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廃水処理のための生化学技術。生化学的廃水処理

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シフリン S.M.、イワノフ G.V.、ミシュコフ B.G.、フェオファノフ Yu.A. 食肉・乳業企業の廃水処理（資料）

n1.doc

1. 廃水処理の生化学的方法。メソッドの本質。
2. 有機物の分解パターン	5
3. 生化学的精製プロセスに対するさまざまな要因の影響
4. 生化学的手法の分類	8
4.1. 好気性洗浄方法	9
4.2. 嫌気性処理方法	15
参考文献	17

1. 廃水処理の生化学的方法。メソッドの本質。

生物学的酸化は廃水処理で広く使用されている方法であり、廃水から多くの有機物質と一部の無機物質（硫化水素、硫化物、アンモニア、亜硝酸塩など）を除去することができます。生化学的廃水処理は、微生物がその生命過程における栄養源として溶解およびコロイド状の有機汚染物質を使用する能力に基づいています。都市排水や産業排水からの多くの種類の有機汚染物質は生物学的に処理され、部分的または完全に破壊されます。有機物質と接触すると、微生物は有機物質を部分的に破壊し、水、二酸化炭素、亜硝酸イオン、硫酸イオンなどに変えます。物質の残りの部分はバイオマスの形成に使用されます。有機物質の中には容易に酸化できるものもあれば、まったく酸化しないか、または非常にゆっくりと酸化するものもあります。

生化学的方法が広く使用されているのは、その利点によるものです。次のような利点があります。水中に存在するさまざまな有機化合物および一部の無機化合物を、溶解状態、コロイド状態および未溶解状態で廃水から除去できること（有毒なものも含む）。ハードウェア設計のシンプルさ、運用コストの比較的低さ、およびクリーニングの深さ。デメリットとしては、資本コストが高いこと、洗浄体制の厳格な遵守の必要性、多くの有機および無機化合物が微生物に及ぼす毒性、不純物濃度が高い場合には廃水を希釈する必要があることなどが挙げられます。

産業廃水を生化学処理プラントに供給する可能性を判断するために、生化学酸化プロセス（MK b）および処理施設の運転（MK bos）に影響を与えない有害物質の最大濃度が確立されます。このようなデータが存在しない場合、生化学的酸化の可能性は生化学指標 BOD p/COD によって確立されます。家庭廃水の場合、この比率は約 0.86 ですが、工業廃水の場合、この比率は 0 ～ 0.9 という非常に広い範囲で変化します。 BOD p/COD 比が低い廃水には通常、有毒な汚染物質が含まれており、その前抽出によってこの比が増加する可能性があります。生化学的酸化の可能性をもたらします。したがって、廃水には有害物質や重金属塩の不純物が含まれていてはなりません。生化学的精製は、精製水の BOD n が 20 mg/l 未満の場合に完了し、BOD n > 20 mg/l の場合は不完全であると見なされます。たとえ完全な生化学的精製を行ったとしても、水に含まれる不純物量からの水の部分的な遊離しか起こらないため、この定義は条件付きである。

生物学的酸化は、複雑な関係（メタバイオシス、共生、および拮抗作用）によって単一の複合体に相互接続されている、多くの異なる細菌、原生動物、藻類、菌類などを含む微生物群集（バイオセノーシス）によって実行されます。この群集における主な役割は細菌に属し、その数は乾燥バイオマス 1 g あたり 10 6 ～ 10 14 個の範囲で変化します。好気的条件下での生化学的酸化のプロセスにおいて、微生物のコミュニティは活性汚泥またはバイオフィルムと呼ばれます。活性汚泥は生きた微生物と固体基質から構成されており、外観は白褐色から暗褐色の凝集フレークに似ています。活性汚泥中の細菌の蓄積は粘液層（カプセル）に囲まれており、ゾグレアと呼ばれます。これらはスラッジの構造、沈降および圧縮を改善するのに役立ちます。

