فن آوری های بیوشیمیایی برای تصفیه فاضلاب تصفیه بیوشیمیایی فاضلاب

روش های تصفیه فاضلاب و فن آوری های دفع فاضلاب سازگار با محیط زیست (سند)

سوکولوف M.P. تمیز کردن زهکشی ها. آموزش (سند)

روش های تصفیه فاضلاب (سند)

Kruppo M.V. تعیین درجه مورد نیاز تصفیه فاضلاب (سند)

روشهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب (سند)

برگه های تقلب – پاسخنامه آزمون مهندسی محیط زیست. تمیز کردن زهکشی ها. دفع لجن فاضلاب (ورق تخت خواب)

Shifrin S.M.، Ivanov G.V.، Mishukov B.G.، Feofanov Yu.A. تصفیه فاضلاب شرکت های صنایع گوشت و لبنیات (سند)

n1.doc

1. روش های بیوشیمیایی تصفیه فاضلاب. ماهیت روش.
2. الگوهای تجزیه مواد آلی	5
3. تأثیر عوامل مختلف بر فرآیند تصفیه بیوشیمیایی
4. طبقه بندی روش های بیوشیمیایی	8
4.1. روش های تمیز کردن هوازی	9
4.2. روش های درمان بی هوازی	15
کتابشناسی - فهرست کتب	17

1. روش های بیوشیمیایی تصفیه فاضلاب. ماهیت روش.

اکسیداسیون بیولوژیکی روشی پرکاربرد برای تصفیه فاضلاب است که حذف بسیاری از مواد آلی و برخی غیر آلی (سولفید هیدروژن، سولفیدها، آمونیاک، نیتریت ها و ...) را از آنها ممکن می سازد. تصفیه بیوشیمیایی فاضلاب مبتنی بر توانایی میکروارگانیسم‌ها در استفاده از آلاینده‌های آلی محلول و کلوئیدی به عنوان منبع تغذیه در فرآیندهای زندگی خود است. بسیاری از انواع آلاینده های آلی از پساب های شهری و صنعتی به صورت بیولوژیکی پردازش می شوند و در معرض تخریب جزئی یا کامل قرار می گیرند. در تماس با مواد آلی، میکروارگانیسم ها تا حدی آنها را از بین می برند و آنها را به آب، دی اکسید کربن، نیتریت و یون سولفات و غیره تبدیل می کنند. قسمت دیگر ماده به سمت تشکیل زیست توده می رود. برخی از مواد آلی می توانند به راحتی اکسید شوند، در حالی که برخی دیگر اصلا اکسید نمی شوند یا بسیار آهسته.

استفاده گسترده از روش بیوشیمیایی به دلیل مزایای آن است: توانایی حذف از فاضلاب مختلف ترکیبات آلی و غیر آلی موجود در آب در حالت محلول، کلوئیدی و حل نشده، از جمله مواد سمی. سادگی طراحی سخت افزار، هزینه های عملیاتی نسبتا کم و عمق تمیز کردن. معایب شامل هزینه های سرمایه ای بالا، نیاز به رعایت دقیق رژیم تمیز کردن، اثر سمی بر روی میکروارگانیسم های تعدادی از ترکیبات آلی و معدنی و نیاز به رقیق کردن فاضلاب در صورت غلظت بالای ناخالصی ها است.

برای تعیین امکان تامین فاضلاب صنعتی به تصفیه خانه های بیوشیمیایی، حداکثر غلظت مواد سمی ایجاد می شود که بر فرآیندهای اکسیداسیون بیوشیمیایی (MK b) و عملکرد تأسیسات تصفیه (MK bos) تأثیر نمی گذارد. در غیاب چنین داده هایی، امکان اکسیداسیون بیوشیمیایی توسط نشانگر بیوشیمیایی BOD p/COD ایجاد می شود. برای فاضلاب خانگی این نسبت تقریباً 0.86 است و برای فاضلاب صنعتی در محدوده بسیار گسترده ای متفاوت است: از 0 تا 0.9. فاضلاب با نسبت p/COD پایین BOD معمولاً حاوی آلاینده‌های سمی است که استخراج پیش از آن می‌تواند این نسبت را افزایش دهد. امکان اکسیداسیون بیوشیمیایی را فراهم می کند. بنابراین فاضلاب نباید حاوی مواد سمی و ناخالصی های نمک فلزات سنگین باشد. اگر BOD n آب تصفیه شده کمتر از 20 میلی گرم در لیتر باشد، تصفیه بیوشیمیایی کامل در نظر گرفته می شود و اگر BOD n > 20 میلی گرم در لیتر باشد، ناقص است. این تعریف مشروط است، زیرا حتی با تصفیه کامل بیوشیمیایی، تنها آزادسازی جزئی آب از مقدار ناخالصی های موجود در آن اتفاق می افتد.

اکسیداسیون بیولوژیکی توسط جامعه ای از میکروارگانیسم ها (بیوسنوز)، شامل بسیاری از باکتری های مختلف، تک یاخته ها، و همچنین جلبک ها، قارچ ها و غیره انجام می شود که با روابط پیچیده (متابیوز، همزیستی و تضاد) به یک مجموعه واحد متصل می شوند. نقش غالب در این جامعه متعلق به باکتری است که تعداد آنها از 10 6 تا 10 14 سلول در هر 1 گرم زیست توده خشک متغیر است. در فرآیند اکسیداسیون بیوشیمیایی در شرایط هوازی، به اجتماع میکروارگانیسم ها لجن فعال یا بیوفیلم می گویند. لجن فعال از میکروارگانیسم های زنده و یک بستر جامد تشکیل شده است و از نظر ظاهری شبیه پوسته های منعقد کننده با رنگی از قهوه ای مایل به سفید تا قهوه ای تیره است. تجمع باکتری ها در لجن فعال توسط یک لایه مخاطی (کپسول) احاطه شده است و zooglea نامیده می شود. آنها به بهبود ساختار لجن، ته نشینی و تراکم آن کمک می کنند.

لجن فعال یک کلوئید آمفوتریک است که دارای بار منفی در محدوده pH 4-9 است و به دلیل سطح کل توسعه یافته سلول های باکتری، ظرفیت جذب بالایی دارد. ظرفیت جذب لجن فعال در طول زمان به دلیل اشباع فاضلاب با آلاینده ها کاهش می یابد. فرآیند بازیابی به دلیل فعالیت حیاتی میکروارگانیسم‌هایی است که لجن فعال را پر می‌کنند و بازسازی نامیده می‌شود. علیرغم تفاوت های قابل توجه در فاضلاب تصفیه شده، ترکیب شیمیایی عنصری لجن فعال بسیار نزدیک است، اگرچه یکسان نیست. این شباهت نتیجه اشتراک پایه آن - سلول های باکتریایی است. ترکیب سلول ها شامل H، N، S، C، O، P، خاکستر، پروتئین، و همچنین عناصر کمیاب مختلف - B، V، Fe، Co، Mn، Mo، Cu، و غیره H، N، C است. و O یک گروه مواد آلی را تشکیل می دهد، این عناصر به شکل آب، پروتئین، چربی و کربوهیدرات وارد سلول های باکتریایی می شوند. 80-85 درصد وزن میکروب ها آب است.

ماده خشک لجن فعال مجموعه ای از مواد معدنی (10-30%) و آلی (70-90%) است. بخش عمده ای از ترکیبات آلی پروتئین ها هستند. ترکیب قطعات خاکستر سلول ها شامل ریز عناصر - کلسیم، پتاسیم، منیزیم، S، منگنز، مس، سدیم، آهن، روی و غیره است. پتاسیم کیفیت لجن با میزان رسوب آن و درجه تصفیه آب تعیین می شود. وضعیت لجن با شاخص لجن مشخص می شود که عبارت است از نسبت حجم ته نشین شده لجن فعال به جرم لجن خشک شده (بر حسب گرم) پس از ته نشین شدن به مدت 30 دقیقه. هر چه شاخص لجن بالاتر باشد، لجن بدتر ته نشین می شود.

2. الگوهای تجزیه مواد آلی

مکانیسم حذف مواد از فاضلاب و مصرف آنها توسط میکروارگانیسم ها بسیار پیچیده است. به طور کلی این فرآیند را می توان به سه مرحله تقسیم کرد:

1) انتقال جرم ماده از مایع به سطح سلول به دلیل انتشار مولکولی و همرفتی.

2) انتشار یک ماده از طریق غشای نیمه تراوا سطح سلول، ناشی از تفاوت در غلظت ماده در داخل و خارج سلول.

3) فرآیند تبدیل ماده (متابولیسم) که در داخل سلول اتفاق می افتد، با آزاد شدن انرژی و سنتز ماده سلولی جدید.

سرعت مرحله اول توسط قوانین انتشار و شرایط هیدرودینامیکی در تاسیسات تصفیه بیوشیمیایی تعیین می شود. آشفتگی جریان باعث از هم پاشیدگی تکه های لجن فعال به کلنی های کوچک میکروب ها می شود و منجر به تجدید سریع رابط بین میکروارگانیسم ها و محیط می شود.

فرآیند انتقال یک ماده از طریق غشاهای سلولی نیمه تراوا می تواند به دو صورت انجام شود: با حل کردن یک ماده منتشر کننده در ماده غشایی که به واسطه آن وارد سلول می شود، یا با اتصال یک ماده نافذ به یک حامل خاص. پروتئین، کمپلکس حاصل را حل می‌کند و در سلول منتشر می‌شود، جایی که کمپلکس متلاشی می‌شود و پروتئین - ناقل برای تکمیل یک چرخه جدید آزاد می‌شود.

نقش اصلی در تصفیه فاضلاب فرآیندهای تبدیل مواد در داخل سلول های میکروارگانیسم ها است که منجر به اکسیداسیون ماده با آزاد شدن انرژی (تبدیل های کاتابولیک) و سنتز مواد پروتئینی جدید می شود که با صرف هزینه ها اتفاق می افتد. انرژی (تحولات آنابولیک).

سرعت تبدیلات شیمیایی و توالی آنها توسط آنزیم هایی تعیین می شود که به عنوان کاتالیزور عمل می کنند و ترکیبات پروتئینی پیچیده ای با وزن مولکولی تا صدها هزار و میلیون ها هستند. فعالیت آنها به دما، pH و وجود مواد مختلف در فاضلاب بستگی دارد.

کل واکنش های اکسیداسیون بیوشیمیایی در شرایط هوازی را می توان به صورت زیر ارائه کرد:

اکسیداسیون مواد آلی

C x H y O z (x + 0.25y - 0.5z)O 2 ? xС0 2 + 0.5уН 2 О + ?Н;

سنتز سلول های باکتریایی

C x H y O z + nNH 3 + n(x + 0.25у - 0.5z - 5)0 2 ? n(C5H7N02) + n(x-5)C02 + 0.5n(y-4)H2O - ?H;

اکسیداسیون مواد سلولی

N(C 5 H 7 N0 2) + 5n0 2 ? 5nC0 2 + 2nH 2 0 + nNH 3 + ?Н.

دگرگونی های شیمیایی منبع انرژی لازم برای میکروارگانیسم ها هستند. موجودات زنده فقط می توانند از انرژی شیمیایی محدود استفاده کنند. حامل انرژی در سلول آدنوزین تری فسفریک اسید (ATP) است.

میکروارگانیسم ها قادر به اکسید کردن بسیاری از مواد آلی هستند، اما این نیاز به زمان های سازگاری متفاوتی دارد. بسیاری از الکل ها، گلیکول ها، اسید بنزوئیک، استون، گلیسیرین، استرها و غیره به راحتی اکسید می شوند.ترکیبات نیترو، برخی از سورفکتانت ها و ترکیبات آلی کلردار ضعیف اکسید می شوند.

فرآیند اکسیداسیون هوازی، اکسیژن محلول در فاضلاب را مصرف می کند. برای اشباع فاضلاب با اکسیژن، یک فرآیند هوادهی انجام می شود که جریان هوا را به حباب هایی تبدیل می کند که در صورت امکان به طور مساوی در فاضلاب توزیع می شود. از حباب های هوا، اکسیژن توسط آب جذب شده و سپس به میکروارگانیسم ها منتقل می شود. این فرآیند در دو مرحله انجام می شود. اولی شامل انتقال اکسیژن از حباب های هوا به قسمت عمده مایع است، دومی شامل انتقال اکسیژن جذب شده از قسمت عمده مایع به سلول های میکروارگانیسم ها، عمدتاً تحت تأثیر ضربان های آشفته است.

مطمئن ترین راه برای افزایش عرضه اکسیژن به فاضلاب، افزایش شدت تکه تکه شدن جریان گاز است، یعنی. کاهش اندازه حباب های گاز میزان مصرف اکسیژن به عوامل مرتبط زیادی بستگی دارد: میزان زیست توده، سرعت رشد و فعالیت فیزیولوژیکی میکروارگانیسم ها، نوع و غلظت مواد مغذی، تجمع محصولات متابولیک سمی، مقدار و ماهیت مواد مغذی، و محتوای اکسیژن. در آب.
3. تأثیر عوامل مختلف بر فرآیند تصفیه بیوشیمیایی

اثربخشی تصفیه بیولوژیکی به عوامل متعددی بستگی دارد که برخی از آنها در محدوده وسیعی قابل تغییر و تنظیم هستند، در حالی که تنظیم برخی دیگر مانند ترکیب فاضلاب ورودی به تصفیه عملاً غیرممکن است. عوامل اصلی تعیین کننده توان عملیاتی سیستم و درجه تصفیه فاضلاب عبارتند از: وجود اکسیژن در آب، یکنواختی جریان فاضلاب و غلظت ناخالصی ها در آن، دما، PH محیط، اختلاط، وجود ناخالصی ها و مواد مغذی سمی، غلظت زیست توده و غیره

مطلوب ترین شرایط نظافت به شرح زیر است. غلظت مواد قابل اکسیداسیون بیوشیمیایی در فاضلاب تصفیه شده نباید از مقدار مجاز MK b یا MK bos که معمولاً به صورت تجربی تعیین می شود تجاوز کند. فاضلاب با غلظت بالاتر باید رقیق شود. حداکثر غلظت برای موادی که وارد تاسیسات تصفیه بیولوژیکی می شوند در ادبیات مرجع آورده شده است.

