Hvilke faktorer påvirker dannelsen af ​​bakterieflokke?

Bakterieflokke er viskøse flokke dannet ved aggregering af bakterier og deres udskilte ekstracellulære polymere stoffer (EPS) i aktiveret slam/biofilm; de er en kernefunktion i biologisk spildevandsrensning.

• Kernebakterier: *Zoogloea*, *Pseudomonas*, *Flavobacterium* osv.

• Udseende: Nydannede flokke er farveløse og gennemsigtige med en kompakt struktur; modne flokke er gullige-brune og flokkulente; lagrede flokke er mørke i farven og løse.

• Størrelse: Ti til hundreder af mikrometer, netformet/forgrenet/sfærisk/svampeformet-.

1. Grundlag: Bakterieudskillelse af EPS (nøgle "klæbemiddel")

• Sammensætning: Polysaccharider (70–80%) + proteiner + små mængder nukleinsyrer/lipider.

• Funktion: Indkapsler bakterieceller, klæber til hinanden og danner et netvæv.

• Udløsende: Omfattende sekretion sker under tilstrækkelige næringsstoffer, aerobe forhold og passende pH (6,5-7,5)/temperatur (20-35 grader).

2. Aggregation: Vedhæftning og brodannelse danner mikroflokke.

• Homobiotika klæber via kapsler/slimlag; heterobiotika forbindes via et EPS-netværk.

• Ladningsneutralisering: Bakterieoverfladen bærer en negativ ladning; kationer (Ca²⁺/Mg²⁺) neutraliserer ladningen, hvilket fremmer aggregering.

• Resultat: Dannelse af 10–50 μm mikroflokke.

3. Modning: Mikroflokke aggregerer og udvikler sig til bakterieflokke.

• Mikroflokke fortsætter med at adsorbere bakterier, organisk materiale og suspenderede partikler, hvilket øges i størrelse og tæthed.

• Et aerobt → anoxisk → anaerobt mikromiljø dannes internt, hvilket understøtter samtidig nitrifikation/denitrifikation/phosphorfrigivelse.

• Modne bakterieflokke: 100–500 μm, med gode bundfældningsegenskaber og høj aktivitet.

1. Nedbrydning af organisk stof

• Højt specifikt overfladeareal: Adsorption + nedbrydning af opløst/kolloidt organisk stof, 5-10 gange mere effektivt end frie bakterier.

• Synergistisk stofskifte: Aerobe bakterier nedbryder let nedbrydelig COD, anaerobe bakterier nedbryder genstridige stoffer, mineralisering → CO₂ + H₂O.

• Eksempel: BOD5-fjernelsesraten for kommunalt spildevand er 80–95 %, hovedsagelig på grund af flokke.

2. Meget effektiv adsorption

• Adsorption af suspenderede faste stoffer (SS), tungmetaller, farvestoffer og spororganiske stoffer.

• Mekanisme: Hydroxyl/carboxyl/aminogrupperne i EPS giver adskillige adsorptionssteder; efter adsorption, berigelse → nedbrydning/fældning.

3. Slam-Vandseparering

• Flokdensitet ≈ 1,02–1,05 g/cm³, bundfældes let ved tyngdekraften (sekundær sedimentationstank).

• Fremragende flokke: SV30=20–30 %, SVI=50–150 mL/g, hurtig bundfældning, klart spildevand.

• Løse/ældne flokke → slammasser → grumset spildevand, slamtab.

4. Beskyttelse og stressmodstand

• Anti-fagocytose: EPS-indkapsling gør det vanskeligt for protozoer at forgribe sig på dem og opretholder stabil biomasse.

• Toksicitetsresistens: EPS adsorberer/puffer giftige stoffer (tungmetaller, phenoler, cyanider) og beskytter bakteriecellerne.

• Stødmodstand: Det indre mikromiljø forbliver stabilt under pH/temperatur/belastningsudsving, hvilket giver stærk stødmodstand.

5. Nitrogen- og fosforfjernelse

• Nitrifikation: Nitrificerende bakterier i overfladens aerobe zone omdanner NH₄⁺ til NO₃⁻.

• Denitrifikation: Denitrificerende bakterier i den indre anoxiske zone omdanner NO₃⁻ til N₂ (nitrogenfjernelse).

• Fosforfjernelse: Polyphosphat-akkumulerende bakterier absorberer fosfor aerobt og frigiver fosfor anaerobt, mens resterende slam udleder fosfor.

6. Økologisk stabilitet

• En fødekæde af bakterier/svampe/protozoer/metazoer dannes i flokken, som hæmmer overdreven vækst af trådformede bakterier og forhindrer slam, der fylder.

• Protozoer (Vorticella/hjuldyr) tjener som indikatororganismer: Mere Vorticella → bedre flokaktivitet og klarere spildevand.

• Gode flokke: Lysegul/gennemsigtig, kompakt struktur, pæne kanter, ensartet størrelse, hurtig bundfældning, klar supernatant.

• Dårlige flokke: Mørk farve, løs struktur, slørede kanter, mange små fragmenter, langsom bundfældning, grumset supernatant.

• Mikroskopisk undersøgelse: Observer ved 400x forstørrelse; store, tætte flokke med mange Vorticella er overlegne.

• Opløst ilt (DO): 2–4 mg/L (For høj → løse flokke; for lav → sortfarvning og dårlig lugt). • Næringsstofforhold: C:N:P=100:5:1 (nitrogenmangel → filamentøse bakterier buler; fosformangel → løse flokke).

• pH: 6,5–7,5 (For sur → nedbrydning; For basisk → ældning).

• Temperatur: 20–35 grader (Lav temperatur → langsom vækst, løse flokke).

• Slamretentionstid (SRT): 5–15 dage (For kort → mange nye flokke, dårlig bundfældning; For lang → ældning, lav aktivitet).

Flokker er "hjertet" i biologisk spildevandsrensning: dannet af aggregering af zoogloea og EPS (ekstracellulære mikroorganismer), deres kernefunktioner er adsorption, nedbrydning, bundfældning og stressresistens; deres mængde, størrelse og struktur bestemmer direkte spildevandskvaliteten og systemets stabilitet. Kontrol af DO, næringsstoffer, pH, temperatur og slamalderen under drift kan opretholde høj-kvalitets flokke med kompakt struktur, høj aktivitet og god bundfældning.