คุณเคยสังเกตเห็นเลเยอร์ลื่นและทำความสะอาดในถังเก็บน้ำในครัวเรือนฟิลเตอร์ faucet หรือท่อไหลเวียนอุตสาหกรรมหรือไม่? นี่คือสิ่งที่เราเรียกกันทั่วไปว่าแผ่นชีวะ- มันไม่ได้เป็นเพียงสิ่งสกปรกธรรมดา-มันเป็นระบบนิเวศที่ซับซ้อนซึ่งประกอบด้วยแบคทีเรียเชื้อราสาหร่ายและจุลินทรีย์อื่น ๆ พร้อมกับสารโพลีเมอร์นอกเซลล์ที่หลั่งออกมา (EPS)
กลไกองค์ประกอบและการก่อตัวของไบโอฟิล์ม
การก่อตัวของแผ่นชีวะเป็นกระบวนการแบบไดนามิก:
1.สิ่งที่แนบมา: จุลินทรีย์ในน้ำเริ่มแรกติดกับพื้นผิวของท่อหรืออุปกรณ์
2.การเจริญเติบโตและการสืบพันธุ์: จุลินทรีย์ที่แนบมาเริ่มทำซ้ำอย่างรวดเร็วและหลั่งสารโพลีเมอร์นอกเซลล์หนืด (EPS)
3.การสุก: EPS ทำหน้าที่เหมือน "ซีเมนต์" ล้อมรอบเซลล์จุลินทรีย์อย่างแน่นหนาและสร้างโครงสร้างที่แข็งแกร่งและมีหลายชั้น โครงสร้างนี้ให้การป้องกันที่สมบูรณ์แบบสำหรับจุลินทรีย์ภายในทำให้สามารถต้านทานความเครียดจากสิ่งแวดล้อมภายนอกได้
4.การกระจายและการปลด: เมื่อแผ่นฟิล์มชีวภาพเติบโตขึ้นจุลินทรีย์บางชนิดแยกออกจากภาพยนตร์และเข้าสู่สภาพแวดล้อมโดยรอบเป็นเซลล์แพลงก์ตอน เซลล์เดี่ยวเหล่านี้สามารถแพร่กระจายไปยังพื้นผิวใหม่โดยเริ่มต้นการก่อตัวของแผ่นชีวะใหม่
อุปกรณ์อุตสาหกรรมหรือระบบน้ำใดที่มีแนวโน้มที่จะก่อตัวของแผ่นฟิล์มชีวภาพ
Biofilm เป็นชั้นเหนียวที่ประกอบด้วยจุลินทรีย์และสารโพลีเมอร์นอกเซลล์ที่หลั่งออกมา มันสามารถก่อตัวบนพื้นผิวเกือบทุกชนิดที่สัมผัสกับน้ำ ต่อไปนี้เป็นประเภทของอุปกรณ์อุตสาหกรรมและระบบน้ำที่ไวต่อการก่อตัวของแผ่นชีวะโดยเฉพาะ:
หอคอยระบายความร้อน
หอคอยระบายความร้อนเป็นหนึ่งในสถานที่ที่พบได้บ่อยที่สุดและเป็นที่นิยมสำหรับการเติบโตของฟิล์มชีวภาพ พวกเขาให้เงื่อนไขในอุดมคติสำหรับการพัฒนา:
· สารอาหารมากมาย:ระบบน้ำหล่อเย็นจับฝุ่นสารอินทรีย์และสปอร์สาหร่ายจากอากาศจัดหาอาหารสำหรับจุลินทรีย์
· อุณหภูมิที่เหมาะสมที่สุด:ช่วงอุณหภูมิของหอระบายความร้อนมักจะอยู่ระหว่าง 25 องศาและ 35 องศาซึ่งเหมาะสำหรับการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์จำนวนมาก
· การไหลของน้ำอย่างต่อเนื่อง:แม้ว่าน้ำจะไหลเวียน แต่พื้นที่นิ่งอยู่ในฟิลเลอร์แอ่งและมุมท่อทำให้ไบโอฟิล์มติดและเจริญเติบโต
ท่อและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน
ในระบบน้ำอุตสาหกรรมหลายระบบท่อส่งและเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเป็นโซนที่มีความเสี่ยงสูงสำหรับแผ่นชีวะ
· ท่อ:โดยเฉพาะอย่างยิ่งในส่วนที่มีการไหลช้าหรือโซนที่ตายแล้วแผ่นชีวะจะเกิดขึ้นได้อย่างง่ายดายบนผนังด้านในเพิ่มความต้านทานต่อน้ำและส่งเสริมการกัดกร่อน
· เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน:เมื่อแผ่นฟิล์มชีวภาพเกิดขึ้นบนพื้นผิวเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนมันจะช่วยลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากไบโอฟิล์มมีค่าการนำความร้อนที่ไม่ดีจึงทำหน้าที่เหมือน "ผ้าห่มฉนวน" ที่ขัดขวางการถ่ายเทความร้อน
ระบบการกรอง
ระบบการกรองโดยเฉพาะตัวกรองทรายตัวกรองคาร์บอนที่เปิดใช้งานและระบบกรองเมมเบรนมีแนวโน้มที่จะเกิดการปนเปื้อนของไบโอฟิล์มอย่างมาก
· ตัวกรองทรายและคาร์บอนที่เปิดใช้งาน:พื้นที่ผิวขนาดใหญ่ของตัวกรองสื่อดูดซับสารอินทรีย์ให้จุดเชื่อมต่อที่อุดมสมบูรณ์และแหล่งอาหารสำหรับจุลินทรีย์
· ระบบการกรองเมมเบรน (เช่น reverse osmosis และ ultrafiltration):เมื่อแผ่นฟิล์มชีวภาพพัฒนาบนพื้นผิวเมมเบรนมันจะอุดตันรูขุมขนนำไปสู่การลดลงของฟลักซ์และความดันในการทำงานที่เพิ่มขึ้นส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของระบบ
ทำไมแผ่นชีวะถึงลบยาก?
