Technologia zawieszonego złoża ruchomego – [MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor]
Współcześnie coraz większą wagę przykłada się do działań dbających o środowisko naturalne. Dynamiczny rozwój cywilizacyjny oraz coraz większa świadomość społeczeństwa na temat negatywnych skutków wzmożonego rozwoju niektórych sektorów gospodarki i produkowanych przez nie zanieczyszczeń, zmuszają do zaostrzania przepisów prawnych dotyczących jakości oczyszczanych ścieków na odpływie z oczyszczalni. Dzięki takim działaniom zmniejszamy wpływ negatywnych substancji na środowisko naturalne. Z tego względu wybór odpowiedniej metody oczyszczania ścieków, nie jest prostym zadaniem. Obecnie stale udoskonala się lub szuka nowych metod oczyszczania ścieków, które pozwolą na jak najlepszą redukcję zanieczyszczeń przy jak najmniejszej powierzchni potrzebnej do budowy oczyszczalni, a generowane koszty inwestycyjne oraz eksploatacyjne będą na jak najniższym poziomie [Litwińska i inni, 2016; Kermani i inni, 2008].
Jednym z bardziej przyszłościowych i przyjaznych środowisku rozwiązań wydaje się być technologia złoża ruchomego (MBBR – Moving Bed Biofilm Reactor). Została ona opracowana pod koniec lat 80 w Norwegii, w celu usuwania substancji organicznych ze ścieków i od tego czasu jest intensywnie rozwijana i badana. Metoda ta wykorzystywana jest przy oczyszczaniu różnych rodzajów ścieków od komunalnych po przemysłowe, pochodzące z sektorów gospodarki takich jak np. przemysł celulozowo-papierniczy, mleczarski, farmaceutyczny. Technologia ta jest alternatywą dla oczyszczalni chemicznych, jest to połączenie dwóch metod biologicznych – osadu czynnego oraz złoża biologicznego. Przyjęto, że rozwój biomasy odbywa się na powierzchni swobodnie poruszających się w reaktorze biologicznym elementach, nazwanych złożem ruchomym. Rozwiązanie to wykorzystuje całą objętość reaktora do rozwoju mikroorganizmów, a także rozwiązuje problem występowania zjawiska kolmatacji złoża, do którego może dojść w technologii złoża biologicznego. Natomiast w porównaniu do technologii osadu czynnego udowodniono, że w wyniku obecności biomasy na nośnikach nie jest konieczne stosowanie recyrkulacji osadu czynnego przez co proces oczyszczania jest tańszy, łatwiejszy oraz eliminuje problemy z pęcznieniem osadu. W taki sposób technologia MBBR wykorzystuje zalety wspomnianych dwóch metod niwelując ich wady [Yan-Xiang i inni, 2017; Żubrowska-Sudoł i inni, 2007].
Technologia ruchomego złoża biologicznego opiera się na procesie immobilizacji mikroorganizmów na swobodnie pływających nośnikach, dzięki temu możliwe jest otrzymanie wysokiego stopnia utlenienia azotu amonowego, nawet przy krótkim czasie przetrzymania ścieków w reaktorze. Nośniki wypełniają reaktor biologiczny, stopień ich wypełnienia powinien być mniejszy niż 70% objętości zbiornika. Kształtki ze względu na swoją gęstość, która jest zbliżona do gęstości wody, pozostają w stanie zawieszenia, jednak aby całkowicie i równomiernie wypełniały objętość reaktora stosuje się odpowiednie metody mieszania ścieków. W zależności od warunków panujących w bioreaktorze ruch może być spowodowany przez cyrkulację pęcherzyków powietrza (w przypadku reaktorów tlenowych) lub przy użyciu mieszadeł mechanicznych (reaktory beztlenowe, anoksyczne) [Kopeć, 2014; Kasmuri, 2014; Wang i inni, 2019; Morgan-Sagastume, 2018].
