טיפול במים עומד כאחד התהליכים הקריטיים ביותר לשמירה על בריאות הציבור ומאפשרים תפעול תעשייתי ברחבי העולם.גישה למים נקיים משקעים על הסרת מוצקים מושעה, פתוגנים, וממסת את המזהמים העתידיים.במשך עשרות שנים, קוגניטים כימיים כגון פתרונות אלומיניום sulfate (alum) ו- ferric chloride שלטו במערכות של סימנטציה, אך השימוש שלהם מגיע עם עלויות סביבתיות משמעותיות:

הבנה של bioflocculants

(ב) ביופלודרים הם בעלי משקל גבוה ביופוחיות המסודות על ידי חיידקים, פטריות, אצות ואפילו כמה צמחים.חומרים טבעיים אלה נושאים קבוצות פונקציונליות - כגון carboxyl, hydroxyl, וקבוצות amino - המאפשרים להם לקשור חלקיקים מושעה במים באמצעות מנגנונים כגון ניטרליזציה, פוליפרציות סולמות, ונפיחות סינתטית.

מכניזם של Particle Aggregation

bioflocculants להקל על המשקעים באמצעות כמה מנגנונים נפרדים.ה הנפוץ ביותר הוא פולימרי בולט, שבו מולקולות ביופלנטיות שרשרת ארוכה על חלקיקים מרובים בו זמנית, ויצר רשת תלת-ממדית שלוכדת ומאגדת אותם לתוך צפיפות גדולה יותר של מים ניטרליזציה מתרחשת כאשר הביופלנט נושאת מטען הפוך חלקיקים מושעה - לעתים קרובות טעון שלילי התנגשות אלקטרואידית - גורם אלקטרוסטטי משותף של חלקיקים מלוכדים, המאפשרים לתוך חלקיקים מולקולריים של הגוף עצמו.

היתרונות של bioflocculants על פלוקומים כימיים

בעוד שפליונות כימיים קונבנציונליים יעילים, החסרונות שלהם גרמו לשינוי לעבר חלופות מבוססות ביולוגית. היתרונות של ביופלורנטים הם רב פנים ורחבים מעבר לחבר סביבתי פשוט.

  • (FLT:0) ידידותי לסביבה ולא רעיל:EveF1; Bioflocculants degrade באופן טבעי לתוך רכיבים בלתי מזיקים, שלא משאירים שאריות כימיות מתמשך. לעומת זאת, מלחי אלומיניום וברזל מייצרים כמויות גדולות של סלדג'טים הדורשים לעתים קרובות חסימת יקר במזומנים.פולי אקרימידיד לא יכול לחדור לתוך מונוגרלמרסמי, אשר ידועים נוירוטוקסין ומניעים רגישים לחלוטין.
  • (FLT:0) Biodegradability:FLT:1 כי ביופלוקנטים מיוצרים על ידי אורגניזמים חיים, הם נשברים בקלות על ידי פעולה מיקרוביאלית בסביבה.זה מקטין את טביעת הרגל האקולוגית ארוכת טווח של פעולות טיפול במים וסימולציות ניהול סלשן.
  • (FLT:0) יעילות בטווח הארוך: ההרחבה של הביופלקורד (FLT:1) למרות שעלויות הייצור של ביופלוקנטים יכול להיות גבוה יותר מאשר של כימיקלים של סחורות, עלויות מחזור חיים הכוללות יכולות להיות נמוכות יותר כאשר גורם בדמי סלפט מופחת, דרישות אנרגיה נמוכות יותר לשילוב וליישב, וחיסול של הסתגלות כימית לאחר טיפול יתר על כן, biofloulants לעתים קרובות ניתן לייצר על ידי זרימת פסולת, באמצעות קיצוץ בהוצאות.
  • (FLT:0)Broad הפעלה טווח: 1FLT:1 flocculants כימיקלים הם בדרך כלל אופטימיזציה עבור pH צר וחלונות טמפרטורה. bioflocculants, לעומת זאת, לעתים קרובות לבצע היטב בטווח רחב של pH רחב (3–11) ובטמפרטורות שונות, הודות לקבוצות פונקציונליות מגוונות וגמישות בהתאמה של biopolymers.
  • (FLT:0) ,Selective Removal Capabilities: ⁇ 1) ביופלודרנטים מסוימים מציגים מפרט גבוה עבורמזהמים מסוימים, כגון מתכות כבדות, צבעים, או קולונואידים אורגניים.סלקטיביות זו מאפשרת טיפול ממוקד של משככי תעשייתיים מורכבים ללא שימוש בסוכנים נוספים.