ความท้าทายที่แท้จริงของแผ่นชีวะอยู่ในโครงสร้างที่เป็นเอกลักษณ์ ชั้นป้องกัน EPS หนาทำให้เป็นเรื่องยากสำหรับการฆ่าเชื้อทางเคมีแบบดั้งเดิม (เช่นคลอรีน) ที่จะเจาะป้องกันการฆ่าจุลินทรีย์ที่มีประสิทธิภาพภายใน แม้ว่าพื้นผิวจะถูกทำความสะอาดจุลินทรีย์ภายในอาจอยู่รอดและงอกใหม่อย่างรวดเร็ว นี่คือเหตุผลที่การขัดผิวทางกายภาพอย่างง่ายหรือการใช้สารเคมีมักจะอยู่เฉพาะอาการไม่ใช่สาเหตุของรากและปัญหาแผ่นฟิล์มชีวภาพมักจะเกิดขึ้นอีก
อันตรายของแผ่นชีวะ
แผ่นชีวะไม่เพียง แต่ส่งผลกระทบต่อคุณภาพน้ำ แต่ยังสามารถสร้างความเสียหายอย่างร้ายแรงต่อระบบน้ำ:
·ลดประสิทธิภาพ: ในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนหรือหอระบายความร้อนแผ่นชีวะเป็นชั้นฉนวนที่ช่วยลดประสิทธิภาพการถ่ายเทความร้อนได้อย่างมีนัยสำคัญ
·การกัดกร่อนของอุปกรณ์: จุลินทรีย์ภายในแผ่นชีวะผลิตสารที่เป็นกรดเร่งการกัดกร่อนของท่อและอุปกรณ์ สิ่งนี้เรียกว่าการกัดกร่อนที่มีอิทธิพลทางจุลินทรีย์ (MIC).
·การแพร่กระจายของโรค: แผ่นชีวะสามารถใช้เป็นแหล่งเพาะพันธุ์สำหรับจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคเช่นกองทหารวางความเสี่ยงต่อสุขภาพที่อาจเกิดขึ้น
การทำความเข้าใจองค์ประกอบและอันตรายของแผ่นชีวะเป็นขั้นตอนแรกในการค้นหาวิธีแก้ปัญหาที่มีประสิทธิภาพ การปราบปรามและการกำจัดในระยะยาวนั้นจำเป็นต้องขัดขวางเงื่อนไขที่ทำให้แผ่นฟิล์มชีวภาพเป็นพื้นฐาน
การจัดการกับปัญหาฟิล์มชีวภาพที่จุดที่อยู่ในแหล่งที่มาโดยใช้สารยับยั้งสเกล
เรารู้ว่าขั้นตอนแรกในการสร้างแผ่นชีวะคือสิ่งที่แนบมา- เงื่อนไขที่สนับสนุนสิ่งที่แนบมาด้วยจุลินทรีย์ ได้แก่ :
· พื้นผิวที่ขรุขระหรือมีรูพรุน: จุลินทรีย์ยึดติดกับพื้นผิวที่ไม่เรียบหรือมีรูพรุนได้ง่ายขึ้นในขณะที่พื้นผิวที่เรียบทำให้สิ่งที่แนบมายากขึ้น
· คุณสมบัติทางเคมี: ความไม่ชอบน้ำและความไม่ชอบน้ำของพื้นผิวอาจส่งผลต่อการดูดซับเริ่มต้นของจุลินทรีย์
·การปรากฏตัวของขนาดหรือเงินฝาก: สเกลให้การสนับสนุนและการป้องกันสำหรับจุลินทรีย์เพิ่มโอกาสในการสร้างแผ่นชีวภาพ
