生物污垢

生物污垢是微生物在物體表面大量繁殖並積累而形成的微生物層，其或影響物體美觀，或造成管道堵塞。在日常生活中，經常見到一些現象，如長期不食用的水果會腐爛，山間小溪里的石頭長滿青苔，一些透明水管里出現很多青色的污物等，這些都是微生物繁殖產生的污垢。

基本介紹

• 中文名：生物污垢
• 外文名：biofouling
• 學科：生物學、海洋學
• 性質：生態污染物

簡介

生物污垢是指任何實際浸入到含水環境中的表面上所形成的微生物沉澱或生物膜。對於絕大多數工業設備而言，都不希望有生物膜存在，因為它們有可能極大的損壞工業設備。在水冷卻系統中，生物膜會使傳熱速度降低，並且有生物污垢的管道和熱交換管會顯著增加對流體流動的阻力以及泵送流體時所需的能量。在二次採油時，由於需要使用含油層水驅法，因此，生物膜可能阻塞含油層。另外，眾所周知，伴隨著某些細菌生物膜的生長而產生的酸也可能導致嚴重的腐蝕發生。這類細菌生物膜通常由硫酸鹽還原細菌組成，這種細菌通常厭氧地生長在有油和天然氣存在的水中。

控制方法

眾所周知，伴隨著某些細菌生物膜的生長而產生的酸也可能導致嚴重的腐蝕發生。這類細菌生物膜通常由硫酸鹽還原細菌組成，這種細菌通常厭氧地生長在有油和天然氣存在的水中。

生物膜可能包含任何種類的微生物，比如藻類、黴菌、需氧細菌和厭氧細菌。除了這些微生物之外，生物膜通常還包括胞外聚合材料，這種聚合材料保護微生物不被捕食和避免毒素的侵害。由於這些聚合物能阻礙化學生物殺傷劑的滲透，因些，包含於或附著於生物膜中的微生物(固著微生物)比懸浮於水相中的微生物(浮游微生物)更難被化學生物殺傷劑殺死。

在文獻中已記載有多種能夠殺死浮游生物的生物殺傷劑，例如參見美國專利US-4297224。這些生物殺傷劑包括氧化生物殺傷劑氯、溴、二氧化氯、氯代異氰脲酸酯以及含鹵素的乙內醯脲;還包括非氧化生物殺傷劑季銨化合物、異噻唑酮、醛類、對羥基苯甲酸酯類和有機硫化合物。

通常，上述生物殺傷劑已經用於殺死循環水系統、例如水冷卻塔、巴氏滅菌器中的浮游微生物。但是，對固著微生物的生物殺傷效果的常規測定直到最近都很少進行。最近的研究表明，許多廣泛使用的生物殺傷劑對固著微生物的殺傷效果都不好。

背景

生物污垢廣泛存在於工業循環冷卻水系統、飲用水系統及海水系統中所使用的各種設備表面及內部以及各種膜分離過程的膜材料表面上。微生物污垢的存在,降低了換熱器的傳熱性能,增大了流動阻力,促進設備腐蝕,造成能源和材料的大量浪費。生物污垢誘導期及其影響因素研究,可為抑垢對策研究和換熱器設計提供理論依據,是實現節能降耗和低碳循環經濟的重要發展方向。

本論文是基於作者參與國家自然科學基金《基於多參數檢測的微生物污垢誘導期及影響因素研究》[No.50806010]的研究工作總結。本課題在分析微生物污垢及其誘導期的各影響因素基礎上,選取易於在換熱面或其他固體壁面上形成污垢的典型微生物——粘液形成菌和鐵細菌作為研究對象,利用循環冷卻水動態模擬裝置,採用吉林市生活用水並添加一定濃度的典型微生物和營養源作為實驗水質,在恆定運行工況下,動態模擬實驗流體的流動狀態和傳熱傳質過程,線上或定期檢測污垢熱阻和各種水質參數,針對不鏽鋼、銅、不鏽鋼縮放管換熱器的結垢特性進行動態實驗研究,並利用XPS(電子能譜儀)對污垢成分進行了定量分析。

研究進展

近年來，膜技術取得廣泛的發展。然而，生物污垢極大提高了膜技術的運營成本，降低膜的使用壽命，阻礙膜技術的套用。該研究採用有機化學鍵和納米材料的共同修飾相結合的方法，研究了1，2，3-三氮唑和鈀納米顆粒共同修飾後的聚碸膜的抗生物污垢效果。連續滴流生物膜反應器和好氧膜生物膜反應器共同使用，較為系統地研究了該膜的抗生物污垢效果。研究結果表明，經過1，2，3-三氮唑和鈀納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關信號分子的形成，減少生物膜形成相關微生物的相對豐度等，顯示出較強的抗生物污垢效果。

生物污垢的分類、產生原因、特點及成分

分類	產生原因	特點	成分
菌類; 藻類; 貝類; 哈類; （海洋生物）	由設備內壁或遊輪外壁水生物附著形成，形成生物污垢	1）污垢有腐蝕性; 2）污垢阻礙船速，加大燃料消耗
細菌類	在形成初期為濃稠絮狀物，易產生此類污垢	1）膠泥狀沉積層[紅棕色; 2）污垢; 3）造成基體腐蝕	鐵細菌產生的污垢主要為Fe(OH)2膠狀物