يُعتبر مصدر الكربون المستخدم في معالجة المياه عموماً عنصراً يحتوي على الكربون يسهل استخدامه من قبل الكائنات الحية الدقيقة ويعزز نمو الكائنات الحية الدقيقة. وهو مادة عضوية تحتوي على الكربون مع سلسلة كربون قصيرة وبنية جزيئية بسيطة. على سبيل المثال: السكريات الأحادية والسكريات الأحادية والسكريات المتعددة والزيوت والدهون والأحماض العضوية والإسترات والكحوليات الجزيئية الصغيرة. في عملية التحلل الميكروبي للمواد العضوية، تختلف الإنزيمات الرئيسية والوسائط في عملية التحلل الميكروبي للمواد العضوية واختلاف الكائنات الحية الدقيقة التي تعمل عليها، أي أن مصادر الكربون المختلفة لها مسارات بيولوجية مختلفة للتحلل. في عملية تحلل مصدر الكربون بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، أي أن الطاقة التي تصنعها الخلايا للحفاظ على أنشطة الحياة والتمثيل الغذائي لنمو الخلايا يتم توفيرها من خلال مصدر الكربون. يمكن اعتبار مصدر الكربون مورد الطاقة اللازم لأنشطة حياة الخلايا والإطار الذي تشكله الكتل الميكروبية.
ما هي أنواع مصادر الكربون لمعالجة المياه؟
مصدر الكربون العضوي: تشمل بشكل رئيسي الإيثانول والميثانول والجلوكوز وحمض الأسيتيك وحمض الستريك والجلسرين وغيرها. تتحلل هذه المواد العضوية بسهولة وتستخدمها الكائنات الحية الدقيقة، مما يوفر لها الكربون والطاقة اللازمة. على سبيل المثال، غالبًا ما يُستخدم الجلوكوز كمادة الطاقة الرئيسية لنمو الميكروبات والتمثيل الغذائي نظرًا لقيمته الغذائية العالية وسهولة توافره.
مصدر الكربون غير العضوي: يشمل بشكل أساسي المركبات غير العضوية مثل الكربونات. تتميز مصادر الكربون غير العضوية بالثبات والمتانة العالية.
مصدر الكربون البيولوجي: ينتج بشكل رئيسي عن طريق الأيض الميكروبي، مثل ثاني أكسيد الكربون الناتج عن التنفس الميكروبي. ومحتوى مصدر الكربون البيولوجي منخفض، ولكن لديه قابلية تحلل جيدة وخصائص الإطلاق السريع لمصدر الكربون. وعادةً ما يستخدم كمصدر كربون مساعد أو مصدر كربون تكميلي.
مصدر الكربون المركب: هو مصطلح عام لمزيج من مصادر الكربون المختلفة، والذي يتكون من مكونين أو أكثر من مصادر الكربون الفعالة. تتميز مصادر الكربون المركبة بمزايا الكفاءة العالية والتنوع وحماية البيئة. يمكن استخدامها بسرعة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، وتحسين كفاءة معالجة مياه الصرف الصحي، وتقليل تكاليف المعالجة. تشمل مصادر الكربون المركب الشائعة الأحماض الجزيئية الصغيرة والسكريات والكحوليات ذات السلسلة الفكرية وغيرها من المكونات.
دور مصادر الكربون في معالجة مياه الصرف الصحي؟
1) تخليق المواد الخلوية: مصدر الكربون هو المادة الخام للكائنات الحية الدقيقة لتخليق المواد الخلوية (مثل البروتينات والأحماض النووية وغيرها).
تعزيز إزالة الملوثات: في أثناء عملية المعالجة البيولوجية، يعمل مصدر الكربون كمانح للإلكترونات، ويشارك في تفاعلات الأكسدة والاختزال، ويعزز تحويل الملوثات وإزالتها.
2) ينقسم استخدام مصادر الكربون في محطات معالجة مياه الصرف الصحي بشكل أساسي إلى توفير المغذيات الرئيسية لتكاثر التخليق الميكروبي، والمانحين الإلكترونيين لنزع النتروجين، وإزالة الفوسفور البيولوجي للمساعدة في إطلاق البكتيريا المتراكمة للفوسفات. ويمكن القول أيضًا أن مصدر الكربون هو أحد أهم المواد الخام للحفاظ على النمو الميكروبي في محطات معالجة مياه الصرف الصحي.