تامین اکسیژن هوا در تاسیسات تصفیه بیوشیمیایی باید پیوسته و به اندازه ای باشد که فاضلاب تصفیه شده خروجی از مخزن ته نشینی ثانویه حداقل 2 میلی گرم در لیتر داشته باشد. سرعت انحلال اکسیژن در آب نباید کمتر از میزان مصرف آن توسط میکروارگانیسم ها باشد. در دوره اولیه اکسیداسیون، میزان مصرف اکسیژن می تواند ده ها برابر بیشتر از پایان فرآیند باشد؛ این میزان به ماهیت آلودگی آب بستگی دارد و با مقدار زیست توده متناسب است.

دمای بهینه برای فرآیندهای هوازی که در تصفیه خانه‌های فاضلاب رخ می‌دهند 30-20 درجه سانتی گراد در نظر گرفته می‌شود، اگرچه دمای بهینه برای باکتری‌های گروه‌های مختلف به طور گسترده‌ای متفاوت است، از -8 درجه سانتی‌گراد تا +85 درجه سانتی‌گراد. افزایش دما فراتر از هنجار فیزیولوژیکی میکروارگانیسم ها منجر به مرگ آنها می شود و کاهش فقط فعالیت میکروارگانیسم ها را کاهش می دهد. با افزایش دما، حلالیت اکسیژن در آب کاهش می یابد، بنابراین در فصل گرم باید هوادهی شدیدتر انجام شود و در زمستان باید غلظت بیشتری از میکروارگانیسم ها در لجن در گردش حفظ شود و مدت زمان افزایش یابد. هوادهی

واکنش محیطی بهینه برای بخش قابل توجهی از باکتری ها خنثی یا نزدیک به آن است، اگرچه گونه هایی وجود دارند که در محیط اسیدی (قارچ، مخمر) یا کمی قلیایی (اکتینومیست ها) به خوبی رشد می کنند.

برای فرآیند طبیعی سنتز مواد سلولی، و بنابراین برای یک فرآیند موثر تصفیه فاضلاب، باید غلظت کافی از تمام مواد مغذی - کربن آلی (BOD)، نیتروژن، فسفر وجود داشته باشد.

علاوه بر عناصر اساسی سلول (C، O، N، H)، اجزای دیگر - ریز عناصر (Mn، Cu، Zn، Mo، Mg، Co و غیره) برای ساخت آن در مقادیر کم مورد نیاز است. محتوای این عناصر در آب های طبیعی که فاضلاب از آنها تشکیل می شود معمولاً برای اکسیداسیون بیوشیمیایی کافی است. کمبود نیتروژن از اکسیداسیون آلاینده های آلی جلوگیری می کند و منجر به تشکیل لجن می شود که به سختی ته نشین می شود. کمبود فسفر باعث ایجاد باکتری‌های رشته‌ای می‌شود که دلیل اصلی تورم لجن فعال، ته نشین شدن ضعیف و حذف از مراکز تصفیه، رشد کندتر لجن و کاهش شدت اکسیداسیون است. عناصر بیوژنیک به بهترین وجه به شکل ترکیباتی که در سلول های میکروبی یافت می شوند جذب می شوند: نیتروژن - به شکل NH 4 و فسفر - به شکل نمک در اسیدهای فسفریک. در صورت کمبود نیتروژن، فسفر یا پتاسیم، کودهای مختلف نیتروژن، پتاسیم و فسفر به فاضلاب اضافه می شود. این عناصر در فاضلاب خانگی موجود است، بنابراین بسیاری از مواد شیمیایی می توانند اثرات سمی بر میکروارگانیسم ها داشته باشند و عملکرد حیاتی آنها را مختل کنند. چنین موادی با ورود به سلول باکتری با اجزای آن برهمکنش کرده و عملکرد آنها را مختل می کنند، از جمله: S in، Ag، Cu، Co، Hg، Pv و غیره. مقدار ذرات معلق نباید بیش از 100 میلی گرم در لیتر باشد. فیلترهای بیولوژیکی و 150 میلی گرم در لیتر برای مخازن هوادهی.

شدت و کارایی تصفیه فاضلاب نه تنها به شرایط زندگی میکروارگانیسم ها، بلکه به کمیت آنها نیز بستگی دارد. دوز لجن فعال که در مخازن هوادهی نگهداری می شود معمولاً 4-2 گرم در لیتر است. افزایش غلظت میکروارگانیسم ها در فاضلاب به شما امکان می دهد روند تصفیه بیولوژیکی را تسریع کنید، اما در عین حال لازم است مقدار اکسیژن محلول در آب را افزایش دهید، که توسط حالت اشباع محدود می شود و شرایط انتقال جرم را بهبود می بخشد. . برای درمان بیولوژیکی، لازم است از لجن فعال "جوان" با سن 2-3 روز استفاده شود. پف نمی کند، در برابر نوسانات دما و PH مقاومت بیشتری دارد و تکه های کوچک آن بهتر ته نشین می شود. یک شرط مهم برای بهبود تصفیه بیولوژیکی و کاهش حجم تأسیسات تصفیه، بازسازی لجن فعال است که شامل هوادهی آن در غیاب بستر مغذی است.

برای ایجاد مساعدترین شرایط برای انتقال انبوه مواد مغذی و اکسیژن به سطح سلول های میکروبی، اختلاط فاضلاب و لجن فعال ضروری است. در این حالت آشفتگی مایع منجر به از بین رفتن تکه های لجن فعال، تجدید سطح آنها، تامین بهتر مواد مغذی و اکسیژن سلول ها و ایجاد شرایط زندگی مطلوب تری برای میکروارگانیسم ها می شود.
4. طبقه بندی روش های بیوشیمیایی

روش های هوازی و بی هوازی تصفیه بیوشیمیایی شناخته شده است. روش‌های هوازی مبتنی بر استفاده از گروه‌های هوازی میکروارگانیسم‌ها است که زندگی آنها نیاز به جریان ثابت اکسیژن و دمای 20-40 درجه سانتیگراد دارد. هنگامی که شرایط دما و اکسیژن تغییر می کند، ترکیب و تعداد میکروارگانیسم ها تغییر می کند؛ آنها در لجن فعال یا بیوفیلم کشت می شوند. روش های بی هوازی بدون اکسیژن اتفاق می افتد و عمدتاً برای تصفیه لجن استفاده می شود. کل مجموعه تاسیسات تصفیه بیولوژیکی را می توان بر اساس محل زیست توده فعال در آنها به سه گروه تقسیم کرد:

1) زیست توده فعال بر روی یک ماده ثابت ثابت می شود و فاضلاب در یک لایه نازک روی مواد بارگیری - فیلترهای زیستی می لغزد.

2) زیست توده فعال در آب در حالت آزاد (معلق) است - مخازن هوادهی، کانال های اکسیداسیون گردش خون، مخازن اکسیژن.

3) ترکیبی از هر دو گزینه برای مکان زیست توده - بیوفیلترهای شناور، مخازن زیستی، مخازن هوادهی با پرکننده.

تصفیه بیولوژیکی نیز می تواند در شرایط طبیعی در تاسیسات تصفیه خاک و در استخرهای بیولوژیکی انجام شود.
4.1. روش های تمیز کردن هوازی

تصفیه در مزارع آبیاری، مزارع فیلتراسیون و حوضچه های بیولوژیکی با هزینه های ساخت و ساز و عملیاتی نسبتا کم، ظرفیت بافر در هنگام تخلیه رگباری فاضلاب، نوسانات pH، دما و درجه کافی حذف مواد مغذی از آب متمایز می شود. از معایب می توان به فصلی بودن کار و سرعت کم اکسیداسیون آلاینده ها اشاره کرد. مزارع آبیاری و مزارع فیلتراسیون روش های تصفیه خاک هستند.

مزارع آبیاریزمین های کشاورزی هستند که به طور خاص برای تصفیه فاضلاب و در عین حال رشد گیاهان طراحی شده اند. در زمینه های فیلتراسیون، تصفیه بدون مشارکت گیاهان انجام می شود. تصفیه فاضلاب در مزارع آبیاری بر اساس تأثیر میکرو فلور خاک، اکسیژن هوا، خورشید و فعالیت گیاه است. یک لایه فعال خاک به ضخامت 1.5-2 متر به درجات مختلف در تصفیه فاضلاب دخالت دارد. کانی سازی مواد آلی عمدتاً در لایه بالای نیم متری خاک. در عین حال حاصلخیزی خاک افزایش می یابد که با غنی شدن خاک با نیترات، فسفر و پتاسیم همراه است. با این حال، ترکیب نمک کل فاضلاب برای جلوگیری از شور شدن خاک نباید از 4-6 گرم در لیتر بیشتر شود. فاضلاب به صورت دوره ای در فواصل 5 روزه به مزارع آبیاری می شود. در زمستان، برای مناطقی که زمستان های سرد دارند، فاضلاب منجمد می شود. برای جمع آوری پساب های مصرفی در مزارع آبیاری از حوضچه های ذخیره با ظرفیتی معادل شش ماه انباشت آب در آنها استفاده می شود.

بیولوژیکی حوضچه ها- مخازن مصنوعی یا طبیعی ایجاد شده که در آنها تصفیه فاضلاب تحت تأثیر فرآیندهای خودپالایش طبیعی اتفاق می افتد. آنها را می توان هم برای خود تصفیه و هم برای تصفیه عمیق پساب فاضلابی که تحت تصفیه بیولوژیکی قرار گرفته است استفاده کرد. آنها مخازن کم عمق (0.5-1 متر) هستند که به خوبی توسط خورشید گرم می شوند و توسط موجودات آبزی پراکنده می شوند.

در فرآیندهایی که در حوضچه های زیستی اتفاق می افتد، یک چرخه طبیعی کامل از تخریب آلاینده های آلی مشاهده می شود. تاثیر عوامل مختلف بر عملکرد حوضچه ها می تواند هم شرایط هوازی و هم هوازی- بی هوازی را در آنها ایجاد کند. حوضچه هایی که دائماً در شرایط هوازی کار می کنند هوادهی و حوضچه هایی با شرایط متغیر اختیاری نامیده می شوند.

شرایط هوازی در استخرها می تواند از طریق تامین طبیعی اکسیژن از جو و فتوسنتز یا از طریق ورود اجباری هوا به آب حفظ شود. بنابراین بین حوضچه هایی با هوادهی طبیعی و مصنوعی تفاوت قائل می شود. زمان ماندگاری آب در حوضچه های با هوادهی طبیعی بین 7 تا 60 روز است. همراه با فاضلاب، لجن فعال که یک ماده بذری است از مخازن ته نشینی ثانویه خارج می شود. راندمان تمیز کردن حوضچه ها بر اساس زمان سال تعیین می شود؛ در طول دوره سرد به شدت کاهش می یابد.

حوضچه های با هوادهی مصنوعی حجم قابل توجهی کمتری دارند و درجه تصفیه مورد نیاز معمولاً در 1-3 روز به دست می آید.

فیلترهای زیستی - سازه های تصفیه بیولوژیکی مصنوعی - سازه های مدور یا مستطیلی از آجر یا بتن مسلح، بارگیری شده با مواد فیلتر، که روی سطح آن بیوفیلم ایجاد می شود. فاضلاب از طریق یک لایه بارگذاری پوشیده شده با فیلمی از میکروارگانیسم ها فیلتر می شود که به دلیل فعالیت حیاتی آن تصفیه انجام می شود. بیوفیلم مصرف شده (مرده) توسط فاضلاب جاری شسته شده و از بیوفیلتر خارج می شود.

بیوفیلترها بر اساس نوع ماده بارگیری به دو دسته با بارگذاری حجمی (دانه ای) و تخت تقسیم می شوند. سنگ خرد شده، شن، سنگریزه، سرباره، رس منبسط شده، حلقه های سرامیکی و پلاستیکی، مکعب، گوی، استوانه و غیره به عنوان بارگیری دانه ای استفاده می شود. بارگذاری مسطح شامل مش های فلزی، پارچه ای و پلاستیکی، توری ها، بلوک ها، ورق های راه راه، فیلم ها و غیره است که اغلب به صورت رول نورد می شوند.

فیلترهای زیستی با بارگذاری حجمی به دو دسته قطره ای، پربار و برج تقسیم می شوند. بیوفیلترهای قطره ای ساده ترین در طراحی هستند، آنها با مواد کسر ریز به ارتفاع 1-2 متر بارگیری می شوند و ظرفیت تا 1000 متر مکعب در روز دارند؛ آنها به درجه بالایی از تصفیه می رسند. در فیلترهای پر بار از قطعات بارگیری بزرگتر استفاده می شود و ارتفاع آن 2-4 متر است ارتفاع بارگذاری در فیلترهای برج به 8-16 متر می رسد و دو نوع فیلتر آخر در دبی فاضلاب استفاده می شود. تا 50 هزار متر در روز، هم برای تصفیه بیولوژیکی کامل و هم ناقص.

فیلترهای بیولوژیکی با بارگذاری مسطح ظرفیت اکسیداسیون قابل توجهی بالاتری نسبت به فیلترهای دارای بار حجمی دارند. ظرفیت اکسید کننده سرعت انحلال اکسیژن در طول هوادهی آب کاملاً بدون اکسیژن در فشار اتمسفر و دمای 20 درجه سانتیگراد (g O 2 /h) است. مفهوم قدرت اکسیداتیو نزدیک به آن است - میزان واکنش های اکسیداسیون آلاینده (g O 2 / (m 3 h)).

یک موقعیت میانی بین مخازن هوادهی و بیوفیلترها توسط بیوفیلترهای شناور و بیوتنک-بیوفیلترها اشغال می شود.

بیوفیلترهای شناور (دیسکی) مخزنی هستند که در آن شفت چرخشی با دیسک‌های نصب شده روی آن وجود دارد که به طور متناوب با فاضلاب و هوا در تماس است. اندازه دیسک ها 0.5-3 متر است، فاصله بین آنها 10-20 میلی متر است، آنها می توانند فلزی، پلاستیکی و آزبست سیمانی باشند، تعداد دیسک های روی شفت از 20 تا 200 است. . بیوفیلتر بیوتنک محفظه ای است که حاوی عناصر بارگیری سینی است که به صورت شطرنجی چیده شده اند. این عناصر از بالا با آب آبیاری می شوند که با پر کردن آنها از لبه ها به پایین جریان می یابد. یک بیوفیلم روی سطوح بیرونی عناصر تشکیل می‌شود و زیست توده‌ای شبیه لجن فعال درون آن تشکیل می‌شود. این طراحی عملکرد و راندمان تمیز کردن بالایی را ارائه می دهد.

بر اساس اصل جریان هوا به ضخامت بار هوادهی، بیوفیلترها می توانند با هوادهی طبیعی و اجباری باشند.