Bioflocculants in the Sediment Process

סידמנטציה היא התיישבות של מוצקים מושעה באגן או מבהיר.זה אחד המבצעים הוותיקים והנפוצים ביותר של יחידות בשימוש נרחב ביותר במים ובטיפול במים.ביופלוקנטים משפרים את המשקעים על ידי צמצום היווצרות וסידור של flocs, ובכך משפרים את יעילות ההסרה המוצקה וצמצום זמן השימור הנדרש.

בתהליך טיפוסי, מים גולמיים נכנסים לחדר מהיר שבו הביופלפוטואנט נוסף ומפוזר. גנוטלה באגן flocculation מקדם התנגשות חלקיקים וצמיחה flocal.המים זורמים לתוך מיכל של השמדה שבו תנאי quiescent מאפשרים לfloc להתיישב תחת gravidulating מים על פני השטח העליון, בעוד המים זורמים לתוך מיכל משקעים גדולים יותר מ 0% ריצוף נמוך יותר מאשר לעתים קרובות יותר טמפרטורות גבוהות יותר מצופה טמפרטורות גבוהות יותר.

גורמים המשפיעים על ביצועי ביופלוק

יש להתאים כמה פרמטרים כדי להשיג יעילות סינדימנט מקסימלית עם bioflocculants:

  • (FLT:0)Dosage:FLT:1 תוצאות מעטות מדי של הדבקה לא שלמה; יותר מדי יכול לגרום ליציבות עקב משיכה הפוכה או סטריבית. מבחנים ג'ארד הם הכרחיים לקבוע את המינון האופטימלי עבור כל מטריצה מים.
  • (FLT:0) ⁇ אינטנסיבית: FLT:1 Rapid Mixing (G Value) 300 s-1) עבור פיזור ראשוני ואחריו ערבוב איטי (G - 20-50 s-1) עבור צמיחה floc מספק את האיזון האידיאלי.
  • (FLT:0)pH ו-ionic Power:FLT:1 בעוד bioflocculants הם בדרך כלל חזקים, יעילות flocculation ניתן לשפר על ידי התאמת pH לנקודה האופטית של contaminant או bioflocculant עצמו. Cations כגון Ca2+ ו Mg2 יכול לגשר חלקיקים טוסקים שלילי, שיפור היווצרות.
  • (FLT:0) Temperature:FLT:1 רוב הביופלקנטים נשארים יעילים בין 10 מעלות צלזיוס ל-40 מעלות צלזיוס, אך הביצועים עשויים לרדת בטמפרטורות קיצוניות עקב שינויים תואמים או ירידה מיקרוביאלית באחסון לטווח ארוך.

סוגים של bioflocculants ומקורות שלהם

ביופלוקנטים מסווגים בעיקר על ידי מקורם המיקרוביאלי והרכב הכימי שלהם.שלוש הקטגוריות העיקריות הן:

Bioflocculants

(ב) ב[[1924]], [[1924]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[[[1924]]]]]]]]]], [[[[1924]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[[[1924]]

פטריות Bioflocculants

(ב) ⁇ (ב[[המאה ה-20]] ו[[1924]]]]]] ו[[1924]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] ו[[1924]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]], [[1924]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]] [[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]] [[[[1924]]]]]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]] [[[[1924]]]]]]]] [[[[[[[[[[1924]]

אלגל וצמחים מבוססי ביופלוק

מיקרולגה כגון (FLT:0) chlorella vulgarisFLT ( 1:1 ומאקרוalgae לייצר alginate ופוליsaccharides אחרים שפועלים כמו flocculants. Plant-derives - כמו guar מסטיק, xanthan חניכיים, ו tamarind kernelsaccharide - נחשבים גם biofloccants.

