MBBR メディアが 2 週間でバイオフィルムを形成できない理由
バイオメディアを素早くバイオフィルムにする方法とは？
著者: コディ・アクアスト
投稿日: 2022 年 4 月 29 日
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MBBR または MBBR テクノロジーとは何ですか? MBBRは汚泥量が少なく、操作・管理が容易な効率的な廃水処理方法です。この記事では、なぜバイオメディアがバイオフィルムを形成できないのかを、MBBRシステムの原理や形成に影響を与える要因などのさまざまな側面から主に紹介します。
MBBRメディアは、MBBR担体の表面に微生物を付着させてバイオフィルムを形成させるものです。担体の表面を廃水が流れると、廃水中の有機物や溶存酸素がバイオフィルムの内部に拡散します。膜内の微生物は酸素の存在下で有機物の分解代謝と生物同化作用を行い、分解代謝物はバイオフィルムから水相や空気中に拡散し、廃水中の有機物を分解します。
記事の概要
●MBBR加工（吊り下げ加工）の原理
● MBBR バイオフィルムに影響を与える要因
1. MBBRバイオキャリアの表面特性
2. 浮遊微生物濃度
3. 浮遊微生物の活動
● MBBR バイオフィルム形成過程における影響因子
1. バイオキャリアフィルムを吊るす過程での力
2. キャリア表面親水性の影響
3. フィルムの吊り下げ挙動に対する温度の影響
4. MBBR担体比表面積と表面粗さがバイオフィルム接着性能に及ぼす影響。
MBBR培地では、有機汚染物質、溶存酸素、およびさまざまな必須栄養素は、まず液相からバイオフィルムの表面に拡散し、次にバイオフィルムの内部に拡散する必要があり、表面またはバイオフィルムの内部に拡散した汚染物質のみが拡散できます。バイオフィルム内の微生物によって分解・変換され、最終的にはさまざまな代謝産物が形成されます。また、MBBR培地では微生物が担体に固定化されているため、SRTとHRT（水圧保持時間）の分離が可能となり、増殖速度の遅い微生物の増殖・繁殖が可能となります。したがって、MBBR 培地は安定した多様な微生物生態系です。
◆ アクアサストMBBRプロプロセスのフロー図
MBBR加工（吊り下げメンブランス加工）の原理
Characklis 氏、Liu 氏らによると、微生物膜の形成は通常 4 つの段階を経ます。MBBR キャリア表面改質,リバーシブルアタッチメント, 取り返しのつかない執着, そしてバイオフィルムの形成.
具体的には次のとおりです。MBBR 担体に吊るされた微生物フィルムは 2 つの段階に分けることができます。微生物の吸着そして隔離の増加.
担体を水域に添加した後、それが最初です吸着期間に入ります。微生物や糸状物質の一部は担体の表面に付着しており、より多くの物質が付着する場所は、水流によってせん断されにくい担体の凹部であることが多い。現時点では、懸濁液中の微生物が大量に増殖し、より明らかな汚泥層が現れます。
微生物は不可逆的に付着した後、担体表面に比較的安定した生育環境を獲得し、担体に吸着した汚泥中の微生物は十分な酸素供給と基質の条件下ですぐに生育を開始します。
培養家畜化時間の増加に伴い、担体の表面上で成長するバイオフィルムも急速に成長し、徐々に担体の表面全体を覆い、厚くなり始めた。しかし、バイオ フィルムの成長は均一ではなく、担体のより突出した部分ではバイオ フィルムが薄くなる一方、凹部では非常に繁栄したコロニーが成長しました。このことは、流体力学的せん断がバイオ フィルムの成長に重要な影響を及ぼしていることを示しています。キャリアに付着するバイオフィルムの量が増えると、キャリアの見掛け密度は徐々に減少し、軽くて流動しやすくなりますが、減少ゾーンにあるキャリアの減少速度は遅くなります。
曝気タンク内で 14 日間放置した後の MBBR メディア バイオフィルム
MBBR バイオフィルムに影響を与える要因
に関連したキャリア表面の性質（キャリア表面の親水性、表面電荷、表面の化学組成、表面粗さ）、微生物の性質（微生物種、培養条件、活性、濃度）および環境要因(pH、イオン強度、水力せん断、温度、栄養条件、微生物と担体との接触時間)。
1. MBBRキャリアサーファCEPRoペルティエス
キャリア表面の電荷特性、粗さ、粒子サイズ、およびキャリア濃度は、その表面でのバイオフィルムの付着と形成に直接影響します。通常の生育環境下では、微生物の表面はマイナスに帯電しています。担体表面の粗さにより、その表面への細菌の付着および固定化が容易になります。
① 担体の表面積は、平滑な表面と比較して、細菌と担体との間の有効接触面積を増加させる。
②担体表面の穴や亀裂などの粗い部分がシールドの役割を果たし、付着した細菌を水圧せん断力から守ります。
小粒径担体は、大粒径担体に比べて相互摩擦が低く、比表面積が大きいため、バイオフィルムを生成しやすいと結論付けられた。さらに、キャリア濃度も MBBR バイオフィルムにとって重要です。