در طول دوره راه اندازی فیلترهای بیولوژیکی، یک فیلم بیولوژیکی روی قطعات خوراک رشد می کند. عامل اصلی این فیلم جمعیت میکروبی است. میکروارگانیسم های بیوفیلم از ناخالصی های آلی در فاضلاب به عنوان منبع تغذیه و تنفس استفاده می کنند و جرم بیوفیلم افزایش می یابد. با افزایش ضخامت فیلم، می میرد و توسط فاضلاب جاری شسته می شود. آب تصفیه شده در بیوفیلتر همراه با ذرات بیوفیلم مرده وارد مخزن ته نشینی ثانویه می شود. بازیافت مواد فعال بیولوژیکی معمولاً به دلیل ظرفیت نگهداری بالای ساختار جرمی بیوفیلم انجام نمی شود.

هنگام دریافت فاضلاب با BOD > 300 میلی گرم در لیتر، به منظور جلوگیری از لجن شدن مکرر سطح بیوفیلتر، گردش مجدد فراهم می شود - بازگشت بخشی از آب تصفیه شده برای رقیق کردن فاضلاب اصلی. چرخش مجدد آب تصفیه شده باعث افزایش محتوای اکسیژن محلول در مخلوط می شود، بار هیدرولیکی یکنواخت تر را حفظ می کند و غلظت بیوفیلم را در طول ارتفاع سازه برابر می کند. با این حال، این امر نیاز به ته نشینی حجم مخزن را افزایش می دهد و مصرف انرژی برای پمپاژ آب را افزایش می دهد.

توزیع فاضلاب بر روی سطح بیوفیلتر توسط آبپاش های ثابت (اسپرینکلر) یا آبپاش های جت چرخشی با منبع آب حلقوی به مدت 5-10 دقیقه انجام می شود.

استفاده از بیوفیلترها به دلیل امکان لجن شدن آنها، کاهش قدرت اکسیداتیو در حین کار، پیدایش بوهای نامطبوع و دشواری رشد یکنواخت فیلم محدود شده است.

تمیز کردن در مخازن هوادهیتصفیه بیولوژیکی هوازی حجم زیادی از فاضلاب در مخازن هوادهی - سازه های هوادهی بتن مسلح با لجن فعال شناور آزاد در حجم آب تصفیه شده انجام می شود که جمعیت زیستی آنها از آلودگی فاضلاب برای امرار معاش خود استفاده می کند.

تانک های آئرو را می توان بر اساس معیارهای زیر طبقه بندی کرد:

1) با توجه به ساختار جریان - مخازن هوادهی - جابجایی، مخازن هوادهی - میکسر و مخازن هوادهی با ورودی پراکنده مایع زباله (نوع متوسط).

2) با توجه به روش بازسازی لجن فعال - مخازن هوادهی با احیاگر لجن جداگانه یا ترکیبی.

3) با توجه به بار روی لجن فعال - بار بالا (برای تصفیه ناقص)، معمولی و کم بار (با هوادهی طولانی).

4) با تعداد مراحل - یک، دو و چند مرحله ای.

5) با توجه به حالت ورودی فاضلاب - جریان عبوری، نیمه جریانی، با سطح عملیاتی متغیر، تماس.

6) بر اساس نوع هوادهی - پنوماتیک، مکانیکی، هیدرودینامیکی ترکیبی یا پنومومکانیکی.

7) با توجه به ویژگی های طراحی - مستطیل، گرد، ترکیبی، شفت، مخازن فیلتر، مخازن شناور و غیره.

آئروتانک ها در محدوده بسیار وسیعی از نرخ جریان فاضلاب از چند صد تا میلیون متر مکعب در روز استفاده می شوند.

در مخازن هوادهی-مکسرها، بار روی لجن و سرعت اکسیداسیون آلاینده ها در طول سازه عملاً بدون تغییر است. آنها برای تصفیه فاضلاب صنعتی غلیظ (BODp تا 1000 میلی گرم در لیتر) با نوسانات قابل توجه در سرعت جریان و غلظت آلاینده مناسب هستند. در مخازن هوادهی- جابجایی بار آلاینده ها روی لجن و میزان اکسیداسیون آنها از بالاترین مقادیر در ابتدای ساخت تا کمترین مقدار در انتهای آن متغیر است. چنین ساختارهایی در صورتی مورد استفاده قرار می گیرند که از سازگاری آسان لجن فعال اطمینان حاصل شود. در مخازن هوادهی با منبع آب پراکنده در طول آن، بار واحد روی لجن کاهش یافته و یکنواخت می شود. چنین امکاناتی برای تصفیه مخلوط فاضلاب صنعتی و شهری استفاده می شود. عملکرد مخزن هوادهی به طور جدایی ناپذیری با عملکرد عادی مخزن ته نشینی ثانویه مرتبط است که از آن لجن فعال برگشتی به طور مداوم به مخزن هوادهی پمپ می شود. به جای مخزن ته نشینی ثانویه، می توان از فلوتاتور برای جداسازی لجن از آب استفاده کرد.

در یک طرح تک مرحله ای بدون احیاگر، تشدید فرآیند تصفیه فاضلاب غیرممکن است. در حضور یک احیا کننده، فرآیندهای اکسیداسیون به آن ختم می شود و لجن خواص اولیه خود را به دست می آورد. طرح های تک مرحله ای بدون بازسازی لجن در BOD 150 میلی گرم در لیتر استفاده می شود. طرح دو مرحله ای زمانی استفاده می شود که غلظت اولیه آلاینده های آلی در آب زیاد باشد و همچنین زمانی که موادی در آب وجود دارد که نرخ اکسیداسیون آنها به شدت متفاوت است. در مرحله اول تصفیه، BOD فاضلاب 50-70٪ کاهش می یابد.

برای اطمینان از پیشرفت طبیعی فرآیند اکسیداسیون بیولوژیکی، هوا باید به طور مداوم به مخزن هوادهی وارد شود. سیستم هوادهی مجموعه ای از ساختارها و تجهیزات ویژه است که مایع را با اکسیژن تامین می کند، لجن را در حالت تعلیق نگه می دارد و دائماً فاضلاب را با لجن مخلوط می کند. برای اکثر انواع مخازن هوادهی، سیستم هوادهی تضمین می کند که این عملکردها به طور همزمان انجام می شود. با توجه به روش پخش هوا در آب، در عمل از سیستم های هوادهی زیر استفاده می شود: پنوماتیک، مکانیکی، پنومومکانیکی و جت. در کشور ما سیستم هوادهی پنوماتیکی فراگیرتر شده است.

مخزن هوادهی مدرن یک ساختار فناورانه منعطف است که یک مخزن بتن مسلح از نوع راهرو مجهز به سیستم هوادهی است. عمق کار مخازن هوادهی از 3 تا 6 متر گرفته شده است، نسبت عرض راهرو به عمق کار از 1: 1 تا 2: 1 است. برای مخازن هوادهی و احیاگرها، تعداد بخش ها باید حداقل دو باشد. با بهره وری تا 50 هزار متر مکعب در روز، 4-6 بخش اختصاص داده شده است، با بهره وری بالاتر 8-10 بخش، همه آنها کار می کنند. هر بخش از 2-4 راهرو تشکیل شده است.

مخازن هوادهی جابجایی سازه های راهروی بلندی هستند که در آنها آب و لجن فعال به ابتدای سازه می رسد و مخلوط لجن در انتهای آن تخلیه می شود. در این حالت عملاً هیچ اختلاط آب ورودی با آب دریافتی قبلی وجود ندارد. چنین مخازن هوادهی از چندین راهرو تشکیل شده و می توانند با یا بدون احیا کننده داخلی باشند. طول چنین مخازن هوادهی به 50-150 متر می رسد و حجم آن از 1.5 تا 30 هزار متر مکعب است. حالت جابجایی تا حد زیادی با طراحی مخازن هوادهی از نوع سلولی مطابقت دارد.آنها در ساختارهای پلانی مستطیلی هستند که توسط پارتیشن های عرضی به تعدادی محفظه تقسیم می شوند. مخلوط از محفظه اول وارد قسمت دوم می شود (از پایین)، از دوم به سوم از طریق پارتیشن (از بالا) و غیره جریان می یابد. در هر سلول، یک حالت اختلاط کامل برقرار می‌شود و مجموع تعدادی میکسر متوالی یک جابجایی تقریبا ایده‌آل را تشکیل می‌دهد. این از حرکت برگشتی آب جلوگیری می کند و اختلاط طولی وجود ندارد.

فاضلاب و لجن در مخازن هوادهی-مکسرها به طور یکنواخت در طول اضلاع بلند سازه تامین و تخلیه می شود. اعتقاد بر این است که مخلوط ورودی بسیار سریع (در محاسبات بلافاصله) با محتویات کل مخزن هوادهی مخلوط می شود. این امر باعث می شود که آلاینده های آلی و اکسیژن محلول به طور یکنواخت توزیع شود و عملکرد سازه در شرایط ثابت و بارهای زیاد تضمین شود. عرض راهرو مخزن هوادهی میکسر 3-9 متر، تعداد راهروها 2-4، طول تا 150 متر است.

در مقایسه با مخازن هوادهی – جابجایی ها، مخازن هوادهی – میکسرها دارای غلظت باقیمانده ناخالصی های بالایی در آب تصفیه شده هستند. بنابراین، استفاده از آنها برای تصفیه فاضلاب غلیظ در مرحله اول، و مخازن هوادهی - جابجایی - در مرحله دوم توصیه می شود.

تانک های هوا- میکسرها را می توان با مخازن ته نشینی ثانویه متصل کرد و جدا از آنها ساخت. مخازن ته نشینی هوا (شتاب دهنده های هوا) فشرده هستند، به شما امکان می دهند گردش مجدد مخلوط لجن را بدون استفاده از ایستگاه های پمپاژ ویژه افزایش دهید، رژیم اکسیژن مخزن ته نشینی را بهبود بخشید و دوز لجن را به 3-5 گرم در / افزایش دهید. l، بر این اساس قدرت اکسیداتیو را افزایش می دهد.

مخازن هوادهی نوع متوسط ​​عناصر مخازن هوادهی جابجایی و مخازن هوادهی مخلوط را ترکیب می کنند. اینها شامل مخازن هوادهی با منبع پراکنده آب و منبع متمرکز لجن فعال و همچنین آبشاری از مخازن هوادهی-مخلوط کننده است. آنها شرایطی را برای میانگین غلظت بالاتر لجن فعال نسبت به مخازن هوادهی - جابجایی ها ایجاد می کنند و کیفیت تمیزکاری بالاتری نسبت به مخازن هوادهی - میکسرها فراهم می کنند. آنها در قالب ساختارهای دو یا چهار راهرو انجام می شوند. هزینه های سرمایه ای برای ساخت چنین مخازن هوادهی در مقایسه با موارد ذکر شده در بالا حداقل 15٪ کاهش می یابد، در حالی که کیفیت تمیز کردن بالا حفظ می شود.

مخازن اکسیژن برای تصفیه بیوشیمیایی فاضلاب در نظر گرفته شده اند که در آن به جای هوا از اکسیژن فنی استفاده می شود. به همین دلیل شرایط برای افزایش دوز لجن فعال (تا 6-10 گرم در لیتر) ایجاد می شود، مصرف انرژی برای هوادهی کاهش می یابد، قدرت اکسیداتیو افزایش می یابد (5-10 برابر بیشتر از مخازن هوادهی) و راندمان استفاده از اکسیژن 90-95٪ است.

طرح‌های معمولی برای تصفیه بیوشیمیایی معمولاً شامل تعدادی تأسیسات برای میانگین‌گیری فاضلاب، تصفیه مکانیکی آن، تأسیسات تصفیه بیولوژیکی واقعی، دستگاه‌هایی برای تهیه و دوز معرف‌ها، تصفیه پساب فاضلاب و تصفیه لجن است. طرح ها می توانند تک مرحله ای یا چند مرحله ای باشند. طبق طرح فوق، تصفیه مشترک فاضلاب صنعتی و خانگی انجام می شود. با چنین تمیز کردنی، روند به طور پیوسته و کامل پیش می رود، زیرا فاضلاب خانگی حاوی مواد مغذی بوده و فاضلاب صنعتی را نیز رقیق می کند. فاضلاب، پیش تصفیه شده در تاسیسات تصفیه مکانیکی، برای تصفیه بیولوژیکی در مخازن هوادهی با احیاگر ارسال می شود. لجن فعال آزاد شده در مخازن ته نشینی ثانویه به دو جریان تقسیم می شود: لجن در گردش با استفاده از یک ایستگاه پمپاژ به احیاء کننده پمپ می شود و سپس به مخزن هوادهی می رود؛ لجن اضافی برای شفاف سازی به مخازن ته نشینی اولیه ارسال می شود. آب تصفیه شده کلر می شود و به مخزن فرستاده می شود یا به تولید برمی گردد. لجن جدا شده در هاضم ها فرآوری می شود و در بستر لجن آبگیری می شود.گاز آزاد شده در حین هضم در دیگ بخار سوزانده می شود.
4.2. روش های تمیز کردن بی هوازی

برای خنثی کردن لجن فاضلاب و پیش تصفیه فاضلاب غلیظ می توان از فرآیند هضم بی هوازی استفاده کرد. بسته به نوع نهایی محصول، انواع تخمیر زیر متمایز می شود: الکلی، اسید پروپیونیک، اسید لاکتیک، متان و غیره. محصولات نهایی تخمیر عبارتند از الکل ها، اسیدها، استون، گازهای تخمیر (CO 2, H 2, CH). 4).

برای تصفیه فاضلاب از تخمیر متان استفاده می شود. این فرآیند پیچیده است و شامل مراحل بسیاری است؛ در تخمیر متان، دو فاز از هم متمایز می‌شوند. در مرحله اول تخمیر (اسیدی)، مواد آلی پیچیده با تشکیل اسیدهای آلی و همچنین الکل ها، آمونیاک، استون، H 2 S، CO 2، H 2 و غیره شکسته می شوند که در نتیجه آن تشکیل می شود. فاضلاب به pH = 5-6 اسیدی می شود. سپس تحت تأثیر باکتری های متان (فاز قلیایی) اسیدها با تشکیل CH 4 و CO 2 از بین می روند. اعتقاد بر این است که نرخ تبدیل در هر دو فاز یکسان است. به طور متوسط، درجه تجزیه ترکیبات آلی 40٪ است.

فرآیندهای تخمیر متان در هاضم ها - مخازن مهر و موم شده هرمتیک مجهز به دستگاه هایی برای معرفی لجن فرآوری شده و حذف لجن تخمیر شده انجام می شود.

