Przegląd procesu MBBR 

MBBR (reaktor biofilmowy o ruchomej łóżku) to innowacyjny proces biologiczny stosowany w oczyszczaniu ścieków. W tym systemie plastikowe nośniki o dużej powierzchni swobodnie krążą w reaktorze, a mikroorganizmy rozwijają się w warstwie biofilmu utworzonej na nich. Te mikroorganizmy oczyszczają wodę, rozkładając substancje organiczne, związki azotowe i inne zanieczyszczenia w ściekach. Technologia MBBR łączy zalety klasycznych systemów osadu czynnego i systemów z ustabilizowanym biofilmem (np. filtr kropelkowy). Stała się popularna zarówno w przemysłowym, jak i domowym oczyszczaniu ścieków dzięki swoim zaletom, takim jak wysoka wydajność oczyszczania, kompaktowy design (mniejsze objętości zbiorników) oraz łatwość obsługi. Poniżej szczegółowo opisano wszystkie etapy procesu oczyszczania MBBR, wraz z parametrami, które należy monitorować na każdym etapie, ich interpretacją oraz wykorzystywanym sprzętem. Ponadto, omówiono obszary zastosowań MBBR, typowe zanieczyszczenia, które można leczyć, normy zrzutowe w Turcji i UE, kryteria projektowe, porady dotyczące projektowania/eksploatacji oraz punkty, które należy wziąć pod uwagę.

Etapy procesu oczyszczania MBBR i parametry do monitorowania 

Zintegrowana oczyszczalnia ścieków MBBR zazwyczaj składa się z wstępnego oczyszczania, oczyszczania podstawowego, oczyszczania biologicznego (reaktory MBBR), oczyszczania wtórnego (sedymenacja) i, w razie potrzeby, zaawansowanego oczyszczania & dezynfekcji. Na każdym etapie mierzy się i interpretuje pewne parametry, aby zapewnić efektywne działanie procesu. Ponadto, na każdym etapie stosuje się różny sprzęt. Poniżej znajdują się informacje etap po etapie:

Wstępne oczyszczanie 

Wstępne oczyszczanie to pierwszy krok w usuwaniu dużych cząstek stałych z ścieków, takich jak osadzający się piasek i olej. Ten etap chroni kolejne procesy biologiczne przed nagłymi obciążeniami i uszkodzeniami fizycznymi. 

Parametry do zmierzenia 

Przepływ: Wydajność ścieków wejściowych powinna być mierzona ciągle. Wysokie wydajności mogą prowadzić do ryzyka powodzi i przeciążenia sprzętu, dlatego są monitorowane za pomocą przepływomierza. Dane dotyczące przepływu interpretowane są w celu podjęcia środków ostrożności lub ustalenia objętości bilansowej w przypadku przekroczenia pojemności projektowej. 

pH: Wartość pH ścieków doprowadzonych jest kontrolowana. Szczególnie w ściekach przemysłowych, zbyt niskie lub wysokie pH może uszkodzić procesy biologiczne. Wartość pH powinna być ogólnie utrzymywana w przedziale od 6 do 9; jeśli jest poza tym zakresem, wymagane są takie środki jak neutralizacja. 

Temperatura: Temperatura ścieków jest mierzona. Wysokie temperatury (np. >40°C) mogą negatywnie wpływać na mikroorganizmy, podczas gdy niskie temperatury spowalniają szybkość reakcji biochemicznych. Mierzona temperatura jest interpretowana w celu przewidzenia wydajności mikroorganizmów działających na etapie biologicznym. 

Obciążenie odpadami stałymi: Ilość gruboziarnistych odpadów zatrzymywanych w ekranach oraz ilość piasku gromadzącego się w pułapce żwiru jest monitorowana (dzienna objętość lub masa usuniętych odpadów). Parametry te wskazują na efektywność wstępnego traktowania. Na przykład, jeśli zatrzymuje się duża ilość odpadów stałych, interpretuje się to jako wysokie obciążenie zanieczyszczeniami w ściekach, a plany utylizacji są odpowiednio dostosowywane. 

Główne urządzenia używane 

Ekrany: Gruboziarniste i drobne ekrany zatrzymują duże ciała stałe (materiały włókniste, tworzywa sztuczne, butelki PET itp.) w ściekach. Zwykle stosowane są ekrany mechanicznie czyszczone. Po ekranie gruboziarnistym znajduje się ekran drobny z węższymi szczelinami. 

Pułapka żwiru: To jednostka, która oddziela nieorganiczne cząstki, takie jak piasek i żwir, w ściekach, poprzez ich osadzanie. Może być typu powietrznego lub niewentylowanego (przepływ poziomy). Materiał gromadzony w pułapce żwiru jest okresowo czyszczony. 

Separatory oleju: Służą do oddzielania oleju i tłuszczu znajdujących się szczególnie w ściekach przemysłowych i kuchennych poprzez unoszenie. Warstwa oleju, która unosi się na powierzchni, jest usuwana za pomocą skrobaków. 

Zbiornik wyrównawczy: Zwykle po wstępnym traktowaniu znajduje się zbiornik wyrównawczy, aby zredukować wahania w przepływie i stężeniach zanieczyszczeń. Ten zbiornik zapewnia, że ścieki są homogenizowane i dostarczane do jednostki biologicznej z stałym przepływem przez pompę. Używanie mieszadeł w zbiorniku wyrównawczym zapobiega osadzaniu się ciał stałych, a jakość ścieków jest równoważona w czasie. 

Stacja pomp: Pompowanie jest stosowane do przesyłania ścieków z wstępnego traktowania do reaktora biologicznego(-ych) z pożądaną prędkością przepływu i ciśnieniem. Mierniki przepływu zazwyczaj znajdują się w stacjach pomp lub na wylocie ze zbiornika wyrównawczego. 

Osadnictwo wstępne 

Traktowanie wstępne to etap, w którym zawieszone ciała stałe i niektóre zanieczyszczenia organiczne są usuwane przez sedymentację grawitacyjną. W procesie MBBR sedymentacja wstępna może być stosowana w zależności od przepływu i obciążenia zanieczyszczeniami; jej celem jest zmniejszenie ładunku docierającego do reaktora biologicznego. 

Parametry do zmierzenia i interpretacja 

Całkowite zawieszone ciała stałe (TSM) wlot/wylot: Stężenie TSM (mg/L) w ściekach na wlocie i wylocie ze zbiornika sedymentacyjnego wstępnego jest mierzone. Różnica między wlotem a wylotem wskazuje, ile zawieszonych ciał stałych zatrzymuje wstępne traktowanie. Na przykład, jeśli TSM na wlocie wynosi 300 mg/L, a TSM na wylocie 150 mg/L, oznacza to, że następuje usunięcie 50% zawieszonych ciał stałych. Wysokie usunięcie TSM oznacza mniejsze obciążenie w następnym etapie biologicznym. 

Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (COD) wlot/wylot: Oprócz niektórych rozpuszczonych substancji organicznych, część zawieszonych substancji organicznych może być usunięta przez sedymentację wstępną. Mierząc wartości COD na wlocie i wylocie, można zrozumieć, jak bardzo wstępne traktowanie zmniejsza obciążenie organiczne. Zwykle sedymentacja wstępna może usunąć 20-30% COD i 25-35% BOD. Jeśli efektywność wstępnego traktowania jest niska, można interpretować, że cząsteczkowe substancje organiczne w ściekach są drobne lub że czas retencji w zbiorniku jest niewystarczający. 

Objętość i właściwości osadu osadzonego: Objętość i właściwości (gęstość, zawartość wody) osadu zgromadzonego na dnie podstawowego zbiornika osadowego są monitorowane. Wzrost objętości osadu może wskazywać na wysokie obciążenie na wejściu. Wiek osadu zgromadzonego nie ma tutaj znaczenia (jest to surowy osad podstawowy), ale wydajność zbiornika maleje, jeśli wystąpi nadmierne gromadzenie. Wysokość/objętość osadu mierzone co pewien czas służy do określenia częstotliwości pompowania. 

Główne urządzenia używane 

Podstawowy zbiornik sedymentacyjny: Zwykle jest to zbiornik sedymentacyjny w kształcie okrągłym (z centralnym zasilaniem) lub prostokątnym. Podczas gdy ścieki powoli przepływają przez ten zbiornik przez określony Czas Retencji Hydraulicznej (HRT) (zwykle 1-2 godziny), ciała stałe osiadają na dnie. Na powierzchni zbiornika znajdują się wolno poruszające się mosty kolektorowe; zgarniacze przesuwają osad na dnie w kierunku centrum lub lejka i wysyłają go do linii usuwania osadu. Olej i piana na powierzchni są zbierane i usuwane przez zgarniacze powierzchniowe. 

Pompowanie osadu i pit odpowiednich osadów: Surowy osad podstawowy zbierany na dnie podstawowego zbiornika jest przesyłany do jednostki przetwarzania osadu (np. zagęszczacz osadu) za pomocą pompy. Kontrola pompy następuje, gdy osiągnięta zostanie żądana maksymalna akumulacja osadu w zbiorniku. 

Sprzęt pomiarowy: Punkty poboru próbek do pomiaru TSS znajdują się zazwyczaj w wylocie zbiornika. Można również używać czujników online (np. czujników mętności). Mierniki przepływu mogą być umieszczone na wlocie lub wylocie zbiornika. 

Biologiczne leczenie – Reaktory MBBR 

Ten etap jest sercem procesu MBBR. Dzięki biofilmowi, który rozwija się w nośnikach, następuje utlenianie substancji organicznych i usuwanie składników odżywczych (azot, fosfor) w tych reaktorach. Leczenie biologiczne jest zazwyczaj projektowane jako wielostopniowy reaktor: Na przykład, aerobowy MBBR skoncentrowany na usuwaniu węgla (usuwanie BOD/COD) w pierwszym etapie, aerobowy MBBR skoncentrowany na nitryfikacji w drugim etapie; lub jeśli pożądane jest całkowite usunięcie azotu, anoksyczny MBBR + aerobowy MBBR mogą być zorganizowane w sposób sekwencyjny. Każdy reaktor zawiera określoną procentową (% wypełnienia) ilość plastikowych nośników biofilmu. 

Parametry do zmierzenia i interpretacja 

Poziom tlenu rozpuszczonego (DO): W aerobowych reaktorach MBBR, DO jest parametrem monitorowanym na bieżąco. Zwykle tlen rozpuszczony dostarczany jest na poziomie ~2 mg/L. Wartość DO poniżej 1 mg/L wskazuje na niedobór tlenu, co spowolni degradację substancji organicznych i nitryfikację. Nadmiernie wysoki DO (>4 mg/L) wskazuje na marnotrawstwo energii. Operatorzy dostosowują moc dmuchawy w zależności od wartości uzyskanej z czujników DO; w ten sposób osiągane są zarówno efektywne leczenie, jak i optymalizacja energii. DO jest szczególnie krytyczny dla nitryfikacji (utlenianie amonu do azotynu/azotanu) i nie powinien spaść poniżej co najmniej ~1.5–2 mg/L. 

pH i alkaliczność: W reaktorach biologicznych, pH utrzymuje się w granicach 6.5–8.5. Reakcje biochemiczne (szczególnie nitryfikacja) zużywają alkaliczność i mogą obniżać pH. pH jest mierzone na bieżąco; jeśli pH spadnie poniżej < 6.5, wskaźnik nitryfikacji znacząco spada i, jeśli to konieczne, stosuje się dawkowanie chemiczne zasadowe (np. węglan sodu lub wapno). Wysokie pH (>9) może również zaszkodzić mikroorganizmom. Monitorowanie alkaliczności jest ważne dla interpretacji zdolności do nitryfikacji – na przykład, usunięcie 1 mg NH4-N przez nitryfikację zużywa ~7 mg/L alkaliczności CaCO₃, więc konieczne jest dodatkowe zastosowanie, jeśli alkaliczność wpływająca spadnie poniżej pewnej wartości. 

Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (COD) i biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (BOD5): Wartości COD/BOD w wodzie wpływającej i wypływającej z reaktora MBBR są mierzone w określonych odstępach czasowych (próbki kompozytowe dzienne). Różnica między wpływem a wypływem pokazuje wydajność usuwania materii organicznej w procesie biologicznym. Na przykład, jeśli COD wynosi 500 mg/L przy wejściu do MBBR, a 100 mg/L przy wypływie, rozumie się, że osiągnięto 80% usunięcia. Jeśli zaobserwowane usunięcie jest niższe niż oczekiwano (parametry są wysokie), może to być spowodowane niewystarczającym zajęciem nośnika, niską temperaturą, toksycznym wpływem lub niewystarczającym tlenem - interpretacja odbywa się na podstawie tych wyników. 

Azot amonowy (NH4-N) i azotany (NO3-N): Szczególnie w systemach celujących w nitryfikację/denitryfikację, związki azotu są regularnie monitorowane. Amonium (NH4⁺) jest mierzone przy wypływie tlenowym MBBR; wysokie wartości amoniaku (powyżej oczekiwań) wskazują na niewystarczającą nitryfikację. Interpretacja tego jest taka, że albo wiek osadu (wiek biofilmu) jest niewystarczający, DO jest niewystarczające, lub czynniki takie jak temperatura/pH mogą być przyczyną. Azotany (NO3⁻) są mierzone po denitryfikacji, jeśli istnieje etap denitryfikacji beztlenowej; wysokie azotany wskazują na niewystarczającą denitryfikację. Jeśli istnieje reaktor beztlenowy, można również wykonać pomiar Potencjału redoks (ORP) – spadek ORP do około ~-100 mV wskazuje, że warunki beztlenowe są spełnione i że istnieje odpowiednie środowisko dla denitryfikacji. 

Azot całkowity (TN) i całkowity azot Kjeldahla (TKN): Analizy azotu całkowitego (TKN + NO2+NO3) są wykonywane okresowo w celu monitorowania jakości ścieków. Wartość TN ma na celu sprawdzenie zgodności leczenia z przepisami ochrony środowiska (szczególnie w zakresie norm dotyczących odprowadzania do środowiska). Wysoki TN wskazuje na brak nitryfikacji lub denitryfikacji, a proces jest przeglądany. 