活性汚泥は、pH 4 ～ 9 の範囲で負電荷を有する両性コロイドであり、細菌細胞の発達した全表面により高い吸着能力を持っています。活性汚泥の吸着能力は、廃水が汚染物質で飽和するため時間の経過とともに減少します。この回収プロセスは、活性汚泥に生息する微生物の生命活動によって起こり、再生と呼ばれます。処理される廃水には大きな違いがありますが、活性汚泥の元素の化学組成は、同一ではありませんが、非常に似ています。この類似性は、その基礎である細菌細胞の共通性の結果です。細胞の組成には、H、N、S、C、O、P、灰分、タンパク質のほか、B、V、Fe、Co、Mn、Mo、Cu などのさまざまな微量元素が含まれます。H、N、C O グループの有機物質を形成し、これらの要素は水、タンパク質、脂肪、炭水化物の形で細菌細胞に入ります。微生物の重量の 80 ～ 85% は水です。

活性汚泥の乾物は、鉱物（10～30％）と有機（70～90％）物質の複合体です。有機化合物の大部分はタンパク質です。細胞の灰部分の組成には、Ca、K、Mg、S、Mn、Cu、Na、Fe、Znなどの微量元素が含まれています。さらに、細菌細胞を構築するには、リン、窒素、リンなどの生体元素が必要です。カリウム。汚泥の品質は、その沈降速度と水の浄化度によって決まります。汚泥の状態は、30分間沈降した後の乾燥汚泥の質量（グラム）に対する活性汚泥の沈降部分の体積の比率である汚泥指数によって特徴付けられます。スラッジ指数が高いほど、スラッジの沈降は悪くなります。

2. 有機物の分解パターン

廃水から物質を除去し、微生物がそれらを消費するメカニズムは非常に複雑です。一般に、このプロセスは次の 3 つの段階に分けることができます。

1) 分子拡散および対流拡散による液体から細胞表面への物質の物質移動。

２）細胞内外の物質の濃度差に起因する、細胞表面の半透膜を通した物質の拡散。

3) エネルギーの放出と新しい細胞物質の合成を伴う、細胞内で起こる物質変換 (代謝) のプロセス。

第 1 段階の速度は、生化学処理施設内の拡散の法則と流体力学条件によって決まります。流れの乱流により、活性汚泥フレークが微生物の小さなコロニーに分解され、微生物と環境の間の界面が急速に更新されます。

半透性細胞膜を介した物質の移動プロセスは、2 つの方法で実行できます。膜材料に拡散物質を溶解して細胞内を通過させる方法と、浸透性物質を特定の担体に結合させる方法です。タンパク質が分解され、結果として生じる複合体が細胞内に拡散し、そこで複合体が崩壊し、タンパク質であるトランスポーターが放出されて新しいサイクルが完了します。

廃水処理における主な役割は、微生物の細胞内の物質の変換プロセスによって果たされ、その結果、エネルギーの放出（異化変換）を伴う物質の酸化と、消費に伴う新しいタンパク質物質の合成が起こります。エネルギーの増加（同化作用）。

化学変化の速度とその順序は、触媒として機能する酵素によって決定されます。酵素は分子量が数十万、数百万にも及ぶ複雑なタンパク質化合物です。それらの活性は、温度、pH、および廃水中のさまざまな物質の存在に依存します。

好気条件下での生化学的酸化の全反応は次のように表すことができます。

有機物の酸化

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

細菌細胞の合成

C x H y O z + nNH 3 + n(x + 0.25у - 0.5z - 5)0 2 ? n(C 5 H 7 NO 2) + n(x-5)CO 2 + 0.5n(y-4)H 2 O - ?H;

細胞物質の酸化

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

化学変化は微生物にとって必要なエネルギー源です。生物は結合した化学エネルギーのみを使用できます。細胞内のエネルギーの普遍的なキャリアはアデノシン三リン酸 (ATP) です。

微生物は多くの有機物質を酸化することができますが、これには異なる適応時間が必要です。多くのアルコール、グリコール、安息香酸、アセトン、グリセリン、エステルなどは酸化しやすいですが、ニトロ化合物、一部の界面活性剤、塩素系有機化合物は酸化しにくいです。

好気性酸化プロセスでは廃水に溶解した酸素が消費されます。廃水を酸素で飽和させるために、曝気プロセスが実行され、空気の流れが泡に砕かれ、可能であれば廃水中に均一に分散されます。気泡から酸素が水に吸収され、微生物に伝達されます。このプロセスは 2 つの段階で行われます。 1つ目は、主に乱流脈動の影響下で、気泡から液体の大部分への酸素の移動を含み、2つ目は、液体の大部分から微生物の細胞への吸収された酸素の移動を含みます。