فرآیندهای تخمیر در شرایط مزوفیل (30-35 درجه سانتیگراد) و گرما دوست (50-55 درجه سانتیگراد) انجام می شود. در شرایط گرما دوست، تخریب ترکیبات آلی با شدت بیشتری اتفاق می افتد. هاضم مخزن بتن مسلح با کف مخروطی شکل، مجهز به دستگاهی برای گرفتن و خارج کردن گاز و همچنین مجهز به بخاری و همزن است. هاضم هایی با قطر تا 20 متر و حجم مفید تا 4000 متر مکعب استفاده می شود.

فرآیند تخمیر فاضلاب در دو مرحله انجام می شود. در این حالت، بخشی از رسوب از هاضم دوم به هاضم اول بازگردانده می شود، جایی که از اختلاط خوب اطمینان حاصل می شود. در طی تخمیر، گازهایی با محتوای متوسط ​​CH 4 - 63-65٪، CO 2 - 32-34٪ آزاد می شوند. ارزش حرارتی گاز 23 MJ/kg است که در کوره های دیگ بخار سوزانده می شود. بخار حاصل برای گرم کردن رسوبات در هاضم ها یا برای اهداف دیگر استفاده می شود.

کتابشناسی - فهرست کتب

1. 
   فناوری حفاظت از محیط زیست /Rodionov A.I., Klushin V.N., Toroheshnikov N.S. کتاب درسی برای دانشگاه ها. - M.: شیمی، 1989.

1. 
   Komarova L.F.، Kormina L.A. روش های مهندسی حفاظت از محیط زیست فناوری حفاظت از جو و هیدروسفر در برابر آلودگی صنعتی: کتاب درسی. - بارنائول، 2000.

این روش ها برای تصفیه فاضلاب خانگی و صنعتی از بسیاری از مواد آلی محلول و برخی غیر آلی (سولفید هیدروژن، آمونیاک، سولفیدها، نیتریت ها و غیره) استفاده می شود. فرآیند تصفیه بر اساس توانایی میکروارگانیسم ها برای استفاده از مواد ذکر شده برای تغذیه در فرآیند زندگی است - مواد آلی برای میکروارگانیسم ها منبع کربن هستند. تصفیه بیوشیمیایی فاضلاب می تواند در شرایط هوازی (اکسیداسیون بیوشیمیایی) و بی هوازی (تجزیه بیولوژیکی) رخ دهد.

درمان بی هوازیتحت تأثیر میکروارگانیسم های بی هوازی رخ می دهد، در نتیجه میزان آلاینده های آلی موجود در فاضلاب به دلیل تبدیل آنها به گازها (متان، دی اکسید کربن) و نمک های محلول و همچنین رشد زیست توده گیاهان بی هوازی کاهش می یابد. تجزیه در 2 مرحله انجام می شود: ابتدا مواد آلی به اسیدهای آلی و الکل ها (گروه اول میکروارگانیسم ها) و سپس اسیدهای آلی و الکل ها به متان و دی اکسید کربن (گروه دوم میکروارگانیسم ها) تبدیل می شوند.

این فرآیند به طور کلی به حفظ محیطی مطلوب برای هر دو گروه از میکروارگانیسم ها بستگی دارد و تعادل بین فازها باید به گونه ای باشد که اسیدها با همان سرعتی که تشکیل می شوند حذف شوند. روش بی هوازی عمدتاً برای هضم لجن فعال اضافی تولید شده در طی تصفیه بی هوازی استفاده می شود.

تصفیه در شرایط بی هوازی در حضور اکسیژن محلول در آب اتفاق می‌افتد که نشان‌دهنده تغییری در فرآیند طبیعی خودپالایی مخازن است که در طبیعت اتفاق می‌افتد. برای تصفیه زیستی پساب های صنعتی، رایج ترین فرآیندها با استفاده از لجن فعال است که در مخازن هوادهی انجام می شود. لجن فعال به دلیل ذرات معلقی که در هنگام ته نشین شدن باقی نمی مانند و به دلیل تکثیر مواد کلوئیدی با میکروارگانیسم ها روی آنها ایجاد می شود. لجن فعال در یک مایع هوادهی به طور قابل توجهی فرآیندهای اکسیداسیون را تسریع می کند و شرایطی را برای فرآیندهای جذب مواد آلی ایجاد می کند.

تخریب مواد آلی به دی اکسید کربن و سایر محصولات اکسیداسیون بی ضرر به دلیل بیوسنوز رخ می دهد. مجموعه ای از همه باکتری ها و میکروارگانیسم های تک یاخته ای که در یک ساختار معین رشد می کنند. مصرف اجزای آلی فاضلاب توسط میکروارگانیسم ها در 3 مرحله انجام می شود: 1) انتقال جرم مواد آلی و اکسیژن از مایع به سطح سلول. 2) انتشار ماده و اکسیژن از طریق غشای سلولی نیمه تراوا. 3) متابولیسم محصولات منتشر شده، همراه با افزایش زیست توده، آزادسازی انرژی، دی اکسید کربن و غیره.

شدت و کارایی تصفیه بیولوژیکی فاضلاب با سرعت تجزیه باکتری تعیین می شود.

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب را می توان در شرایط طبیعی یا مصنوعی انجام داد.

در شرایط طبیعی از زمین های آماده شده مخصوص (مزارع آبیاری و تصفیه) یا حوضچه های بیولوژیکی استفاده می شود. آنها مخازن خاکی به عمق 0.5 ¸ 1 متر هستند که در آنها همان فرآیندهایی که در هنگام خودپالایی یک مخزن رخ می دهد.

مزارع آبیاری- زمین های مخصوص تهیه شده که به طور همزمان برای تصفیه فاضلاب و مقاصد کشاورزی استفاده می شود، یعنی. برای رشد غلات و محصولات سیلو، گیاهان، سبزیجات، و همچنین برای کاشت درختچه ها و درختان. زمینه های فیلتراسیون فقط برای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب در نظر گرفته شده است.

مزارع آبیاری و حوضچه های بیولوژیکی در زمینی قرار دارند که دارای شیب پلکانی است به طوری که آب با نیروی جاذبه از یک منطقه به منطقه دیگر جریان می یابد. پاکسازی آلاینده ها از طریق فرآیند فیلتر کردن آب از طریق خاک انجام می شود که در آن ذرات معلق و کلوئیدی حفظ می شوند و یک فیلم در منافذ خاک تشکیل می دهند. نفوذ اکسیژن به لایه های عمیق خاک دشوار است، بنابراین شدیدترین اکسیداسیون در لایه های بالایی خاک رخ می دهد، یعنی. در عمق تا 0.2¸0.4 متر.

حوضچه های بیولوژیکی- طراحی شده برای تصفیه بیولوژیکی و پس از تصفیه فاضلاب در ترکیب با سایر تاسیسات تصفیه. آنها به شکل یک آبشار از حوضچه ها ساخته شده اند که از 3-5 مرحله تشکیل شده است. فرآیند تصفیه فاضلاب طبق طرح زیر اجرا می شود: باکتری ها از اکسیژن آزاد شده توسط جلبک ها در طول فتوسنتز و همچنین از اکسیژن هوا برای اکسید کردن آلاینده ها استفاده می کنند. جلبک ها دی اکسید کربن، فسفات ها و نیتروژن آمونیاک آزاد شده در طی تجزیه بیوشیمیایی مواد آلی را مصرف می کنند. بنابراین برای بهره برداری عادی از استخرها، حفظ مقادیر بهینه PH و دمای فاضلاب ضروری است. دما باید حداقل 6 درجه سانتیگراد باشد و بنابراین در زمستان از استخرها استفاده نمی شود.

حوضچه هایی با هوادهی طبیعی و مصنوعی وجود دارد. عمق حوضچه ها با هوادهی سطحی طبیعی از 1 متر تجاوز نمی کند، هنگام هوادهی مصنوعی حوضچه ها با استفاده از هواده های مکانیکی یا دمیدن هوا از طریق ستون آب، عمق آنها تا 3 متر افزایش می یابد، استفاده از هوادهی مصنوعی فرآیندهای تصفیه آب را تسریع می کند. از معایب حوضچه ها می توان به ظرفیت کم اکسیداسیون، فصلی بودن بهره برداری و نیاز به مساحت وسیع اشاره کرد.

امکانات برای تصفیه بیولوژیکی مصنوعیبر اساس محل زیست توده فعال در آنها، آنها را می توان به 2 گروه تقسیم کرد: 1) زیست توده فعال در فاضلاب تصفیه شده (aerotanks، oxytanks) معلق است. 2) زیست توده فعال روی یک ماده ثابت ثابت می شود و فاضلاب در یک لایه فیلم نازک (بیوفیلترها) در اطراف آن جریان می یابد.

تانک های هواآنها مخازن بتن مسلح، مستطیلی در پلان، تقسیم شده توسط پارتیشن به راهروهای جداگانه.

فاضلاب پس از تاسیسات تصفیه مکانیکی با لجن فعال برگشتی (بیوسنوز) مخلوط شده و با عبور متوالی از راهروهای مخزن هوادهی وارد مخزن ته نشینی ثانویه می شود. زمان ماند پساب تصفیه شده در مخزن هوادهی بسته به ترکیب آن از 6 تا 12 ساعت متغیر است. در طول این مدت، بخش عمده ای از آلاینده های آلی توسط بیوسنوز لجن فعال پردازش می شود. برای حفظ لجن فعال در حالت تعلیق، آن را به شدت مخلوط کرده و مخلوط تصفیه شده را با اکسیژن هوا اشباع کنید، سیستم های هوادهی مختلف (معمولاً مکانیکی یا پنوماتیک) در مخازن هوادهی نصب می شوند. از مخازن هوادهی، مخلوط فاضلاب تصفیه شده و لجن فعال وارد مخزن ته نشینی ثانویه می شود و از آنجا لجن فعال که به ته نشست کرده است با استفاده از دستگاه های مخصوص (پمپ های لجن) به مخزن ایستگاه پمپاژ تخلیه می شود و لجن فعال تصفیه می شود. فاضلاب یا برای تصفیه بیشتر یا ضد عفونی می شود. در فرآیند اکسیداسیون بیولوژیکی، زیست توده لجن فعال افزایش می یابد. برای ایجاد شرایط بهینه برای عمر آن، لجن اضافی از سیستم خارج شده و به تاسیسات تصفیه لجن فرستاده می شود و قسمت اصلی به صورت لجن برگشتی به مخزن هوادهی بازگردانده می شود.

مجتمع های تاسیسات تصفیه که شامل مخازن هوادهی می شود، دارای ظرفیت چند ده تا 3/2 میلیون متر مکعب فاضلاب در روز هستند.

به جای هوا، می توان اکسیژن خالص را برای هوادهی پنوماتیک فاضلاب تامین کرد. برای این فرآیند از اکسی تانک ها استفاده می شود که از نظر طراحی تا حدودی با مخازن هوادهی تفاوت دارند. ظرفیت اکسیداتیو اکسی تنک ها 3 برابر بیشتر است.

فیلترهای زیستییافتن کاربرد گسترده با مصرف روزانه فاضلاب خانگی و صنعتی تا 20-30 هزار متر مکعب در روز. مهمترین جزء بیوفیلترها مواد بارگیری است. بر اساس نوع مواد بارگذاری به 2 دسته با بارگذاری حجمی و مسطح تقسیم می شوند. بیوفیلترها مخازن گرد و مستطیلی هستند که با مواد بارگیری پر می شوند. مواد حجمی متشکل از شن، خاک رس منبسط شده، سرباره با اندازه کسری 15 ¸ 80 میلی متر، پس از دسته بندی کسرها، با یک لایه به ارتفاع 2¸ 4 متر پر می شود. مواد مسطح به شکل سخت (حلقه، عناصر لوله ای) ساخته می شوند. ساخته شده از پلاستیک، سرامیک، فلز) و بلوک های نرم (رولت شده) که در بدنه بیوفیلتر در لایه ای به ضخامت 8 متر نصب می شوند.

فاضلاب عرضه شده در بالای سطح ماده بارگیری به طور مساوی از طریق آن توزیع می شود، در حالی که یک فیلم بیولوژیکی (بیوسنوز) روی سطح ماده تشکیل می شود، شبیه به لجن فعال در مخازن هوادهی. مواد بارگیری توسط یک کف شبکه پشتیبانی می شود که از طریق سوراخ های آن فاضلاب تصفیه شده وارد کف جامد بیوفیلتر می شود و با استفاده از سینی ها از بیوفیلتر به یک مخزن ته نشینی ثانویه تخلیه می شود.

فیلترهای زیستی با بارگذاری حجمی برای تصفیه بیولوژیکی کامل موثر هستند. فیلترهای زیستی با بارگذاری مسطح نیز می‌توانند برای تصفیه بیولوژیکی کامل مورد استفاده قرار گیرند، اما استفاده از آنها به عنوان اولین مرحله تصفیه بیولوژیکی دو مرحله‌ای در هنگام انتشار ترکیدگی فاضلاب صنعتی با غلظت بالا یا زمانی که مجتمع‌های تصفیه در حال بازسازی هستند، مصلحت‌تر است.

هنگام بهره برداری از تأسیسات تصفیه بیولوژیکی، لازم است از مقررات فن آوری عملکرد آنها پیروی کنید تا از بارهای اضافی و به ویژه رگبار اجزای سمی جلوگیری شود، زیرا چنین تخلفاتی می تواند تأثیر مضری بر زندگی ارگانیسم ها داشته باشد. بنابراین، در فاضلاب ارسال شده برای تصفیه بیولوژیکی، محتوای روغن و فرآورده های نفتی نباید بیشتر از 25 میلی گرم در لیتر، سورفکتانت ها - حداکثر 50 میلی گرم در لیتر، نمک های محلول - حداکثر 10 گرم در لیتر باشد.

تصفیه بیولوژیکی از نابودی کامل همه باکتری های بیماری زا در فاضلاب اطمینان نمی دهد. بنابراین، پس از آن، آب با کلر مایع یا سفید کننده، ازن، اشعه ماوراء بنفش، الکترولیز یا اولتراسوند ضد عفونی می شود.

ضد عفونی فاضلاب تصفیه شده برای از بین بردن باکتری های بیماری زا، ویروس ها و میکروارگانیسم های موجود در آن انجام می شود. اثر ضد عفونی باید تقریبا 100٪ باشد. بنابراین، پس از تصفیه کامل، ترکیبات کلر یا سایر عوامل اکسید کننده قوی (ازن) به فاضلاب وارد می شود که از بدنه های آبی در برابر ورود عوامل بیماری زا به آنها محافظت می کند.