יישומים תעשייתיים ומחקרי מקרים

ביופלוקנטים מוצאים יישומים במגוון רחב של תרחישים לטיפול במים.מספר מחקרים מקרי מקרה מתועדים ממחישים את יעילותם של העולם האמיתי.

שתייה של מים קלים

בקהילות כפריות שבהן הגישה למזהמים כימיים מוגבלת, הביופלדרנטים מציעים פתרון מבוזר.מחקר בבנגלדש העריך את AFLT:0BacillusphofLT:1-derived biofloulant לטיפול במים מזוהמים עם סילט וחיידקים.המשט מופחת מ-150 NTU ל- 5TU ללא כל תוספת מינימלית של מים הפחתה כימית וניתן לטפל בהם לאחר אימון מיקרובינציה מקומית.

טקסטיל Dye Removal

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

מתכת כבדה קופת

(ביוflocculants) הם במיוחד מיומנים במכות כבדות מחייבות כגוןעופרת, קדמיום ונחושת. במחקר בקנה מידה טייסי טיפול אלקטרו-פלינג פעוט, ביו-פלי בשילוב עם משקעים לימיים השיגו 98% של Cr6+ ו-99% הסרה של Ni2+.ההש וכתוצאה מכך היה נחיתות נמוכה יותר מאשר ריצוף כימי, פתח את הדלת הבטוחה ליישום קרקע מפורט של מתכתי: 1.

עיבוד מינרלי ו-מינרלי

במבצעי כרייה, כמויות גדולות של מים משמשים לניהול כביסה וזנבים.ביופלנטים נבדקו עבור dewatering של זנב מינרלים, שבו הם מאיצים התיישבות לייצר שריד צפוף ויציב. לדוגמה, ביופלופלנטים המבוססים על צמחי (מסטיק) הפחיתו את נפח של זנבים על ידי 40% בהשוואה לטבולית סינתטית, עם צריכת פולימרים נמוכה יותר ומאובטחת יותר.

אתגרים לאימוץ נרחב

למרות היתרונות ברורים, הביופלוקנטים עדיין לא להשיג קבלה מרכזית בטיפול במים בקנה מידה גדול.יש להתגבר על כמה מכשולים כדי להתחרות עם מפולנים כימיים מבוססים.

  • (FLT:0) Production Costss:FLT:1 Permentation לייצר ביופלוציטים מיקרוביאליים עולה כיום 2-10 פעמים יותר לקילוגרם מאשר פולימרים סינתטיים.זה מונע על ידי אמצעי צמיחה יקרים וצעדי מטה הזרם למטה.עם זאת, באמצעות זרמי פסולת כמו תת-עשרים - כגון אלכוהול תלול, חלב, חלב, או מבשלים עלות לחץ דם נמוך באופן דרמטי, כך גם ירידה של עלויות מחקר נמוכות.
  • (FLT:0)Stability and Shelf Life:FLT:1 bioflocculants רגישים להשפלה zymatic ו- microbial קלקלות במהלך האחסון.Dried ניסוחים או טכניקות capsulation יכולים להאריך חיי מדף, אבל אלה תוספת עלות bioflocculants נוזל לעתים קרובות דורשים קירור אם נשמר במשך יותר מכמה שבועות, אשר הוא לא מעשי בהגדרות מרוחקות או נמוכות של קוד.
  • (ב) ⁇ :0) ⁇ (הההתמדה של ייצור: ⁇ ) , (המחקרים שפורסמו ביותר משתמשים בתסיסות בקנה מידה מעבדה; סקאלה עד כרכים תעשייתיים (tons per Day) מציגה אתגרים בעקביות הניב, העברה המונית, ובקרת זיהום.מעט חברות כיום לייצר ביופלקפוטנטים בקנה מידה מסחרי; FLT:2EcoFlocLT3 ו-FLT5B5 ⁇
  • (FLT:0) אישור אישור: FLT:1 עבור שתיית יישומי מים, ביופלוקנטים חייב להיות מאושר על ידי סוכנויות כגון ארה"ב EPA או WHO. תהליך האישור דורש בדיקות רעילות נרחבות והדגמה של איכות עקבית. בעוד רבים bioflocculants מוקצה GRAS (באופן כללי מוכר כבטוח) כמרכיבים מזון, השימוש שלהם במים הוא לעתים קרובות כפוף במקרה של , בדיקה איטית.
  • (FLT:0)Operator Training: מפעילי טיפול במים 1 (FLT:1) רגילים לפלודים כימיים עם פרוטוקולים מבוססים היטב.עבור ל bioflocculants דורש הכשרה על מינון, אופטימיזציה (למשל, סטיות גבוהה), ו ניטור עבור פעילות ביולוגית.

