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生物膜形成的影响因素
生物膜的形成与载体表面性质(载体表面亲水性、表面电荷、表面化学组成和表面粗糙度)、微生物的性质(微生物的种类、培养条件、活性和浓度)及环境因素(PH值、离子强度、水力剪切力、温度、营养条件及微生物与载体的接触时间)等因素有关。
载体表面性质
载体表面电荷性、粗糙度、粒径和载体浓度等直接影响着生物膜在其表面的附着、形成。在正常生长环境下,微生物表面带有负电荷。如果能通过一定的改良技术,如化学氧化、低温等离子体处理等可使载体表面带有正电荷,从而可使微生物在载体表面的附着、形成过程更易进行。载体表面的粗糙度有利于细菌在其表面附着、固定。
一方面,与光滑表比,粗糙的载体表面增加了细菌与载体间的有效接触面积;另一方面载体表面的粗糙部分,如孔洞、裂缝等对已附着的细菌起着屏蔽保护作用,使它们免受水力剪切力的冲刷。
研究认为,相对于大粒径载体而言,小粒径载体之间的相互摩擦小,比表面积大,因而更容易生成生物膜。另外,载体浓度对反应器内生物膜的挂膜也很重要。Wagner在用气提式反应器处理难降解物废水时发现,在载体质量浓度很低情况下,即使生物膜厚达295μm,还是不能达到稳定的去除率。但是,在载体浓度为20-30g/L时,即使只有20%的载体上有75μn厚的生物膜,反应器依然能达到稳定的(98%)去除率,COD负荷可达58kg/(m3·d)。
悬浮微生物浓度
在给定的系统中,悬浮微生物浓度反映了微生物与载体间的接触频度。一般来讲,随着悬浮微生物浓度的增加,微生物与载体间可能接触的几率也增加。许多研究结果表明,在微生物附着过程中存在着一个临界的悬浮微生物浓度;随着微生物浓度的增加,微生物借助浓度梯度的运送得到加强。
在临界值以前,微生物从液相传送、扩散到载体表面是控制步骤,一旦超过此临界值,微生物在载体表面的附着、固定受到载体有效表面积的限制,不再依赖于悬浮微生物的浓度。但附着固定平衡后,载体表面微生物的量是由微生物及载体表面特性所决定的。
臭氧氧化
臭氧是一种强氧化剂,与还原态污染物反应时速度快,使用方便,不产生二次污染,可用于污水的、除色、除臭、去除有机物和降低COD等。单独使用臭氧氧化法造价高、处理成本昂贵,且其氧化反应具有选择性,对某些卤代烃及农药等氧化效果比较差。
为此,近年来发展了旨在提高臭氧氧化效率的相关组合技术,其中UV/O3、H2O2/O3、UV/H2O2/O3等组合方式不仅可提高氧化速率和效率,而且能够氧化臭氧单独作用时难以氧化降解的有机物。由于臭氧在水中的溶解度较低,且臭氧产生效率低、耗能大,因此增大臭氧在水中的溶解度、提高臭氧的利用率、研制低能耗的臭氧发生装置成为研究的主要方向。
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磁分离技术
磁分离技术是近年来发展的一种新型的利用废水中杂质颗粒的磁性进行分离的水处理技术。对于水中非磁性或弱磁性的颗粒,利用磁性接种技术可使它们具有磁性。
磁分离技术应用于废水处理有三种方法:直接磁分离法、间接磁分离法和微生物—磁分离法。
目前研究的磁性化技术主要包括磁性团聚技术、铁盐共沉技术、铁粉法、铁氧体法等,具有代表性的磁分离设备是圆盘磁分离器和高梯度磁过滤器。目前磁分离技术还处于实验室研究阶段,还不能应用于实际工程实践。
等离子水处理技术
低温等离子体水处理技术,包括高压脉冲放电等离子体水处理技术和辉光放电等离子体水处理技术,是利用放电直接在水溶液中产生等离子体,或者将气体放电等离子体中的活性粒子引入水中,可使水中的污染物彻底氧化、分解。
水溶液中的直接脉冲放电可以在常温常压下操作,整个放电过程中无需加入催化剂就可以在水溶液中产生原位的化学氧化性物种氧化降解有机物,该项技术对低浓度有机物的处理经济且有效。
此外,应用脉冲放电等离子体水处理技术的反应器形式可以灵活调整,操作过程简单,相应的维护费用也较低。受放电设备的限制,该工艺降解有机物的能量利用率较低,等离子体技术在水处理中的应用还处在研发阶段。