خطرناک ترین مواد برای آب های طبیعی، سلامت انسان، حیوانات و ماهی ها، زباله های رادیواکتیو مختلفی هستند که در نیروگاه های هسته ای در طی فرآوری سوخت هسته ای تولید می شوند. تصفیه فاضلاب حاوی آلودگی رادیواکتیو به سطح فعالیت و شوری بستگی دارد. آب های با شوری کم با فیلترهای تبادل یونی و آبرفتی تصفیه می شوند. در محتوای نمک بالا، روش های الکترودیالیز و تبخیر استفاده می شود و آلاینده های باقی مانده با استفاده از واحدهای تبادل یونی حذف می شوند. تمام فاضلاب با رادیواکتیویته بالاتر از حد مجاز به مخازن زیرزمینی ویژه تخلیه می شود یا به حوضه های زهکشی زیرزمینی عمیق پمپ می شود.

پساب ها حاوی موادی با منشاء آلی و معدنی هستند و مواد آلی بسیار بیشتری دارند. و اگر ساده ترین راه برای خلاص شدن از شر آخال های معدنی مکانیکی باشد، پس روش های دیگری برای حذف ناخالصی های آلی مورد نیاز است. یکی از اصلی ترین آنها تصفیه بیولوژیکی فاضلاب است. در این مقاله با ویژگی ها، انواع و فناوری های آن آشنا خواهید شد.

آب حیات است، اما ما آن را پاک مصرف می کنیم و کثیف برمی گردانیم. اگر زهکشی ها تمیز نشوند، زمان "رطوبت گرانبها" که توسط بسیاری از نویسندگان علمی تخیلی توصیف شده است، خیلی زود فرا خواهد رسید. طبیعت می تواند آب را به تنهایی تصفیه کند، اما این فرآیندها بسیار کند پیش می روند. تعداد مردم در حال افزایش است، حجم مصرف آب نیز در حال افزایش است، بنابراین مشکل تصفیه سازمان یافته و کامل فاضلاب به ویژه حاد است. موثرترین فناوری تصفیه آب بیولوژیکی است. اما، قبل از در نظر گرفتن اصول اولیه عملکرد آن، باید ترکیب آب را درک کنید.

ترکیب فاضلاب خانگی

هر خانه ای که آب لوله کشی داشته باشد سیستم فاضلاب نیز دارد. فرآیندهای عادی برای انتقال فاضلاب از آپارتمان ها و خانه ها به ایستگاه های تصفیه را تضمین می کند. لوله های فاضلاب حاوی آب معمولی اما آلوده است. تنها 1% ناخالصی در آن وجود دارد، اما همین امر باعث می شود که فاضلاب برای استفاده بیشتر نامناسب باشد. فقط پس از تصفیه می توان از آب برای آشامیدن و استفاده روزمره مجدد استفاده کرد.

ترکیب دقیق فاضلاب را نمی توان نام برد، زیرا بستگی به مکانی دارد که نمونه خاصی از آن گرفته می شود، اما حتی در همان مکان مقدار و مجموعه ناخالصی ها ممکن است متفاوت باشد. اغلب، آب حاوی ذرات جامد، ناخالصی های بیولوژیکی و اجزای غیر آلی است. با مواد معدنی همه چیز ساده است - حتی ساده ترین فیلتر آن را حذف می کند، اما با مواد آلی باید مبارزه کنید. اگر کاری انجام نشود، این مواد شروع به متلاشی شدن و تشکیل یک رسوب پوسیده می کنند (از این رو مشخصه ناخوشایند "بوی فاضلاب" است). علاوه بر این، نه تنها مواد آلی تجزیه شده شروع به پوسیدگی می کنند، بلکه آب نیز شروع به پوسیدگی می کند.

به طور خلاصه، فاضلاب حاوی چربی ها، سورفکتانت ها، فسفات ها، ترکیبات کلرید و نیتروژن، فرآورده های نفتی و سولفات است. آنها به خودی خود نمی توانند از آب ناپدید شوند - آنها نیاز به تمیز کردن جامع دارند. این مشکل به ویژه در خانه هایی که دارای سیستم زهکشی و آبرسانی مستقل هستند، حادتر است، زیرا هر سایت دارای یک حوضچه و یک چاه آب است. اگر زهکشی ها تمیز نشوند، ممکن است به شیر آب ختم شوند - و این وضعیت می تواند تهدید کننده زندگی باشد.

روشهای تصفیه فاضلاب خانگی و صنعتی

فاضلاب می تواند در شرایط طبیعی خود تصفیه شود، اما تنها در صورتی که حجم آن کم باشد. از آنجایی که بخش صنعتی امروزه بسیار توسعه یافته است، حجم قابل توجهی از فاضلاب در خروجی تولید می شود. و برای به دست آوردن آب تمیز، انسان باید مسئله فاضلاب را حل کند - یعنی آن را تصفیه کند. روش های مختلفی برای تصفیه فاضلاب وجود دارد - مکانیکی، شیمیایی، فیزیکی و شیمیایی و بیولوژیکی. بیایید نگاهی دقیق تر به ویژگی های هر یک از آنها بیندازیم.

تمیز کردن مکانیکی شامل استفاده از تکنیک هایی مانند فیلتراسیون و ته نشینی است. ابزار اصلی توری، الک، فیلتر، تله و تله هستند. هنگامی که آب تحت تصفیه اولیه قرار می گیرد، وارد یک مخزن ته نشینی می شود - ظرفی که برای ته نشین شدن فاضلاب با تشکیل رسوب طراحی شده است. تمیز کردن مکانیکی در اکثر سیستم های مدرن استفاده می شود، اما به ندرت به عنوان یک روش مستقل استفاده می شود. نکته این است که برای از بین بردن اجزای شیمیایی و ناخالصی های آلی مناسب نیست.

تصفیه شیمیایی با استفاده از معرف ها انجام می شود - مواد شیمیایی خاصی که با ناخالصی های موجود در آب واکنش می دهند و یک رسوب نامحلول تشکیل می دهند. در نتیجه، محتوای مواد معلق محلول 25٪ و مواد معلق نامحلول تا 95٪ کاهش می یابد.

خالص سازی فیزیکوشیمیایی شامل استفاده از تکنیک هایی مانند اکسیداسیون، انعقاد، استخراج و غیره است. این فرآیندها حذف مواد معدنی از آب و از بین بردن ناخالصی های آلی ضعیف اکسید شده را ممکن می سازد. محبوب ترین روش تمیز کردن فیزیکی و شیمیایی الکترولیز است.

درمان بیولوژیکی فرآیندی است که بر اساس استفاده از میکروارگانیسم های خاص و اصول زندگی آنها انجام می شود. باکتری ها به طور خاص روی آلاینده های آلی خاص عمل می کنند و تصفیه آب اتفاق می افتد.

روش های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب و مزایای آن. ایستگاه ها و سازه های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب

روش های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب شامل مخازن هوادهی، فیلترهای بیولوژیکی و به اصطلاح بیوپند می باشد. هر روش ویژگی های خاص خود را دارد که در ادامه به شما خواهیم گفت.

تانک های هوا

این روش تصفیه بیولوژیکی شامل برهمکنش فاضلاب تصفیه شده مکانیکی قبلی و لجن فعال است. این تعامل در ظروف ویژه انجام می شود - آنها حداقل از دو بخش تشکیل شده اند و مجهز به سیستم های هوادهی هستند. لجن فعال حاوی تعداد زیادی میکروارگانیسم هوازی است که در شرایط مناسب، آلاینده های مختلف را از پساب حذف می کند. لجن یک سیستم بیوسنوز پیچیده است که در آن باکتری ها، در معرض تامین منظم اکسیژن، شروع به جذب ناخالصی های آلی می کنند. تصفیه بیولوژیکی به طور مداوم تحت یک شرط اصلی اتفاق می افتد - هوا باید وارد آب شود. هنگامی که پردازش ارگانیک به پایان رسید، سطح مصرف اکسیژن (BOD) کاهش می یابد و آب به بخش های بعدی عرضه می شود.

در بخش‌های دیگر، باکتری‌های نیتروژن‌کننده در کار گنجانده شده‌اند که عنصری مانند نیتروژن از نمک‌های آمونیوم را پردازش می‌کنند تا نیتریت‌ها را تشکیل دهند. این فرآیندها توسط یک قسمت از میکروارگانیسم ها انجام می شود، در حالی که قسمت دیگر نیتریت ها را برای تشکیل نیترات می خورد. پس از اتمام این فرآیند، پساب تصفیه شده به مخزن ته نشینی ثانویه وارد می شود. در اینجا لجن فعال رسوب می کند و آب تصفیه شده به مخازن فرستاده می شود.

Biofilter یک ایستگاه تصفیه بیولوژیکی محبوب در بین صاحبان خانه های روستایی است. این یک دستگاه فشرده است که شامل یک مخزن با مواد بارگیری است. در قالب یک فیلم فعال در بیوفیلتر میکروارگانیسم هایی وجود دارند که همان فرآیندهای مورد اول را انجام می دهند.

انواع تاسیسات:

• دو مرحله ای؛
• فیلتراسیون قطره ای

عملکرد دستگاه های دارای فیلتراسیون قطره ای پایین است، اما حداکثر درجه تصفیه فاضلاب را تضمین می کنند. نوع دوم پربارتر است، اما کیفیت تمیز کردن تقریباً مشابه حالت اول خواهد بود. هر دو فیلتر از یک به اصطلاح "بدنه"، یک توزیع کننده، سیستم های زهکشی و توزیع هوا تشکیل شده اند. اصل عملکرد بیوفیلترها مشابه اصل عملکرد مخازن هوادهی است.

حوضچه های بیولوژیکی

برای انجام تصفیه فاضلاب با استفاده از این روش، باید یک مخزن مصنوعی باز وجود داشته باشد که در آن فرآیندهای خودپالایی انجام شود. این روش موثرترین است؛ حتی حوضچه های کم عمق تا عمق یک متر نیز مناسب هستند. سطح قابل توجهی به آب اجازه می دهد تا به خوبی گرم شود، که همچنین تأثیر لازم را بر فرآیندهای حیاتی میکروارگانیسم های دخیل در تصفیه دارد. این روش در فصل گرم بیشترین تأثیر را دارد - در دمای حدود 6 درجه و کمتر، فرآیندهای اکسیداسیون به حالت تعلیق در می آیند. در زمستان، تمیز کردن به هیچ وجه انجام نمی شود.

انواع حوضچه:

• پرورش ماهی (با رقیق سازی)؛
• چند مرحله ای (بدون رقت)؛
• حوضچه های درمان ثالثیه

در حالت اول، فاضلاب با آب رودخانه مخلوط شده و سپس به حوضچه ها فرستاده می شود. در مرحله دوم، آب بلافاصله پس از ته نشین شدن بدون رقیق شدن به مخزن فرستاده می شود. روش اول حدود دو هفته و روش دوم یک ماه زمان نیاز دارد. مزیت سیستم های چند مرحله ای قیمت نسبتا پایین آنهاست.

مزایای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب چیست؟

تصفیه بیولوژیکی فاضلاب تولید تقریباً 100٪ آب تمیز را تضمین می کند. با این حال، لطفاً توجه داشته باشید که ایستگاه زیستی به عنوان یک روش مستقل استفاده نمی شود. فقط در صورتی می توانید آب شفاف کریستالی دریافت کنید که ابتدا ناخالصی های معدنی را با روش های دیگر حذف کنید و سپس مواد آلی را با استفاده از روش بیولوژیکی حذف کنید.

باکتری های هوازی و بی هوازی - آنها چیست؟

میکروارگانیسم های مورد استفاده در فرآیند تصفیه فاضلاب به دو دسته هوازی و بی هوازی تقسیم می شوند. هوازی فقط در یک محیط حاوی اکسیژن وجود دارد و به طور کامل مواد آلی را به CO2 و H2O تجزیه می کند، در حالی که به طور همزمان زیست توده خود را سنتز می کند. فرمول این فرآیند به شرح زیر است:

CxHyOz + O2 -> CO2 + H2O + زیست توده باکتریایی،

که در آن CxHyOz یک ماده آلی است.

میکروارگانیسم های بی هوازی به طور معمول بدون اکسیژن مقابله می کنند، اما رشد زیست توده آنها اندک است. باکتری های این نوع برای تخمیر بدون اکسیژن ترکیبات آلی با تشکیل متان مورد نیاز هستند. فرمول:

CxHyOz -> CH4 + CO2 + زیست توده باکتریایی

تکنیک های بی هوازی در غلظت های بالای مواد آلی - که بیش از حداکثر مجاز برای میکروارگانیسم های هوازی است - ضروری هستند. با محتوای آلی کم، میکروارگانیسم های بی هوازی، برعکس، بی اثر هستند.

هدف از روش های بیولوژیکی تصفیه آب

اکثر آلاینده های زباله موادی با منشاء آلی هستند. منابع اصلی این آلاینده ها و مصرف کنندگان پساب تصفیه شده:

• مسکن و خدمات عمومی، شرکت های صنایع غذایی و مجتمع های دامپروری.
• شرکت های صنایع شیمیایی، پالایش نفت، خمیر و کاغذ و صنایع چرم.

ترکیب فاضلاب در این موارد متفاوت خواهد بود. یک چیز مطمئن است - تنها با تمیز کردن جامع با استفاده اجباری از روش های بیولوژیکی می توان به نتایج ایده آل دست یافت.

اصول تصفیه بیولوژیکی و لیست تجهیزات مورد نیاز

با در نظر گرفتن اصول فعلی تصفیه بیولوژیکی، تجهیزات برای سازماندهی یک تصفیه خانه بیولوژیکی انتخاب می شود. گزینه های اصلی:

• حوضچه های بیولوژیکی؛
• فیلدهای فیلتر؛
• فیلترهای زیستی؛
• مخازن هوادهی؛
• متاتنک;
• چاه فیلتر؛
• فیلترهای شنی و شنی؛
• کانال های اکسیداسیون گردش خون؛
• بیوراکتورها

لطفا توجه داشته باشید که برای تصفیه فاضلاب مصنوعی و طبیعی می توان از تکنیک های مختلفی استفاده کرد.