Związki fosforu (P): Ponieważ systemy MBBR same nie usuwają wiele fosforu, monitoruje się pomiar ortofosforanów wejściowych/wypływowych lub całkowitego fosforu, jeśli zintegrowano chemiczne usuwanie fosforu. Wysokie wartości fosforu wskazują na potrzebę zwiększenia dawki chemicznej lub dodatkowego leczenia, jeśli to konieczne. (Uwaga: Biologiczne usuwanie fosforu jest ograniczone do MBBR, precypitacja chemiczna jest zazwyczaj zintegrowana.) 

Stała obserwacja i inne parametry: Temperatura w reaktorze biologicznym jest również monitorowana (może spaść zimą, szczególnie w otwartych zbiornikach). Kiedy temperatura spada, obserwuje się i interpretuje, że szybkości reakcji biologicznych maleją (np. szybkość nitryfikacji spowalnia przy <15°C). Zapach i obserwacja wizualna są również ważne: Obserwacje operacyjne, takie jak stan powierzchni nośników (kolor biofilmu powinien być brązowy/beżowy; czarny kolor może wskazywać na anaerobizację), stan piany (nadmierna piana może wskazywać na nadmierną aktywność biologiczną lub obecność surfaktantów) są również częścią monitorowania parametrów. Jeśli to konieczne, można przeprowadzić analizy mikroskopowe w celu zrozumienia składu mikroorganizmów na biofilmie (szczególnie obecność bakterii nitryfikujących, organizmów nitkowatych itp. można zbadać). 

Główne urządzenia używane 

MBBR Reaktör Tankı: Genellikle beton veya çelikten yapılmış dikdörtgen veya silindirik tanklardır. Her reaktör, belirlenen Hidrolik Tutma Süresi (HRT) için suyu tutacak şekilde tasarlanmıştır (örneğin, organik giderim için ~4-6 saat, nitrifikasyon için ek 4-6 saat, toplam HRT). Biofilm taşıyıcı medyalar reaktörde bulunmaktadır. Taşıyıcılar genellikle silindirik veya özel şekillendirilmiş parçacıklar olup, polietilene benzer bir malzemeden yapılmıştır, ~1-3 cm çapındadır. Medyanın yoğunluğu suya yakın olduğu için (~0.95-0.98 g/cm³), su akışında askıda kalırlar. Reaktördeki taşıyıcıların hacimsel doldurma oranı genellikle %40-60 aralığındadır (~%50 tasarımda sıklıkla kullanılan bir değerdir). Bu, örneğin, 100 m³'lük bir reaktörün ~50 m³ hacminde taşıyıcıya sahip olacağı anlamına gelir. Daha yüksek dolum oranları (%70'in üstü) önerilmez çünkü medyanın hareketliliği ve oksijen transferi kısıtlanabilir. 

Havalandırma Sistemi: Aerobik MBBR tanklarında, altta ince/kaba kabarcık difüzörleri ve onlara hava üfleyen fanlar bulunur. Difüzörler, ortama sürekli hava sağlayarak iki işlevi yerine getirir: (1) Oksijen sağlama (2) Medyanın homojen dağılımını sağlama. Difüzörler, tank boyunca herhangi bir ölü alan kalmayacak şekilde altta eşit aralıklarla yerleştirilmiştir. Fan kapasitesi, otomasyon ile ayarlanan DO belirli değerine göre modüle edilebilir. Anoksik tankların fanı yoktur; bunun yerine, mekanik karıştırıcılar suyu karıştırmak için kullanılır (taşıyıcıları askıda tutmak için). 

Medya Tutma Ekranları: Her reaktör tankının çıkışında, suyun bir sonraki bölüme taşınması sırasında taşıyıcı parçacıkların kaçmasını önleyen paslanmaz çelik süzgeçler/elekler bulunur. Bu ekranlar, genellikle reaktör çıkışında dikey silindir veya düz levha biçiminde yakın aralıklı (örneğin 3-5 mm) kama telleri veya delikli levhalar şeklinde olabilir. Taşıyıcı medya bu ekranlardan geçemez ve reaktörde kalır, bu arada işlenmiş su serbestçe ekranlardan akar. Ekranların, medya tıkanmasını önlemek için belirli aralıklarla arka yıkama sistemi veya fırça temizleme sistemi olabilir. 

İçsel Dolaşım Pompası: Toplam azot giderimi hedeflenirse (nitrifikasyon + denitrifikasyon), aerobik (nitrifikasyon) reaktörün çıkışındaki nitratı anoksik reaktöre geri döndüren bir içsel dolaşım pompası kullanılır. Örneğin, nitrifikasyon tankı çıkışı hızının %200-400'ü anoksik reaktöre geri dönebilir. Bu pompa, nitrat bakımından zengin suyu bir boru hattı yoluyla anoksik bölgeye taşır; burada heterotrofik bakteriler organik maddeleri kullanarak nitratı denitrifiye eder. Bu ekipmanın performansı, hedeflenen toplam azot giderimi için kritik öneme sahiptir; belirlenen dolaşım oranı ile çıkış nitrat konsantrasyonu arasındaki ilişki izlenmektedir. 

Sensörler ve Ölçüm Cihazları: Çevrimiçi sensörler MBBR reaktörlerinde yaygın olarak kullanılmaktadır. DO probu, pH probu, sıcaklık sensörü, ORP probu (anoksik tanklarda) gibi ekipman sürekli veri sağlar. Bu sensörlerin verileri PLC/SCADA sistemine aktarılır ve operatörün gerçek zamanlı izleme yapmasına olanak tanır. Ayrıca, gerektiğinde örnek almak için (örneğin laboratuvar analizi için COD, NH4, NO3 ölçümleri) tapalar/portlar bulunmaktadır. 

İkincil Saflaştırma – Çökeltme 

MBBR reaktörlerinden çıkan su, biyofilm parçacıkları ve biyolojik arıtımın bir sonucu olarak ayrılan kalan askıda katı maddeleri içerir. İkincil tortulama, bu katı maddeleri sudan ayırarak arıtılmış suyu berraklaştırma sürecidir. MBBR sisteminde, aktif çamur sürecindeki gibi yoğun bir çamur geri dönüşüm döngüsü yoktur; ancak biyofilmden kopmuş mikroorganizmalar ve ince askıda maddeler tortulanmalı ve temizlenmelidir. Bu aşama sayesinde, çıkış suyu deşarj standartlarını karşılayacak düşük bir TSS’ye sahiptir. 

Parametry do zmierzenia i interpretacja 

Askıda Katılar (SS) ve Bulanıklık: İkincil tortulama tankı çıkış suyundaki SS konsantrasyonu kritik bir performans göstergesidir. Genel olarak, <30 mg/L SS hedeflenir (standartlarla uyum için). Çevrimiçi bulanıklık ölçüm cihazları sürekli izleme sağlayabilir. Eğer çıkış SS değerleri artarsa (örn. 50+ mg/L), bu tortulama verimliliğinin azaldığını gösterir. Bir yorum olarak, tortulama tankındaki yükün yüksek olduğunu, hidrolik tutulma zamanının yetersiz olduğunu veya olası bir çamur sızıntı problemi olduğunu anlayabiliriz. Gerektiğinde, tortulama tankındaki yüzey yükü azaltılarak (akış hızını azaltarak) veya kimyasallar ekleyerek ve flok oluşumunu iyileştirerek müdahale edilir. 

Tortulayan Katılar ve Çamur Hacmi İndeksi (SVI): İkincil çamurun kalitesini değerlendirmek için, çamur hacmi indeksi (SVI) laboratuvar ortamında belirli periyotlarda ölçülebilir. Bu, ayrılan biyofilm parçacıklarının tortulama özelliklerini gösterir. SVI, MBBR sistemlerinde, flokların daha ağır ve yoğun olabileceğinden dolayı genellikle aktif çamur sistemlerinden daha düşüktür. Yüksek bir SVI (örn. >150 mL/g) kötü tortulama anlamına gelir ve su yüzeyinde bulanıklık/kalan çamur olabilir. 

Yüzey Köpüğü ve Katı Birikimi: Tortulama havuzunun yüzeyinde birikim (yüzen çamur tabakası) olup olmadığını gözlemleyin. Varsa, bu tipik olarak çamurun yaşlanması veya denitrifikasyon gazlarının yüzeye çıkmasıyla ilişkilidir. Bu durumda, yüzey skimmer’ları çalışır durumda olmalı ve gerekirse çamurun tutma süresi kısaltılmalıdır. 

Główne urządzenia używane 

İkincil Tortulama Tankı: Genellikle, merkezden beslenen dairesel şekilli, büyük çaplı tortulama tankları kullanılır. MBBR atıksuyu, tankın merkezinde bir dağıtıcı yapı aracılığıyla beslenir, su yavaşça yukarı ve radyal olarak akarken, katılar dipte tortulanır ve arıtılmış su üst kenar taşkınlarından akar. İkincil tankın yüzeyinde yavaş dönen bir köprü ve kazıyıcı paddle’lar bulunmaktadır; bunlar dipteki çamuru merkeze doğru süpürerek yüzeydeki yüzen çamuru bir hoperde toplar. Dipte tortulayan çamur esasen biyofilmden kopmuş olan kalıntı biyomassadır ve atık çamur olarak sistemden çıkarılır. (MBBR’de aktif çamur gibi sürekli bir geri dönüş döngüsü olmadığından, bu çamur genellikle doğrudan atılır veya minimum geri dönüşümlüdür.) 

Lamella Ayırıcılar (İsteğe Bağlı): Yer tasarrufu sağlamak amacıyla, bazı MBBR sistemlerinde klasik büyük tortulama havuzu yerine kompakt lamella tortulama üniteleri kullanılabilir. Bu ekipmanlarda, tortulama yüzeyi artırılır ve eğik plakalar veya tubul yerleşimleri sayesinde aynı hacimde daha etkili bir tortulama elde edilir. Parametre izleme (SKM giderimi) açısından işlev aynıdır. 

​DAF (Unoszonezanie Powietrzem) (Opcjonalnie): Szczególnie w zastosowaniach przemysłowych, po biologicznym oczyszczaniu, bardzo drobne i lekkie cząstki można oddzielić, unosząc je za pomocą pęcherzyków powietrza przy użyciu jednostki DAF. DAF może być stosowany jako alternatywa lub dodatek do wtórnego osadzania. Zawiera system dozowania sprężonego powietrza i wyposażenie w skrobaki. Pomiary AKM są również prowadzone na wylocie z DAF, a typowo można osiągnąć bardzo niskie (<10 mg/L) stężenia ciał stałych. 

Pompa osadu: Osad zbierany na dnie zbiornika wtórnego osadzania jest okresowo wypompowywany przez pompę. Ta pompa jest zazwyczaj aktywowana w stałych odstępach czasowych i przesyła nagromadzoną nadwyżkę biomasy do jednostek przetwarzania osadu. W systemie MBBR, ten osad jest traktowany jako „osad biofilmu odpadowego”. Pompa zwrotna (RAS) nie działa ciągle jak w systemie osadu czynnego, ponieważ większość biomasy pozostaje na powierzchniach nośników. 

Narzędzia pomiarowe i kontrolne: Na wyjściu zbiornika osadowego może znajdować się czujnik AKM lub czujnik mętności (NTU). Dodatkowo, mierzy się tu przepływ wody wylotowej i, jeśli to konieczne, wskaźnik przesyłania do systemu chlorowania/UV. Operatorzy przeprowadzają okresowe kontrole, aby monitorować stan osadu na powierzchni; w niektórych systemach możliwa jest zdalna obserwacja za pomocą systemów kamer powierzchniowych. 

Zaawansowane oczyszczanie i dezynfekcja (Oczyszczanie tretarne & dezynfekcja) 

Woda uzyskana po MBBR + wtórnym osadzaniu zazwyczaj spełnia normy regulacyjne dla zrzutu do otoczenia odbiorczego. Jednak w niektórych przypadkach może być konieczne dalsze oczyszczanie: Na przykład, filtracja, jeśli pożądane są bardzo niskie zawartości zawiesiny, chemiczne usuwanie fosforu, usuwanie patogenów przez ** dezynfekcję ** lub specjalne usuwanie zanieczyszczeń przez zaawansowaną oksydację. Ten etap poprawia jakość ścieków i przygotowuje wodę do celów takich jak ponowne wykorzystanie (nawadnianie, woda przemysłowa). 

Parametry do zmierzenia i interpretacja 

Mętność i TUS (Po filtracji): Jeśli użyto filtra piaskowego, filtra tarczowego itp., mierzy się mętność (NTU) wody wylotowej filtracji. Zazwyczaj celem jest uzyskanie bardzo niskiej mętności ≤5 NTU. Ta wartość jest również krytyczna dla skuteczności dezynfekcji (niska mętność zwiększa dostępność promieni UV lub chloru do mikroorganizmów). Jeśli zaobserwowano wysoką mętność, interpretuje się to, że może występować zator w filtrze lub problem z mediami, a częstotliwość płukania wstecznego jest dostosowywana. 

Stężenie fosforu (P): Jeśli przeprowadzono chemiczne usuwanie fosforu (na przykład, dodano środek koagulujący w pobliżu wylotu i przeprowadzono strącanie/filtrację), analizowane jest całkowite stężenie fosforu w oczyszczonej wodzie. Ogólnie, celem jest osiągnięcie 1-2 mg/L poniżej zgodnie ze standardami środowiska odbiorczego. Dawka chemiczna (taka jak FeCl₃, Al₂(SO₄)₃) jest optymalizowana w zależności od zmierzonej wartości. Jeśli pozostaje wysokie stężenie fosforu, wyciąga się wnioski, że należy zwiększyć dawkę chemiczną lub wymagana jest dłuższa czas reakcji. 

