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污水處理設(shè)備生物膜的形成原理(掛膜過程)
生物膜的形成過程是微生物吸附、生長、脫落等綜合作用的動(dòng)態(tài)過程。
首先,懸浮于液相中的有機(jī)污染物及微生物移動(dòng)并附著在載體表面上;然后,附著在載體上的微生物對(duì)有機(jī)污染物進(jìn)行降解,并發(fā)生代謝、生長、繁殖等過程,并逐漸在載體的局部區(qū)域形成薄的生物膜,這層生物膜具有生化活性,又可進(jìn)一步吸附、分解廢水中有機(jī)污染物,直至zui后形成一層將載體包裹的成熟的生物膜。
根據(jù)Characklis、Liu等人的研究,微生物膜的形成通常經(jīng)歷載體表面改良、可逆附著、不可逆附著、生物膜形成四個(gè)階段,具體描述如下:
微生物在載體上的掛膜可分為微生物吸附和固著生長兩個(gè)階段。載體加入水體以后,首*入吸附期。有部分微生物和絲狀物質(zhì)已經(jīng)附著在載體表面,附著了較多物質(zhì)的位置往往是載體的凹處,不容易被水流剪切的地方。此時(shí)懸浮液中的微生物大量增長,出現(xiàn)較明顯的一個(gè)污泥層。
經(jīng)過不可逆附著以后,微生物在載體表面獲得一個(gè)比較穩(wěn)ding的生長環(huán)境,在供氧和底物充足的情況下,吸附在載體上的污泥中的微生物很快就開始生長。
隨著培養(yǎng)馴化時(shí)間的增長,在載體表面生長的生物膜也迅速增長,逐漸覆蓋整個(gè)載體表面,并開始增厚。但生物膜的生長并不均勻,在載體比較突出的地方,生物膜比較薄,而凹處則會(huì)長出相當(dāng)繁盛的菌落,可見水力剪切對(duì)生物膜的生長具有重要的影響。在載體表面附著生長的微生物種類也很繁多,除了累枝蟲、鐘蟲外,還可觀察到絲狀菌、球菌、桿菌等,還有一些游泳性的細(xì)菌在活動(dòng)。隨著載體上附著了越來越多的生物膜,載體的表觀密度逐漸會(huì)下降,變得更輕,更容易流態(tài)化,同時(shí)在下降區(qū)的載體下降速度有所變慢。
02生物膜形成的影響因素
生物膜的形成與載體表面性質(zhì)(載體表面親水性、表面電荷、表面化學(xué)組成和表面粗糙度)、微生物的性質(zhì)(微生物的種類、培養(yǎng)條件、活性和濃度)及環(huán)境因素(PH值、離子強(qiáng)度、水力剪切力、溫度、營養(yǎng)條件及微生物與載體的接觸時(shí)間)等因素有關(guān)。
載體表面性質(zhì)
載體表面電荷性、粗糙度、粒徑和載體濃度等直接影響著生物膜在其表面的附著、形成。在正常生長環(huán)境下,微生物表面帶有負(fù)電荷。如果能通過一定的改良技術(shù),如化學(xué)氧化、低溫等離子體處理等可使載體表面帶有正電荷,從而可使微生物在載體表面的附著、形成過程更易進(jìn)行。載體表面的粗糙度有利于細(xì)菌在其表面附著、固定。
一方面,與光滑表面相比,粗糙的載體表面增加了細(xì)菌與載體間的有效接觸面積;另一方面載體表面的粗糙部分,如孔洞、裂縫等對(duì)已附著的細(xì)菌起著屏蔽保護(hù)作用,使它們免受水力剪切力的沖刷。
研究認(rèn)為,相對(duì)于大粒徑載體而言,小粒徑載體之間的相互摩擦小,比表面積大,因而更容易生成生物膜。另外,載體濃度對(duì)反應(yīng)器內(nèi)生物膜的掛膜也很重要。Wagner在用氣提式反應(yīng)器處理難降解物廢水時(shí)發(fā)現(xiàn),在載體質(zhì)量濃度很低情況下,即使生物膜厚達(dá)295μm,還是不能達(dá)到穩(wěn)ding的去除率。但是,在載體濃度為20-30g/L時(shí),即使只有20%的載體上有75μn厚的生物膜,反應(yīng)器依然能達(dá)到穩(wěn)ding的(98%)去除率,COD負(fù)荷zui高可達(dá)58kg/(m3?d)。
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