تصفیه فاضلاب با استفاده از روش های بیولوژیکی: مزایا و معایب

روش‌های بیولوژیکی برای تصفیه فاضلاب از مواد آلی مؤثر هستند، اما نتایج واقعاً بالا تنها از طریق استفاده یکپارچه از روش‌های مختلف قابل دستیابی است. علاوه بر این، امکانات باکتری ها بی حد و حصر نیست - میکروارگانیسم ها ناخالصی های آلی جزئی را حذف می کنند. هزینه تصفیه خانه های بیولوژیکی نسبتا پایین است.

کلیه روشهای تصفیه فاضلاب

قبل از ورود به سیستم تصفیه بیولوژیکی، فاضلاب باید تحت تصفیه مکانیکی قرار گیرد، و پس از آن - ضد عفونی (کلر، اولتراسوند، الکترولیز، ازن و غیره) و ضد عفونی. بنابراین به عنوان بخشی از تصفیه جامع فاضلاب از روش های شیمیایی، مکانیکی، غشایی و معرف نیز استفاده می شود.

هر فاضلاب حاوی اجزایی با منشاء آلی و معدنی است. اگر خلاص شدن از شر آخال های بزرگ و متراکم معدنی با استفاده از روش های فیلتراسیون مکانیکی آسان باشد، در این صورت خلاص شدن از شر اجزای آلی پیچیده موجود در آب به صورت سوسپانسیون امکان پذیر نخواهد بود. این به تصفیه بیوشیمیایی فاضلاب نیاز دارد. این تکنیک به اندازه روش های پاکسازی مصنوعی موثر نیست و گران نیست. علاوه بر این، این روش تمیز کردن نیازی به فرآیند پیچیده ای برای بازیافت معرف های مورد استفاده ندارد.

روش تمیز کردن بیوشیمیایی مبتنی بر استفاده از باکتری های خاصی است که در طول فعالیت زندگی خود، ترکیبات آلی پیچیده را به عناصر ساده تر - آب، دی اکسید کربن و رسوبات معدنی تجزیه می کنند.

این باکتری ها به طور مداوم در خاک و آب وجود دارند، جایی که به تصفیه طبیعی خاک و آب کمک می کنند. اما از آنجایی که غلظت آنها کم است، فرآیندهای پاکسازی طبیعی به کندی پیش می روند.

در تصفیه خانه های فاضلاب که از تصفیه بیوشیمیایی استفاده می شود، کلنی های عظیمی از باکتری ها در پردازش فاضلاب وجود دارند. در عین حال شرایط مساعدی در این سازه ها برای حیات میکروارگانیسم ها ایجاد می شود که باعث می شود تا فرآیندهای تصفیه آب در ساختار در مقایسه با تصفیه طبیعی در طبیعت به میزان قابل توجهی تسریع شود.

به عنوان یک قاعده، در تصفیه بیوشیمیایی از یکی از دو نوع باکتری یا ترکیبی از آنها استفاده می شود:

• میکروارگانیسم های هوازی ترکیبات آلی پیچیده را پردازش می کنند. در نتیجه اکسیداسیون، آنها به آب، رسوبات معدنی و دی اکسید کربن تجزیه می شوند. ویژگی اصلی این باکتری ها نیاز به اکسیژن است، بنابراین سازه هایی که از آنها استفاده می کنند مجهز به هواده و کمپرسور هستند.
• میکروارگانیسم های بی هوازی همیشه به مقدار کم در فاضلاب وجود دارند. این باکتری ها به اکسیژن نیاز ندارند. با این حال، آنها برای انجام فعالیت های زندگی خود به دی اکسید کربن و نیترات نیاز دارند. این موجودات در طول زندگی خود متان ساطع می کنند، بنابراین استفاده از سیستم تهویه در ساختمان ضروری است.

روشهای تصفیه بیوشیمیایی

امروزه از روش های بیوشیمیایی زیر برای تصفیه فاضلاب استفاده می شود:

1. حوضچه های بیولوژیکی
2. طراحی با استفاده از روش های تمیز کردن هوازی - مخازن هوادهی و بیوفیلترها.
3. دستگاه های تصفیه با تجزیه بی هوازی (تانک های سپتیک، مخازن ته نشینی و هاضم ها).

بیوپند

اینها مخازن مصنوعی با عمق کوچک (0.5-1 متر) هستند که در آنها فاضلاب فرآیندهایی را انجام می دهد که بسیار یادآور خودپالایش طبیعی است. این حوضچه ها به خوبی توسط خورشید گرم می شوند، بنابراین شرایط مساعدی را برای زندگی باکتری ها ایجاد می کنند.

بیشترین تأثیر بهداشتی استخرها در فصل گرم به دست می آید. بدین ترتیب کلنی های E.coli تا 99 درصد، میکروارگانیسم های مضر گروه روده به طور کامل از بین می روند، اکسیداسیون محیط 90 درصد کاهش می یابد و غلظت آمونیوم و نیتروژن آلی نیز 97 درصد کاهش می یابد.

نکته مهم: این روش تمیز کردن را می توان در زمستان نیز استفاده کرد. حوضچه ها می توانند زیر لایه ای از یخ کار کنند. فقط باید برف را از آن پاک کرد تا نور خورشید به باکتری ها برسد.

حوضچه های بیولوژیکی انواع مختلفی دارند:

• مخازن روان، که در آن فاضلاب با آب رودخانه رقیق می شود. پس از مخزن ته نشینی، فاضلاب به نسبت 1 به 3-5 با آب مخلوط می شود. در اینجا مایع به مدت 14-21 روز تصفیه می شود. این استخر برای پرورش ماهی و پرورش اردک مناسب است. عیب آن نیاز به ساخت مخزن ته نشینی و نیاز به آب رودخانه است.
• حوضچه های روانی که در آنها پساب با آب رودخانه رقیق نمی شود. این روش تصفیه شامل عبور فاضلاب از یک آبشار از 4-5 مخزن است. استخر اول باید دارای مانعی باشد که رسوب جامد را در خود جای دهد، در حالی که حوض آخر برای پرورش ماهی مناسب است.
• مخازن تصفیه فاضلابدر تصفیه خانه های بیولوژیکی که در آن امکان پردازش حجم زیادی از فاضلاب وجود ندارد یا جایی که به درجه بالایی از تصفیه نیاز است استفاده می شود. معمولاً کل سیستم از 2-3 حوضچه تشکیل شده است که می توان در آنها ماهی نیز پرورش داد.
• حوضچه های بی هوازیبه عمق چندین متر می رسد. در اینجا از روش های تمیز کردن بی هوازی استفاده می شود. معایب اصلی چنین حوضچه هایی این است که متان به طور مداوم در محیط آزاد می شود و باکتری های بیماری زا می توانند وارد آب های زیرزمینی شوند.
• با مخازن تماس بگیرید. اصل تصفیه در اینجا مبتنی بر این واقعیت است که در آب راکد فرآیندهای اکسیداسیون بیوشیمیایی بسیار سریعتر انجام می شود. این سیستم از یک سری کارت های موازی تشکیل شده است. آب هر روز از یک بدنه آبی به آب دیگر منتقل می شود. فرآیند تمیز کردن کامل در 5-10 روز کامل می شود.

ایستگاه های تصفیه تجزیه هوازی

چنین ساختارهایی شامل بیوفیلترها و مخازن هوادهی هستند. اصل عملکرد بیوفیلتر بر این واقعیت استوار است که آب آلوده ابتدا از مرحله تصفیه مکانیکی عبور می کند. پس از مدتی، بارگذاری (بخشی از بیوفیلتر) شروع به آلوده شدن با فیلم بیولوژیکی می کند. این فرآیند به دلیل جذب میکروارگانیسم ها از فاضلاب اتفاق می افتد. تنها پس از این فرآیندهای اکسیداسیون بیوشیمیایی مواد آلی آغاز می شود.

مهم: شرط اصلی برای تمیز کردن موثر وجود هوادهی خوب است.

بیوفیلتر ساختاری پر از مواد درشت دانه است که نمی تواند متورم شود (سرباره، سنگریزه، سنگ خرد شده). سطح این ماده هر 15-10 دقیقه با ضایعات آبیاری می شود. مایعی که از فیلتر عبور کرده است از سوراخ های زهکشی عبور کرده و به داخل سینی ها می ریزد. هوادهی فیلتر بیولوژیکی می تواند مصنوعی یا طبیعی باشد. روش های هوادهی مصنوعی می توانند به طور قابل توجهی فرآیندهای اکسیداسیون بیولوژیکی را تسریع کنند.

مخزن هوادهی یک مرکز تصفیه است که از اصول تصفیه بیولوژیکی طبیعی فاضلاب استفاده می کند. با این حال، شدت این فرآیندها بسیار بیشتر است. هوادهی فاضلاب در اینجا با پمپاژ هوا با استفاده از هواکش و کمپرسور انجام می شود. در اینجا، عملکرد یک فیلم بیولوژیکی توسط لجن فعال انجام می شود - اینها تکه های خاصی هستند که از تعلیق میکروارگانیسم ها تشکیل شده اند.

اصول نظافت در چنین تاسیساتی به شرح زیر است:

1. فاضلاب مخلوط شده با لجن فعال وارد یک مخزن طولانی شده و در آن حرکت می کند.
2. برای حفظ لجن در حالت تعلیق و تسریع فرآیندهای اکسیداتیو، هوا به طور مداوم تحت فشار به داخل سیستم پمپ می شود.
3. پس از اتمام فرآیند اکسیداسیون، مخلوط لجن و فاضلاب وارد یک مخزن ته نشینی ثانویه می شود، جایی که لجن فعال از آب تصفیه شده جدا می شود. لجن فعال با استفاده از ایرلیفت به داخل مخزن هوادهی پمپ می شود.
4. پس از گندزدایی، آب را می توان به داخل بدنه های آبی تخلیه کرد.

مهم: این روش تمیز کردن منجر به تشکیل مقدار زیادی لجن فعال می شود، بنابراین باید به طور دوره ای حذف شود. لجن فعال حاصل را می توان برای کود دهی مزارع استفاده کرد.

لجن فعال زیست توده ای است متشکل از باکتری ها، تک یاخته ها، میکروارگانیسم های نیتریفیک کننده و نیترات زدایی کننده و همچنین قارچ ها. هیچ نماینده ای از گروه جلبک در ترکیب وجود ندارد. لجن فعال باکتری های کلیفرم را کاملاً جذب می کند.

ایستگاه های درمان هضم بی هوازی

لجن فاضلاب از 95 درصد آب، 5 درصد کربوهیدرات، چربی و پروتئین تشکیل شده است. روش های بیوشیمیایی نیز برای ضد عفونی لجن در تصفیه خانه های فاضلاب استفاده می شود. آنها به شما امکان می دهند ساختار لجن را تغییر دهید، در نتیجه به ماده ای تبدیل می شود که به سرعت خشک می شود و به راحتی قابل بازیافت است.

فرآیندهای تخمیر بی هوازی در شرایط طبیعی با آزاد شدن متان، آب و دی اکسید کربن رخ می دهد. انواع زیر از تاسیسات تصفیه وجود دارد که از فرآیندهای تجزیه بی هوازی استفاده می کنند:

• تانک های سپتیک سازه هایی هستند که فرآیندهای تخمیر و رسوب سازی را ترکیب می کنند. این طرح ها برای سرویس دهی به اشیاء کوچک - خانه های روستایی و ویلاها مناسب هستند. تمیز کردن سپتیک تانک را می توان به صورت دستی انجام داد، زیرا ابعاد ساختار کوچک است. به طور معمول این روش 1-2 بار در سال انجام می شود. لجن هضم شده سپتیک تانک نمی تواند به عنوان کود استفاده شود زیرا تهدیدی برای محیط زیست است. قبل از دفع لجن باید با حرارت دادن تا 60 درجه ضد عفونی شود. سپتیک تانک ها می توانند از 1، 2 یا 3 محفظه تشکیل شوند. این طرح ها برای تصفیه اولیه فاضلاب مناسب هستند و پس از آن نیاز به تصفیه اضافی در زمینه های فیلتراسیون، چاه های فیلتراسیون یا خندق ها دارد.
• هاضم ها. در اینجا، لجن با استفاده از حرارت مصنوعی تخمیر می شود. فاضلاب بعد از مخزن ته نشینی اولیه به اینجا می آید. هاضم مخزن بسته ای است که در آن هضم بی هوازی لجن انجام می شود. در چنین ساختارهایی، رسوب جدید به طور مداوم با رسوب بالغ مخلوط می شود. کارایی کل سازه به میزان رسوب بالغ بستگی دارد. هر چه بیشتر باشد، بهتر است.
• مخازن ته نشینی دو طبقهبا سپتیک تانک ها تفاوت دارند زیرا بسیاری از معایب آنها برطرف شده است. بنابراین، گازهای آزاد شده در هنگام تجزیه لجن نمی توانند وارد فاضلاب مایع شوند. در این طرح ها فرآیند تخمیر می تواند از 1 تا 6 ماه طول بکشد. در عین حال، یک تله گاز در بالای مخزن ته نشینی دو طبقه وجود دارد. لجن هضم شده برای خشک کردن به مزارع لجن تغذیه می شود. تجزیه مواد آلی در یک مخزن بسیار سریعتر و کارآمدتر از سپتیک تانک است. چنین ساختارهایی در عرض های جغرافیایی میانی استفاده نمی شود، زیرا هضم لجن در زمستان نمی تواند انجام شود.

→ تصفیه فاضلاب

اساس بیوشیمیایی روش های بیولوژیکی تصفیه فاضلاب

روش های بیولوژیکی تصفیه فاضلاب بر اساس فرآیندهای طبیعی فعالیت زندگی میکروارگانیسم های هتروتروف است. میکروارگانیسم ها دارای تعدادی ویژگی خاص هستند که سه مورد اصلی را باید از هم متمایز کرد که به طور گسترده برای اهداف تمیز کردن استفاده می شود:
1. توانایی مصرف طیف گسترده ای از ترکیبات آلی (و برخی غیر آلی) به عنوان منابع غذایی برای به دست آوردن انرژی و اطمینان از عملکرد آن.

2. ثانیاً این خاصیت به سرعت ضرب است. به طور متوسط ​​تعداد سلول های باکتریایی هر 30 دقیقه دو برابر می شود. به گفته پروفسور N.P. بلینوف، اگر میکروارگانیسم‌ها بتوانند بدون مانع تکثیر شوند، با توجه به تغذیه کافی و شرایط مناسب، در عرض 5 تا 7 روز جرم تنها یک نوع میکروارگانیسم، حوضه‌های تمام دریاها و اقیانوس‌ها را پر می‌کند. با این حال، هم به دلیل منابع غذایی محدود و هم به دلیل تعادل اکولوژیکی طبیعی موجود، این اتفاق نمی افتد.