廃水への酸素の供給を増やす最も信頼できる方法は、ガス流の断片化の強度を高めることです。気泡のサイズを小さくします。酸素消費速度は、バイオマスの量、微生物の増殖速度と生理活性、栄養素の種類と濃度、有毒代謝産物の蓄積、栄養素の量と性質、酸素含有量など、相互に関連する多くの要因によって決まります。水中で。
3. 生化学的精製プロセスに対するさまざまな要因の影響

生物学的処理の有効性は多くの要因に依存し、その中には広範囲での変更や規制が可能な要因もあれば、処理に入る廃水の組成などの他の要因の規制は事実上不可能です。システムのスループットと廃水処理の程度を決定する主な要因には、水中の酸素の存在、廃水の流れの均一性とその中の不純物の濃度、温度、環境の pH、混合、廃水の存在が含まれます。有毒な不純物や栄養素、バイオマス濃度など。

最も好ましい洗浄条件は以下の通りです。処理された廃水中の生化学的に酸化可能な物質の濃度は、通常実験的に確立される許容値 MK b または MK bos を超えてはなりません。高濃度の廃水は希釈する必要があります。生物学的処理施設に入る物質の最大濃度制限は参考文献に記載されています。

生化学処理施設への空気酸素の供給は継続的であり、二次沈殿槽から出る処理廃水に少なくとも 2 mg/l が含まれるような量でなければなりません。水への酸素の溶解速度は、微生物による酸素の消費速度よりも低くてはなりません。酸化の初期段階では、酸素消費速度はプロセスの終了時よりも数十倍高くなる可能性があり、これは水質汚染の性質に依存し、バイオマスの量に比例します。

下水処理プラントで起こる好気性プロセスの最適温度は 20 ～ 30 °C であると考えられていますが、さまざまなグループの細菌の最適温度は -8 °C から +85 °C まで大きく異なります。微生物の生理学的基準を超えた温度の上昇は微生物の死を招き、温度の低下は微生物の活性を低下させるだけです。気温が上昇すると水中の酸素の溶解度が低下するため、暖かい季節にはより強いエアレーションを行う必要があり、冬には循環汚泥中の微生物濃度を高く保ち、時間を長くする必要があります。エアレーションの。

細菌の大部分にとって最適な環境反応は中性またはそれに近いものですが、酸性環境 (真菌、酵母菌) または弱アルカリ性環境 (放線菌) でよく発育する種もあります。

細胞物質の通常の合成プロセス、つまり効果的な廃水処理プロセスのためには、有機炭素 (BOD)、窒素、リンなどのすべての栄養素が十分な濃度でなければなりません。

セルの基本元素（C、O、N、H）に加えて、他の成分である微量元素（Mn、Cu、Zn、Mo、Mg、Coなど）がその構築に少量必要です。廃水の元となる天然水中のこれらの元素の含有量は、通常、生化学的酸化に十分な量です。窒素が不足すると有機汚染物質の酸化が阻害され、沈降しにくいスラッジが生成されます。リンが不足すると糸状細菌の発生が始まり、これが活性汚泥の膨張、沈降不良、処理施設からの除去の低下、汚泥の成長の遅れ、酸化強度の低下の主な原因となります。生体元素は、微生物細胞内に存在する化合物の形で最もよく吸収されます。窒素は NH 4 の形で、リンはリン酸の塩の形です。窒素、リン、またはカリウムが不足している場合は、さまざまな窒素、カリウム、リン肥料が廃水に添加されます。これらの元素は家庭廃水に含まれているため、多くの化学物質が微生物に有毒な影響を与え、微生物の重要な機能を妨害する可能性があります。このような物質は、細菌細胞に入り、その成分と相互作用し、その機能を破壊します。その中には、Sin、Ag、Cu、Co、Hg、Pv などが含まれます。懸濁粒子の量は、細菌細胞に対して 100 mg/l を超えてはなりません。生物学的フィルターと曝気タンクの場合は 150 mg/l。

廃水処理の強度と効率は、微生物の生存条件だけでなく、微生物の量にも依存します。曝気タンク内に維持される活性汚泥の用量は、通常 2 ～ 4 g/l です。廃水中の微生物の濃度を高めると生物処理のプロセスをスピードアップできますが、同時に飽和状態によって制限される水中の溶存酸素量を増やし、物質移動条件を改善する必要があります。。生物学的処理には、2〜3日経過した「若い」活性汚泥を使用する必要があります。膨潤せず、温度やpHの変動に対してより耐性があり、小さなフレークはよりよく沈降します。生物処理を改善し、処理施設の容積を削減するための重要な条件は、栄養基質の不在下での曝気からなる活性汚泥の再生である。