3) توفير الطاقة والتغذية: مصدر الكربون هو المصدر الرئيسي للتغذية لنمو وتكاثر الكائنات الحية الدقيقة. وعن طريق تحلل مصدر الكربون والاستفادة منه، تحصل الكائنات الحية الدقيقة على الطاقة وتحافظ على أنشطتها الحياتية وتعزز إزالة الملوثات.
4) كفاءة عالية: يمكن استخدام مصدر الكربون المركب بسرعة بواسطة الكائنات الحية الدقيقة، مما يحسن من كفاءة معالجة مياه الصرف الصحي، ويوفر استخدام مصدر الكربون ويقلل من تكاليف المعالجة.
كيف تختار مصدر الكربون؟
تشمل مصادر الكربون شائعة الاستخدام في السوق: الميثانول وحمض الأسيتيك وخلات الصوديوم والدقيق والجلوكوز ومصادر الكربون في الكتلة الحيوية ومواد التحلل المائي للحمأة وما إلى ذلك. أثناء الاستخدام، من الضروري اختيار مصدر كربون مناسب وفقًا لحالة المشروع الفعلية.
1. الميثانول
ويتميز الميثانول كمصدر كربون خارجي بمزايا انخفاض تكاليف التشغيل وقلة إنتاج الحمأة. عندما يكون مصدر كربون الميثانول غير كافٍ، يحدث تراكم للنتريت.
2. أسيتات الصوديوم
وتتمثل ميزة أسيتات الصوديوم في أنه يمكن أن يستجيب لعملية نزع النتروجين على الفور ويمكن استخدامه كعلاج طارئ في محطات المياه. ونظرًا لأن أسيتات الصوديوم عبارة عن ملح حمض عضوي جزيئي صغير، فمن السهل على البكتيريا المزيلة للنترات استخدامه وله أفضل تأثير لنزع النتروجين.
3. حمض الخليك
وكمصدر للكربون، فإن حمض الأسيتيك يشبه أسيتات الصوديوم. ومع ذلك، وكمنتج صناعي، فإن استخدامه كمصدر للكربون يعد بالفعل من النفايات.
4. السكر
تتمتع المواد السكرية المتمثلة في الجلوكوز كمصدر خارجي للكربون بتأثير جيد لنزع النتروجين. ومع ذلك، وباعتبارها مركبًا متعدد الجزيئات، فإن السكريات عرضة للتسبب في تكاثر بكتيري هائل، مما يؤدي إلى تورم الحمأة، وزيادة قيمة COD في النفايات السائلة، والتأثير على جودة مياه النفايات السائلة. وفي الوقت نفسه، بالمقارنة مع مصادر الكربون الكحولية، فإن المواد السكرية أكثر عرضة لإنتاج تراكم النيتروجين النتريت.
5. مصدر كربون الكتلة الحيوية
مع تزايد متطلبات نزع النتروجين من مياه الصرف الصحي، ظهرت شركات جديدة متخصصة في إنتاج مصادر الكربون. وهي تستخدم مبادئ الهندسة الحيوية لتخمر بعض السكريات والمخلفات الزراعية لإنتاج منتجات بيولوجية غير سامة وغير ضارة، ومكوناتها الرئيسية هي الأحماض العضوية الجزيئية الصغيرة والكحوليات والسكريات. وهي أسهل استخداماً من قبل الكائنات الحية الدقيقة من المواد الكيميائية المفردة، وتكلفة استخدامها أرخص من المواد الكيميائية المفردة، مع فعالية عالية جداً من حيث التكلفة.
6. المادة الطافية للتحلل المائي للحمأة
يأتي حمض VFA المتطاير الحمضي المتطاير VFA المتحول حيويًا من المادة الطافية للتحلل المائي للحمأة. ونظرًا لأن الأحماض الحمضية المتطايرة المتطايرة الناتجة عن التحلل المائي لها معدل نزع النتروجين مرتفع جدًا، يمكن توفير مصدر الكربون مباشرة من محطة معالجة مياه الصرف الصحي. وفي حين أنه يقلل من حجم الحمأة، فإنه يقلل أيضًا من مشكلة نقل مصدر الكربون. ولذلك، فهو حاليًا مصدر كربون أكثر فائدة.
