliche Rolle bei der Abwasserreinigung. Biofilmfiltrationsmedien sind die Kernkomponente dieser Technologie und stellen einen wichtigen Träger für das Wachstum von Biofilm und die Abwasserbehandlung dar. Was also genau sind Biofilmfiltrationsmedien für die Abwasserbehandlung? Welche besondere Rolle spielt Biofilm bei der Abwasserbehandlung? In diesem Artikel werden Konzepte, Prinzipien und Verwendungen eingehend erörtert.
Was ist ein Biofilm-Filtermedium zur Abwasserbehandlung?
Biologische Filtermedien für die Abwasserbehandlung sind Materialien, die zur Unterstützung der Bildung und Erhaltung von Biofilmen verwendet werden. Ihre Funktion besteht darin, einen idealen physischen Träger für das Wachstum von Mikroorganismen bereitzustellen. Biofilme sind im Wesentlichen eine Gemeinschaft von Mikroorganismen, die an einer festen Oberfläche haften. Sie können organische Stoffe im Abwasser als Nährstoffe verwenden und Schadstoffe durch Stoffwechselprozesse zersetzen oder in harmlose Substanzen umwandeln.
Physikalische Eigenschaften von Medien
Biofilm-Filtermedien bestehen üblicherweise aus Kunststoff, Keramik oder anderen Polymermaterialien, die folgende Eigenschaften aufweisen:
● Hohe spezifische Oberfläche: Bietet Mikroorganismen ausreichend Oberfläche zum Anhaften und Wachsen.
● Gute Wasserdurchlässigkeit: Stellt sicher, dass Abwasser gleichmäßig durch die Oberfläche des Mediums fließen kann, wodurch die Zersetzungseffizienz von Schadstoffen optimiert wird.
● Korrosionsbeständigkeit und Stabilität: Zersetzt sich bei langfristigem Kontakt mit Abwasser und mikrobiellen Metaboliten nicht leicht.
● Leichte Struktur: Einfach zu installieren und zu warten und für eine Vielzahl von Abwasserbehandlungssystemen geeignet.
Was sind die gängigen Arten von Biofilm-Filtermedien?
Je nach Verwendung und Form können Biofilm-Filtermedien in mehrere Typen unterteilt werden:
● Feste Medien: Wie Wabenkeramik, Kunststoffplatten und Maschenstrukturen. Diese Art von Medien ist in der Behandlungsanlage fest installiert und eignet sich für Prozesse wie Füllkörpertürme und Tropfkörper.
● Wirbelschichtmedien: Zum Beispiel kugelförmige, körnige oder flockige Kunststoffe. Diese Medienart kann sich mit dem Wasserstrom bewegen und eignet sich für hocheffiziente Behandlungssysteme wie Wirbelschichtreaktoren.
● Schwebstoffe: Wie etwa leichte Kunststoffpartikel oder speziell entwickelte Hohlfasern, geeignet zur Verbesserung oder zusätzlichen Behandlung von Belebtschlammsystemen.
Funktionen von Biofilmmedien
Das Biofilm-Filtermedium bietet nicht nur Platz für Mikroorganismen, sondern fördert auch den effizienten Ablauf des Abwasserbehandlungsprozesses, indem es den Wasserflussweg optimiert und die Sauerstoffzufuhr erhöht. Das Design und die Auswahl des Mediums wirken sich direkt auf die Dicke, Dichte und Vielfalt des Biofilms und der mikrobiellen Population aus.
Welche Rolle spielt Biofilm bei der Abwasserbehandlung?
Die Hauptaufgabe des Biofilms bei der Abwasserbehandlung besteht darin, Schadstoffe, darunter organische Stoffe, Stickstoff, Phosphor und einige schwer abbaubare Substanzen, durch mikrobiellen Stoffwechsel abzubauen. Als Mikroökosystem hat er im Abwasserreinigungsprozess folgende Schlüsselfunktionen:
Entfernung organischer Schadstoffe
Die heterotrophen Mikroorganismen im Biofilm können organische Stoffe (wie Kohlenhydrate, Proteine und Fette) im Abwasser zersetzen und in Kohlendioxid (CO₂), Wasser (H₂O) und andere anorganische Stoffe umwandeln. Dieser Prozess reduziert nicht nur den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB) des Abwassers, sondern verringert auch den biochemischen Sauerstoffbedarf (BSB) erheblich.
● Zersetzungsmechanismus: Mikroorganismen zersetzen komplexe makromolekulare organische Stoffe durch die Absonderung von Enzymen in kleine molekulare Verbindungen und oxidieren diese dann vollständig über Stoffwechselwege.
● Entfernungseffizienz: Aufgrund der großen spezifischen Oberfläche und der hohen mikrobiellen Dichte des Mediums kann mit der Biofilmtechnologie üblicherweise eine Entfernungsrate organischer Schadstoffe von über 80 % erreicht werden.
Stickstoffeliminierung (Nitrifikation und Denitrifikation)
Auch bei der Behandlung stickstoffhaltiger Abwässer bietet die Biofilm-Technologie erhebliche Vorteile. Durch die beiden Stufen Nitrifikation und Denitrifikation wird Ammoniakstickstoff (NH₄⁺) im Abwasser schließlich in Stickstoffgas (N₂) umgewandelt und in die Atmosphäre abgegeben.