Wagner は、非常に低いキャリア質量濃度では、バイオフィルムの厚さが 295 μm であっても、エアリフト反応器で耐火性廃水を処理する場合、安定した除去速度を達成できないことを発見しました。ただし、20-30 g/L のキャリア濃度では、キャリアの 20% だけが厚さ 75 μn のバイオフィルムを持っていたとしても、リアクターは COD 負荷で安定した (98%) 除去率を達成できました。最大58kg/(m3-d)。
2. 浮遊微生物濃度
一般に、懸濁微生物の濃度が増加すると、微生物と担体とが接触する可能性が増加します。多くの研究の結果は、微生物の付着中に浮遊微生物が臨界濃度になることを示しています。微生物の濃度が増加すると、濃度勾配による微生物の輸送が強化されます。
臨界値に達する前は、液相から担体表面への微生物の輸送と拡散が制御段階となります。この臨界値を超えると、担体表面への微生物の付着と固定化は担体の有効表面積によって制限され、懸濁微生物の濃度には依存しなくなります。しかし、付着と固定化の平衡後の担体表面上の微生物の量は、微生物と担体表面の性質によって決まります。
3. 浮遊微生物の活動
微生物の活性は通常、微生物の比増殖速度 (μ)、つまり単位質量あたりの微生物の増殖および繁殖の速度によって表されます。したがって、バイオフィルム形成の初期段階における微生物の活動の影響を研究する場合、浮遊微生物の比増殖速度を制御することが重要です。Bryersらによる従属栄養性バイオフィルムの形成に関する研究結果は、次のとおりです。担体表面への硝化菌の付着・固定の量と初速度は浮遊硝化菌の活性に比例することを明らかにした。
① 浮遊微生物の生物活性が高いと、細胞外多形体を分泌する能力が高くなります。
② 微生物が生きているエネルギーレベルは、微生物の増殖速度に直接関係します。
③ 微生物の表面構造は、その活動に応じて変化します。
④微生物と担体との接触時間。
⑤ 油圧保持時間（HRT）。
⑥ 液相のpH。
⑦ 流体力学的せん断力。
MBBRバイオフィルム形成過程における影響因子
1. MBBRバイオフィルム化プロセスにおける力
これは、微生物と担体の表面との間の直接相互作用に直接寄与し、MBBR バイオフィルム形成プロセス全体において重要な役割を果たします。
2. キャリア表面親水性の影響
GPUC担体の表面には-OH基やアミド基などの親水基が含まれており、ほとんどの微生物自体が良好な親水性を有しており、担体表面と微生物表面は水素結合構造を形成することができます。一方、親水性担体表面の自由エネルギーは疎水性担体表面の自由エネルギーよりも低いため、水中の微生物は吸着と増殖のために親水性担体表面に接近しやすくなります。
3. MBBRバイオフィルムに対する温度の影響
好気性微生物の適温範囲は10～35度です。水温は硝化細菌の増殖と硝化率に大きな影響を与えます。ほとんどの硝化菌の増殖に適した温度は25〜30度で、温度が25度未満または30度を超えると硝化菌の増殖が遅くなり、10度未満では硝化菌の増殖と硝化が著しく遅くなります。 。
MBBRバイオフィルムテストは10度、20度、35度で実施され、フィルム吊り下げプロセス全体で充填材に付着した微生物の量も測定されました。結果は、10度ではMBBRバイオフィルム形成がゆっくりと始まり、明らかなバイオフィルムが付着するまでに7日かかり、MBBRバイオフィルムは21日後に成熟し、付着バイオマスの最大量は2.1 g/Lであったことを示した。 35度では、MBBR培地は4日後にバイオフィルムを形成し始め、MBBRバイオフィルムは成熟した。付着したバイオフィルムの最大量は、約19日後に3.5 g/Lであった。約 20 度では、2 日後にバイオフィルムが形成され始め、約 10 日後に付着したバイオフィルムの最大量は 5.7 g/L でした。吊り下げフィルムに対する温度の影響はそれほど明白ではなく、バイオフィルムは 15-30 度以内でフィラーの表面に形成され、吊り下げフィルムの開始がより速くなったことがわかります。
温度は生物活性と代謝能力に影響を与える重要な要素であり、硝化反応プロセスに対する温度の影響は主に硝化細菌の増殖パターンと生物活性にあります。
生物活性に対する温度の影響は次のように表れます。生化学反応速度への影響そして酸素移動速度への影響。
2 か月で曝気タンク内の Aquasust Biofilm MBBR 担体媒体を完成
4. MBBR担体比表面積と表面粗さがバイオフィルム付着性能に及ぼす影響
大きな比表面積と粗さにより、微生物を捕捉する担体の能力が向上します。表面粗さが大きい担体は水流への再分配能力が強いため、リアクター内の水流が担体上のバイオフィルムに与えるせん断力が小さくなり、同時に微生物と基質の混合と接触に好ましい内部環境を提供します。 、パッキン表面へのバイオフィルムの蓄積を促進します。粗い表面には滑らかな表面よりも厚い層状境界層があり、良好な静的流体力学的環境を提供できるため、付着した微生物の増殖に対する水流せん断の悪影響が回避されます。