เมื่อพิจารณาถึงเงื่อนไขที่ต้องการโดยแผ่นชีวะท่อขรุขระหรือพื้นผิวผลิตภัณฑ์ที่มีการสะสมของสเกลจะให้จุดเชื่อมต่อเริ่มต้นสำหรับจุลินทรีย์เร่งการสร้างแผ่นชีวภาพ โดยการติดตั้งไฟล์ตัวยับยั้งสเกลทางกายภาพของ DPSEที่แหล่งที่มาของระบบน้ำทั้งหมดบ้านการสะสมในท่อสามารถระงับได้ทำให้ผนังท่อค่อนข้างราบรื่นและลดโอกาสสำหรับการยึดติดของจุลินทรีย์
นอกจากนี้ชิปในตัวยับยั้งสเกล DPSE จะสร้างปฏิกิริยาอิเล็กโทรดที่อ่อนแอในระหว่างการทำงานปล่อยไมโครสากล สนามไฟฟ้าที่เกิดขึ้นในท่ออาจมีผลต่อประจุพื้นผิวของจุลินทรีย์บางส่วนรบกวนการยึดติดเบื้องต้น อย่างไรก็ตามผลกระทบนี้ส่วนใหญ่ทำหน้าที่เพื่อป้องกันการสร้างสภาพแวดล้อมที่ดีสำหรับการเจริญเติบโตของฟิล์มชีวภาพล่าช้าการก่อตัวของไบโอฟิล์มอย่างมีนัยสำคัญและป้องกันไม่ให้เกิดการพัฒนาเป็นชั้นขนาดใหญ่ที่เป็นผู้ใหญ่ มันไม่สามารถหยุดการก่อตัวของแผ่นชีวะได้อย่างสมบูรณ์
เมื่อแผ่นฟิล์มชีวภาพดิ้นรนเพื่อสร้างจุดเชื่อมต่อการฆ่าเชื้อโรคน้ำ UV จะมีผลบังคับใช้
การก่อตัวของแผ่นชีวะขึ้นอยู่กับสิ่งที่แนบมากับจุลินทรีย์เริ่มต้นกับพื้นผิวของท่อและอุปกรณ์ เมื่อจุดแนบเหล่านี้ถูกรบกวนหรือขาดหายไปจุลินทรีย์พบว่ามันยากที่จะเติบโตอย่างเสถียรและการจัดตั้งและการเจริญเติบโตของแผ่นชีวะล่าช้าอย่างมีนัยสำคัญ
ด้วยการสร้างชั้น chelated ที่ราบรื่นบนผนังท่อสารยับยั้งสเกลสามารถครอบคลุมจุดแนบที่มีศักยภาพได้อย่างมีประสิทธิภาพทำให้มันยากสำหรับจุลินทรีย์ในการค้นหาตั้งหลัก แกนหลักของแผ่นชีวะคือสารโพลีเมอร์นอกเซลล์ (EPS) ที่หลั่งออกมาจากจุลินทรีย์ซึ่งเป็นชั้นเจลหนา ชั้น EPS นี้สามารถดูดซับหรือกระจายแสงอัลตราไวโอเลตลดความเข้มของรังสียูวีที่เข้าถึงเซลล์จุลินทรีย์ อย่างไรก็ตามเมื่อไบโอฟิล์มไม่สามารถสร้างได้แบคทีเรียส่วนใหญ่ในน้ำจะยังคงอยู่ในสถานะแพลงก์ตอน ในขั้นตอนนี้ระบบฆ่าเชื้อน้ำ UV สามารถฆ่าเชื้อจุลินทรีย์โดยตรงในน้ำตัดการทำซ้ำที่แหล่งกำเนิด ทั้งสองทำงานร่วมกันเพื่อสร้างกลไกการป้องกันคู่
การป้องกันแบบคู่: กล่าวคำอำลากับปัญหาแผ่นชีวะ
โดยสรุปวิธีการรักษาเดี่ยวแบบดั้งเดิมมักจะไม่ได้ผลเพราะพวกเขาไม่สามารถแก้ไขปัญหาหลักสองประการของการสร้างแผ่นชีวะ: จุดแนบและแหล่งจุลินทรีย์ การรวมสารยับยั้งสเกลเข้ากับระบบฆ่าเชื้อน้ำ UV ให้โซลูชันที่สมบูรณ์แบบอย่างสมบูรณ์แบบ
