Біохімічне очищення стічних вод або як це працює - біотопас

Знижки на продукцію ТОПАС!

Під біологічним очищенням води мається на увазі процес очищення за рахунок окислення які у них частинок аеробними бактеріями, що живуть в кисневому середовищі. За твердженням мікробіологів, всі біологічні речовини можуть бути окислені за цим принципом незалежно від їх структури: якою б складною вона не була, в природі існує мікроорганізм, здатний її розщепити. До того ж, частки окисленого речовини будуть негайно ж використані іншими мікроорганізмами. З цього, природному для природи принципу, і проходить біологічне окислення і очищення води. По суті, таке окислення в будь-якому випадку входить в біологічний круговорот речовини в природі. Завдання конструкторів очисної станції - лише прискорити цей процес.

Метод біохімічної очистки стічних вод активним мулом полягає в переробці скупченнями аеробних мікроорганізмів органічних забруднень при їх часткової або повної мінералізації, в присутності кисню, що подається в аеротенкі, і наступним поділом прореагировавшей суміші.

Умовно, прийнято розділяти весь процес очищення на два періоди: період біологічного дозрівання і період стаціонарного біохімічного окислення.

У період біологічного дозрівання в аеробних умовах з активним мулом розвивається оптимальну кількість активного мулу, адаптованого до режиму роботи установки, кількості і якості стічної води.

У період стаціонарного процесу роботи очисних установок з аерацією, зазвичай, розрізняють чотири фази роботи активного мулу.

Біосорбції органічних забруднень пластівцями активного мулу.

Відбувається інтенсивний приріст біомаси активного мулу і різке зниження концентрації органічних забруднень за рахунок біосорбції активним мулом. Тривалість фази біосорбції не перевищує 30 хвилин.

Біохімічне окислення органічних речовин пластівцями активного мулу.

Відбувається подальше зростання біомаси активного мулу і зниження концентрації органічних забруднень за рахунок декарбонізації. Тривалість фази біохімічного окислення близько 1 години.

Розглянемо процеси, що протікають в фазі біохімічного окислення, докладніше.

Як відомо, біохімічну очистку стічних вод здійснюють головним чином мікро організми. Мікроби не мають спеціальних органів травлення, тому всі необхідні для їх життєдіяльності речовини потрапляють в клітину через найдрібніші пори клітинної оболонки (мембрани). Ці пори настільки малі, що для проникнення через них речовини повинні бути попередньо підготовлені, тобто попередньо подрібнити до молекулярного стану і частково перетворені в більш прості сполуки в оточуючому розчині. Для цього в процесі еволюції у мікроорганізмів виробилася здатність виділяти в навколишнє середовище гидролитические екзоферменти (ектоферменти), які і готують містяться в ній складні речовини до засвоєння мікробної клітиною.

Інша група ферментів, звана від ендоферменти, на відміну екзоферментів, діє всередині мікробної клітини. Ендоферменти сприяють засвоєнню поживних речовин клітиною. Як тільки поживні речовини потрапляють в клітину, ендоферменти відразу ж переробляють їх в речовину протоплазми клітини.

Кожен з вироблюваних ферментів має свою мету. Одні з них діють на білки, другі на жири, треті на вуглеводи.

Вся сукупність біохімічних процесів, що протікають при очищенні стічних вод, дуже складна, однак схематично їх можна представити таким чином.

Вуглеводи в аеробних умовах піддаються змінам, які показані на малюнку. Крім того, незначна частина моносахаридів йде для синтезу глікогену в мікробних клітинах, хоча велика частина в процесі ендогенного дихання мікробної клітини окислюється (попросту згорає). Весь процес окислення вуглецевмісних речовин в аеробних умовах носить назву декарбонізації стічних вод.

Синтез клітинногоречовини активного мулу з решти органічних речовин стічної води за рахунок енергії, що звільнилася в другій фазі.

Кількість органічного субстрату, що переходить в нові клітини, становить приблизно 65%. Ця фаза відрізняється від попередніх відносною сталістю маси активного мулу, вона протікає до тих пір, поки не буде вичерпано всі органічна речовина, попередньо накопичене кліткою мікроорганізмів мулу. Сумарна тривалість цієї фази в аеротенках та регенераторі становить в стаціонарному процесі близько 20 годин.

Одним з органогенов, елементом необхідним для розвитку будь-якого мікроорганізму, є азот. У зв'язку з цим на практиці величезне значення має біохімічний розпад білків.