● Nitrifikation: Unter aeroben Bedingungen wird Ammoniakstickstoff durch nitrifizierende Bakterien (wie Nitrosomonas und Nitrosomonas) zu Nitrat (NO₃⁻) oxidiert.
● Denitrifikation: Unter anaeroben Bedingungen reduzieren denitrifizierende Bakterien Nitrat zu Stickstoffgas.
● Gemeinsame Behandlung: Durch die geschichtete Struktur des Biofilms (die äußere Schicht ist die aerobe Zone und die innere Schicht die anaerobe Zone) kann eine gleichzeitige Nitrifikation und Denitrifikation erreicht werden, was die Effizienz der Denitrifikation erheblich verbessert.
Phosphorentfernung
In einigenAbwasserbehandlungssystemeMikroorganismen (insbesondere Polyphosphatbakterien) in Biofilmen können den Phosphorgehalt im Abwasser senken, indem sie Phosphate im Abwasser absorbieren und speichern. Diese biologische Phosphorentfernungstechnologie wird normalerweise in Kombination mit chemischer Ausfällung verwendet, um bessere Ergebnisse zu erzielen.
Entfernung feuerfester Stoffe
Die vielfältigen mikrobiellen Gemeinschaften in Biofilmsystemen können durch synergistischen Stoffwechsel bestimmte feuerfeste organische Stoffe wie Benzol, Phenolverbindungen und polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe abbauen. Diese Mikroorganismen können unter bestimmten Bedingungen spezielle Enzyme und Oxidationsmittel absondern, um hartnäckige Schadstoffe im Abwasser effektiv zu zersetzen.
Was sind die Anwendungsszenarien von Biofilm-Filtermedien?
Aufgrund ihrer effizienten Schadstoffentfernungsfähigkeit und niedrigen Betriebskosten werden Biofilmfiltermedien häufig in verschiedenen Abwasserbehandlungsszenarien eingesetzt, unter anderem in den folgenden Bereichen:
Städtische Abwasserbehandlung
Biofilmmedien werden häufig in Tropfkörpern, Kontaktoxidationstanks und anderen Prozessen in städtischen Kläranlagen verwendet, um organische Stoffe sowie Stickstoff- und Phosphorschadstoffe aus dem Abwasser zu entfernen. Solche Anlagen erfordern normalerweise Medien, die eine stabile mikrobielle Anhaftungsumgebung bieten, um den Anforderungen der Behandlung mit hoher Belastung gerecht zu werden.
Industrielle Abwasserbehandlung
Industrielles Abwasser kann große Mengen organischer Stoffe und feuerfester Substanzen enthalten. Biofilm-Filtermedien können die Behandlungseffizienz verbessern, indem sie die Vielfalt und Konzentration mikrobieller Populationen erhöhen. Beispielsweise werden Biofilmmedien bei der Abwasserbehandlung in der Pharma-, Lebensmittel- und Chemieindustrie häufig als Hauptbehandlungsmethode eingesetzt.
Abwasser aus Aquakulturen
In der Aquakultur werden Biofilmmedien verwendet, um überschüssigen Ammoniakstickstoff und organische Stoffe aus dem Wasserkörper zu entfernen, das Wasser sauber und die Aquakulturumgebung stabil zu halten. Wirbelschicht-Biofilmmedien werden aufgrund ihrer hohen Behandlungskapazität häufig in Abwasserreinigungssystemen in großen Farmen verwendet.
Ländliche Abwasserbehandlung
In ländlichen Gebieten ist die Biofilmtechnologie aufgrund ihrer einfachen Ausrüstung und Wartung zu einer wichtigen Methode zur Behandlung von häuslichem Abwasser geworden. Das ökologische Abwasserbehandlungssystem mit Biofilmmedien kann Schadstoffe wirksam entfernen und ist gleichzeitig wirtschaftlich und umweltfreundlich.
Wartung und Vorsichtsmaßnahmen bei Biofilm-Filtermedien
Biomembran-Filtermedien müssen im tatsächlichen Betrieb angemessen gewartet werden, um ihren langfristigen und effizienten Betrieb sicherzustellen. Hier sind einige wichtige Überlegungen:
● Regelmäßige Reinigung: Da Schwebstoffe im Abwasser an der Oberfläche des Mediums haften bleiben und so den reibungslosen Wasserfluss sowie die Bildung von Biofilm beeinträchtigen können, sollte das Medium regelmäßig gereinigt werden, um Verstopfungen zu vermeiden.
● Kontrollieren Sie die Qualität des Zulaufwassers: Hohe Konzentrationen giftiger Substanzen oder großer Schwebstoffe können die Stabilität des Biofilms beeinträchtigen. Am Zulaufende sollte daher eine Vorbehandlungseinheit angebracht werden.
● Sorgen Sie für eine angemessene Wasserdurchflussrate: Eine zu hohe oder zu niedrige Wasserdurchflussrate beeinträchtigt die Bildung und Stoffwechseleffizienz des Biofilms, daher müssen die Wasserdurchflussparameter über die Ausrüstung angepasst werden.