Parametry mikrobiologiczne: Jeśli ma być stosowana dezynfekcja, regularnie testuje się liczbę bakterii coli, E. coli lub coli fekalnych przed i po leczeniu. Te parametry są krytyczne dla skuteczności dezynfekcji, szczególnie jeśli oczyszczona woda ma być ponownie wykorzystywana lub zrzucana do wody kąpielowej. Na przykład, jeśli po dezynfekcji chlorowej pożądane jest, aby całkowita liczba coli <1000/100 mL, jest to weryfikowane pomiarami. Jeśli wykryte zostaną bakterie powyżej norm, interpretuje się to jako problemy z niedostateczną dawką lub czasem kontaktu. 

Reszta Chloru (Meżeli dostępne): Jeśli dezynfekcja jest przeprowadzana z użyciem chloru, wolny resztkowy chlor jest mierzony w wodzie odpływowej. Dawkowanie jest zazwyczaj wykonywane tak, aby wolna reszta chloru wynosiła ≥0,5 mg/L na końcu czasu kontaktu z wodą. Jeśli zmierzona wartość resztkowego chloru jest poniżej tego poziomu, dawka jest zwiększana; jeśli jest zbyt wysoka, może być konieczne usunięcie chloru (neutralizacja z użyciem bisulfitu sodu) przed zrzutem. 

Przepuszczalność UV (Jeśli dotyczy): W systemach dezynfekcji UV monitoruje się przepuszczalność UV wody (% przepuszczalności przy długości fali 254 nm). Wysoka przepuszczalność UV (>60-70%) jest odpowiednia do dezynfekcji; jeśli przepuszczalność UV jest niska (woda zabarwiona lub zanieczyszczona substancjami organicznymi), dawka urządzenia UV może być niewystarczająca, w takim przypadku należy rozważyć wstępne traktowanie/filtrację. 

Główne urządzenia używane 

Jednostki Filtracyjne: Filtry piaskowe (filtry ciśnieniowe lub grawitacyjne) oraz filtry dyskowe mikrowłóknowe lub filtry kartuszowe są używane do dalszej klarifikacji wody po MBBR + sedymentacji. Te urządzenia mają okresowe systemy płukania wstecznego. Zwykle przed filtrem znajduje się pompa zasilająca oraz wskaźniki ciśnienia z przodu (wzrost różnicy ciśnień wskazuje na zatykanie filtra, automatyczne płukanie wsteczne jest uruchamiane przy określonej różnicy). 

Filtry Węglowe (Opcjonalnie): Filtry węgla aktywnego (GAC) są używane w niektórych systemach do usuwania rozpuszczonych związków organicznych (kolor, zapach, mikrozanieczyszczenia). W tym przypadku używane są cylindryczne kolumny jako urządzenia i wymagana jest okresowa wymiana węgla. Można monitorować absorpcję UV254 lub określone substancje chemiczne jako parametry. 

Systemy Dezynfekcji: Dwa typowe urządzenia dezynfekcyjne to system dawkowania chloru oraz jednostka dezynfekcji UV. W systemie chlorowym płynny hipochlorit sodu (NaOCl) lub gazowy chlor jest dawkowany do wody; obejmuje to pompę dozującą i urządzenia mieszające. W systemie UV znajduje się zbiornik/kanal zawierający lampy UV; woda jest narażona na promieniowanie UV podczas przepływu. Oba systemy służą do niszczenia obciążenia mikrobiologicznego w ściekach. Jeśli neutralizacja chloru jest wymagana, mogą być również dostępne urządzenia do dawkowania metabisulfitu sodu. Jednostka UV ma czujniki lamp UV oraz systemy alarmowe (będzie alarmować, jeśli dawka UV spadnie). 

Zaawansowana Utlenianie (Opcjonalnie): Dla bardzo trudnych do rozkładu zanieczyszczeń (takich jak resztki leków), mogą być stosowane urządzenia do zaawansowanego utleniania, takie jak ozonowanie, nadtlenek wodoru + UV. W tych systemach instalowane są urządzenia takie jak generator ozonu, zbiornik kontaktowy ozonu, pompa dozująca nadtlenek itp. Te urządzenia są przeznaczone do bardzo specjalnych przypadków, a monitoring parametru odbywa się przy użyciu dawek O₃, wartości redoks lub analiz substancji chemicznych docelowych. 

Czujniki i Sterowanie: W okolicy jednostek filtracyjnych i dezynfekujących znajdują się instrumenty takie jak przepływomierze, czujniki ciśnienia, analizatory chloru, czujniki UV. Automatyzacja jednostek zaawansowanego traktowania podejmuje działania, takie jak uruchamianie płukania wstecznego i zwiększanie dawkowania w oparciu o te dane z czujników. Na przykład, jeśli jakość wody zmienia się w systemie UV (takich jak zwiększenie mętności), może nastąpić alarm lub modulacja mocy lampy zgodnie z danymi z czujników. 

Obróbka Osadów 

Jak w każdej biologicznej oczyszczalni, osad usunięty z etapów oczyszczania w procesie MBBR musi być odpowiednio przetworzony i usunięty. Odpady ze sit oraz piasek z wstępnego traktowania są zbierane osobno. Osad pierwotny uzyskuje się z pierwotnego oczyszczania, a osad biologiczny uzyskuje się z oczyszczania wtórnego. Te osady zazwyczaj poddawane są procesom zagęszczania, stabilizacji i odwadniania. 

Parametry do zmierzenia i interpretacja 

Zawartość ciał stałych osadu (%): Zawartość ciał stałych mierzona jest na wlocie i wylocie zagęszczacza lub urządzenia odwadniającego. Na przykład, jeśli zawartość suchej masy osadu odwodnionego na wylocie prasy taśmowej wynosi 20%, jest to dobry wynik. Niska wartość wskazuje, że dawka polimeru lub ustawienia prasy powinny zostać sprawdzone. 

Objętość osadu: Codziennie rejestrowana jest produkcja osadu. Jeśli produkowane jest znacznie więcej osadu niż oczekiwano, może to wskazywać na nietypową sytuację w charakterystyce ścieków (bardzo silnie obciążone ścieki) lub nadmierne stosowanie dawek chemicznych. Ekstremalnie niska objętość osadu może wskazywać, że osad nie jest wystarczająco zbierany lub wycieka z systemu. 

Wskaźniki stabilizacji: Jeśli używane są fermentatory beztlenowe lub reaktory aerobowej fermentacji osadu, monitorowane są parametry takie jak temperatura, pH, stosunek kwasu lotnego/alkaliczności (dla fermentacji beztlenowej). Wskazują one, czy osad stał się stabilny. Na przykład, produkcja metanu mierzona jest w fermentacji beztlenowej; niska produkcja metanu interpretowana jest jako problem z fermentacją. 

Wskaźnik rozkładu: Można obliczyć procent rozkładu materii organicznej w wyniku stabilizacji osadu (materia organiczna w nadchodzącym surowym osadzie – wychodzący stabilny osad / incoming * 100). Służy to do monitorowania wydajności. 

Główne urządzenia używane 

Zagęszczacz: Zagęszczacze grawitacyjne lub mechaniczne są używane w celu zmniejszenia zawartości wody w osadzie. Część wody usuwana jest poprzez przetrzymywanie osadu w zbiorniku zagęszczania grawitacyjnego; w systemach mechanicznych (np. zagęszczacz bębnowy lub taśmowy) separacja wody jest przyspieszona przez dawkę polimeru. 

Reaktory stabilizacji osadu: W obiektach, w których produkowana jest duża ilość biologicznego osadu, stosowane są fermentatory beztlenowe (które produkują biogaz, jeśli jest dostępny) lub zbiorniki do fermentacji aerobowej w celu stabilizacji osadu. Te reaktory zawierają sprzęt taki jak mieszadła i podgrzewacze (utrzymywane w temperaturze ~35°C dla fermentacji beztlenowej). 

Jednostki odwadniające: Na końcowym etapie stabilized (lub nie, w małych obiektach bezpośrednio) osad jest utwardzany przy użyciu pras odwadniających. Zazwyczaj są to urządzenia typu prasa taśmowa, wirówka osadowa lub prasa filtracyjna. Dzięki dodaniu substancji chemicznych polimerowych, floksy osadu są powiększane, a większość wody jest wydzielana za pomocą kompresji mechanicznej/siły odśrodkowej. Powstający ciasto staje się wystarczająco twarde (~15-25% suchej masy), aby zostać wysłanym do obszaru składowania przez ciężarówki osadowe. To wyposażenie zawiera podzespoły takie jak pompy dozujące, manometry i napędy silnikowe. 

Sprzęt do utylizacji/oceny: Końcowy produkt osadu trafia do silosów magazynowych osadów lub pojemników. Istnieją opcje takie jak kompostowanie, przechowywanie pośrednie, spalanie w piecach cementowych lub wysyłanie na wysypisko jako sposób utylizacji. Etapy te mogą również znajdować się poza granicami obiektu, ale w podejściu zintegrowanym są one zaprojektowane jako całość. 

Obszary Zastosowania i Przemysły Technologii MBBR 

Systemy MBBR są stosowane w szerokim zakresie zastosowań, od oczyszczania ścieków komunalnych po różne przemysłowe oczyszczanie ścieków. Elastyczna struktura tej technologii umożliwia skuteczne oczyszczanie ścieków o wysokim obciążeniu organicznym oraz ulepszanie istniejących obiektów. Główne sektory, w których stosuje się MBBR oraz typowe charakterystyki ścieków w każdym z nich, są podsumowane poniżej: 

Oczyszczanie ścieków komunalnych (domowych): MBBR jest stosowany w miejskich i wiejskich oczyszczalniach ścieków, zwłaszcza w przypadkach, gdy przestrzeń jest ograniczona lub gdy konieczne jest poprawienie istniejącej oczyszczalni z osadem czynnym. Ścieki domowe zazwyczaj mają umiarkowane obciążenie organiczne (BOD5 ~200-300 mg/L, COD ~400-600 mg/L, TSS ~200-300 mg/L). Zawierają również azot (TKN ~20-60 mg/L) i fosfor (~5-15 mg/L). MBBR może być zaprojektowany w celu zmniejszenia tych wartości do standardów odpływu. Na przykład, miejska instalacja MBBR może osiągnąć BOD5 < 20 mg/L, NH4-N < 5-10 mg/L na wylocie. Kompaktowość i łatwość obsługi MBBR są ważnymi zaletami w zastosowaniach domowych; są szeroko preferowane w małych i średnich obiektach komunalnych. 

Przemysł spożywczy i napojowy: Przemysł spożywczy (np. mleczarnie, rzeźnie i przetwórstwo mięsa, browary, fabryki cukiernicze/puszkujące) produkuje ścieki zawierające bardzo wysokie zanieczyszczenia organiczne. Te ścieki często mają wysokie stężenia BOD/COD. Na przykład, w zakładzie mleczarskim poziomy COD mogą wynosić 2,000-5,000 mg/L, a poziomy BOD5 1,000-3,000 mg/L; ścieki rzeźni często mają poziomy BOD5 od 1,500 do 4,000 mg/L i zawierają także dużo azotu (całkowity N może osiągnąć kilka setek mg/L) z tłuszczu, oleju i białka krwi. MBBR ma tę zaletę, że może wytrzymać wysokie obciążenia i tolerować szokowe obciążenia organiczne w takich ściekach. W typowych ściekach przemysłowych, MBBR może usunąć >90% związków organicznych, jednocześnie redukując azot przez nitrifikację. Ponadto, MBBR jest stosowany razem z wstępnym zatrzymywaniem oleju w ściekach o wysokiej zawartości oleju i tłuszczu, aby zminimalizować problemy z zatykanie i nadmiernym gromadzeniem się biofilmu. Powszechne stosowanie MBBR w przemyśle spożywczym wynika również z jego zdolności do tolerowania sezonowych zmian obciążenia (np. w czasie kampanii). 

Zakłady napojów i fermentacji: (Browary, zakłady soków owocowych, produkcja wina itp.) W tym podsektorze ścieki zazwyczaj zawierają wysokie łatwo degradujące BOD (np. w browarach, BOD5 osiąga poziomy 1,000-2,000 mg/L, azot i fosfor są stosunkowo niskie). MBBR może pracować przy wysokich obciążeniach objętościowych (wysokie OLR) w takich ściekach i redukować BOD w krótkim czasie. Na przykład, 95% usunięcia BOD można osiągnąć w ściekach browarniczych z wykorzystaniem jednolitażowego MBBR. Ponieważ ścieki związane z fermentacją mogą mieć wysoką temperaturę (30-35°C), tolerancja temperatury MBBR jest wystarczająca dla tego sektora. 

Przemysł tekstylny (ściek zawierający barwniki i chemikalia): Ścieki z procesów farbowania, wykańczania i mycia tekstyliów mają wysokie wartości COD (500-1500 mg/L lub wyższe), ale stosunek BOD/COD jest zazwyczaj niski (tzn. wskaźnik biodegradowalności może wynosić około 40-60%). Dodatkowo, te ścieki zawierają kolor, chemikalia barwnikowe (barwniki azowe, barwniki reaktywne), środki pomocnicze (surfaktanty, sole). MBBR jest stosowany do redukcji biodegradowalnego COD w ściekach tekstylnych. Typowa jednostka MBBR w przemyśle tekstylnym usuwa 70-80% COD, podczas gdy dodatkowe leczenie chemiczne może być wymagane dla pozostałych kolorów i materiałów odpornych. Choć azot zazwyczaj jest niski w ściekach tekstylnych (może występować wkład azotowy z chemikaliów barwnikowych), główną rolą MBBR jest redukcja koloru i substancji organicznych. W zakładach tekstylnych, MBBR zwykle jest integrowany z procesami takimi jak leczenie chemiczne (koagulacja) i/lub ozonowanie. Jego zaletą jest to, że mikroorganizmy mogą łatwo adaptować się do szokowych obciążeń barwnikowych dzięki stabilnemu biofilmowi, nawet w ściekach o wysokim potencjale toksycznym. 

