Биохимическая очистка сточных вод

.3 Закономерности биохимического окисления органических веществ

Действующим началом при биологической очистке сточных вод в искусственно созданных сооружениях является активный ил, представляющий собой частицы органических веществ, населённые различными группами микроорганизмов – аэробов и факультативных анаэробов. Аэрация воды способствует созданию оптимальных условий для их жизнедеятельности и интенсификации процессов окисления органических веществ. Кроме того, перемешивание воздухом способствует поддержанию активного ила во взвешенном состоянии.

Микроорганизмы активного ила

Активный ил является структурированной коллоидной системой, обладающей высокой сорбционной способностью, а также средой обитания многих микроорганизмов воды и почвы. Состав активного ила определяется природой органических примесей, а поэтому может меняться качественно и количественно. Живые организмы представлены в активном иле скоплениями бактерий, простейшими организмами, одиночными бактериями, червями, плесневыми грибами, дрожжами, актиномицетами и реже водорослями, личинками насекомых, рачков и другими. Несмотря на существенные различия сточных вод, элементарный химический состав активных илов достаточно близок. Например, химический состав активного ила системы очистки коксохимического производства отвечает бруттоформуле C97H199O53N28S2; предприятий азотных удобрений – C90H167O52N24S2; городских сточных вод – C54H212O82N8S7 [10]. В активном иле находятся микроорганизмы различных групп. По экологическим группам микроорганизмы делятся на аэробов и анаэробов, термофилов и мезофиллов, галофилов и галофобов. В активном иле и биоплёнке встречаются представители четырёх видов простейших организмов: саркодовые (Sarcodina), жгутиковые инфузории (Flagellata), реснитчатые инфузории (Ciliata) и сосущий инфузории (Suctoria). Простейшие микроорганизмы присутствуют в воде рек, озёр, океанов, в сточных водах, почве, пыли, на очистных сооружениях. Они принимают активное участие в минерализации органических веществ при очистке природных и сточных вод как в естественных, так и в искусственно созданных условиях. Простейшие поглощают большое количество бактерий, тем самым поддерживают их оптимальное количество в иле. Эти микроорганизмы способствуют осаждению ила и осветлению сточных вод. В активном иле в определённых соотношениях содержатся все названные группы бактерий, но в зависимости от состава сточных вод преобладает одна из групп, а другие ей сопутствуют. Только основная группа бактерий участвует в процессе очистке сточных вод, а сопутствующие группы подготавливают среду для существования микроорганизмов этой основной группы, обеспечивая её питательными веществами, и утилизируют продукты окисления. Кроме простейших в активном иле присутствуют более крупные, сложнее организованные животные – коловратки и круглые черви. Многочисленные наблюдения за населением активного ила позволили выделить ряд организмов, по наличию и активности которых можно судить о ходе очистки и состоянии сооружения. Присутствие большого количества мелких амёб, сосущих инфузорий указывает на перегрузку активного ила органическими веществами, а также на недостаток кислорода. При очистке в аэротенках производственных сточных вод, загрязнённых углеводородами, наблюдается нарушение процесса очистки, вызванное вспуханием активного ила. Показателем качества активного ила является быстрота его осаждения в отсутствии аэрации. Способность ила осаждаться характеризуется величиной илового индекса. За иловый индекс принимается объём в миллилитрах 1 г ила через 30 минут отстаивания. Плотный ил имеет иловый индекс 40 – 60 мл/г, при иловом индексе 200 – 300 мл/г возникает вспухание. Такой ил плохо осаждается во вторичном отстойнике и выносится с очищенной водой.

Закономерности распада органических веществ

Прежде чем начнётся процесс биохимического окисления органических веществ, содержащихся в сточных водах, они должны проникнуть внутрь клетки микроорганизмов. К поверхности клеток вещества поступают за счёт конвективной и молекулярной диффузии, а внутрь клеток – диффузией через полупроницаемы цитоплазматические мембраны, возникающей вследствие разности концентраций веществ в клетке и вне её.

Основную роль в очистке сточных вод играют процессы возвращения вещества, протекающие внутри клеток микроорганизмов. Эти процессы, как правило, заканчиваются окислением вещества с выделением энергии и синтезом новых веществ с затратой энергии. Внутри клеток микроорганизмов происходит непрерывный и сложный комплекс химических превращений. В клетках в строгой последовательности протекает большое количество реакций с высокой скоростью. Скорость реакций и их последовательность зависит от наличия ферментов, которые выполняют роль катализаторов. Особенностью ферментов является то, что каждый из них воздействует только на определённое химическое соединение и катализирует одно из многих превращений, которым подвергается данное химическое соединение. При изменение состава и концентрации веществ меняется и состав ферментов. Таким образом, каждую реакцию катализирует один соответствующий фермент. При этом продукт одной реакции служит субстратом для следующей. Скорость образования и распада ферментов зависит от условий роста микроорганизмов и определяется скоростью поступления в клетку веществ, ингибирующих и активирующих биохимические процессы. Клетки каждого вида микроорганизмов имеют определённый набор ферментов. Некоторые из них независимо от субстрата постоянно присутствуют в клетках микроорганизмов. Такие ферменты называются конститутивными. Другие ферменты синтезируются в клетках вследствие каких-либо изменений в окружающей среде. Например, изменения состава или концентрации загрязнений сточных вод. Эти ферменты позволяют в период приспособления микроорганизмов к изменению среды, поэтому называются адаптивными. Сроки адаптации различны и продолжаются от нескольких часов до десятков и сотен дней [10]. Если в сточных вода содержится несколько веществ, то процесс окисления будет зависеть от количества и структуры всех растворённых органических веществ. В первую очередь будут окисляться те вещества, которые необходимы для создания клеточного материала. Порядок окисления веществ будет сказываться на продолжительности очистки сточных вод. Для разрушения сложной смеси органических веществ необходимо 80 – 100 различных ферментов. Суммарные реакции биохимического окисления в аэробных условиях схематично можно представить в следующем виде:

Другое по теме

Термическое обезвреживание (сжигание) сточных вод
Антропогенное загрязнение окружающей среды в настоящее время уже не компенсируется полностью процессами, происходящими в биосфере. В результате интенсивной деятельности человека происходит ...

Глобальное потепление миф или реальность
В данной работе я рассматриваю глобальное потепление и парниковый эффект, как его составляющая. Цель работы – подробное рассмотрение влияния глобального потепления на атмосферу и причины его ...