Засорение носителей с неудачной формой
Межпространственные полости носителя, спроектированного с малыми открытыми пустотами, вероятно, будут полностью засорены по мере увеличения толщины биопленки (см. Рис. 6). Тем самым это не позволяет обеспечить эффективный контакт между прикрепленной биопленкой и взвешенной биомассой (Dias et al., 2018b). Засоренные биопленки не могут быть удалены и в конечном итоге погибают из-за недостатка субстрата и поступления кислорода. Следовательно, большое количество исследований отметило накопление биопленки на защищенных внутренних поверхностях носителей цилиндрической формы практически без адгезии биопленки на внешних поверхностях (см. Рис. 6) (Dias et al., 2018a; Pastorelli et al., 1997). Даже более крупные и плоские по форме загрузки также подвержены засорению, особенно при использовании при высоких нагрузках (Forrest et al., 2016). Все это связано с тем, что исследования и производители фокусировались главным образом на развитии биопленок внутри носителей и не уделяли внимания улучшению внешних поверхностей. Однако другие исследования обнаруживают, что перегрузка является основной причиной чрезмерного накопления биопленки на внутренних поверхностях (Zidan et al., 2015).
Волоконные пучки были предложены в качестве биофильтра, поскольку они могут колебаться вместе с потоком, что в значительной степени может предотвратить биологическое и физическое загрязнение, вызванное чрезмерным ростом биопленок (Li et al., 2016b). Следовательно, они могут применяться для очистки сточных вод с высокой концентрацией органических веществ. Новые разработки носителей должны привести к проектированию гидродинамических носителей для значительного предотвращения засорения. Необходимо широко учитывать уровень твердых веществ в сточных водах для обеспечения максимального контроля толщины биопленки при постоянно открытой площади биопленки.
С технической точки зрения, простые по конструкции сферические носители биопленки являются наилучшими с точки зрения скорости колонизации. Они имеют наименьшее количество мертвых зон, менее энергоемки, обеспечивают равномерное распределение биопленки вокруг загрузки, менее подвержены засорению и позволяют более легкую диффузию, чем любые другие доступные конструкции (Krasnan et al., 2016; Dias et al., 2018a; Alvarado-Lassman et al., 2008). Они демонстрируют лучшее одновременное удаление химического потребления кислорода и азота и на 70% меньшее отслоение биопленки, чем другие формы (Dias et al., 2018a; Ma et al., 2009). При использовании аэрации носители цилиндрической формы способствуют более высокой скорости отслоения из-за взаимодействия с аэрацией во время начального формирования биопленки, в то время как открытая сферическая структура усиливает начальное формирование биопленки и защищает биопленку от сдвиговых усилий (Dias et al., 2018a). Загрузка сферической формы уменьшает количество короткого замыкания, в то время как загрузка цилиндрической формы снижает гидравлическую эффективность (Dias et al., 2018b).
Dias et al. (2018) достигли более высоких показателей удаления аммиака и диффузии кислорода за более короткую продолжительность при использовании загрузки сферической формы, чем цилиндрической (Dias et al., 2018a). Она могла продемонстрировать лучшее поведение для флюидизации, колонизации и роста биопленки даже при высоких нагрузках. Кроме того, сферическая форма делает носитель пригодным для эффективного использования как в аэробной, так и в анаэробной биодеградации (Ismail et al., 2018; Sajjad et al., 2020). Поскольку загрузка сферической формы доказала, что обеспечивает лучшее использование эффективного объема реактора, некоторые авторы предложили заменить носители типа Kaldnes менее дорогостоящими гранулами или пеллетами (Accinelli et al., 2012).
Комментарии:
- «Chemical oxygen demand» переведено как «химическое потребление кислорода» (ХПК) — стандартный термин в водоочистке
- «Short-circuiting» переведено как «короткое замыкание» в контексте гидравлики — обозначает преждевременное прохождение потока
Статья — Geometry of biofilm carriers: A systematic review deciding the best shape and pore size
2 — Там бактерии либо переходят на анаэробный метаболизм, либо гибнут.
Насчёт анаэробов можно будет добавить информацию о скачке нитритов. Есть гипотеза, что анаэробы отнимают кислород из нитрата и окисляют аммоний. Поэтому резко растут нитриты при минимуме нитратов. Это я к тому, что самоочистка гранулы очень важна и на старте и для профилактики нитритного отравления