Przemysł papierniczy i celulozowy: Ścieki z papierni i zakładów celulozowych charakteryzują się bardzo wysoką zawartością COD (COD może wynosić 5,000-10,000+ mg/L z powodu pochodnych ligniny, szczególnie w produkcji celulozy) oraz wysokimi zawartościami zawieszonych ciał stałych (cząstki włókniste). Stosunek BOD/COD w tych ściekach jest niski (tj. frakcja trudna do biologicznego rozkładu jest wysoka). MBBR jest zazwyczaj stosowany w przemyśle papierniczym jako przygotowanie wstępne (filtr wstępny) ścieków o dużych objętościach lub w celu zwiększenia pojemności w połączeniu z osadem czynnym (IFAS). Na przykład w papierni, pierwszy etap MBBR może usunąć 50-70% COD, a następnie wykonać traktowanie uzupełniające za pomocą procesu osadu czynnego na następnym etapie. Typowe parametry: Ponieważ AKM jest bardzo wysoki (1,000+ mg/L), przeprowadza się wstępne przesiewanie/sedymentację; MBBR jest korzystny w tym względzie, ponieważ jest odporny na zatykanie. Ponieważ odzysk wody może być również ważny w papierniach, stosowane są również hybrydowe systemy MBBR+MBR (reaktor biopolimerowy) – MBBR redukuje ładunek organiczny, a pełna filtracja jest zapewniana przez membranę. 

Przemysł petrochemiczny i rafinacja: W rafineriach ropy naftowej, zakładach petrochemicznych i przemyśle chemicznym, ścieki zawierają szeroki zakres organicznych zanieczyszczeń (benzen, fenol, pochodne toluenu, LZO) oraz związki oleiste. COD w takich ściekach może być wysoki (1000-3000 mg/L), ale są też składniki, które są trudne do biodegradacji lub mogą być toksyczne. MBBR sprzyja biologicznej transformacji trudnych do rozkładu substancji, zapewniając zrównoważoną biomasę w tych sektorach. Na przykład w ściekach zawierających fenol, bakterie rozkładające fenol mogą rosnąć na biofilmie z powolnym przystosowaniem. Długi wiek biofilmu (wysoki SRT) zapewniany przez MBBR umożliwia zatrzymanie i funkcjonowanie takich wolno rosnących mikroorganizmów w systemie. W zastosowaniach petrochemicznych zazwyczaj stosuje się wieloetapowe sekwencje MBBR lub stosuje się wspólnie MBBR + osad czynny (takie jak pre-MBBR, a następnie konwencjonalne napowietrzanie). Typowe parametry ścieków mogą być następujące: Całkowite węglowodany ropopochodne (TPH) 50-200 mg/L, COD 1500 mg/L, fenol 50 mg/L; MBBR może osiągnąć >90% usunięcia fenolu i znaczną redukcję COD. Wstępna separacja oleju jest konieczna dla oleju i tłuszczu, w przeciwnym razie powierzchnia nośników może zostać pokryta olejem i zmniejszyć aktywność biofilmu. Gdy zapewniona jest wystarczająca wstępna obróbka, MBBR daje bardzo dobre wyniki w tych złożonych ściekach. 

Przemysł nawozowy i rolniczy: Ścieki z zakładów, gdzie przetwarzane są nawozy (nawóz azotowy, fosforowy) lub odpady zwierzęce mogą zawierać bardzo wysokie stężenia azotu amonowego lub azotu organicznego. Na przykład, NH4-N może występować na poziomie tysięcy mg/L w ściekach z fabryki nawozów. MBBR jest dobrym wyborem do nitrifikacji szczególnie wysokich ładunków amoniaku. Dzięki wysokiemu stężeniu bakterii nitrfikacyjnych w biofilmie, amoniak może zostać zredukowany do wartości granicznych poprzez przeprowadzenie wieloetapowej nitrifikacji MBBR w ściekach o wysokim poziomie azotu. W takich przypadkach parametry takie jak temperatura i pH są kontrolowane bardzo starannie (może być konieczne buforowanie pH, chłodzenie itp. dla nitrifikacji). W przemyśle rolniczym (np. zakłady paszowe, odpady żywnościowe z rolnictwa) MBBR jest stosowany do równoważenia ładunku organicznego. MBBR może być również preferowany w biologicznym oczyszczaniu cieczy (wycieki nawozów) z dużych gospodarstw zwierzęcych. 

Małe i mobilne zastosowania: Modułowa struktura MBBR umożliwia jej stosowanie w systemach przenośnych jako jednostki technologiczne pakietowe. Na przykład, zintegrowane jednostki MBBR można zainstalować w tymczasowych lokalizacjach, takich jak placówki budowlane, obiekty wojskowe, statki lub tereny dotknięte klęskami żywiołowymi. Jednostki te mają typowe parametry ścieków komunalnych, ale system jest skompaktowany do małej objętości. Odporność MBBR na wysokie obciążenia i łatwość obsługi są odpowiednie dla tych scenariuszy. Ponownie, systemy pakietowe MBBR są szeroko stosowane w indywidualnych osiedlach, takich jak hotele, wioski wypoczynkowe i centra handlowe. W tych zastosowaniach charakterystyka ścieków jest komunalna, a MBBR może osiągnąć jakość nawadniania lub ponownego użycia. 

Poza wymienionymi powyżej sektorami, istnieją również zastosowania MBBR w obszarach takich jak hodowla ryb (akwakultura). MBBR jest bardzo skuteczny w usuwaniu amoniaku (nitrifikacji) wody w akwakulturze, ponieważ ciągle oczyszcza akumulację NH4 w zbiornikach rybnych za pomocą biofilmu. Jak widać, obszar zastosowań MBBR jest dość szeroki; typowe parametry zanieczyszczeń w każdym sektorze oraz to, jak MBBR sobie z nimi radzi, są brane pod uwagę w projektowaniu procesu. Poniższa tabela podsumowuje typowe wartości parametrów ścieków w niektórych sektorach: 

Tabela: Przybliżone wartości parametrów ścieków wpływających do MBBR w różnych sektorach (może się różnić w zależności od regionalnych i procesowych różnic).* 

Na podstawie powyższych wartości uwzględniane są specyficzne potrzeby każdego sektora podczas projektowania systemu MBBR. Na przykład, w zakładzie nawozów wysokonitrowych reaktor MBBR jest trzymany w dużych rozmiarach, zwłaszcza dla nitrifikacji i jest etapowany w razie potrzeby; w ściekach tekstylnych o wysokim COD rozważa się MBBR zintegrowany z obróbką chemiczną. Ponieważ MBBR może być stosowany jako hybryda z innymi procesami oczyszczania w razie potrzeby (np. osad czynny + MBBR = IFAS lub MBBR + membrana = MBBR-MBR), możliwe jest osiągnięcie celów jakościowych różnych sektorów. 

Parametry i typowe zanieczyszczenia, które można usunąć przy użyciu MBBR 

Proces MBBR głównie służy do usuwania zanieczyszczeń biodegradowalnych. Jednak przy odpowiednim projektowaniu i eksploatacji niektóre zanieczyszczenia nieorganiczne i słabo degradujące również mogą być pośrednio redukowane. Poniżej znajduje się informacja na temat głównych parametrów i zanieczyszczeń, które można przetwarzać za pomocą MBBR: 

Substancje organiczne (BOD₅ i COD): Głównym celem MBBR jest redukcja BOD₅ (biologiczne zapotrzebowanie tlenu) oraz COD (chemiczne zapotrzebowanie tlenu) poprzez zużywanie substancji organicznych w ściekach. Bakterie heterotroficzne żyjące na biofilmie wykorzystują zanieczyszczenia organiczne w ściekach jako składniki odżywcze i utleniają je, przekształcając w CO₂ i wodę. W ten sposób ładunek organiczny jest w dużej mierze usuwany w reaktorze MBBR. Zwykle dobrze zaprojektowany system MBBR może usunąć 85-95% BOD₅ i 75-90% COD. Przykłady substancji organicznych, które można leczyć, obejmują: cukry, skrobia, białka, tłuszcze (część biodegradowalna), alkohole, kwasy organiczne oraz wiele przemysłowych substancji organicznych (biodegradowalna część barwników, pochodne fenolu – z odpowiednią adaptacją). Usuwanie substancji organicznych w MBBR odbywa się w bardziej zwartym środowisku w porównaniu do osadu czynnego z powodu wysokiej gęstości mikroorganizmów. Jednak niestabilne lub toksyczne związki organiczne (np. niektóre zwiazki chlorowane) są trudne do rozkładu nawet w biofilmie; w takim przypadku mogą być wymagane dodatkowe etapy obróbki. Ogólnie można powiedzieć, że MBBR może usunąć wszystkie biologicznie utlenialne zanieczyszczenia organiczne. 

Związki azotowe: MBBR jest również bardzo skuteczny w usuwaniu azotu. Organiczną formę azotu i amoniak w ściekach usuwa się w procesie dwuetapowym: nitryfikacji oraz (jeśli występuje) denitryfikacji. W środowisku MBBR autotroficzne bakterie, które przeprowadzają nitryfikację, takie jak Nitrosomonas i Nitrobacter, osiadają na biofilmie i najpierw utleniają azot amonowy do azotynu, a następnie do azotanu. W ten sposób eliminowane jest zanieczyszczenie amoniakalne (NH₃/NH₄⁺). Amonium można przekształcić na >90% tylko za pomocą tlenowego MBBR; na przykład, jeśli w dopływie znajduje się 50 mg/L NH4-N, można osiągnąć wartości takie jak <5 mg/L w wylocie. W drugim etapie do systemu dodaje się anoksyjny etap MBBR w celu usunięcia całkowitego azotu. Tutaj heterotroficzne bakterie denitryfikacyjne redukują azotan do azotu cząsteczkowego (N₂ gaz) i azot usuwany jest z wody jako gaz lotny. Całkowite usunięcie azotu za pomocą MBBR może osiągnąć poziomy 70-90%, jeśli jest dobrze zaprojektowane w etapach. Szczególnie w przypadkach, gdy wymagane są niskie limity odprowadzania (np. TN < 10 mg/L), te cele mogą być osiągnięte za pomocą sekwencji anoksyjnej + tlenowej MBBR oraz niezbędnego cyklu wewnętrznego. Stabilna struktura biofilmu MBBR jest korzystna, ponieważ spełnia wysokie wymagania dotyczące wieku osadów dla bakterii nitryfikacyjnych – nitryfikatory, które są łatwo wypłukiwane w osadzie czynnym, pozostają w systemie, adsorbując na powierzchni w MBBR i działają efektywnie. Dlatego MBBR może usuwać azot w postaci amonu (NH₄⁺), azotynu (NO₂⁻) i azotanu (NO₃⁻) w odpowiednich warunkach. Typowe zanieczyszczenia, które można leczyć, obejmują: odpady produkcyjne nawozów azotowych, takie jak siarczan amonu (wysoki NH₄⁺), produkty degradacji białek (mocznik, aminokwasy – najpierw przekształcane w amon i następnie nitryfikowane) oraz azotowe wody przemysłowe (np. odwadnianie zakładów nawozów, azotowe wody procesowe – usuwane w anoksyjnym MBBR). Należy zauważyć, że aby uzyskać pełną denitryfikację, źródło węgla organicznego musi być wystarczające; dla wód o niskiej zawartości węgla, ale wysokim azotanie, można zastosować dodatkowy dodatek węgla (metanol, etanol itp.) do MBBR. 

Związki fosforu (P): Biologiczne usuwanie nadmiaru fosforu nie jest możliwe tylko za pomocą MBBR, ponieważ wymaga selektywnej hodowli specjalnych mikroorganizmów wiążących fosfor (PAOs) w sekwencyjnych środowiskach anaerobowych-tlenowych (proces EBPR). MBBR zazwyczaj nie jest stosowane jako biologiczny proces usuwania fosforu w klasycznym sensie. Zamiast tego, usuwanie fosforu osiągane jest poprzez chemiczne wytrącanie. Jednak część fosforu zatrzymywana jest w biofilmie przez wzrost komórek: Biomasa bakteryjna zawiera średnio 2% fosforu, więc usuwanie P zachodzi, choć nieznacznie, poprzez usuwanie nadmiaru biomasy. Niemniej jednak, jeśli całkowity fosfor jest istotny wśród parametrów docelowych oczyszczania ścieków, substancja koagulująca (taka jak Fe³⁺ lub Al³⁺ sole) zwykle jest dozowana pod koniec MBBR, a fosforany usuwane są poprzez chemiczne wytrącanie. W tym przypadku proces MBBR + leczenie chemiczne działa w sposób zintegrowany. Podsumowując, ortofosforan lub całkowity fosfor nie są włączone w parametry, które MBBR może bezpośrednio traktować; dla tych należy zaplanować leczenie chemiczne. Jednak przy użyciu MBBR typowe wartości fosforu w dopływie (np. 5-10 mg/L TP) można zmniejszyć do poniżej 1-2 mg/L z wsparciem chemicznym, co jest zazwyczaj na tym poziomie w standardach tureckich i UE. 

Cząstki zawieszone (SS) i osady: Reaktor MBBR wychwytuje większość cząstek zawieszonych dzięki efektowi pułapki biofilmu lub biologicznie konsumuje części organiczne, ale nie produkuje całkowicie czystej wody. Główne usuwanie cząstek zawieszonych następuje poprzez wtórne sedymentację lub filtrację, jak wspomniano powyżej. Dlatego zamiast bezpośredniego parametru „usuwania SS” MBBR, możemy mówić o stabilizacji SSS. Cząstki przyczepione do powierzchni biofilmu są częściowo rozkładane przez komórki mikroorganizmów tam. Dodatkowo, flokulacja jest wspierana w mieszanym środowisku MBBR: Części odlatujące od biofilmu mogą łączyć się z innymi dodatkami w ściekach i tworzyć większe floki, co ułatwia ich zatrzymanie w ostatecznej sedymentacji. Dlatego proces MBBR odgrywa wspierającą rolę w redukcji całkowitych cząstek zawieszonych. W praktyce znaczna część SSS po wstępnym leczeniu jest metabolizowana albo w pierwotnej sedymentacji, albo w reaktorach biologicznych, a pozostała jest pobierana jako osad ściekowy. Podsumowując, fizyczne zanieczyszczenia takie jak mętność, osad i sedymentacja mogą być w dużej mierze kontrolowane przez system MBBR, ale ich ostateczne usunięcie zależy od etapu fizycznego rozdzielania. 

