Quali fattori influenzano la formazione di fiocchi batterici?

I fiocchi batterici sono fiocchi viscosi formati dall'aggregazione di batteri e delle loro sostanze polimeriche extracellulari (EPS) secrete all'interno di fanghi attivi/biofilm; sono un'unità funzionale fondamentale nel trattamento biologico delle acque reflue.

• Batteri centrali: *Zoogloea*, *Pseudomonas*, *Flavobacterium*, ecc.

• Aspetto: I fiocchi neoformati sono incolori e trasparenti con struttura compatta; i fiocchi maturi sono giallastri-marroni e flocculanti; i fiocchi invecchiati sono di colore scuro e sciolti.

• Dimensioni: da decine a centinaia di micrometri, a forma di reticolato/ramificato/sferico/a fungo-.

1. Base: secrezione batterica di EPS (chiave "adesivo")

• Composizione: Polisaccaridi (70–80%) + proteine ​​+ piccole quantità di acidi nucleici/lipidi.

• Funzione: incapsula le cellule batteriche, aderisce tra loro e forma una struttura reticolata.

• Innesco: un'ampia secrezione avviene in presenza di nutrienti adeguati, condizioni aerobiche e pH (6,5–7,5)/temperatura (20–35 gradi) adeguati.

2. Aggregazione: L'adesione e il ponte formano microfiocchi.

• Gli omobiotici aderiscono tramite capsule/strati di muco; gli eterobiotici si connettono tramite una rete EPS.

• Neutralizzazione della carica: la superficie batterica trasporta una carica negativa; i cationi (Ca²⁺/Mg²⁺) neutralizzano la carica, favorendo l'aggregazione.

• Risultato: formazione di microfiocchi di 10–50 μm.

3. Maturazione: i microflocchi si aggregano, sviluppandosi in fiocchi batterici.

• I microfloc continuano ad assorbire batteri, materia organica e particelle sospese, aumentando di dimensioni e densità.

• Internamente si forma un microambiente aerobico → anossico → anaerobico, che supporta la nitrificazione/denitrificazione/rilascio simultaneo di fosforo.

• Fiocchi batterici maturi: 100–500 μm, con buone proprietà di sedimentazione ed elevata attività.

1. Degradazione della materia organica

• Elevata area superficiale specifica: adsorbimento + degradazione della materia organica disciolta/colloidale, 5–10 volte più efficiente dei batteri liberi.

• Metabolismo sinergico: i batteri aerobici decompongono il COD facilmente degradabile, i batteri anaerobici degradano le sostanze recalcitranti, mineralizzazione → CO₂ + H₂O.

• Esempio: il tasso di rimozione del BOD5 delle acque reflue urbane è dell'80–95%, principalmente a causa dei fiocchi.

2. Adsorbimento altamente efficiente

• Adsorbimento di solidi sospesi (SS), metalli pesanti, coloranti e tracce di materia organica.

• Meccanismo: i gruppi idrossile/carbossile/ammino dell'EPS forniscono numerosi siti di adsorbimento; dopo l'adsorbimento, arricchimento → degradazione/precipitazione.

3. Separazione dei fanghi-dell'acqua

• Densità dei fiocchi ≈ 1,02–1,05 g/cm³, si deposita facilmente per gravità (vasca di sedimentazione secondaria).

• Fiocchi eccellenti: SV30=20–30%, SVI=50–150 mL/g, sedimentazione rapida, effluente limpido.

• Fiocchi sciolti/invecchiati → rigonfiamento dei fanghi → effluente torbido, perdita di fanghi.

4. Protezione e resistenza allo stress

• Anti-fagocitosi: l'incapsulamento degli EPS rende difficile la predazione dei protozoi, mantenendo la biomassa stabile.

• Resistenza alla tossicità: l'EPS assorbe/tampona le sostanze tossiche (metalli pesanti, fenoli, cianuri), proteggendo le cellule batteriche.

• Resistenza agli urti: il microambiente interno rimane stabile alle fluttuazioni di pH/temperatura/carico, fornendo una forte resistenza agli urti.

5. Rimozione di azoto e fosforo

• Nitrificazione: i batteri nitrificanti nella zona aerobica superficiale convertono NH₄⁺ in NO₃⁻.

• Denitrificazione: i batteri denitrificanti nella zona anossica interna convertono NO₃⁻ in N₂ (rimozione dell'azoto).

• Rimozione del fosforo: i batteri che accumulano polifosfati-assorbono aerobicamente il fosforo e lo rilasciano in modo anaerobico, mentre i fanghi residui scaricano il fosforo.

6. Stabilità ecologica

• All'interno del fiocco si forma una catena alimentare di batteri/funghi/protozoi/metazoi, che inibisce la crescita eccessiva di batteri filamentosi e previene l'accumulo di fanghi.

• I protozoi (Vorticelle/rotiferi) fungono da organismi indicatori: Più Vorticelle → migliore attività dei fiocchi ed effluenti più chiari.

• Buoni fiocchi: giallo chiaro/trasparente, struttura compatta, bordi netti, dimensione uniforme, sedimentazione rapida, surnatante trasparente.

• Fiocco scadente: colore scuro, struttura sciolta, bordi sfocati, molti piccoli frammenti, sedimentazione lenta, surnatante torbido.

• Esame microscopico: osservare con ingrandimento 400x; sono superiori fiocchi grandi e densi con molte vorticelle.

• Ossigeno disciolto (DO): 2–4 mg/L (Troppo alto → fiocchi sciolti; troppo basso → annerimento e cattivo odore). • Rapporto nutrienti: C:N:P=100:5:1 (Carenza di azoto → rigonfiamento di batteri filamentosi; Carenza di fosforo → fiocchi sciolti).

• pH: 6,5–7,5 (Troppo acido → disintegrazione; Troppo alcalino → invecchiamento).

• Temperatura: 20–35 gradi (bassa temperatura → crescita lenta, fiocchi sciolti).

• Tempo di ritenzione dei fanghi (SRT): 5–15 giorni (Troppo breve → molti nuovi fiocchi, scarsa sedimentazione; Troppo lungo → invecchiamento, bassa attività).

I flocculati sono il "cuore" del trattamento biologico delle acque reflue: formati dall'aggregazione di zoogloea ed EPS (microrganismi extracellulari), le loro funzioni principali sono l'adsorbimento, la degradazione, la sedimentazione e la resistenza allo stress; la loro quantità, dimensione e struttura determinano direttamente la qualità dell'effluente e la stabilità del sistema. Il controllo di DO, nutrienti, pH, temperatura e età dei fanghi durante il funzionamento può mantenere fiocchi di alta-qualità con struttura compatta, elevata attività e buona sedimentazione.