栄養素と酸素を微生物細胞の表面に物質移動させるための最も好ましい条件を作り出すには、廃水と活性汚泥を混合する必要があります。この場合、液体の乱流化により、活性汚泥フレークの破壊、表面の再生、細胞への栄養素と酸素の供給が改善され、微生物にとってより好ましい生存条件が生み出されます。
4. 生化学的手法の分類

生化学的処理の好気的方法および嫌気的方法が知られている。好気的方法は、微生物の好気性グループの使用に基づいており、その生存には一定の酸素の流れと20〜40℃の温度が必要です。温度や酸素の条件が変化すると、微生物の組成や数が変化し、活性汚泥や生物膜の中で微生物が培養されます。嫌気的方法は酸素を使用せずに行われ、主に汚泥の処理に使用されます。生物処理施設全体は、その中の活性バイオマスの位置に基づいて 3 つのグループに分類できます。

1) 活性バイオマスは静止材料に固定され、廃水は充填材料 - バイオフィルターの上を薄い層で滑ります。

2）活性バイオマスは、曝気タンク、循環酸化チャネル、酸素タンクなどの遊離（懸濁）状態で水中にあります。

3) バイオマスの位置に関する両方のオプションの組み合わせ - 水中バイオフィルター、バイオタンク、フィラー付き曝気タンク。

生物学的処理は、土壌処理施設や生物池などの自然条件下で行うこともできます。
4.1. 好気性の洗浄方法。

灌漑田、濾過場、生物学的池での処理は、比較的低い建設費と運営費、廃水の一斉放流時の緩衝能力、pHや温度の変動、水からの栄養素の十分な除去が特徴です。欠点としては、作業に季節性があること、汚染物質の酸化速度が低いことが挙げられます。灌漑田とろ過田は土壌処理方法です。

灌漑田廃水処理と植物の栽培を同時に行うために特別に設計された農地です。ろ過場では植物を介さずに浄化が行われます。灌漑田における廃水処理は、土壌微生物相、空気酸素、太陽、植物活動の影響に基づいています。廃水処理には厚さ 1.5 ～ 2 m の土壌の活性層がさまざまな程度に関与しており、有機物の無機化は主に土壌の上部0.5メートルの層。同時に、土壌の肥沃度が向上し、これは土壌の硝酸塩、リン、カリウムの富化につながります。ただし、土壌の塩類化を防ぐために、廃水の総塩組成は 4 ～ 6 g/l を超えてはなりません。排水は5日間隔で定期的に灌漑田に供給されます。冬季、寒冷地では排水が凍結します。灌漑田で使用される排水を集めるには、6 か月分の貯水量に相当する貯留池が使用されます。

生物学的 池- 自然の自己浄化プロセスの影響下で廃水処理が行われる人工または天然の貯水池。これらは、自己処理と生物学的処理を受けた廃水の深い後処理の両方に使用できます。それらは浅い貯水池（0.5〜1 m）で、太陽によって十分に加熱され、水生生物が生息しています。

生物池で起こるプロセスでは、有機汚染物質の完全な自然破壊サイクルが観察されます。池の運営に対するさまざまな要因の影響により、池内に好気条件と好気嫌気条件の両方が生じる可能性があります。好気的条件下で常に動作している池は曝気池と呼ばれますが、条件が変化する池は通性池と呼ばれます。

池の好気条件は、大気からの酸素の自然供給と光合成によって、または水への空気の強制導入によって維持できます。したがって、自然曝気を行う池と人工曝気を行う池は区別されます。自然曝気による池の水の滞留時間は 7 ～ 60 日です。二次沈殿池からは排水とともに種原料となる活性汚泥が除去されます。池の清掃効率は時期によって決まり、寒い時期には急激に低下します。

人工曝気を行った池の容積は大幅に小さくなり、通常は 1 ～ 3 日で必要なレベルの浄化が達成されます。

バイオフィルター - 人工生物学的処理構造物 - レンガまたは鉄筋コンクリートで作られた円形または長方形の構造物で、フィルター材が充填され、その表面にバイオフィルムが形成されます。廃水は、微生物の膜で覆われた充填層を通してろ過され、その生命活動により浄化が行われます。使用された（死んだ）バイオフィルムは、廃水の流れによって洗い流され、バイオフィルターから除去されます。