Mikroorganizmy patogeniczne: Podczas leczenia biologicznego niektóre mikroorganizmy patogeniczne (np. bakterie coliform) są redukowane dzięki naturalnej konkurencji i ekspozycji na środowisko zewnętrzne. Zazwyczaj nie ma ekspozycji na światło UV w basenach MBBR (jest to system zamknięty), ale w ekosystemie biofilmu mogą znajdować się protisty i inne organizmy drapieżne, które polują na bakterie patogeniczne. W ten sposób bakterie wskaźnikowe w ściekach komunalnych nieco maleją po leczeniu biologicznym (np. można zaobserwować spadek 1-2 log w coliformach). Jednak w kontekście standardów zrzutu, MBBR nie jest procesem dezynfekcji. Innymi słowy, usuwanie patogenów nie jest brane jako parametr celu, dezynfekcja jest wymagana w końcowym etapie. Niemniej jednak wiadomo, że w biofilmie mogą występować fragmentacja wirusowa lub antagonizmy biologiczne i że zapewniane jest pewne tłumienie patogenów. Ten efekt jest szczególnie pomocny w sytuacjach takich jak woda do nawadniania, która nie wymaga bardzo niskich standardów mikrobiologicznych, ale wymaga pewnego leczenia. 

Toksik Organikler ve Organik Olmayanlar: MBBR, potansiyel olarak toksik kirleticilere, aktive çamur sistemlerinden daha dirençlidir. Bunun nedeni, biyofilm matrisinin difüzyon kontrollü bir mikroçevre sağlamasıdır: Ani bir toksik yük (örneğin yüksek fenol, siyanür veya ağır metal) biyofilm yüzeyindeki ilk hücre tabakasını öldürse bile, alt tabakalara sınırlı bir şekilde ulaşır, böylece tüm biyokütle yok olmaz. Ayrıca, bazı toksik organikler biyofilmde adsorbe edilebilir ve zamanla biyolojik olarak parçalanabilir. Fenoller, formaldehit, siyanür gibi kirleticiler, uygun adaptasyon ile MBBR sistemlerinde parçalanabilir (tabii ki limit değerine kadar; çok yüksek dozda ayrı kimyasal işlem gerekebilir). Ağır metaller (örneğin Cr, Ni, Zn, Pb) biyolojik olarak yok edilemez, ama biyofilmde kısmen tutulabilir ve sistemden çamurla birlikte uzaklaştırılabilir. Örneğin, MBBR'den gelen atık çamurun analizi yapıldığında, bazı metalleri girdiye göre daha yüksek konsantrasyonlarda görmek mümkündür - bu, biyofilm tedavi etkisi değil, birikim etkisidir. Bu, su içindeki metal konsantrasyonunu bir dereceye kadar azaltabilir (özellikle hidroksit çökeltileri formunda biyokütleye entegre olabilirler). Metaller ve toksik kimyasallar MBBR parametreleri arasında bir hedef değildir, ancak bu kirleticilerle yüklü suyu işlerken, MBBR'nin dayanıklılığı ve belirli bir retenksiyonun olduğu bilgisiyle sistem tasarlanmıştır. Gerekirse, MBBR öncesinde kimyasal işlem (örneğin oksidasyon) ya da MBBR sonrasında cilalama adımları (aktif karbon, iyon değişimi) planlanmaktadır. 

Diğer Parametreler: MBBR süreç, su kokusunu giderme konusunda dolaylı olarak da katkıda bulunur; hidrojen sülfür gibi kokulu bileşikler aerobik ortamda oksitlenir. Renk parametresi, renklendirici biyolojik olarak parçalanabilir ise azalır (örneğin, gıda atık suyunda renk veren doğal boyalar parçalanır). Ancak, tekstil boyaları gibi dirençli renk elementleri MBBR ile tamamen çıkarılamaz, sadece bazıları adsorpsiyon ve biyolojik parçalanma ile azaltılabilir. Klorür, sülfat, iletkenlik gibi inorganik tuzluluk parametreleri MBBR ile değişmez (kimyasal olarak besin eklenmiş olsa bile, suya bazı iletkenlik yükleme olabilir). Bu nedenle, MBBR TDS'yi (çözünebilir tuz) ortadan kaldırmaz. 

Kısacası, MBBR'nin gücü, biyolojik oksidasyon ile ortadan kaldırılabilen tüm kirlilik parametrelerinde yüksek verimlilik sağlamasıdır. Organik madde ve azot uzaklaştırması bunların en önemlileridir. Fosfor uzaklaştırması kimyasal destek ile yapılır; patojenlerin uzaklaştırılması için ayrı dezenfeksiyon gereklidir. Zor kirletici maddelerde, MBBR, süreçteki biyolojik "iskelet" görevi görür ve gerektiğinde geleneksel yöntemlerle desteklenir. Bu şekilde, hem AB hem de Türk çevre mevzuatındaki deşarj parametre sınırlarına ulaşmak mümkün hale gelir. 

Türkiye ve AB Mevzuatına Göre Deşarj Sınırları 

Atık su arıtma tesislerinin tasarımı ve işletiminde, arıtılmış suyunun deşarj edileceği çevrenin kalite kriterleri belirleyicidir. Türkiye ve Avrupa Birliği'ndeki deşarj standartları, deşarj edilecek çevre veya alıcı ortamına göre değişiklik göstermektedir. Genel olarak, aşağıdaki senaryolar geçerlidir: 

Odprowadzanie do kanalizacji (Odprowadzenie do infrastruktury oczyszczania ścieków): Jest to sytuacja, w której surowe ścieki, które przeszły wstępną obróbkę przed oczyszczalnią lub są bezpośrednio odprowadzane do sieci kanalizacyjnej miasta. Na przykład, jeśli fabryka odprowadza swoje ścieki do systemu kanalizacyjnego po prostej wstępnej obróbce w swoim własnym systemie, musi przestrzegać kryteriów odprowadzania do kanałów określonych przez gminę. W Turcji zarządy wodne, takie jak İSKİ i ASKİ, mają regulacje w tej kwestii i ogólnie definiują limity parametrów na podstawie Rozporządzenia o Kontroli Zanieczyszczenia Wód (SKKY). Typowe limity: 

pH: Powinno być między 6 a 10 (lub 6 a 12, może być elastyczne w niektórych obszarach). Ekstremalnie kwaśna/zasadowa woda nie powinna uszkadzać sieci. 

Temperatura: Zwykle limit wynosi <40-45°C (na przykład, regulacja İSKİ max. 50°C). Wysokie temperatury mogą uszkodzić rurociągi i procesy oczyszczania. 

COD: COD dla ścieków odprowadzanych do kanalizacji jest generalnie ograniczone do 500-1000 mg/L. Jeśli w Istambule istnieje infrastruktura ściekowa, która będzie w pełni oczyszczona, stosuje się limit COD = 1000 mg/L; jeśli jest to system tylko z wstępną obróbką + zrzutem do głębokiego morza, wymaga się niższego (600 mg/L). Te limity są ustalane, aby wody o wysokich ładunkach organicznych, znacznie odbiegające od charakteru domowych ścieków, nie szkodziły sieci. Po instalacji MBBR, COD zazwyczaj nie przekracza 1000 mg/L; dlatego, jeśli jesteś przemysłem, który będzie podłączony do centralnej oczyszczalni, możesz spełnić ten warunek dzięki wypustowi MBBR. 

TSS (Cząstki stałe w zawiesinie): Aby zapobiec nadmiernemu osadzeniu się osadów w systemie kanałowym, typowa wartość TSS wynosi <300-400 mg/L. Na przykład, w İSKİ istnieje limit 500 mg/L (dla systemów w pełni oczyszczonych). Dzięki sedymentacji po MBBR, to jest łatwo osiągane, ponieważ TSS zazwyczaj wynosi <30 mg/L. 

OLEJ i TŁUSZCZ: Olej i tłuszcz w wodzie oddawanej do ścieków są generalnie ograniczone do <50-150 mg/L (jeśli w İSKİ odbywa się pełne oczyszczenie, limit wynosi 150 mg/L, jeśli nie, limit wynosi 50 mg/L). Ma to na celu zapobieżenie zatykanie rur i problemom w oczyszczalni. Ten limit jest obniżany do poziomu, który nie może być przekroczony przez użycie pułapki na tłuszcz przed MBBR lub przez biologiczne rozkładanie olejów w MBBR. 

Substancje toksyczne: Standardy zrzutu do kanału dla metali ciężkich (Cr, Cd, Pb, Hg, Cu, Zn, Ni itp.), cyjanek, fenole, toksyny organiczne są dość surowe – zazwyczaj limity ustala się na mg/L lub niższe (np. cyjanek całkowity <1-2 mg/L, Cr całkowity <5 mg/L, Hg <0.2 mg/L zgodnie z wartościami tabeli İSKİ-1). Te substancje są ograniczone, ponieważ mogą uszkadzać centralną oczyszczalnię ścieków lub pogarszać jakość końcowego osadu. Chociaż proces MBBR może redukować wiele toksycznych związków organicznych innych niż metale ciężkie (takich jak fenole), te limity zazwyczaj wymagają przemysłowej wstępnej obróbki. Więc jeśli te parametry są wysokie na wylocie z twojego MBBR, może być konieczne dodatkowe oczyszczanie. 

Przepływ i licznik przepływu: Ponadto, każda instalacja podłączona do systemu kanalizacyjnego nie może przekraczać określonej przepustowości i musi mieć licznik przepływu. Chociaż to nie jest "parametr", jest to wymóg regulacyjny. Jeśli określone limity są przekroczone, mogą wystąpić sankcje karne. 

Komentarz: Standardy zrzutu do ścieków mają na celu ochronę infrastruktury i centralnych obiektów, a nie ochronę końcowego odbiorcy. Zakłady, które stosują MBBR jako wstępne oczyszczanie i zrzucają wodę do ścieków, zazwyczaj działają MBBR, aby spełnić normy dotyczące materii organicznej i neutralizacji kwasowo-zasadowej, takie jak redukcja COD z 2000 mg/L do mniej niż 500 mg/L lub dostosowanie pH. Te ograniczenia są podobne w krajach UE, gdzie każde miasto ustala własne przepisy dotyczące przyłączenia do sieci kanalizacyjnej. W UE kryteria zrzutu do infrastruktury ściekowej są ogólnie regulowane przez krajowe przepisy prawne i obejmują podobne zestawy parametrów. 

Zrzut do Środowiska Przyrodniczego (Rzeka, Jezioro, Morze lub Gleb): W przypadku zrzutu oczyszczonych ścieków do naturalnego środowiska wodnego (lub do kanału, który pośrednio doprowadzi do tego środowiska) stosowane są limity zrzutu środowiskowego. W Turcji regulacje dotyczące kontrolowania zanieczyszczeń wodnych (WPL) oraz regulacje dotyczące oczyszczania ścieków komunalnych zapewniają ramy dla tego problemu. W UE dyrektywa dotycząca oczyszczania ścieków komunalnych 91/271/EC oraz krajowe przepisy państw członkowskich są traktowane jako podstawa. Główne ograniczenia parametrów są następujące: 

BOD₅ (20°C): W ogólności stosuje się limit 25-30 mg/L dla BOD₅ zrzucanego do środowiska przyrodniczego. Dyrektywa UE przewiduje 25 mg/L (i 70-90% efektywności oczyszczania) dla ścieków komunalnych w przypadku 10 000 osób i więcej. W Turcji zazwyczaj stosuje się wartość graniczną 25 lub 30 mg/L (zwłaszcza 25 mg/L dla dużych zakładów). W zakładach z małymi przepływami może być elastyczność, ale cel w projektowaniu zawsze powinien wynosić ≤25 mg/L. Z MBBR, BOD₅= <20 mg/L można łatwo osiągnąć, więc to kryterium nie stanowi problemu. 

COD: Standard UE to 125 mg/L (i 75% redukcji). W Turcji przyjęto limit 125 mg/L dla zrzutów komunalnych w SKKY. W niektórych krajach może on się wahać między 120-150 mg/L. Mogą również istnieć specyficzne dla sektora dolne limity dla dużych zrzutów przemysłowych (na przykład COD 250 mg/L dla niektórych sektorów w SKKY). Niemniej jednak, dąży się do wartości COD < 100 mg/L dla bezpiecznego projektowania. Z MBBR, <80-100 mg/L COD można łatwo osiągnąć w dobrych warunkach operacyjnych. 

TSS (Całkowite Zawieszone Ciałka): Typowy limit TSS w zrzutach do środowiska przyrodniczego wynosi 35 mg/L (norma UE), w Turcji w niektórych regulacjach podano 30 mg/L. Innymi słowy, w oczyszczonej wodzie nie powinno być więcej niż 30 mg/L ciał zawieszonych. Przy dobrym drugim sedymentacji/filtracji, TSS można utrzymać w zakresie ~5-20 mg/L na wylocie z MBBR. Dlatego też to jest również osiągalne kryterium. 

Całkowity Azot (TN) i Amoniak: Te parametry mają znaczenie w zależności od wrażliwości odbiornika i wielkości zakładu. Zgodnie z regulacjami UE, w dużych zakładach komunalnych zrzucających do stref wrażliwych (np. jezioro, zbiornik wody pitnej, zamknięta zatoka) istnieje wymóg rocznej średniej całkowitego azotu wynoszącej 10 mg/L (lub co najmniej 70-80% usunięcia) (elastyczności takie jak 10 mg/L dla ponad 100 000 osób i 15 mg/L dla między 10 000-100 000 osób). Podobne limity stosowane są w Turcji, jeśli środowisko odbiorcze jest "wrażliwe pod względem azotanów"; w niektórych przypadkach mogą być określone indywidualne limity dla NH4-N i NO3-N w SKKY. Na przykład, zazwyczaj oczekuje się, że NH4-N zostanie zredukowany do poziomu 2-5 mg/L (szczególnie jeśli zrzucane są do cieku z życiem ryb). NH4-N < 5 mg/L można łatwo wychwycić poprzez dodanie etapu nitryfikacji do projektowania MBBR; dla całkowitego azotu, TN < 10-15 mg/L dąży się do osiągnięcia w fazie anoksycznej. W zrzutach przemysłowych, limit TN jest ustalany zgodnie z tendencją wody odbiorczej do eutrofizacji. 