Reaktory tlenowe technologii złoża ruchomego w pewnych przypadkach mogą wytwarzać pianę. W takiej sytuacji w celu jej usunięcia należy zastosować preparaty, które ją zdyspergują. W przypadku reaktorów pracujących w warunkach aerobowych, które służą do denitryfikacji, ważne jest miejsce zamontowania mieszadła mechanicznego. Aby nie dochodziło do nagromadzenia nośników przy odpływie z reaktora i blokowania przepływu, mieszadło należy umiejscowić naprzeciwko sita odpływowego. Ważna jest również moc pracy mieszadła, nie powinno być ono za mocne, gdyż może to spowodować proces abrazji, czyli ścierania biomasy z kształtek [Kopeć, 2014].
Poniższy rysunek obrazuje opisane sposoby mieszania zawartości reaktorów MBBR.
Rysunek 1. Sposoby mieszania w reaktorze MBBR [Kopeć, 2014]
W reaktorach ze złożem ruchomym biomasa występuje pod dwiema postaciami: zawieszonych kłaczków oraz przede wszystkim jako biofilm. Cienka warstwa złoża biologicznego pokrywa materiały nośnikowe umieszczone w reaktorze, które posiadają nieco mniejszą gęstość niż woda. Zabieg ten pozwala na zawieszenie kształtek w otaczającej cieczy i lepszy kontakt biofilmu z zanieczyszczeniami występującymi w ściekach. Nośniki stosowane w reaktorach biologicznych wykonuje się tylko z kompozytów polimerowych najczęściej z polietylenu (PE) lub polipropyleny (PP). [Sosamony i inni, 2018; Kruszelnicka i inni, 2017].
Obecnie rynek producentów oraz naukowcy badających technologię MBBR poszukuje nowych lepszych rozwiązań materiałów do wypełnienia reaktorów. Jednym z innowacyjnych rozwiązań jest stosowanie nośników złoża ruchomego z kompozytów polimerowo-drzewnych WPC. W porównaniu do polimerów niemodyfikowanych kompozyt ten wykazuje wiele korzystnych cech. Jest to między innymi ich rozwinięta powierzchnia [Kruszelnicka i inni, 2017].
Źródła:
Kasmuri N.: The removal of ammonia-nitrogen and degradation of 17alphaethynylestradiol and mestranol using partial fixed bed continuous reactor (PFBR) and moving bed continuous reactor (MBBR), ProQuest, 2014.
Kermani M., Bina B., Movahedian H., Amin M.M., Nikaein N.: Application of Moving Bed Biofilm Process for Biological Organics and Nutrients Removal from Municipal Wastewater, American Journal of Environmental Sciences 4 (6): 682-689, 2008.
Kopeć Ł.: Ilościowe i jakościowe aspekty procesu denitryfikacji w reaktorze ze złożem ruchomym, Rozprawa doktorska, Politechnika Gdańska, 2014.
Litwińska M., Ginter-Kramarczyk D., Kruszelnicka I.: Technologia złoża ruchomego jako przyszłość w modernizacji oczyszczalni ścieków w Polsce, Inżynieria środowiska – młodym okiem, Tom 21, 2016, (103-125).
Kruszelnicka I., Ginter-Kramarczyk D., Rudawska A., Zajchowski S., Tomaszewska J.: Ocena kąta zwilżania kompozytów polimerowo-drzewnych poddanych działaniu osadu czynnego, Polimery 3 (2017), 208-214.
Morgan-Sagastume F.: Biofilm development, activity and the modification of carrier material surface properties in moving-bed biofilm reactors (MBBRs) for wastewater treatment, Critical Reviews in Environmental Science and Technology, 48: 5, 439-470, 2018.
Sosamony K.J., Soloman P.A.: Treatment of Pretreated Textile Wastewater Using Modified Mbbr, International Journal of Engineering & Technology, 7 (3.8) (2018) 106-110.
Yan-Xiang C., Di W., Hamish R. M., Ho-Kwong C., Guang-Hao C.: Application of a moving-bed biofilm reactorfor sulfur-oxidizing autotrophic denitrification, Water Science & Technology 77(4): wst 2017617, 2017.
Żubrowska-Sudoł M., Jasińska A.: Podział reaktorów ze złożem ruchomym, Gaz, Woda i Technika Sanitarna 3 (2007), 29-31.
Wang S., Parajuli S., Sivalingam V., Bakke R.: Biofilm in Moving Bed Biofilm Process for Wastewater Treatment, [Online First], IntechOpen, 2019.