כיוונים עתידיים וקרנות מחקר

הדרך קדימה עבור bioflocculants היא במחקר בין-תחומי המאחד מיקרוביולוגיה, מדע פולימרים, ומעבד הנדסה.

הנדסה גנטית של מפיק סטרינס

ההתקדמות בביולוגיה סינתטית מאפשרת אופטימיזציה של זנים מיקרוביאליים כדי להרחיב את הביופלוקנטים ספציפיים עם משקולות מולקולריות מותאמות ומדנות מטען. עריכת CRISPR כבר בשימוש כדי לשפר את הפרשת exopolysaccharide exopolysaccharide (FLT:0Bacillus subtilisFLT:1 על ידי 300% אלה זנים יכול להפחית באופן דרמטי ייצור וליצור עלויות עבור floants ספציפיים.

מערכות היברידיות

שילוב ביופלוקנטים עם כמויות קטנות של מזהמים כימיים (למשל, פוליאלומה כלוריד) יכול לשפר באופן סינרגי את הביצועים תוך צמצום השימוש הכימי.מחקר שנערך לאחרונה מצא כי 70:30 תערובת של שינטוסאן (ביופלנט) עם נפח מלוטש מופחת על ידי 60% לעומת אלומיניום בלבד, תוך שמירה על אותה קדחתנות הדדית עשויה להיות בעלת גישה היברידית בין מערכות ביו-פרומטיות.

ייצור באמצעות תאים Immobilized

במקום לייצר ולטהור ביופלורים בנפרד, החוקרים חוקרים חוקרים כורים שבהם המיקרואורגניזמים נמצאים בשפע על נושאות ובודדים ברציפות לתוך זרם המים.זה מבטל עלויות טיהור ומאפשר למערכת להסתגל לשינוי איכות המים. כורים תאים בקנה מידה פיילוט הראו ביצועים יציבים מעל 100 ימים של פעולה רציפה.

שילוב עם תהליכי חמצון מתקדמים

ביופלופסה יכולה לשמש צעד טרום טיפול לפני חמצון מתקדם (למשל, אוזון, photocatalysis) כדי להסיר חומר אורגני גדול, צמצום העומס על תהליכים במורד הזרם יקר.שילוב זה מבטיח במיוחד עבור פסולת פולית המכיל אנטיביוטיקה או משבשי טופטוגרניים, שבו ביופולנטים הוכחו כדי להסיר 85% של העומס האורגני, המאפשר יעיל יותר בפירוק לאחר מכן.

מסקנה

ביופלודרנטים מייצגים שינוי פרדיגמטי כלפי ירוק יותר, טיפול במים בר קיימא יותר.על ידי רתום את היכולות הטבעיות של מיקרואורגניזמים ופולימרים צמחיים, חומרים אלה מציעים אלטרנטיבה יעילה, ביולוגית, ולא רעילה לציפוי כימי, אך אתגרים אלה ממשיכים להיות בעלי אחריות ביולוגית, אך ורקפתם של תהליכים של שימור חומרים מתקדמים, בעוד אתגרים נשארים בעלי עלויות, יציבות, ורמתיות, מחקרים תעשייתיים וחדשנות תעשייתית מתמשכת הם בהתמדה הפערים של חומרים מתקדמים לשרירים, כמו גם לשרירים, כמו גם להורדת לחץ סביבתיים, ולהגדיל את היתרונות של תהליכים של חומרים מתקדמים, כמו גם את הביצועים הפיזיים, כמו גם שיפור, כמו גם ליעילות, כמו גם את יעילות, כמו גם שיפור של חומרים, כמו גם את הביצועים הפיזיים, כמו גם שיפור, כמו גם שיפור של חומרים סביבתיים, כמו גם את יעילות, כמו גם שיפור של תהליכים מכניים, כמו גם שיפור תהליכים של חומרים.