MBBR载体介质及其各自的扩散深度

在废水生物处理领域，越来越多的生物膜载体应用于所谓的移动床生物膜反应器(MBBR)。在这种系统中，载体在反应堆内部混合，并保持永久悬浮状态。该系统不需要任何回流污泥再循环，因此，在载体上生长缓慢的微生物与载体本身一起被保留在系统中。高性能生物膜载体的可用性是近年来发展起来的，这当然是MBBR应用增加的原因之一。这种发展是生物膜技术领域的研究、聚合物技术的优化利用、工艺技术应用以及长期运行的大型工厂运行效果评价等多种因素共同作用的结果。

在这一应用领域优化产品开发的一个重要原因源于以下问题:

“在操作中使用该产品可以达到何种生物去除率，如何实现恒定去除率和过程稳定性?”

即使是决策者也必须问自己这个问题，并需要获得可靠的设计数据才能得出正确的结论:

在过去，各种制造商所标明的表面积，无论它们分别指的是受保护的表面积还是计算出的总表面积，并不是评估各自应用所需或所需生物去除率的唯一关键特征。比表面积只是塑料供应商之间竞争的一个比较性数字。这一比较数字主要是通过几何定义，平原和无孔塑料零件计算，基于新的非殖民化载体直接来自生产过程。在实践中，关于废水生物处理，“理论”表面积的指示只在一定程度上有帮助，并可能给决策者带来问题。因此，生物去除厌氧氨氧化、反硝化和硝化工艺应用以及cod去除的性能问题，不能仅通过表面积来可靠地回答。

反过来，有多少“活性”生物量可以建立在载体介质上是至关重要的，因此，什么效率和去除率可以达到。为了为所需要的微生物提供最佳的栖息地，生物量必须永久固定在载体介质上。任何在移动过程(移动床)中迅速被剪掉或冲洗掉的生物量都不会给像硝化菌或厌氧氨氧化菌这样缓慢生长的生物以机会。因此，需要永久地建立生物膜。

只要微生物没有得到足够的营养，大的表面积或巨大的生物量都是不利的。因此，市场上可获得的众多载体的形状或几何形状起着重要作用。在这里也一样，不是载体介质的原始和未使用的条件，而是在污水处理厂运行过程中稍后建立的生物量是至关重要的。为了达到最佳的生物去除率，生物量必须严格地“活跃”。由于缺乏营养而死亡的生物量是无用的，也不能促进所需的代谢过程。

“活性生物量”的名称应指生物量中的所有微生物都能充分获得必需的氮(N)、磷(P)、废水污染物的代谢，以及氧气(如果需要)。上述基质和氧气的所谓供给通道就是扩散深度。对于生物质(或生物膜)内部的生物供应，依赖于反应时间的扩散深度被限制在0.2 - 0.5 mm。

随后，位于生物量下层的生物得不到足够的底物供应而死亡。因此，0.5 mm深度以下的层对代谢过程(去除率)没有贡献，反过来也不能被考虑为指示各自载体的去除率。事实上，由于污染过程和h2s的产生，死亡的生物量甚至会对其上面的活性生物量/生物膜产生负面影响。

生物膜与底物和氧气的最佳供应达到层厚/深度约。0.5毫米。

因此，研究和开发所要完成的任务是，除其他外，创造一个允许生物膜生长的表面。厚度可达0.5毫米，以确保适当的扩散。

如果生物膜建立在均匀/平坦或光滑的表面上，它往往会迅速被冲洗掉，并以不受控制的方式被冲洗掉，或者分别生长在下层含有不活跃生物量的厚而不受控制的生物膜上。这两种情况都是消极的。

任务是将活性生物量保护到大约一层厚度。一方面是0.5 mm(符合最佳扩散工艺的理想条件)，另一方面是对上述层厚的遵守;避免过度生长和太厚的层。因此，通过载体配置，必须设法创造剪切/去除多余污泥的机会，从而保持高达0.5 mm的生物膜厚度。载体盘的厚度对活性生物膜的形成至关重要。

因此，目前市场上可用的所有载体，无论分别是空心体载体、管状或螺旋形或海绵载体配置，都是不充分的，不能满足这一要求。

理想的要求可以通过使用薄的、圆盘状和多孔的载体来实现，而最佳的和活跃的生物膜建立在孔隙内，任何多余的污泥被剪切力去除。由于废水(反应槽)中载体的运动，当圆盘表面相互接触时产生剪切力。

当使用管状载体时，不可能从载体内部区域的剪切力效应中获益，这已被证明是一个显著的缺点。

当使用1.0 - 1.2 mm厚度的稳定、多孔、圆盘形载体时，活性生物膜可以在孔隙内部建立，因此，基质的供应可以从载体的两侧受到影响。

另一个需要满足的要求是最大限度地减少磨损。在大多数情况下，载体发生磨损和磨损的原因是动能，即减慢在水中移动的物体所需要的能量。任何非弹性、大而重的管状/空心体载体，甚至可能包含大量的死生物质，与轻量化、柔性的圆盘形载体相比，表现出不利的动力学行为。塑料材料中的柔性“缓冲区”最大限度地减少了磨损。此外，生物膜作为润滑剂层。

为了确定载体介质的要求以及去除率(而不是表面积)，除了一般设计数据外，还需要确定废水设计温度，因此，与竞争对手进行比较不可或缺。因此，水的设计温度在计算载体介质需求时起着重要作用。任何想要进行比较的人都必须在相似(相等)的前提条件下进行比较，因此要考虑相同的设计温度。

只有在基本要求得到满足，载体介质供应商能够提供包括去除率在内的设计证据和大规模参考资料的情况下，才能对风险进行评估并由决策者承担。

总而言之，可以这样说，由各生产商计算的生物去除率-而不仅仅是表面积-是用来确定去除目标的。在植物运行过程中，最佳载体几何是适当满足生物需求从而保证生物膜最佳发展的严格要求。