Источник углерода, используемый в водоподготовке, обычно рассматривается как углеродсодержащий элемент, который легко утилизируется микроорганизмами и способствует их росту. Это углеродсодержащее органическое вещество с короткой углеродной цепью и простой молекулярной структурой. Например: моносахариды, полисахариды, масла и жиры, органические кислоты, сложные эфиры и небольшие молекулярные спирты. В процессе микробной деградации органических веществ различаются ключевые ферменты и промежуточные продукты и разные микроорганизмы действуют на них, то есть разные источники углерода имеют разные биологические пути деградации. В процессе разложения микроорганизмами источника углерода, то есть энергии, синтезируемой клетками для поддержания жизнедеятельности и роста метаболизм клеток обеспечивается источником углерода. Источник углерода можно рассматривать как поставщик энергии, необходимой для жизнедеятельности клеток и каркаса, образуемого микробными флокулами.
Какие существуют типы источников углерода для водоподготовки?
Органический источник углерода: В основном это этанол, метанол, глюкоза, уксусная кислота, лимонная кислота, глицерин и т. д. Эти органические вещества легко разлагаются и используются микроорганизмами, обеспечивая их необходимым углеродом и энергией. Например, глюкоза часто используется в качестве основного энергетического вещества для роста и метаболизма микроорганизмов благодаря своей высокой питательной ценности и легкой доступности.
Неорганический источник углерода: В основном включает неорганические соединения, такие как карбонаты. Неорганические источники углерода отличаются высокой стабильностью и долговечностью.
Биологический источник углерода: В основном вырабатывается в результате микробного метаболизма, например, углекислый газ, образующийся в результате микробного дыхания. Содержание биологического источника углерода невелико, но он обладает хорошей разлагаемостью и характеристиками быстрого высвобождения источника углерода. Обычно он используется в качестве вспомогательного или дополнительного источника углерода.
Композитный источник углерода: Это общий термин для обозначения смеси различных источников углерода, которая состоит из двух или более эффективных компонентов источника углерода. Композитные источники углерода обладают такими преимуществами, как высокая эффективность, разнообразие и защита окружающей среды. Они могут быть быстро утилизированы микроорганизмами, повышают эффективность очистки сточных вод и снижают затраты на очистку. К распространенным композитным источникам углерода относятся мелкомолекулярные кислоты, сахара, спирты с цепями и другие компоненты.
Роль источников углерода в очистке сточных вод?
1) Синтез клеточных веществ: Источник углерода является сырьем для синтеза микроорганизмами клеточных веществ (таких как белки, нуклеиновые кислоты и т.д.).
Способствуют удалению загрязняющих веществ: В процессе биологической очистки источник углерода выступает в качестве донора электронов, участвует в окислительно-восстановительных реакциях, способствует трансформации и удалению загрязняющих веществ.
2) Использование источников углерода в очистных сооружениях в основном делится на обеспечение основных питательных веществ для воспроизводства микробного синтеза, доноров электронов для денитрификации и биологического удаления фосфора для содействия высвобождению фосфат-аккумулирующих бактерий. Можно также сказать, что источник углерода является одним из важнейших сырьевых материалов для поддержания роста микроорганизмов в очистных сооружениях.
3) Обеспечивают энергию и питание: Источник углерода является основным источником питания для роста и размножения микроорганизмов. Разлагая и утилизируя источник углерода, микроорганизмы получают энергию, поддерживают свою жизнедеятельность и способствуют удалению загрязняющих веществ.
4) Высокая эффективность: Композитный источник углерода может быть быстро использован микроорганизмами, что повышает эффективность очистки сточных вод, экономит использование источника углерода и снижает затраты на лечение.
Как выбрать источник углерода?
Обычно на рынке используются следующие источники углерода: метанол, уксусная кислота, ацетат натрия, мука, глюкоза, источники углерода из биомассы, супернатант гидролиза осадка и т. д. В процессе использования необходимо выбрать подходящий источник углерода в соответствии с реальной ситуацией в проекте.
1. Метанол
Метанол в качестве внешнего источника углерода имеет такие преимущества, как низкие эксплуатационные расходы и небольшое образование осадка. При недостатке метанола в качестве источника углерода происходит накопление нитритов.
2. Ацетат натрия
Преимущество ацетата натрия заключается в том, что он способен немедленно реагировать на процесс денитрификации и может использоваться в качестве экстренной обработки на водопроводных станциях. Поскольку ацетат натрия представляет собой соль органической кислоты с малой молекулой, денитрифицирующим бактериям легко его использовать, и он обладает наилучшим денитрифицирующим эффектом.
3. Уксусная кислота
В качестве источника углерода уксусная кислота похожа на ацетат натрия. Однако, будучи промышленным продуктом, использование ее в качестве источника углерода является нерациональным.
4. Сахар
Сахарные вещества, представленные глюкозой в качестве внешнего источника углерода, обладают хорошим денитрификационным эффектом. Однако, будучи многомолекулярным соединением, сахара склонны вызывать массовое размножение бактерий, что приводит к набуханию осадка, увеличению значения ХПК в стоках и ухудшению качества сточных вод. В то же время, по сравнению со спиртовыми источниками углерода, сахарные вещества с большей вероятностью приводят к накоплению нитритного азота.
5. Источник углерода из биомассы
С ростом требований к денитрификации сточных вод появились новые компании, специализирующиеся на производстве источников углерода. Они используют принципы биоинженерии для ферментации некоторых сахаров и сельскохозяйственных отходов с целью получения нетоксичных и безвредных биологических продуктов, основными компонентами которых являются небольшие молекулы органических кислот, спиртов и сахаров. Микроорганизмам легче их использовать, чем отдельные химические вещества, а стоимость их применения дешевле, чем отдельных химикатов, что обеспечивает очень высокую экономическую эффективность.
6. Супернатант гидролиза осадка
Биотрансформационная летучая кислота VFA поступает из супернатанта гидролиза осадка. Поскольку VFA, полученная в результате гидролиза, имеет очень высокую скорость денитрификации, источник углерода может быть предоставлен непосредственно очистными сооружениями. При этом уменьшается объем осадка, а также снижается проблема транспортировки источника углерода. Поэтому в настоящее время это более выгодный источник углерода.