充填物質の種類に基づいて、バイオフィルターは容積測定 (粒状) 充填と平面充填の 2 つのカテゴリに分類されます。砕石、砂利、小石、スラグ、膨張粘土、セラミックおよびプラスチックのリング、立方体、ボール、シリンダーなどが粒状の積載物として使用されます。フラットローディングは、金属、布地、プラスチックのメッシュ、格子、ブロック、波板、フィルムなどで構成され、多くの場合ロール状に巻かれます。

容積負荷のバイオフィルターは、ドリップ、高負荷、タワーに分けられます。点滴バイオフィルターは設計が最も単純で、高さ 1 ～ 2 m の細粒分材料が充填され、最大 1000 m 3 /日の処理能力があり、高度な浄化を実現します。高負荷フィルターでは、より大きなサイズの負荷ピースが使用され、その高さは 2 ～ 4 m、タワーフィルターの負荷高さは 8 ～ 16 m に達します。最後の 2 種類のフィルターは、排水流量が完全な生物学的処理と不完全な生物学的処理の両方で、最大 50,000 m 3 / 日。

フラットローディングの生物学的フィルターは、体積ローディングのフィルターよりも大幅に高い酸化能力を持っています。酸化能力は、大気圧および温度 20 °C で完全に脱酸素化された水に曝気したときの酸素溶解速度 (g O 2 /h)) です。これに近いのは、酸化力、つまり汚染物質の酸化反応速度 (g O 2 / (m 3 h)) の概念です。

曝気タンクとバイオフィルターの間の中間位置は、水中バイオフィルターとバイオタンク - バイオフィルターによって占められます。

水中（ディスク）バイオフィルターは、ディスクが取り付けられた回転シャフトがあり、廃水と空気と交互に接触する貯留槽です。ディスクのサイズは0.5〜3 m、ディスク間の距離は10〜20 mm、金属、プラスチック、アスベストセメントが使用でき、シャフト上のディスクの数は20〜200です。 . バイオタンクバイオフィルターは、市松模様に配置されたトレイローディング要素を含むハウジングです。これらの要素には上から水が注がれ、水はそれらを満たして端から流れ落ちます。エレメントの外表面にはバイオフィルムが形成され、内部には活性汚泥に似たバイオマスが形成されます。この設計により、高いパフォーマンスと洗浄効率が実現します。

曝気負荷の厚さへの空気の流れの原理に基づいて、バイオフィルターは自然曝気と強制曝気を行うことができます。

生物学的フィルターの始動期間中に、飼料片上に生物学的膜が成長します。この映画の主な主体は微生物群です。バイオフィルム微生物は廃水中の有機不純物を栄養源や呼吸源として利用し、バイオフィルムの質量が増加します。膜の厚さが増加すると、膜は死滅し、流れる廃水によって洗い流されます。バイオフィルターで浄化された水は、死んだバイオフィルムの粒子とともに二次沈殿タンクに入ります。バイオフィルム塊構造の保持能力が高いため、生物学的に活性な物質のリサイクルは通常提供されません。

BOD > 300 mg/l の廃水を受け取る場合、バイオフィルター表面の頻繁な沈泥を避けるために、元の廃水を希釈するために精製水の一部を戻す再循環が提供されます。精製水の再循環により、混合物中の溶存酸素の含有量が増加し、より均一な水力負荷が維持され、構造物の高さに沿ったバイオフィルムの濃度が均一になります。ただし、これにより、沈殿タンクの容積の必要性が増加し、水を汲み上げるためのエネルギー消費量が増加します。

バイオフィルターの表面への廃水の分配は、5 ～ 10 分間の周期的な給水を伴う固定スプリンクラー (スプリンクラー) または回転ジェットスプリンクラーによって実行されます。

バイオフィルターの使用は、沈泥の可能性、動作中の酸化力の低下、不快な臭気の発生、および均一な膜の成長の難しさによって制限されます。

曝気槽内の清掃。大量の廃水の好気性生物学的処理は、曝気タンクで行われます。曝気タンクは、処理水の中に活性汚泥が浮遊する鉄筋コンクリートの曝気構造物であり、その生物群集は生活のために廃水汚染を利用しています。