3. قابلیت تشکیل کلنی ها و تجمعاتی که پس از اتمام فرآیندهای حذف آلاینده های موجود در آن می توان به راحتی از آب تصفیه شده جدا کرد.

در یک سلول میکروبی زنده، دو فرآیند به طور مداوم و همزمان اتفاق می افتد - تجزیه مولکول ها (کاتابولیسم) و سنتز آنها (آنابولیسم)، که فرآیند کلی متابولیک - متابولیسم را تشکیل می دهند. به عبارت دیگر، فرآیندهای تخریب ترکیبات آلی مصرف شده توسط میکروارگانیسم ها به طور جدایی ناپذیری با فرآیندهای بیوسنتز سلول های میکروبی جدید، محصولات مختلف میانی یا نهایی مرتبط است که اجرای آنها انرژی دریافتی سلول میکروبی را در نتیجه مصرف انرژی مصرف می کند. مصرف مواد مغذی منبع تغذیه میکروارگانیسم‌های هتروتروف کربوهیدرات‌ها، چربی‌ها، پروتئین‌ها، الکل‌ها و غیره هستند که می‌توانند توسط آنها در شرایط هوازی یا بی‌هوازی تجزیه شوند. بخش قابل توجهی از محصولات تبدیل میکروبی می تواند توسط سلول در محیط آزاد شود یا در آن انباشته شود. برخی از محصولات میانی به عنوان یک ذخیره غذایی عمل می کنند که سلول پس از اتمام تغذیه اصلی از آن استفاده می کند.

کل چرخه روابط بین سلول و محیط در فرآیند حذف از آن و تبدیل مواد مغذی توسط آنزیم های مناسب تعیین و تنظیم می شود. آنزیم‌ها در سیتوپلاسم و در زیرساخت‌های مختلف تعبیه‌شده در غشای سلولی، روی سطح سلول یا محیط آزاد می‌شوند. محتوای کل آنزیم ها در یک سلول به 60-40 درصد کل پروتئین موجود در آن می رسد و محتوای هر آنزیم می تواند بین 0.1 تا 5 درصد محتوای پروتئین باشد. علاوه بر این، سلول ها می توانند حاوی بیش از 1000 نوع آنزیم باشند و هر واکنش بیوشیمیایی انجام شده توسط یک سلول می تواند توسط 50-100 مولکول آنزیم مربوطه کاتالیز شود. برخی از آنزیم‌ها پروتئین‌های پیچیده (پروتئین‌ها) هستند که علاوه بر بخش پروتئینی (آپوآنزیم) یک بخش غیر پروتئینی (کوآنزیم) نیز دارند. در بسیاری از موارد، کوآنزیم ها ویتامین هستند، گاهی اوقات مجتمع هایی حاوی یون های فلزی.

آنزیم ها با توجه به ماهیت واکنش هایی که کاتالیز می کنند به شش دسته تقسیم می شوند: فرآیندهای اکسیداتیو و احیا. انتقال گروه های شیمیایی مختلف از یک بستر به بستر دیگر. برش هیدرولیتیک پیوندهای شیمیایی بسترها. جدا شدن یا افزودن یک گروه شیمیایی از بستر؛ تغییر در بستر؛ اتصال مولکول های بستر با استفاده از ترکیبات پر انرژی

از آنجایی که سلول میکروبی فقط مواد آلی محلول در آب را مصرف می کند، نفوذ مواد نامحلول در آب مانند نشاسته، پروتئین، سلولز و غیره به داخل سلول تنها پس از آماده سازی مناسب امکان پذیر است که سلول آنزیم های لازم را به داخل سلول آزاد می کند. مایع اطراف، تجزیه هیدرولیتیک آنها به زیر واحدهای ساده تر است.

کوآنزیم ها ماهیت واکنش کاتالیز شده را تعیین می کنند و با توجه به عملکردهایی که انجام می دهند به سه گروه تقسیم می شوند:
1. انتقال یون هیدروژن یا الکترون. مرتبط با آنزیم های ردوکس - اکسیدوردوکتازها.
2. مشارکت در انتقال گروه های اتم (ATP - آدنوزین تری فسفات اسید، کربوهیدرات فسفات، CoA - کوآنزیم A و غیره)
3. کاتالیزور واکنش های سنتز، تجزیه و ایزومریزاسیون پیوندهای کربنی.

مکانیسم حذف از محلول و متعاقب آن تجزیه سوبسترا، ماهیت بسیار پیچیده و چند مرحله‌ای دارد، واکنش‌های بیوشیمیایی به هم پیوسته و متوالی بر اساس نوع تغذیه و تنفس باکتری‌ها تعیین می‌شود. کافی است بگوییم که بسیاری از جنبه‌های این مکانیسم علی‌رغم کاربرد عملی آن، هم در زمینه بیوتکنولوژی و هم در زمینه تصفیه بیوشیمیایی آب از ناخالصی‌های آلی در طیف گسترده‌ای از طرح‌های طراحی فناوری، هنوز کاملاً مشخص نیست.

اولین مدل از فرآیند حذف بیوشیمیایی و اکسیداسیون آلاینده ها بر اساس سه اصل اصلی بود: حذف جذب و تجمع ماده حذف شده در سطح سلول. حرکت انتشار از طریق غشای سلولی خود ماده، یا محصولات هیدرولیز آن، یا یک مجتمع آبگریز که توسط یک ماده نافذ آبدوست و یک پروتئین واسطه تشکیل شده است. تبدیل متابولیکی مواد مغذی وارد شده به سلول، تضمین نفوذ انتشار ماده به داخل سلول.

مطابق با این مدل، اعتقاد بر این بود که فرآیند حذف مواد مغذی از آب با جذب و انباشته شدن آنها در سطح سلول آغاز می شود، که نیاز به اختلاط مداوم زیست توده با بستر دارد و شرایط مساعدی را برای "برخورد" سلول ها با زیرلایه فراهم می کند. مولکول های بستر

مکانیسم انتقال یک ماده از سطح سلول به داخل آن - این مدل یا با اتصال ماده نافذ به یک پروتئین حامل خاص، که جزء غشای سلولی است، توضیح می‌دهد که پس از وارد کردن ماده به داخل سلول آزاد می شود و به سطح خود باز می گردد تا یک «گرفتن» جدید از ماده و چرخه انتقال جدید یا با انحلال مستقیم این ماده در ماده دیواره و غشای سیتوپلاسمی تکمیل شود و در نتیجه به داخل سلول منتشر شود. . فرآیند مصرف پایدار ماده تنها پس از یک "دوره تعادل" مشخص ماده بین محلول و سلول ها آغاز شد که با وقوع هیدرولیز و حرکت انتشار ماده از طریق غشای سلولی به سیتوپلاسمی توضیح داده شد. غشایی که در آن آنزیم های مختلف متمرکز شده اند. با شروع دگرگونی های متابولیکی، تعادل جذب مختل می شود و گرادیان غلظت تداوم عرضه بیشتر سوبسترا به سلول را تضمین می کند.

در مرحله سوم، تمام تبدیلات متابولیکی بستر رخ می دهد، تا حدی به محصولات نهایی مانند دی اکسید کربن، آب، سولفات ها، نیترات ها (فرایند اکسیداسیون مواد آلی)، تا حدی به سلول های میکروبی جدید (فرایند سنتز زیست توده)، اگر فرآیند تبدیل ترکیبات آلی در شرایط هوازی رخ دهد. اگر اکسیداسیون بیوشیمیایی در شرایط بی هوازی اتفاق بیفتد، در فرآیند آن محصولات میانی مختلفی (احتمالاً برای اهداف خاص)، CH4، NH3، H2S و غیره و سلول های جدید می توانند تشکیل شوند.

با این حال، این مدل نتوانست برخی از ویژگی های جنبشی فرآیندهای انتقال سوبسترا و به ویژه تجمع سوبسترا در سلول در برابر گرادیان غلظت را توضیح دهد که رایج ترین نتیجه این فرآیندها است و به آن می گویند: حمل و نقل فعال، برخلاف حمل و نقل انتشاری. یکی از ویژگی‌های فرآیندهای انتقال فعال، ویژه‌بودن آن‌ها است، زمانی که مواد مشابه در ساختار شیمیایی برای یک حامل مشترک رقابت می‌کنند و به سادگی تحت تأثیر گرادیان غلظت به داخل سلول منتشر نمی‌شوند.

در پرتو دیدگاه های مدرن، مدل حرکت بستر از طریق غشای سلولی وجود یک "کانال" آبدوست را در آن فرض می کند که از طریق آن بسترهای آب دوست می توانند به داخل سلول نفوذ کنند. با این حال، برخلاف مدلی که در بالا توضیح داده شد، حرکت stereospecific در اینجا رخ می دهد که احتمالاً به دلیل انتقال "مسابقه رله" مولکول های بستر از یک گروه عملکردی به گروه دیگر به دست آمده است. در این حالت، زیرلایه مانند یک کلید، کانال مناسب برای نفوذ خود را باز می کند (مدل کانال گذرنده).

مدل جایگزین دوم را می توان به عنوان ترکیبی از دو مورد اول با استفاده از خواص مثبت آنها مشاهده کرد. وجود یک انتقال دهنده غشای آبگریز را فرض می کند، که از طریق تغییرات ساختاری پی در پی ناشی از بستر، آن را از قسمت بیرونی به سمت داخلی غشاء هدایت می کند (مدل انتقال ساختاری)، جایی که مجتمع آبگریز متلاشی می شود. در این تفسیر از مکانیسم انتقال سوبسترا از طریق غشای سلولی، اصطلاح "حامل" همچنان استفاده می شود، اگرچه به طور فزاینده ای با عبارت "پرماز" جایگزین می شود، که اساس ژنتیکی رمزگذاری آن را به عنوان یک جزء غشایی در نظر می گیرد. سلول به منظور انتقال مواد به داخل سلول.

مشخص شده است که سیستم های انتقال غشاء اغلب شامل بیش از یک واسطه پروتئینی هستند و ممکن است بین آنها تقسیم بندی عملکردها وجود داشته باشد. پروتئین‌های "بایدینگ" بستر را در محیط شناسایی می‌کنند، آن را در سطح بیرونی غشاء تامین و متمرکز می‌کنند و آن را به ناقل "واقعی" منتقل می‌کنند. جزء که بستر را در سراسر غشاء حمل می کند. بنابراین، پروتئین های دخیل در "تشخیص"، اتصال و انتقال تعدادی از قندها، اسیدهای کربوکسیلیک، اسیدهای آمینه و یون های معدنی به سلول های باکتری ها، قارچ ها و حیوانات جدا شده اند.

تبدیل فرآیند انتقال مواد به داخل سلول به یک فرآیند انتقال "فعال" یک طرفه، که منجر به افزایش محتوای مواد مغذی در سلول در برابر گرادیان غلظت آنها در محیط می شود، مستلزم هزینه های انرژی خاصی از سلول است. بنابراین، فرآیندهای انتقال سوبسترا از محیط به داخل سلول با فرآیندهای آزادسازی متابولیکی انرژی موجود در بستر در داخل سلول همراه است. انرژی در فرآیند انتقال زیرلایه صرف اصلاح شیمیایی زیرلایه یا خود حامل می شود تا هم تعامل زیرلایه با حامل و هم برگرداندن بستر با انتشار از طریق غشاء به داخل محلول از بین برود یا مانع شود. .

دیدگاه های مدرن در مورد فرآیندهای حذف بیوشیمیایی و اکسیداسیون ترکیبات آلی بر اساس دو مفاد اصلی تئوری سینتیک آنزیمی است. موقعیت اول فرض می کند که آنزیم و سوبسترا با یکدیگر تعامل دارند و یک کمپلکس آنزیم-سوبسترا را تشکیل می دهند که در نتیجه یک یا چند تغییر شکل منجر به ظاهر شدن محصولاتی می شود که مانع فعال شدن واکنش کاتالیز شده توسط واکنش را کاهش می دهد. آنزیم به دلیل تکه تکه شدن آن به تعدادی مراحل میانی که هر کدام با موانع پر انرژی برای اجرای آن مواجه نمی شوند. موضع دوم بیان می کند که، صرف نظر از ماهیت ترکیبات و تعداد مراحل در طی واکنش آنزیمی که توسط آنزیم کاتالیز می شود، در پایان فرآیند آنزیم بدون تغییر خارج می شود و قادر به تعامل با مولکول بعدی بستر است. . به عبارت دیگر، در حال حاضر در مرحله خروج سوبسترا، سلول با بستر تعامل می کند تا یک اتصال نسبتا ضعیف به نام "کمپلکس آنزیم- سوبسترا" را تشکیل دهد.

موارد فوق با مثال استخراج گلوکز از محلول توسط میکروارگانیسم های مختلف حاوی آنزیم گلوکز اکسیداز در محیطی با اکسیژن مولکولی به خوبی نشان داده شده است. گلوکز اکسیداز یک کمپلکس سوبسترای آنزیم - گلوکز - اکسیژن - گلوکز اکسیداز را تشکیل می دهد که پس از تجزیه آن محصولات میانی - گلوکونولاکتون و پراکسید هیدروژن تشکیل می شود، همانطور که به صورت شماتیک در شکل نشان داده شده است. 11.1.

گلوکونولاکتون تشکیل شده در نتیجه تجزیه این کمپلکس، تحت هیدرولیز قرار می گیرد و اسید گلوکونیک را تشکیل می دهد.

یکی از مهمترین خواص آنزیم ها توانایی سنتز آنها در حضور و تحت تاثیر یک ماده خاص است. یکی دیگر از ویژگی های به همان اندازه مهم، ویژگی عملکرد آنزیم هم در رابطه با واکنشی که کاتالیز می کند و هم در رابطه با خود بستر است.

گاهی اوقات یک آنزیم قادر است بر روی یک سوبسترا (ویژگی مطلق) عمل کند، اما اغلب آنزیم روی گروهی از بسترها که در حضور گروه های اتمی خاصی از سوبستراها مشابه هستند، عمل می کند.