Całkowity fosfor (TP): Ponownie, w wrażliwych środowiskach odbiorczych (szczególnie jeziorach, stojącej wodzie), limit całkowitego fosforu jest wymagany w przedziale 1-2 mg/L w UE (1 mg/L dla ponad 100k osób, 2 mg/L dla mniejszych). Podobnie, w przepisach tureckich, jeśli środowisko odbiorcze jest wrażliwe na eutrofizację, ustala się limit <2 mg/L; jeśli jest bardzo wrażliwe, 1 mg/L lub nawet 0.5 mg/L (Przypadki szczególne: Na przykład obszary chronione). Można to osiągnąć przy wsparciu chemicznym w obiekcie MBBR. Przy wystarczającej dawce chemikaliów i najlepiej filtracji, można uzyskać wartości nawet poniżej 1 mg/L. W standardowych środowiskach odbiorczych (z przepływem, takich jak rzeki i morza), TP ogólnie utrzymuje się w zakresie 3-5 mg/L, ale regulacje określają ostateczną decyzję w pozwoleniach na zrzut. Ten parametr nie jest kontrolowany przez sam MBBR, ale przez zintegrowany proces chemiczny. 

Inne parametry: Obowiązkowe jest utrzymanie pH między 6-9 (zarówno w UE, jak i TR) podczas zrzutu do środowiska odbiorczego. Temperatura ogólnie oczekiwana to <30-35°C, aby nie podgrzewać temperatury wody odbiorczej. Olej & tłuszcz są zazwyczaj wymagane, aby miały wartości <10-20 mg/L w środowisku odbiorczym (aby nie tworzyć filmu na powierzchni wody). Zrzut z MBBR zazwyczaj oscyluje wokół wartości <10 mg/L. Specyficzne limity mogą być określone dla całkowitego azotu Kjeldahla (TKN) i NH4-N: na przykład, w przypadku zrzutu ścieków komunalnych do miejsca bez kanalizacji w SKKY, NH4-N < 10 mg/L, TKN < 15 mg/L. Jeżeli występuje nitryfikacja z MBBR, to jest to zapewnione, ponieważ większość TKN~NH4 już przekształciła się w azotany. Mogą wystąpić ograniczenia takie jak <0.5 mg/L wolnego chloru w zrzucie chloru i produktów ubocznych dezynfekcji (ponieważ chlor jest toksyczny dla ryb). Dlatego przeprowadza się neutralizację chloru podczas zrzutu wody dezynfekowanej chlorem do natury. 

Metale ciężkie i substancje toksyczne: W SKKY znajdują się tabele oparte na sektorach dla zakładów przemysłowych, które zrzucają bezpośrednio do środowiska odbiorczego. Na przykład, jeśli zakład barwienia tkanin zamierza zrzucić oczyszczoną wodę do strumienia, powinien przestrzegać specjalnych limitów, takich jak COD < 200 mg/L, aktywny chlor < 0.2 mg/L, AOX < 1 mg/L itp. zgodnie z tabelą SKKY 8.11. Ogólnie rzecz biorąc, istnieją specjalne limity dla każdego sektora (dla każdego zanieczyszczenia) w zrzutach niekomunalnych. Proces MBBR odgrywa ważną rolę w osiąganiu tych limitów; w razie potrzeby wartości są utrzymywane przy wsparciu chemicznych zabiegów. Na przykład, w oczyszczonej wodzie dla sektora galwanizacji chromem istnieje limit Cr+6 < 0.1 mg/L, osiąga się to przez redukcję chemiczną, a nie biologiczną, MBBR zajmuje się tutaj częścią organiczną. 

Komentarz: Limity zrzutu do środowiska odbiorczego są dość surowe, ponieważ mają na celu ochronę środowiska. W UE większość komunalnych oczyszczalni ścieków osiąga wartości takie jak BOD₅ ~5-15 mg/L, COD ~30-60 mg/L, TSS <20 mg/L, TN ~5-10 mg/L, TP ~1 mg/L na swoich wylotach, które są nawet poniżej limitów regulacyjnych. Nowo powstałe obiekty w Turcji są projektowane z podobnymi celami. MBBR jest odpowiednim procesem do osiągnięcia tych celów. Szczególnie w ramach regulacji dotyczącej oczyszczania ścieków komunalnych, obiekty stosujące MBBR uzyskują pozwolenia na zrzut, integrując nitryfikację/denitryfikację i, jeśli to konieczne, usuwanie fosforu. Sytuacja jest podobna w zakładach przemysłowych zrzucających do środowiska odbiorczego; jeśli istnieje parametr, do którego MBBR nie jest odpowiedni (na przykład, metal ciężki), dodawana jest specjalna jednostka dla tego parametru, a pozostałe parametry takie jak BOD-COD-azot są zarządzane przy pomocy MBBR. 

Odpływ do wód gruntowych / infiltracja i ponowne wykorzystanie: W niektórych szczególnych przypadkach, woda oczyszczona może być poddawana pośredniemu wypuszczeniu przez infiltrację lub ponowne wykorzystanie w gruncie, zamiast bezpośrednio do wód powierzchniowych. Na przykład, zakład może chcieć wstrzyknąć oczyszczoną wodę do gruntu przez głębokie studnie, lub może chcieć uwolnić ją na ląd w celach irygacyjnych. W tych scenariuszach wymagana jest wyższa jakość: 

Infiltracja / odpływ do wód gruntowych: W celu ochrony zasobów wód gruntowych, pożądana jest jakość niemal wody pitnej. Zazwyczaj ustala się kryteria takie jak BOD₅ < 10 mg/L, AKM < 5 mg/L, amon w < 1-2 mg/L, azotany < 50 mg/L (limit wody pitnej), całkowita liczba kolonii bakterii 0/100 mL (tj. dezynfekcja musi być kompletna). W Turcji takie bezpośrednie wypuszczanie podziemne jest zazwyczaj zabronione lub objęte bardzo surowymi pozwoleniami, ponieważ ryzyko zanieczyszczenia jest duże. Chociaż MBBR zapewnia ten poziom oczyszczenia (99% poziom), w tym scenariuszu zazwyczaj wymagane są zaawansowane metody oczyszczania, takie jak odwrócona osmoza, w celach bezpieczeństwa. 

Standard irygacji / ponownego wykorzystania: Jeśli oczyszczona woda ma być używana jako woda do irygacji w rolnictwie lub jako woda do procesów w przemyśle, musi spełniać odpowiednie standardy użytkowania. Na przykład, mogą być ustalone limity takie jak BOD₅ < 20 mg/L, AKM < 30 mg/L, E. coli < 1000 CFU/100 mL z dezynfekcją w jakości wody do irygacji. W UE rozwijane są oddzielne przepisy dotyczące ponownego wykorzystania wody (takie jak rozporządzenie UE 2020/741). Te standardy można zazwyczaj osiągnąć poprzez dodanie filtracji i dezynfekcji do odpływu MBBR. 

Odpływ do morza (głębokie morze): Jeśli ścieki mają być odprowadzane bezpośrednio przez wypuszczenie w głębokim morzu (szczególnie w głębokie punkty daleko od brzegu), w niektórych parametrach można przyznać elastyczność (ponieważ w morzu następuje szybka rozcieńczenie). Jednakże, wypuszczenia w pobliżu brzegu są również tak samo restrykcyjne jak wody powierzchniowe. W Turcji zakłady, które będą wyrzucać do głębokiego morza, podlegają szczególnym warunkom w SKKY w zależności od wartości początkowego współczynnika rozcieńczenia (S1). Na przykład, jeśli S1 > 40, mogą być dozwolone wyższe wartości odpływu dla BOD i TSS (takie jak BOD 40 mg/L). Jednak w praktyce nawet gminne zakłady z dużymi wypuszczeniami morskimi celują w standard 25 mg/L BOD. 

Komentarz: Scenariusze odpływu do wód gruntowych oraz gruntowych są sytuacjami wymagającymi ostrożności. Samo MBBR nie wystarcza, aby przynieść wodę do jakości wody pitnej, ale w takich projektach MBBR jest używane jako wstępne oczyszczanie, a następnie pożądana jakość osiągana jest dzięki zaawansowanym technikom takim jak filtracja membranowa i dezynfekcja. Celem MBBR jest zminimalizowanie obciążenia organicznego i odżywczego przed zastosowaniem tych zaawansowanych technik i ułatwienie ich pracy. 

Porównanie Turcja vs UE: W ogólności, przepisy dotyczące ochrony środowiska w Turcji zawierają wartości zbliżone do standardów UE. Regulacja dotycząca oczyszczania ścieków miejskich jest równoległa do Dyrektywy UE 91/271. Punkty, w których mogą występować różnice, to niektóre parametry specyficzne dla przemysłu lub tolerancje przyznawane małym zakładom. Na przykład, podczas gdy limit BOD wynoszący 30 mg/L może być ustalony dla gminnych zakładów z równoważną populacją 2000-10000 w Turcji, w UE zazwyczaj wymaga się 25 mg/L dla >2000. Podobnie, zdarzały się przypadki, w których brano 35 mg/L zamiast 30 mg/L dla AKM w TR. Jednak w zrównoważonym projektowaniu, celowanie w wartości BOD₅=25, COD=125, AKM=30, TN=10, TP=1 mg/L w projekcie oczyszczania MBBR zapewni harmonizację prawną zarówno w Turcji, jak i w UE. Zakłady przemysłowe powinny sprawdzić swoje własne limity sektorowe w SKKY; w krajach UE, Dyrektywa o Emisjach Przemysłowych oraz sektorowe BREF-y dostarczają wskazówek – zazwyczaj wymaga się dodatkowego oczyszczania. 

Poniższa tabela podsumowuje typowe standardy wypuszczania UE i TR dla oczyszczania ścieków miejskich: 

Tablica: Typowe standardy wylotowe dla zrzutu ścieków komunalnych w UE i Turcji. Wartości podano dla obszarów wrażliwych. Dyrektywy UE również ustalają warunki usuwania %, a legislacja turecka jest równoległa. 

** Uwaga: standard koliformów różni się w zależności od klasy środowiska odbiorczego; nie jest to parametr obowiązkowy na wylocie oczyszczania ścieków, ale kryterium jakości dla wody odbiorczej.* 

Oprócz powyższych wartości, dodatkowe limity parametrów (metale, toksyczne) na podstawie sektorowej podano w Tabeli 5-20 Aneksu SKKY. Na przykład, AOX (pochodne organiczne halogenów) <1 mg/L dla tekstyliów, siarka <1 mg/L dla skóry, całkowity olej <5 mg/L dla rafinerii ropy naftowej. Chociaż nie można wymienić tych szczególnych przypadków jeden po drugim tutaj, należy pamiętać, że te parametry również powinny być brane pod uwagę w projekcie oczyszczania przemysłowego, który obejmuje proces MBBR i że, jeśli to konieczne, jednostki takie jak oczyszczanie chemiczne i filtracja powinny być umieszczone obok MBBR. 

W rezultacie obowiązująca legislacja zarówno w Turcji, jak i w UE określa wartości zrzutu, które mogą być osiągnięte za pomocą dzisiejszej technologii MBBR. Ważne jest określenie, który scenariusz zrzutu jest ważny w fazie projektowania i zaplanowanie systemu MBBR oraz jednostek pomocniczych w celu osiągnięcia tych celów. 

Podstawowe Parametry Używane w Projektowaniu Systemu MBBR 

Projekt systemu oczyszczania MBBR oparty jest na kilku kluczowych parametrach, zarówno pod względem wielkości reaktora, jak i wydajności operacyjnej. Parametry te określają szybkości reakcji biochemicznych, ilość nośników wymaganych oraz ogólne zachowanie systemu. Poniższa tabela podsumowuje kluczowe parametry i ich typowe wartości, które są ważne w projektowaniu MBBR: 

Tabela: Niektóre ważne parametry i typowe zakresy wartości w projektowaniu MBBR. Parametry te są optymalizowane zgodnie z charakterystyką każdej instalacji. Na przykład, instalacja w bardzo zimnym klimacie może przyjąć temperaturę projektową jako 10 °C i wydłużyć HRT; podczas gdy inna instalacja może utrzymać niskie obciążenie powierzchni i dodać więcej nośników zgodnie z wysokim stężeniem przemysłowych ścieków. W procesie projektowania zazwyczaj całkowita wymagana powierzchnia nośnika jest obliczana przy użyciu danych kinetycznych z literatury (takich jak BOD lub ładunek NH₄, który można usunąć na jednostkę powierzchni przy określonej temperaturze), następnie ustala się objętość nośnika, która zapewni tę powierzchnię i objętość reaktora. Następnie sprawdza się zapotrzebowanie na tlen i bilans składników odżywczych (na przykład, czy jest wystarczające źródło węgla do denitryfikacji?). Powyższe parametry są ze sobą powiązane; na przykład, jeśli dostarczono wysokie obciążenie organiczne, powinno być odpowiednio zapewnione duże pole powierzchni (więcej mediów i/lub dłuższy HRT). Dzięki elastyczności MBBR, projektanci mogą w razie potrzeby korygować parametry i osiągnąć pożądaną jakość effluentu. Na przykład, jeśli istniejący obiekt staje się niewystarczający, dodatkowa zdolność przetwarzania może być osiągnięta poprzez zwiększenie wskaźnika zajęcia nośnika z 50% do 60% (tj. dodanie części mediów). 

