Какви фактори влияят върху образуването на бактериални флокули?

Бактериалните флокули са вискозни флокули, образувани от агрегацията на бактерии и техните секретирани извънклетъчни полимерни вещества (EPS) в активирана утайка/биофилм; те са основна функционална единица в биологичното пречистване на отпадъчни води.

• Основни бактерии: *Zoogloea*, *Pseudomonas*, *Flavobacterium* и др.

• Външен вид: Новообразуваните флокули са безцветни и прозрачни с компактна структура; зрелите флокули са жълтеникаво-кафяви и флокулентни; остарелите флокули са тъмни на цвят и рохкави.

• Размер: Десетки до стотици микрометри, мрежести/разклонени/сферични/гъбовидни-.

1. Основа: Бактериална секреция на EPS (ключ "адхезив")

• Състав: Полизахариди (70–80%) + протеини + малки количества нуклеинови киселини/липиди.

• Функция: Капсулира бактериалните клетки, прилепва една към друга и образува мрежеста рамка.

• Задействане: Обилна секреция възниква при подходящи хранителни вещества, аеробни условия и подходящо pH (6,5–7,5)/температура (20–35 градуса).

2. Агрегация: Адхезията и мостовете образуват микрофлоци.

• Хомобиотиците се залепват чрез капсули/слоеве слуз; хетеробиотиците се свързват чрез EPS мрежа.

• Неутрализиране на заряда: Повърхността на бактериите носи отрицателен заряд; катиони (Ca²⁺/Mg²⁺) неутрализират заряда, насърчавайки агрегацията.

• Резултат: Образуване на 10–50 μm микрофлоки.

3. Узряване: Микрофлоките се агрегират, развивайки се в бактериални флокули.

• Microflocs продължават да адсорбират бактерии, органична материя и суспендирани частици, увеличавайки се по размер и плътност.

• Вътрешно се формира аеробна → аноксична → анаеробна микросреда, поддържаща едновременно освобождаване на нитрификация/денитрификация/фосфор.

• Зрели бактериални флокули: 100–500 μm, с добри свойства на утаяване и висока активност.

1. Разграждане на органичната материя

• Висока специфична повърхност: Адсорбция + разграждане на разтворена/колоидна органична материя, 5–10 пъти по-ефективна от свободните бактерии.

• Синергичен метаболизъм: Аеробните бактерии разграждат лесно разградими COD, анаеробните бактерии разграждат неподатливи вещества, минерализация → CO₂ + H₂O.

• Пример: Коефициентът на отстраняване на БПК5 от общинските отпадъчни води е 80–95%, главно поради флокули.

2. Високоефективна адсорбция

• Адсорбция на суспендирани твърди вещества (SS), тежки метали, багрила и следи от органични вещества.

• Механизъм: хидроксилните/карбоксилни/аминогрупите на EPS осигуряват множество адсорбционни места; след адсорбция, обогатяване → разграждане/утаяване.

3. Отделяне на-вода от утайки

• Плътност на флокулите ≈ 1,02–1,05 g/cm³, лесно се утаява от гравитацията (вторичен резервоар за утаяване).

• Отлични флокули: SV30=20–30%, SVI=50–150 mL/g, бързо утаяване, бистър отпадъчен поток.

• Разхлабени/отлежали флокули → натрупване на утайка → мътни отпадъчни води, загуба на утайка.

4. Защита и устойчивост на стрес

• Анти{0}}фагоцитоза: EPS капсулирането затруднява протозоите да се хранят с тях, поддържайки стабилна биомаса.

• Устойчивост на токсичност: EPS адсорбира/буферира токсични вещества (тежки метали, феноли, цианиди), предпазвайки бактериалните клетки.

• Устойчивост на удар: Вътрешната микросреда остава стабилна при флуктуации на рН/температура/натоварване, осигурявайки силна устойчивост на удар.

5. Отстраняване на азот и фосфор

• Нитрификация: Нитрифициращите бактерии в повърхностната аеробна зона превръщат NH4⁺ в NO3⁻.

• Денитрификация: Денитрифициращите бактерии във вътрешната аноксична зона преобразуват NO₃⁻ в N₂ (премахване на азот).

• Отстраняване на фосфор: полифосфат-акумулиращите бактерии абсорбират фосфора аеробно и освобождават анаеробно, докато остатъчната утайка изхвърля фосфора.

6. Екологична стабилност

• Хранителна верига от бактерии/гъбички/протозои/метазои се формира в флокулата, като инхибира прекомерния растеж на нишковидни бактерии и предотвратява натрупването на утайки.

• Протозоите (Vorticella/ротифери) служат като индикаторни организми: Повече Vorticella → по-добра флокулна активност и по-чисти отпадъчни води.

• Добри флокули: светложълти/прозрачни, компактна структура, спретнати ръбове, еднакъв размер, бързо утаяване, бистър супернатант.

• Лоши флокули: тъмен цвят, рохкава структура, замъглени ръбове, много малки фрагменти, бавно утаяване, мътен супернатант.

• Микроскопско изследване: Наблюдавайте при 400x увеличение; големи, плътни флокули с много Vorticella са по-добри.

• Разтворен кислород (DO): 2–4 mg/L (Твърде високо → рохкави флокули; твърде ниско → почерняване и неприятна миризма). • Съотношение на хранителни вещества: C:N:P=100:5:1 (дефицит на азот → натрупване на нишковидни бактерии; дефицит на фосфор → рохкави флокули).

• pH: 6,5–7,5 (Твърде кисело → разпадане; Твърде алкално → стареене).

• Температура: 20–35 градуса (Ниска температура → бавен растеж, рохкави флокули).

• Време на задържане на утайката (SRT): 5–15 дни (Твърде кратко → много нови флокули, лошо утаяване; Твърде дълго → стареене, ниска активност).

Флокулите са „сърцето“ на биологичното пречистване на отпадъчни води: образувани от агрегацията на зооглея и EPS (извънклетъчни микроорганизми), техните основни функции са адсорбция, разграждане, утаяване и устойчивост на стрес; тяхното количество, размер и структура директно определят качеството на отпадъчните води и стабилността на системата. Контролирането на DO, хранителните вещества, pH, температурата и възрастта на утайката по време на работа може да поддържа високо{1}}качествени флокули с компактна структура, висока активност и добро утаяване.