Розпад білка в аеробних умовах можна представити таким чином. Білкові молекули під впливом ферментів, що виділяються мікроорганізмами, розщеплюються на ряд більш простих речовин. Цей розпад відбувається через альбумоз і пептони до амінокислот. Частина амінокислот використовується як будівельний матеріал розмножуються мікроорганізмами активного мулу, а частина піддається дезамінуванню з утворенням аміаку, води та СО2. В аеробних умовах утворюється аміак розчиняється у воді, утворюючи гідрат окису амонію, утворюючи вуглекислий амоній.

Однак варто зазначити, що більша частина амінокислот, що утворилися з білків стічних вод при їх розщепленні, використовується як будівельний і енергетичний матеріал для біосинтезу клітин мікроорганізмів активного мулу.

Ендогенне дихання або окислення клітинногоречовини активного мулу.

Ця фаза характеризується зменшенням біомаси активного мулу. Органічні речовини клітин біомаси піддаються ендогенного окисленню до кінцевих продуктів NН3, СО2, Н2О, що призводить до зменшення загальної маси мулу. Ця фаза починається після 20-24 годин аерації активного мулу і закінчується через 2-3 доби.

З азоту, використаного як будівельний матеріал для синтезу активного мулу, при біохімічному окисленні, утворюється, в кінцевому рахунку, вуглекислий амоній. Цей процес наочно відображений на малюнку.

Слід особливо відзначити, що жири мало і повільно піддаються біохімічним процесам розкладання, і їх біохімічне окислення відбувається саме в цій фазі.

Подальша очищення стічних вод:

Азотвмісні речовини потрапляють в стічну воду не тільки у вигляді білка, але і у вигляді продуктів обміну, зокрема сечовини. Утворений вуглекислий амоній при дезаминировании, самоокісленіі активного мулу, при гідролізі сечовини та інших продуктів азотистого обміну в подальшому піддається біохімічному окисленню за допомогою аеробних бактерій.

Цей процес, який отримав назву нітрифікації, здійснюється в дві фази.

У цій фазі амонійні солі, в результаті біохімічного окислення, перетворюються в азотисті сполуки (нітрити) кокковую бактеріями з роду B. Nitrosomonas.

У цій фазі амонійні солі, в результаті біохімічного окислення, перетворюються в азотисті сполуки (нітрати) бактеріями з роду B. Nitrobaster.

Таким чином, азотна кислота у вигляді мінеральних солей (нітратів) є кінцевим продуктом окислення білкових речовин і продуктів їх обміну в тварин і рослинних організмах. У зв'язку з цим за кількістю нітратів судять про успішність і повноті процесу біохімічного окислення. Процес нітрифікації пов'язаний з виділенням великої кількості тепла, і тому відіграє важливу роль при експлуатації споруд біохімічної очистки в зимовий період.

Слід зазначити, що крім цього під час нітрифікації відбувається накопичення кисню, який далі буде використаний для біохімічного окислення органічних безазотистих речовин, коли повністю витрачений для цього процесу весь вільний (розчинений у воді) кисень.

Далі слідує процес денітрифікації, під денітрифікацією, в широкому сенсі слова, розуміється процес відновлення мікроорганізмами солей азотної кислоти (нітратів) незалежно від того, утворюються при цьому солі азотної кислоти, нижчі оксиди азоту, аміак або вільний азот.

Так в лужному середовищі і при вільному доступі кисню відновлювальний процес не йде далі солей азотної кислоти, в кислому середовищі і при утрудненому доступі кисню відновлення йде до аміаку.

Денітрифікацією, в більш вузькому сенсі, називають розкладання азотнокислим або азотисто-кислих солей з виділенням вільного азоту. Не маючи вільного кисню або розташовуючи їм в обмеженій кількості, денітрифікуючі бактерії отримують його при розщепленні солей азотної або азотистої кислоти, одночасно окисляя їм же без азотні органічні сполуки, отримуючи при цьому енергію необхідну для ініціювання реакції.

Зовні процес денітрифікації характеризується рясним виділенням газів, що складаються, як правило, з суміші азоту і вуглекислого газу, іноді з домішкою закису азоту. Джерелом енергії для денитрифицирующих бактерій служать органічні сполуки, що надходять зі стоком.

Хоча цикл розвитку активного мулу відбувається за тими ж фазами і стадіями, за якими розвиваються «чисті» бактеріальні культури, однак розвиток активного мулу має ряд особливостей, до яких в першу чергу відносять низьку швидкість відмирання активного мулу. За деякими даними встановлено, що відмирання активного мулу відбувається в 17 разів повільніше ніж його приріст, що очевидно обумовлено його відмінною адаптацією.