برنج. 11.1. طرح "شناخت" یک سوبسترا توسط یک آنزیم، تشکیل کمپلکس آنزیم - سوبسترا و کاتالیز

بسیاری از آنزیم‌ها با ویژگی استریوشیمیایی مشخص می‌شوند، که شامل این واقعیت است که آنزیم بر روی گروهی از بسترها (و گاهی اوقات روی یکی) عمل می‌کند که از نظر آرایش خاص اتم‌ها در فضا با بقیه متفاوت است. نقش هر آنزیم در فرآیند اکسیداسیون بیوشیمیایی مواد آلی کاملاً تعریف شده است: یا اکسیداسیون (یعنی افزودن اکسیژن یا حذف هیدروژن) یا کاهش (یعنی افزودن هیدروژن یا حذف را کاتالیز می کند). اکسیژن) از ترکیبات شیمیایی به خوبی تعریف شده است. در طول هیدروژن زدایی، یک آنزیم خاص می تواند تنها اتم های هیدروژن خاصی را که موقعیت مکانی خاصی را در مولکول سوبسترا یا محصول میانی اشغال می کنند، حذف کند. همین امر در مورد آنزیم هایی که سایر فرآیندهای متابولیک را کاتالیز می کنند نیز صدق می کند.

فرآیندهای اکسیداسیون بیوشیمیایی در میکروارگانیسم‌های هتروتروف بسته به اینکه گیرنده نهایی اتم‌های هیدروژن یا الکترون‌هایی که از بستر اکسید شده حذف می‌شوند، به سه گروه تقسیم می‌شوند. اگر پذیرنده اکسیژن باشد، این فرآیند را تنفس سلولی یا به سادگی تنفس می نامند. اگر گیرنده هیدروژن یک ماده آلی باشد، فرآیند اکسیداسیون تخمیر نامیده می شود. در نهایت، اگر گیرنده هیدروژن یک ماده معدنی مانند نیترات ها، سولفات ها و غیره باشد، این فرآیند را تنفس بی هوازی یا به سادگی بی هوازی می نامند.

کامل ترین فرآیند اکسیداسیون هوازی است، زیرا محصولات آن موادی هستند که توانایی تجزیه بیشتر در سلول میکروبی را ندارند و حاوی انرژی ذخیره ای نیستند که می تواند توسط واکنش های شیمیایی معمولی آزاد شود. اصلی ترین این مواد، همانطور که قبلا ذکر شد، دی اکسید کربن (CO2) و آب (H20) هستند. اگرچه هر دوی این مواد حاوی اکسیژن هستند، مسیر شیمیایی تشکیل آنها در سلول ممکن است متفاوت باشد، زیرا دی اکسید کربن می تواند در نتیجه فرآیندهای بیوشیمیایی که در یک محیط بدون اکسیژن و تحت تأثیر آنزیم ها - دکربوکسیلازها رخ می دهد تولید شود. CO2 از گروه کربوکسیل (COOH) اسید. آب، در نتیجه فعالیت حیاتی سلول، منحصراً از ترکیب اکسیژن موجود در هوا با هیدروژن آن مواد آلی تشکیل می شود که در فرآیند اکسیداسیون آنها از آن جدا می شود.

تجزیه هوازی سوبسترا - کربوهیدرات ها، پروتئین ها، چربی ها - یک فرآیند چند مرحله ای است، از جمله تجزیه اولیه یک ماده پیچیده حاوی کربن به زیر واحدهای ساده تر (به عنوان مثال، پلی ساکاریدها - به قندهای ساده، چربی ها - به اسیدهای چرب و گلیسرول). ؛ پروتئین ها - به اسیدهای آمینه)، که به نوبه خود، تبدیل بیشتر سازگار می شوند. در این مورد، دسترسی بستر به اکسیداسیون به طور قابل توجهی به ساختار اسکلت کربن مولکول ها (مستقیم، شاخه ای، حلقوی) و درجه اکسیداسیون اتم های کربن بستگی دارد. قندها، به ویژه هگزوزها، در دسترس ترین هستند و پس از آن الکل های پلی هیدریک (گلیسرول، مانیتول و غیره) و اسیدهای کربوکسیلیک قرار دارند. مسیر نهایی کلی که توسط آن متابولیسم هوازی کربوهیدرات ها، اسیدهای چرب و اسیدهای آمینه تکمیل می شود، چرخه اسید تری کربوکسیلیک (چرخه TCA) یا چرخه کربس است که این مواد در یک مرحله وارد آن می شوند. خاطرنشان می شود که در شرایط متابولیسم هوازی، حدود 90 درصد از اکسیژن مصرفی در دستگاه تنفسی برای تولید انرژی توسط سلول های میکروبی استفاده می شود.

تخمیر فرآیندی از تجزیه ناقص مواد آلی، عمدتاً کربوهیدرات ها، در شرایط بدون اکسیژن است که منجر به تشکیل محصولات مختلف نیمه اکسید شده میانی، مانند الکل، گلیسیرین، فرمیک، لاکتیک، اسیدهای پروپیونیک، بوتانول، استون، متان، و غیره که به طور گسترده در بیوتکنولوژی برای به دست آوردن محصولات هدف استفاده می شود. تا 97 درصد از بستر آلی را می توان به چنین محصولات جانبی و متان تبدیل کرد.

تجزیه بی هوازی آنزیمی پروتئین ها و اسیدهای آمینه را پوسیدگی می نامند.

به دلیل خروجی انرژی پایین در طول نوع تخمیر متابولیسم، سلول‌های میکروبی که آن را انجام می‌دهند باید مقدار بیشتری سوبسترا (در عمق کمتری از تجزیه آن) نسبت به سلول‌هایی که از طریق تنفس انرژی دریافت می‌کنند مصرف کنند، که رشد کارآمدتر را توضیح می‌دهد. سلول ها در شرایط هوازی در مقایسه با شرایط بی هوازی.

سلول بیشترین مقدار انرژی را برای عملکرد خود در نتیجه اکسیداسیون هیدروژن توسط اکسیژن دریافت می کند که تحت تأثیر آنزیم های دهیدروژناز از بستر اکسید شده جدا می شود که با توجه به عملکرد شیمیایی آنها به نیکوتین آمید (NAD) تقسیم می شود. ) و فلاوین (FAD). نیکوتین آمید دهیدروژنازها اولین واکنش هایی هستند که با سوبسترا واکنش می دهند و دو اتم هیدروژن را از آن جدا می کنند و به کوآنزیم اضافه می کنند. در نتیجه این واکنش، بستر اکسید شده و NAD به NAD'H2 کاهش می یابد. سپس، FAD واکنش نشان می دهد و هیدروژن را از کوآنزیم نیکوتین آمید به کوآنزیم فلاوین منتقل می کند، در نتیجه NAD'H2 دوباره به NAD اکسید می شود و کوآنزیم فلاوین به FADH2 کاهش می یابد. علاوه بر این، از طریق یک گروه بسیار مهم از آنزیم های ردوکس - سیتوکروم ها - هیدروژن به اکسیژن مولکولی منتقل می شود که فرآیند اکسیداسیون را با تشکیل محصول نهایی - آب تکمیل می کند.

در این واکنش، بیشترین بخش از انرژی موجود در بستر آزاد می شود. کل فرآیند اکسیداسیون هوازی را می توان با نمودار در شکل 1 نشان داد. 11.2.

انرژی آزاد شده در طی اکسیداسیون میکروبی یک ماده توسط سلول با کمک ترکیبات پرانرژی انباشته می شود. ذخیره انرژی جهانی در سلول های زنده آدنوزین تری فسفریک اسید - ATP است (اگرچه انرژی های کلان دیگری نیز وجود دارد).

این واکنش فسفوریلاسیون، همانطور که از (11.9) مشاهده می شود، به انرژی نیاز دارد که منبع آن در این مورد اکسیداسیون است. بنابراین فسفوریلاسیون ADP ارتباط تنگاتنگی با اکسیداسیون دارد و به این فرآیند فسفوریلاسیون اکسیداتیو می گویند. در فرآیند فسفوریلاسیون اکسیداتیو، در طی اکسیداسیون مثلاً یک مولکول گلوکز، 38 مولکول ATP تشکیل می شود، در حالی که در مرحله گلیکولیز، تنها 2 مولکول. لازم به ذکر است که مرحله گلیکولیز دقیقاً به همین ترتیب پیش می رود. در هر دو شرایط هوازی و بی هوازی، یعنی. قبل از تشکیل اسید پیروویک (PVA) و 2 مولکول از 4 مولکول ATP تشکیل شده برای وقوع آن صرف می شود.

مسیرهای تبدیل بیشتر PVC در شرایط هوازی و بی هوازی از هم جدا می شوند.

تبدیل هوازی گلوکز را می توان با طرح زیر نشان داد:
1. گلیکولیز: SbH12Ob + 2FA-+2PVK + 2NADH2 + 4ATP (11.10)
2. تبدیل اسید پیروویک (PVA): 2PVA-*2C02 + 2 استیل CoA + 2NADH2
3. چرخه اسید تری کربوکسیلیک (چرخه کربس): استیل CoA -> 4C02 + 6NADH2 + 2FADH2 + 2ATP (11.12) ECbH12Ob -> 6C02 + 10NADH2 + 2FADH2 + 4ATP که در آن FADH2 + 4ATP (11.1 flaprote) است.

اکسیداسیون NADH2 در سیستم انتقال الکترون باعث تولید ZATP می شود
1 مول؛ اکسیداسیون 2FADH2 باعث تولید 4ATP می شود.
سپس: SbN1206 + 602 -> 6C02 + 6H20 + 38ATP

در شرایط تبدیل بی هوازی کربوهیدرات ها، اولین مرحله فسفوریلاسیون گلوکز است که با کمک ATP تحت تأثیر آنزیم هگزوکیناز انجام می شود.
گلوکز + A TF-هگزوکیناز > گلوکز _ b - فسفات + ADP
پس از اتمام مرحله گلیکولیز و تشکیل PVC، سیر تبدیل بیشتر PVC به نوع تخمیر و عامل ایجاد کننده آن بستگی دارد. انواع اصلی تخمیر: الکلی، اسید لاکتیک، اسید پروپیونیک، اسید بوتیریک، متان.

فسفوریلاسیون اکسیداتیو همچنین می تواند تحت تأثیر آنزیمی که ATP را در سطح سوبسترا سنتز می کند رخ دهد. با این حال، این تشکیل پیوندهای پرانرژی بسیار محدود است و در حضور اکسیژن، سلول‌ها بیشتر ATP موجود در خود را از طریق سیستم انتقال الکترون سنتز می‌کنند.

تجمع ماده ای که در طی فرآیند تجزیه در شرایط هوازی یا بی هوازی با کمک ترکیبات پرانرژی (و در درجه اول ATP) آزاد می شود، این امکان را فراهم می کند که اختلاف بین یکنواختی فرآیندهای آزادسازی انرژی شیمیایی از بستر حذف شود. و ناهمواری فرآیندهای مصرف آن، در شرایط واقعی وجود یک سلول اجتناب ناپذیر است.

به روشی ساده، کل فرآیند تجزیه مواد آلی در طی دگرگونی های هوازی را می توان با نمودار نشان داده شده در شکل نشان داد. 11.3. نمودار تحولات بی هوازی PVC پس از مرحله گلیکولیز در شکل 1 ارائه شده است. 11.4.

تحقیقات نشان داده است که اغلب نوع متابولیسم نه چندان به حضور اکسیژن در محیط، بلکه به غلظت سوبسترا بستگی دارد.

این نشان می دهد که بسته به شرایط عملیاتی خاص زیست توده در محیط، هر دو فرآیند هوازی و بی هوازی تبدیل ترکیبات آلی می توانند به طور همزمان اتفاق بیفتند، که شدت آن نیز به غلظت سوبسترا و اکسیژن بستگی دارد.

در اینجا لازم به ذکر است که در بیوتکنولوژی صنعتی از کشت های خالص برای به دست آوردن محصولات مختلف با منشاء میکروبی (مخمر خوراکی یا نانوایی، اسیدهای آلی مختلف، الکل ها، ویتامین ها، داروها) استفاده می شود. میکروارگانیسم های یک نوع اغلب با نگهداری دقیق ترکیب گونه، شرایط تغذیه مناسب، دما، واکنش فعال محیط و غیره انتخاب می شوند، به استثنای ظهور و توسعه انواع دیگر میکروارگانیسم ها، که می تواند منجر به انحراف در کیفیت محصول حاصل از استانداردهای تعیین شده

هنگام تصفیه فاضلاب حاوی مخلوطی از آلاینده‌های ترکیبات شیمیایی مختلف، که گاهی اوقات شناسایی آنها با روش‌های تحلیلی حتی بسیار دشوار است، زیست توده‌ای که تصفیه را انجام می‌دهد نیز مخلوطی است یا بهتر است بگوییم جامعه‌ای از انواع مختلف میکروارگانیسم‌ها و تک یاخته‌ها با روابط پیچیده بین آنها هر دو گونه و ترکیب کمی زیست توده از تصفیه خانه های فاضلاب به روش خاص تصفیه بیولوژیکی و شرایط اجرای آن بستگی دارد.

بر اساس محاسبات برخی از کارشناسان، زمانی که غلظت آلاینده های آلی محلول که توسط شاخص BPKP0Ln ارزیابی می شود تا 1000 میلی گرم در لیتر باشد، استفاده از روش های پاکسازی هوازی بیشترین سود را دارد. در غلظت های BPKPOLn از 1000 تا 5000 میلی گرم در لیتر، شاخص های اقتصادی روش های هوازی و بی هوازی تقریباً یکسان خواهد بود. در غلظت های بالای 5000 میلی گرم در لیتر، استفاده از روش های بی هوازی مناسب تر است. با این حال، نه تنها غلظت آلاینده ها، بلکه مصرف فاضلاب و همچنین این واقعیت که روش های بی هوازی منجر به تشکیل محصولات نهایی مانند متان، آمونیاک، سولفید هیدروژن و غیره می شود نیز ضروری است. اجازه به دست آوردن کیفیت آب تصفیه شده قابل مقایسه با کیفیت تمیز کردن با استفاده از روش های هوازی را نمی دهد. بنابراین در غلظت های بالای آلاینده ها، ترکیبی از روش های بی هوازی در مرحله اول (یا اولین مراحل) تصفیه و روش های هوازی در آخرین مرحله تصفیه استفاده می شود. لازم به تاکید است که فاضلاب خانگی و شهری بر خلاف فاضلاب صنعتی دارای غلظت آلاینده هایی نیست که استفاده از روش های بی هوازی را توجیه کند و به همین دلیل در این فصل به این روش های تصفیه پرداخته نمی شود.

برنج. 11.3. نمودار ساده شده تجزیه سه مرحله ای مولکول های مواد مغذی (B. Alberte et al. 1986)

برنج. 11.4. تبدیل پیروویک اسید توسط میکروارگانیسم های بی هوازی به محصولات مختلف