Punkty do rozważenia w projektowaniu 

Podczas fazy projektowania procesu MBBR należy zwrócić uwagę zarówno na praktyczne kwestie inżynieryjne, jak i teoretyczne parametry. Oto kluczowe punkty, które należy wziąć pod uwagę w projekcie: 

Projekt hydrauliczny i mieszanie: Bardzo ważne jest, aby nie było martwych stref w reaktorach MBBR. Aby nośniki mogły krążyć w objętości, układ wentylacji i/lub mieszadła musi być jednorodny. Geometria zbiornika jest odpowiednio dobierana w projekcie (zaokrąglone narożniki, aby zapobiec gromadzeniu się mediów w rogach, płyty prowadzące przepływ, itp.). Ponadto, dystrybutory wlotowe i wylotowe muszą zapewniać równomierne rozkład przepływu; nie powinny powodować nagłego krótkiego obwodu, który mógłby spowodować opuszczenie mediów z danego obszaru. Jeśli zaprojektowano reaktor o przepływie poziomym, można umieścić przegrody, aby woda wlotowa nie pchała mediów w pierwszej komorze i nie gromadziła się na siatce wylotowej. Moc urządzenia mieszającego (dyfuzora, mieszadła) należy obliczyć w celu zawieszenia mediów (na przykład, mieszadło zbiornika beztlenowego powinno być typu, w którym media będą zawieszone). Ponieważ nadmierne mieszanie spowoduje erozję mediów, optymalne obciążenie mocy (W/m³) dobiera się w oparciu o wartości literaturowe. 

Nośniki mediów i projekt ekranu: Wybierając nośnik, należy uwzględnić nie tylko powierzchnię, ale także wytrzymałość materiału, tendencję do zatykania oraz referencje producenta. Media mogą się zużywać z czasem przez tarcie lub uderzenia; produkty wysokiej jakości mają długą żywotność (mogą być używane przez ponad 20 lat). Projekt ekranu (ekran zatrzymujący) powinien mieć otwór odpowiedni do rozmiaru mediów; nie powinien wyciekać media ani powodować zatykania. Ekrany ze szczelinami są idealne do tego zadania; otwór można wybrać jako 80% najmniejszej średnicy mediów (np. 8 mm szczelina, jeśli średnica mediów wynosi 10 mm). Mechanizmy dostępu i mycia powinny być zaprojektowane do czyszczenia ekranów. W przeciwnym razie mogą zatykać się biofilmem i brudem z czasem i uniemożliwiać przepływ. Ponadto, ekran powinien być mechanicznie wytrzymały na ciśnienie tworzone przez media (w miarę gromadzenia się nośnika generowane jest obciążenie na ekranie, co należy wziąć pod uwagę). 

Wydajność transferu tlenu: Przy wymiarowaniu systemu napowietrzania, projektant powinien obliczyć zapotrzebowanie na tlen w ściekach z korekcjami dla rzeczywistego środowiska, takim jak czynnik α. W reakatorach biofilmowych efektywność transferu tlenu dyfuzorów może być nieco niższa niż w wodzie czystej (inna hydrodynamiczna z powodu biofilmu). Dlatego pojemność dmuchaw napowietrzających powinna być wybierana z uwzględnieniem maksymalnego obciążenia, niskiej temperatury i możliwych czynników starzenia. Krytyczna jest również redundantna dystrybucja dmuchaw i dyfuzorów: nawet gdy jedna dmuchawa zawiedzie, powinien być dostarczony wystarczający tlen. Ponadto, środki zapobiegające hałasowi i wibracjom (izolacja akustyczna, elastyczne połączenia) powinny być uwzględnione w napowietrzaniu, ponieważ wysokie przepływy powietrza mogą powodować hałas. 

Alkaliczność i równowaga składników odżywczych: W projektach, które zapewnią wysokie usuwanie azotu, należy zbadać status alkaliczności wpływających ścieków. Ponieważ nitryfikacja zużywa poważną alkaliczność; jeśli jest niewystarczająca alkaliczność, pH w reakatorze może spaść, a proces może zostać przerwany. Dlatego podczas fazy projektowania oblicza się, że ~7 mg CaCO₃ jest potrzebne na 1 mg NH₄, a jeśli to konieczne, do systemu dodaje się sprzęt do dozowania chemikaliów alkalicznych (wapno, soda). Podobnie, równowaga źródła węgla jest ważna w systemach z etapem denitryfikacji: jeśli w ściekach nie ma wystarczającej ilości łatwo degradującego się organicznego węgla (na przykład ścieki o niskim stosunku C/N), należy rozważyć dodanie zewnętrznego źródła węgla (metanol, etanol itp.) podczas projektowania. Lokalizacja takiego sprzętu oraz scenariusze kontroli dozowania powinny być wyjaśnione podczas fazy projektu. 

Projekt wieloetapowy: Wydajność systemu MBBR można zwiększyć, używając zbiorników wieloetapowych zamiast jednego zbiornika. W razie potrzeby projektant może podzielić proces na 2 lub 3 kolejnych reakatorów MBBR (np. pierwszy reakator to usuwanie organicznych substancji w wysokim ładunku, drugi reakator to nitryfikacja w niskim ładunku). Zapewnia to bardziej stabilną pracę poprzez podział całkowitej powierzchni. Przy rozważaniu etapu należy umieścić odpowiednie struktury do równoważenia i rozdziału przepływu pomiędzy każdym etapem (np. siatkę pośrednią do zatrzymywania zawieszonych ciał stałych biologicznych u wylotu pierwszego reakatora lub prostą strukturę separacji grawitacyjnej). Ponadto, wskaźniki napełnienia etapów mogą być wybierane różnie; strategie takie jak nadawanie nieco niższego napełnienia (40%) dla pierwszego etapu i wyższego napełnienia (60%) dla drugiego etap mogą być realizowane w projektowaniu. Te decyzje są podejmowane na podstawie efektywności uzyskanych z podobnych aplikacji w literaturze. 

Elastyczność i modułowość: W projekcie należy uwzględnić elastyczność, biorąc pod uwagę możliwe przyszłe wzrosty obciążenia lub standardy, które mogą się zmieniać. Ponieważ systemy MBBR są modularne, należy rozważyć możliwość dodania objętości reaktora lub nośników. Na przykład, jeśli po 10 latach przepływ wzrośnie o 20%, plan przestrzenny można zaprojektować w taki sposób, aby pomieścić dodatkowy reaktor MBBR. Lub jeśli standardy dotyczące TN w przyszłości staną się bardziej rygorystyczne, należy zostawić infrastrukturę (rury zwrotne, puste przestrzenie) odpowiednią do dodania sekcji anoksycznej. W projekcie nie należy zapominać o liniach obejścia: Należy zaplanować zawory i rury, które mogą wyłączyć dany reaktor i skierować przepływ do innego w przypadku konserwacji lub awarii. 

Wybór materiałów i korozja: Reaktory biofilmowe to zazwyczaj środowiska o wysokiej zawartości tlenu, a w niektórych obszarach o wysokiej wilgotności. Dlatego należy rozważyć ochronę zbiorników betonowych odpowiednimi powłokami (szczególnie w sekcjach nadwodnych); należy preferować materiały takie jak stal nierdzewna i FRP dla sprzętu metalowego. Wybór materiałów odpornych na korozję (stal nierdzewna SS316 lub 304, plastik) dla części takich jak kraty i śruby wydłuży ich żywotność. Ponieważ wilgotność powietrza w pomieszczeniach dmuchaw może być wysoka, wentylacja i chłodzenie powinny być zaprojektowane dla sprzętu. Dodatkowo, jeśli występuje dozowanie chemiczne (np. kwas/zasada do kontroli pH, FeCl₃ do usuwania fosforu), materiały w obszarach, z którymi będą miały kontakt, powinny być odporne na działanie chemiczne (rury PVC/HDPE, uszczelki gumowe, itp.). 

Łatwość obsługi i kontroli: Operacyjność systemu powinna być również brana pod uwagę podczas fazy projektowania. Na przykład, włazy i otwory dostępu powinny być zaplanowane do umieszczania nośników medium w reaktorze oraz ich usuwania w razie potrzeby (siatka do chwytania mediów lub zawór wypustowy w razie potrzeby). Miejsca umiejscowienia czujników powinny być w lokalizacjach, w których można przeprowadzać konserwację (np. łatwe czyszczenie sondy DO). Limity alarmowe i potrzeba redundantnych pomiarów są uwzględniane podczas projektowania systemu automatyzacji (planowane są wielokrotne czujniki lub weryfikacje laboratoryjne dla krytycznego parametru). Wszystkie te szczegóły, chociaż mogą wydawać się drobne na papierze, zapewniają dużą wygodę w rzeczywistej eksploatacji i powinny być uwzględnione w projekcie przez projektanta. 

Problemy, które mogą wystąpić podczas eksploatacji (rozwiązywanie problemów) 

Systemy MBBR są zazwyczaj stabilne przy odpowiednim projekcie i obsłudze. Jednak niektóre typowe problemy operacyjne, które mogą wystąpić w terenie, obejmują: 

Ucieczka lub uszkodzenie nośnika: Jednym z najczęstszych problemów jest ucieczka nośników biofilmu z reaktora z różnych powodów. W wyniku awarii, pęknięcia lub błędnej instalacji ekranów, medium może zostać wciągnięte do wtórnej sedymentacji lub nawet trafić do odpływu. To zarówno zmniejsza zdolność oczyszczania (utrata powierzchni) jak i może uszkodzić sprzęt mechaniczny (pompa, zawór). Jeśli nośnik zostanie zaobserwowany na powierzchni wtórnej sedymentacji lub w stacji pompowej podczas eksploatacji, system należy natychmiast zatrzymać, brakujące medium należy włożyć z powrotem do reaktora, a ekran naprawić. Ponadto, wyporność medium może z czasem maleć (mogą stać się ciężkie i wypełnione osadem), w takim przypadku niektóre media opadną na dno i przestaną cyrkulować. Prowadzi to do utraty efektywnej powierzchni. Jako rozwiązanie, okresowo dostarcza się powietrze, aby zapewnić, że medium self-cleaning lub system jest zatrzymywany i medium jest wyciągane i myte. 

Przerost biofilmu i zatykanie: Jeśli obciążenie jest niższe niż oczekiwano lub napełnienie nośnika jest zbyt wysokie, warstwa biofilmu może stać się nadmiernie gruba w medium. Gruby biofilm może stworzyć ograniczenia dyfuzyjne, a wewnętrzne części mogą stać się beztlenowe. W takim przypadku medium może się połączyć i aglomerować (lepka biomasa może zatykać medium), a swobodna cyrkulacja w reaktorze jest zaburzona. Ponadto siatki i dyfuzory mogą zacząć zatykać się biomasa. W takim przypadku operator powinien tymczasowo zwiększyć napowietrzanie lub zwiększyć mieszanie mechaniczne, aby rozbić część biofilmu (nadmiar biofilmu jest usuwany przy dużych siłach ścinających). Niektóre przedsiębiorstwa przeprowadzają kontrolowane zrzucanie, zwane „zrzucaniem biofilmu”, w określonych interwałach na zasadzie planowanej (na przykład, raz w miesiącu, zwiększają podaż powietrza do 150% na krótki czas i szokują). Innym wskaźnikiem przerostu biofilmu jest wzrost wartości AKM w punkcie wyjścia (oznacza to, że zbyt dużo biomasy odłącza się i tworzy obciążenie w osadzie). W takim przypadku biofilm jest rozrzedzany za pomocą tej samej metody lub, w razie konieczności, nieco nośnika medium jest usuwane z reaktora (jeśli obciążenie spadło zbyt nisko). 

Niewystarczająca przyczepność biofilmu (utraty filmu): W niektórych przypadkach jest odwrotnie, biofilm nie może się wystarczająco rozwinąć w reaktorze. Szczególnie w okresie początkowego uruchamiania może pojawić się problem „nośników pozostających białymi”, tzn. nie tworzy się na nich widoczny film. Jest to spowodowane brakiem składników odżywczych (niskie obciążenie) lub zbyt dużym ścinaniem (mikroorganizmy odłączają się, zanim zdążą przyczepić się). Jako rozwiązanie system można zaszczepić (biologiczne „siew” medium przez dodanie osadu z innego zakładu), obciążenie stopniowo zwiększa się, a jeśli napowietrzanie jest zbyt wysokie, nieco się je zmniejsza. Przyczepność biofilmu nastąpi z upływem czasu, gdy zostaną zapewnione odpowiednie warunki. Dodatkowo, jeśli wystąpi szok toksyczny (śmierć biofilmu z powodu nagłego wejścia toksycznych odpadów), ponownie wymagane są inokulacja i cierpliwość dla tworzenia biofilmu. 

Wpływ zmiennych obciążeń: Chociaż MBBR jest bardziej odporny na wstrząsy niż osad czynny, bardzo nagłe i duże zmiany obciążenia (na przykład bardzo skoncentrowane ścieki zgromadzone w zakładzie po wakacjach, które nagle wchodzą do zakładu) mogą powodować tymczasowe problemy. Typowe skutki: Tymczasowo wysokie wartości COD/BOD, spadek pH (kwasowość wzrasta), spadek DO (biologiczne zapotrzebowanie na tlen nagle wzrasta) itp. Gdy w zakładzie napotka się tę sytuację, jeśli to możliwe, prowadzone jest zasilanie kontrolowane przepływem lub obciążeniem (wolne zasilanie z zbiornika wyrównawczego). Jeśli to jest chwilowe, operator zwiększa napowietrzanie do maksimum, a w razie konieczności stosuje dawkowanie chemiczne (na przykład bufor pH). Biofilm generalnie dostosowuje się i ustala równowagę w krótkim czasie, ale jakość wyjściowa może się zmniejszyć w trakcie tego procesu. Dlatego objętość wyrównawcza była bardzo ważna w projekcie - a zakład powinien ją wykorzystywać skutecznie. Jeśli wahania obciążenia stają się trwałe (więcej produkcji niż oczekiwano itp.), wtedy rozważa się długoterminowe rozwiązania, takie jak dodanie dodatkowego nośnika lub uruchomienie dodatkowego reaktora. 

