Welche Faktoren beeinflussen die Bildung von Bakterienflocken?

Bakterienflocken sind viskose Flocken, die durch die Aggregation von Bakterien und ihren abgesonderten extrazellulären Polymersubstanzen (EPS) im Belebtschlamm/Biofilm entstehen; Sie sind eine zentrale Funktionseinheit in der biologischen Abwasserbehandlung.

• Kernbakterien: *Zoogloea*, *Pseudomonas*, *Flavobacterium* usw.

• Aussehen: Neu gebildete Flocken sind farblos und transparent mit kompakter Struktur; reife Flocken sind gelblich-braun und flockig; gealterte Flocken haben eine dunkle Farbe und sind locker.

• Größe: Zehn bis Hunderte von Mikrometern, netzförmig/verzweigt/kugelförmig/pilzförmig.

1. Grundlage: Bakterielle Sekretion von EPS (Schlüssel „Klebstoff“)

• Zusammensetzung: Polysaccharide (70–80 %) + Proteine ​​+ geringe Mengen Nukleinsäuren/Lipide.

• Funktion: Kapselt Bakterienzellen ein, haftet aneinander und bildet ein Netzgerüst.

• Auslöser: Eine umfangreiche Sekretion erfolgt unter ausreichenden Nährstoffen, aeroben Bedingungen und einem geeigneten pH-Wert (6,5–7,5)/Temperatur (20–35 Grad).

2. Aggregation: Durch Adhäsion und Brückenbildung bilden sich Mikroflocken.

• Homobiotika haften über Kapseln/Schleimschichten; Heterobiotika verbinden sich über ein EPS-Netzwerk.

• Ladungsneutralisierung: Die Bakterienoberfläche trägt eine negative Ladung; Kationen (Ca²⁺/Mg²⁺) neutralisieren die Ladung und fördern die Aggregation.

• Ergebnis: Bildung von 10–50 μm großen Mikroflocken.

3. Reifung: Mikroflocken aggregieren und entwickeln sich zu Bakterienflocken.

• Mikroflocken adsorbieren weiterhin Bakterien, organische Stoffe und suspendierte Partikel und nehmen dabei an Größe und Dichte zu.

• Im Inneren bildet sich eine aerobe → anoxische → anaerobe Mikroumgebung, die die gleichzeitige Nitrifikation/Denitrifikation/Phosphorfreisetzung unterstützt.

• Reife Bakterienflocken: 100–500 μm, mit guten Absetzeigenschaften und hoher Aktivität.

1. Abbau organischer Stoffe

• Hohe spezifische Oberfläche: Adsorption und Abbau gelöster/kolloidaler organischer Stoffe, 5–10-mal effizienter als freie Bakterien.

• Synergistischer Stoffwechsel: Aerobe Bakterien zersetzen leicht abbaubaren CSB, anaerobe Bakterien bauen widerspenstige Stoffe ab, Mineralisierung → CO₂ + H₂O.

• Beispiel: Die BSB5-Entfernungsrate des kommunalen Abwassers beträgt 80–95 %, hauptsächlich aufgrund von Flocken.

2. Hocheffiziente Adsorption

• Adsorption von Schwebstoffen (SS), Schwermetallen, Farbstoffen und Spuren organischer Stoffe.

• Mechanismus: Die Hydroxyl-/Carboxyl-/Aminogruppen von EPS stellen zahlreiche Adsorptionsstellen bereit; nach Adsorption Anreicherung → Abbau/Ausfällung.

3. Schlamm-Wassertrennung

• Flockendichte ≈ 1,02–1,05 g/cm³, setzt sich leicht durch Schwerkraft ab (Nachklärbecken).

• Hervorragende Flocken: SV30=20–30 %, SVI=50–150 ml/g, schnelles Absetzen, klares Abwasser.

• Lose/gealterte Flocken → Schlammaufblähung → trübes Abwasser, Schlammverlust.

4. Schutz und Stressresistenz

• Anti-Phagozytose: Die EPS-Einkapselung macht es für Protozoen schwierig, sie zu jagen, und sorgt so für eine stabile Biomasse.

• Toxizitätsresistenz: EPS adsorbiert/puffert toxische Substanzen (Schwermetalle, Phenole, Cyanide) und schützt so die Bakterienzellen.

• Schockresistenz: Die interne Mikroumgebung bleibt bei pH-/Temperatur-/Lastschwankungen stabil und sorgt so für eine starke Schockresistenz.

5. Stickstoff- und Phosphorentfernung

• Nitrifikation: Nitrifizierende Bakterien in der aeroben Oberflächenzone wandeln NH₄⁺ in NO₃⁻ um.

• Denitrifikation: Denitrifizierende Bakterien in der inneren anoxischen Zone wandeln NO₃⁻ in N₂ um (Stickstoffentfernung).

• Phosphorentfernung: Polyphosphat-ansammelnde Bakterien absorbieren aerob Phosphor und setzen Phosphor anaerob frei, während Restschlamm Phosphor ausscheidet.

6. Ökologische Stabilität

• Innerhalb der Flocken bildet sich eine Nahrungskette aus Bakterien/Pilzen/Protozoen/Metazoen, die ein übermäßiges Wachstum filamentöser Bakterien hemmt und eine Schlammbildung verhindert.

• Protozoen (Vorticella/Rädertierchen) dienen als Indikatororganismen: Mehr Vorticella → bessere Flockenaktivität und klareres Abwasser.

• Gute Flocken: Hellgelb/transparent, kompakte Struktur, saubere Kanten, gleichmäßige Größe, schnelles Absetzen, klarer Überstand.

• Schlechte Flocken: Dunkle Farbe, lockere Struktur, verschwommene Kanten, viele kleine Fragmente, langsames Absetzen, trüber Überstand.

• Mikroskopische Untersuchung: Beobachten Sie bei 400-facher Vergrößerung; Große, dichte Flocken mit vielen Vorticella sind überlegen.

• Gelöster Sauerstoff (DO): 2–4 mg/L (Zu hoch → lose Flocken; zu niedrig → Schwärzung und übler Geruch). • Nährstoffverhältnis: C:N:P=100:5:1 (Stickstoffmangel → Anhäufung filamentöser Bakterien; Phosphormangel → lose Flocken).

• pH-Wert: 6,5–7,5 (zu sauer → Zerfall; zu alkalisch → Alterung).

• Temperatur: 20–35 Grad (Niedrige Temperatur → langsames Wachstum, lockere Flocken).

• Schlammverweilzeit (SRT): 5–15 Tage (Zu kurz → viele neue Flocken, schlechtes Absetzen; zu lang → Alterung, geringe Aktivität).

Flocken sind das „Herz“ der biologischen Abwasserbehandlung: Sie entstehen durch die Aggregation von Zoogloea und EPS (extrazellulären Mikroorganismen) und ihre Kernfunktionen sind Adsorption, Abbau, Sedimentation und Stressresistenz; Ihre Menge, Größe und Struktur bestimmen direkt die Abwasserqualität und Systemstabilität. Durch die Kontrolle von gelöstem Sauerstoff, Nährstoffen, pH-Wert, Temperatur und Schlammalter während des Betriebs können qualitativ hochwertige Flocken mit kompakter Struktur, hoher Aktivität und gutem Absetzverhalten erhalten bleiben.