[科普中国]-生物污垢

简介

生物污垢是指任何实际浸入到含水环境中的表面上所形成的微生物沉淀或生物膜。对于绝大多数工业设备而言，都不希望有生物膜存在，因为它们有可能极大的损坏工业设备。在水冷却系统中，生物膜会使传热速度降低，并且有生物污垢的管道和热交换管会显著增加对流体流动的阻力以及泵送流体时所需的能量。在二次采油时，由于需要使用含油层水驱法，因此，生物膜可能阻塞含油层。另外，众所周知，伴随着某些细菌生物膜的生长而产生的酸也可能导致严重的腐蚀发生。这类细菌生物膜通常由硫酸盐还原细菌组成，这种细菌通常厌氧地生长在有油和天然气存在的水中。1

控制方法众所周知，伴随着某些细菌生物膜的生长而产生的酸也可能导致严重的腐蚀发生。这类细菌生物膜通常由硫酸盐还原细菌组成，这种细菌通常厌氧地生长在有油和天然气存在的水中。

生物膜可能包含任何种类的微生物，比如藻类、霉菌、需氧细菌和厌氧细菌。除了这些微生物之外，生物膜通常还包括胞外聚合材料，这种聚合材料保护微生物不被捕食和避免毒素的侵害。由于这些聚合物能阻碍化学生物杀伤剂的渗透，因些，包含于或附着于生物膜中的微生物(固着微生物)比悬浮于水相中的微生物(浮游微生物)更难被化学生物杀伤剂杀死。

在文献中已记载有多种能够杀死浮游生物的生物杀伤剂，例如参见美国专利US-4297224。这些生物杀伤剂包括氧化生物杀伤剂氯、溴、二氧化氯、氯代异氰脲酸酯以及含卤素的乙内酰脲;还包括非氧化生物杀伤剂季铵化合物、异噻唑酮、醛类、对羟基苯甲酸酯类和有机硫化合物。

通常，上述生物杀伤剂已经用于杀死循环水系统、例如水冷却塔、巴氏灭菌器中的浮游微生物。但是，对固着微生物的生物杀伤效果的常规测定直到最近都很少进行。最近的研究表明，许多广泛使用的生物杀伤剂对固着微生物的杀伤效果都不好。1

背景生物污垢广泛存在于工业循环冷却水系统、饮用水系统及海水系统中所使用的各种设备表面及内部以及各种膜分离过程的膜材料表面上。微生物污垢的存在,降低了换热器的传热性能,增大了流动阻力,促进设备腐蚀,造成能源和材料的大量浪费。生物污垢诱导期及其影响因素研究,可为抑垢对策研究和换热器设计提供理论依据,是实现节能降耗和低碳循环经济的重要发展方向。

本论文是基于作者参与国家自然科学基金《基于多参数检测的微生物污垢诱导期及影响因素研究》[No.50806010]的研究工作总结。本课题在分析微生物污垢及其诱导期的各影响因素基础上,选取易于在换热面或其他固体壁面上形成污垢的典型微生物——粘液形成菌和铁细菌作为研究对象,利用循环冷却水动态模拟装置,采用吉林市生活用水并添加一定浓度的典型微生物和营养源作为实验水质,在恒定运行工况下,动态模拟实验流体的流动状态和传热传质过程,在线或定期检测污垢热阻和各种水质参数,针对不锈钢、铜、不锈钢缩放管换热器的结垢特性进行动态实验研究,并利用XPS(电子能谱仪)对污垢成分进行了定量分析。2

研究进展近年来，膜技术取得广泛的发展。然而，生物污垢极大提高了膜技术的运营成本，降低膜的使用寿命，阻碍膜技术的应用。该研究采用有机化学键和纳米材料的共同修饰相结合的方法，研究了1，2，3-三氮唑和钯纳米颗粒共同修饰后的聚砜膜的抗生物污垢效果。连续滴流生物膜反应器和好氧膜生物膜反应器共同使用，较为系统地研究了该膜的抗生物污垢效果。研究结果表明，经过1，2，3-三氮唑和钯纳米的膜材料可有效降低生物膜中胞外聚集物的含量，抑制生物膜形成的相关信号分子的形成，减少生物膜形成相关微生物的相对丰度等，显示出较强的抗生物污垢效果。3

生物污垢的分类、产生原因、特点及成分

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