Problemy nitryfikacji: Ponieważ nitryfikacja jest wrażliwa na takie czynniki jak temperatura, pH i toksyczność, jednym z najczęstszych problemów jest "nagły spadek usuwania amoniaku". Przyczyną jest zazwyczaj albo spadek temperatury (w miesiącach zimowych), niewystarczająca alkaliczność (pH spadło), albo substancja hamująca (np. chlor, rozpuszczalnik itp.) weszła do systemu. W takim przypadku operator najpierw sprawdza tendencję amoniaku w odpływie, jeśli występuje wzrost, natychmiast mierzy pH i alkaliczność - jeśli są niskie, dodaje chemikalia alkalizujące. Jeśli temperatura jest niska, zakres działań jest ograniczony; być może mogą nieco zmniejszyć wentylację i spróbować faktycznie zwiększyć SRT (zapobiegając zbyt dużemu zrzuceniu biofilmu). Jeśli istnieje podejrzenie wprowadzenia substancji toksycznej (np. można to zrozumieć z odoratu lub koloru wody), źródło jest badane i podejmowane są próby jego odcięcia. Jeśli bakterie nitryfikacyjne są dotknięte, może minąć kilka dni, aby się odbudowały; w tym okresie ładunek składników odżywczych jest zmniejszany (jeśli to konieczne, można przeprowadzić cyrkulację w systemie z cyklem zwrotnym i zmniejszyć nowy ładunek). W przypadku zaawansowanych przypadków można przynieść nośnik biofilmu nitryfikowanego z innego obiektu, dodać go do systemu i zaszczepić. 

Problemy denitryfikacji: Typowym problemem w fazie denitryfikacji jest to, że reaktor anoksyczny nie redukuje azotanów wystarczająco, tzn. azotany w odpływie pozostają na wysokim poziomie. Może to świadczyć o braku źródła węgla. Podczas obserwacji w trakcie pracy operator sprawdza stosunek C/N (np. dane COD wprowadzenia i TKN). W razie potrzeby zwiększa dawkę węgla zewnętrznego (np. metanolu). Innym problemem może być wzrost DO w zbiorniku anoksycznym (denitryfikacja kończy się, jeśli woda cyrkulacyjna z zbiornika tlenowego zawiera zbyt dużo O₂). W takim przypadku zmniejsza się wskaźnik cyrkulacji wewnętrznej lub zwiększa objętość anoksyczną. Jeśli denitryfikacja występuje, ale jest nieskuteczna, być może mieszalnik jest niewystarczający (ruch mediów jest słaby) - kontrolowane są prędkości mieszalnika. Ponadto niska temperatura spowalnia denitryfikację, w takim przypadku proces może być kontynuowany z cierpliwością i być może z nieco wyższą dawką węgla. 

Piana i zapach: Piana może się tworzyć w reaktorach biofilmu, szczególnie na wczesnych etapach pracy lub podczas wahań obciążenia. Ta piana to zazwyczaj brązowa piana biologiczna (powstająca z filamentowych bakterii, takich jak Actinomyces lub unoszących się cząstek biofilmu). Nadmiar piany może pokryć media, zmniejszyć kontakt powietrza i spowodować przelewanie. Jako rozwiązanie stosowany jest system natryskowy na powierzchni (piana jest łamana przy użyciu zraszaczy) lub dodawany jest chemikaliów przeciwpieniących (inhibitory piany). Problem zapachu jest zazwyczaj spowodowany produkcją H₂S w strefach anoksycznych/anaerobowych. Jeśli cały MBBR jest utrzymywany w stanie tlenowym, zapach jest zazwyczaj minimalny. Jednak jeśli z zbiornika denitryfikacyjnego lub jednostki sedymentacyjnej wydobywa się zapach, interpretuje się to jako niewystarczającą oksydację - zwiększa się natlenienie lub zamyka problematyczny obszar i instaluje filtr natleniający. W przypadku zapachu może to także wynikać z charakteru wpływających ścieków (np. ścieki, które były przechowywane zbyt długo), w takim przypadku natlenienie podczas wstępnej obróbki i wyrównania może być rozwiązaniem. 

Problemy z zarządzaniem osadem: Chociaż istnieje przekonanie, że system MBBR produkuje mniej nadmiaru osadu w porównaniu do klasycznego osadu czynnego, w rzeczywistości, jeśli nagromadzony biofilm nie jest regularnie usuwany, musi być usuwany jako osad wtórny. Czasami, jeśli w zakładzie opiera się na wysokiej starości osadu i osad nie jest usuwany przez długi czas, występują problemy z unoszącym się osadem i mętnością w zbiorniku sedymentacyjnym. Dlatego operator powinien usuwać nadmiar osadu z systemu w określonych okresach (to nie jest problem, to obowiązek; jeśli tego nie zrobi, staje się to problemem). Podczas odwodnienia pobranego osadu należy zapewnić, że nie ma w nim plastikowych mediów - czasami małe media lub dwa, które umykają z ekranów, mogą dostać się do urządzeń odwodnieniowych, co powinno być sprawdzone (na przykład mogą utknąć w wirówce). 

Wskazówki dotyczące optymalizacji procesu MBBR 

Aby system MBBR działał efektywnie, ekonomicznie i miał długą żywotność, można zastosować pewne strategie optymalizacji: 

Etapowe karmienie i rozdział faz: Jeśli używa się serii mniejszych reaktorów zamiast jednego dużego reaktora, zredukowanie części obciążenia organicznego w pierwszym etapie i przeprowadzenie azotowania o niskim obciążeniu w drugim etapie zwiększy ogólną wydajność. W celu optymalizacji można spróbować metod takich jak podawanie głównej części ścieków bezpośrednio do pierwszego etapu, a mniejszej części do drugiego etapu (np. 70% przepływu do pierwszego etapu, 30% przepływu do drugiego etapu i częściowe obejście w drugim etapie). Może to zapewnić wyższy stosunek C/N w drugim etapie i zwiększyć efektywność denitryfikacji. Tego rodzaju optymalizację rozkładu przepływu można określić na podstawie prób pilotażowych. 

Dodanie lub usunięcie nośnika: Największą zaletą MBBR jest to, że ilość nośnika może być regulowana. Jeśli jakość effluentu jest zbyt dobra (zbyt niskie BOD, NH₄) zgodnie z danymi operacyjnymi i jeśli ma być zoptymalizowane zużycie energii, część mediów można usunąć z reaktora (powierzchnia biofilmu maleje, szybkość reakcji spowalnia, ale obciążenie dmuchawy można również zredukować). Odwrotnie, jeśli obciążenie wzrosło w czasie lub jeśli wydajność jest na granicy, dodatkowy nośnik można dodać do reaktora (jeśli projekt na to pozwala, np. z 50% do 60% wypełnienia), aby zwiększyć zdolność oczyszczania. Jest to rozwiązanie o znacznie niższych kosztach niż rozbudowa zakładu. Należy jednak sprawdzić odpowiedniość napowietrzania po dodaniu. 

Ustawienia automatyzacji i kontroli: Zaawansowane aplikacje automatyzacji przynoszą znaczne oszczędności energii i stabilizację w MBBR. Na przykład kontrolowane przez rozpuszczony tlen zasilanie powietrzem: Dopasowanie prędkości dmuchawy za pomocą VFD zgodnie z danymi z czujnika DO może zaoszczędzić 20-40% energii, działając z niską prędkością, gdy nie jest to potrzebne. Podobnie, denitryfikacja kontrolowana przez ORP może być przeprowadzona: Wewnętrzna pompa zwrotna może być przyspieszana lub spowalniana, aby utrzymać wartość ORP w zbiorniku anoksycznym w docelowym zakresie lub może być zoptymalizowana dawka węgla zewnętrznego. Oprogramowanie automatyzacyjne również rejestruje dane dotyczące trendów i dostarcza dane do optymalizacji procesu operatorowi (na przykład wyłączenie dmuchaw, gdy obciążenie spada w środku nocy i zauważenie, że pojemności wentylacyjne są zbyt wysokie). Dlatego stosowanie jak najbardziej zaawansowanych czujników i algorytmów kontrolnych czyni MBBR zarówno ekonomicznym, jak i bezpiecznym. 

Kontrola Biofilmu: Regularne monitorowanie jest niezbędne do optymalnej grubości i zdrowia biofilmu. Operatorzy są zalecani do pobierania próbek z nośników i badania ich pod mikroskopem. To pomoże zidentyfikować wskazówki, takie jak nadmiar bakterii nitkowatych (wskaźnikujący niską proporcję F/M, niedobór składników odżywczych) lub niedobór protozoów (wskaźnikujący nadmiar obciążenia). Reżim żywienia lub objętość powietrza mogą być dostosowywane w zależności od równowagi mikrobiologicznej. Na przykład, jeśli widoczne są nadmiary bakterii nitkowatych, można spróbować nieznacznego zwiększenia obciążenia (więcej F/M) lub ewentualnie wstępnego leczenia anoksycznego, aby stworzyć efekt selektora. Chociaż ten poziom optymalizacji jest bardziej zaawansowany, jest wprowadzany w dużych zakładach, aby zmaksymalizować wydajność. 

Optymalizacja Wsparcia Chemicznego: Środki chemiczne stosowane w procesie MBBR (np. zasady do regulacji pH, koagulant do usuwania fosforu, środek przeciwpieniący, źródło węgla itp.) mogą być minimalizowane w razie potrzeby, co pozwala na obniżenie kosztów operacyjnych. W tym celu pompy dozujące powinny działać z kontrolą zwrotną, jeśli to możliwe (np. dostosowując dawkę glinu w zależności od wyników analizy ortofosforanów). Nawet jeśli nie jest to możliwe, operator może zwiększyć częstotliwość analiz laboratoryjnych i manualnie dostosowywać dawki w razie potrzeby. Na przykład, jeśli na koniec okresu widać, że całkowita zawartość P zawsze jest poniżej 0,2 mg/L, można przeprowadzić optymalizację, aby utrzymać dawkę chlorku żelaza w okolicy 0,5 mg/L, redukując ją o 20% (jeśli norma wymaga 1 mg/L). Takie drobne dostosowania obniżają koszty chemiczne procesu i zapobiegają niepotrzebnemu obciążeniu chemicznemu dla środowiska. 

Odzysk Energi i Integracja: MBBR nie jest samodzielnym systemem produkcji energii (wręcz przeciwnie, zużywa energię przy użyciu dmuchaw), ale jeśli jest traktowany jako część biologicznego zakładu do oczyszczania, istnieją pewne możliwości odzysku ciepła lub energii. Na przykład, powietrze wydobywające się z dmuchaw jest dość ciepłe; można wykorzystać to ciepło do ogrzewania innych części zakładu (za pomocą wymiennika ciepła). Lub, jeśli odpadowe osady idą do fermentacji beztlenowej, biogaz może być wykorzystywany do generowania energii elektrycznej do napędzania dmuchaw zakładu. Te holistyczne kroki optymalizacyjne zapewniają bardziej zrównoważone działanie procesu MBBR i redukują długoterminowe koszty. 

Szkolenie Operatorów i Monitorowanie: Na koniec, nawet najlepsze rozwiązania techniczne nie mogą działać z pełną wydajnością bez kompetentnego zespołu operacyjnego. Optymalizacja systemów MBBR wymaga, aby operatorzy rozumieli dynamikę procesu. Wymagane jest regularne szkolenie, wymiana informacji z podobnymi obiektami oraz przygotowanie jasnych instrukcji operacyjnych. Operator powinien codziennie rejestrować dane takie jak DO, pH, temperatura, prąd i wyniki analiz oraz monitorować trendy. To pozwala na wczesne wykrywanie zmian sezonowych lub powoli rozwijających się problemów oraz proaktywne dostosowania. 

Podsumowanie 

Proces MBBR (Ruchomy Reaktor Biofilmu) zdobył miejsce zarówno w przemysłowym, jak i komunalnym oczyszczaniu ścieków dzięki swojej wysokiej wydajności, elastycznej i modułowej strukturze. W tym kompleksowym przewodniku omawiane są osobno wszystkie etapy MBBR; szczegółowo opisano krytyczne parametry do zmierzenia na każdym etapie, ich metody interpretacji oraz używane urządzenia. Ponadto przedstawione są główne obszary zastosowań MBBR oraz typowe cechy ścieków na podstawie sektorowej, a także określone typy zanieczyszczeń, które można usunąć przy pomocy tego procesu oraz ich ograniczenia. Porównawczo przedstawione są normy dotyczące wydalania do środowiska obowiązujące w Turcji i UE, a także kompleksowo wymienione parametry wymiarowe i kryteria operacyjne uznawane za podstawowe w projektowaniu MBBR. 

MBBR sistemlerinin başarısı, dikkatli bir işletme ve izleme ile birlikte doğru tasarım prensiplerinin uygulanmasını gerektirir. Tasarımcılar için, hidrolik detaylardan malzeme seçimine, biyofilm kinetiğinden yedek senaryolara kadar birçok sorun bulunmaktadır. Operatörler için ise, olası sorunlara hazırlıklı olmak ve düzenli bakım ve optimizasyon adımları atmak önemlidir. Doğru bir şekilde optimize edildiğinde, MBBR süreçleri yasalara tamamen uyumlu olan boşaltım kalitesi sağlayabilir ve bunu stabil bir şekilde yıllar boyunca sürdürebilir. Özellikle ülkemizdeki değişen ve giderek daha katılaşan boşaltım sınırları göz önüne alındığında, MBBR gibi modern biyofilm teknolojilerinin kullanımı, işletmelere hem çevresel uyum hem de işletme kolaylığı açısından büyük avantajlar sunacaktır. 

Bu kılavuzda sunulan bilgiler, hem akademik detaylar hem de pratik deneyimler ışığında derlenmiş olup, sahada karşılaşılabilecek durumlar dikkate alınmıştır. Sonuç olarak, MBBR arıtma süreci doğru bir şekilde tasarlandığında ve yönetildiğinde, yüksek yükleri tolere edebilen, kompakt bir alan kaplayan ve stabil çıktı kalitesi sağlayan bir sistem olarak öne çıkmaktadır. MBBR gibi ileri arıtma teknolojilerinin payı, hem Türkiye'de hem de AB'de sürdürülebilir su yönetimi hedeflerine ulaşılmasında artmaya devam edecektir. Bu şekilde, sanayi tesisleri ve belediyeler, su kaynaklarını koruma görevlerini yerine getirirken operasyonlarını verimli ve harmonik bir şekilde sürdürebilecektir.