エアロタンクは次の基準に従って分類できます。

1）流れ構造によると、曝気タンク-ディスプレーサー、曝気タンク-ミキサー、および廃液の分散入口を備えた曝気タンク（中間タイプ）。

2) 活性汚泥の再生方法による - 個別または組み合わせた汚泥再生装置を備えた曝気タンク。

3）活性汚泥の負荷に応じて、高負荷（不完全な処理の場合）、通常、低負荷（長時間曝気）。

4）ステージ数による - 1ステージ、2ステージ、およびマルチステージ。

5）廃水入力のモードに応じて - フロースルー、セミフロースルー、可変動作レベル、接触;

6) エアレーションのタイプ別 - 空気圧、機械式、複合流体力学または空気機械式。

7）設計特性によると - 長方形、円形、複合、シャフト、フィルタータンク、浮選タンクなど。

エアロタンクは、1 日あたり数百立方メートルから数百万立方メートルまでの非常に幅広い廃水流量で使用されます。

曝気タンクミキサーでは、汚泥への負荷と汚染物質の酸化速度は、構造の長さに沿って実質的に変化しません。流量や汚染物質濃度が大きく変動する濃縮（BODp 最大 1000 mg/l）工業廃水の処理に最適です。曝気タンクディスプレーサでは、汚泥上の汚染物質の負荷とその酸化速度は、建設開始時の最高値から建設終了時の最低値まで変化します。このような構造は、活性汚泥の十分な容易な適応が確保される場合に使用されます。曝気槽の長さに沿って水が分散して供給されると、汚泥の単位負荷が減少し、均一になります。このような施設は、工業廃水と都市廃水の混合物を処理するために使用されます。曝気槽の運転は二次沈殿槽の通常運転と密接に関係しており、二次沈殿槽から返送活性汚泥が連続的に曝気槽にポンプで送られます。二次沈殿タンクの代わりに、浮遊装置を使用して汚泥を水から分離することができます。

再生装置のない一段方式では、廃水処理プロセスを強化することは不可能です。再生装置の存在下では、酸化プロセスが再生装置内で終了し、スラッジは元の特性を獲得します。汚泥再生を行わない一段階スキームが 150 mg/l の BOD で使用されます。 2 段階スキームは、水中の有機汚染物質の初期濃度が高い場合や、水中に酸化速度が急激に変化する物質が存在する場合に使用されます。処理の第一段階では、廃水の BOD は 50 ～ 70% 減少します。

生物学的酸化プロセスを正常に進行させるためには、曝気槽に空気を継続的に供給する必要があります。曝気システムは、液体に酸素を供給し、汚泥を懸濁状態に維持し、廃水と汚泥を常に混合する構造と特別な装置の複合体です。ほとんどのタイプの曝気タンクでは、曝気システムによりこれらの機能が同時に実行されます。水中に空気を分散させる方法に従って、空気圧式、機械式、ニューモメカニカル式およびジェット式の曝気システムが実際に使用されます。我が国では、空気圧曝気システムがより普及しています。

最新の曝気槽は技術的に柔軟な構造であり、曝気システムを備えた回廊型鉄筋コンクリート槽です。曝気タンクの作業深さは3〜6 mであり、廊下の幅と作業深さの比率は1：1〜2：1です。曝気槽および再生器の場合、セクションの数は少なくとも 2 つ必要です。最大 50,000 m 3 /日の生産性がある場合、4 ～ 6 セクションが割り当てられ、より高い生産性では 8 ～ 10 セクションが割り当てられ、すべてが稼働します。各セクションは 2 ～ 4 つの廊下で構成されます。

置換曝気槽は、構造の先頭に水と活性汚泥を供給し、最後に汚泥混合物を排出する長い廊下構造です。この場合、入ってくる水と以前に受け取った水とが実質的に混合することはありません。このような曝気タンクはいくつかの通路で構成されており、再生装置を内蔵する場合と内蔵しない場合があります。このような曝気タンクの長さは50〜150 mに達し、容積は1.5〜30,000 m 3です。置換モードはセル型曝気タンクの設計にほぼ対応しており、平面構造は長方形で、横方向の隔壁によって多数の区画に分割されています。最初のコンパートメントからの混合物は 2 番目のコンパートメント (下から) に入り、2 番目から 3 番目のコンパートメントへは仕切りを通って (上から) 流れます。各セルでは完全な混合モードが確立され、多数の連続ミキサーの合計がほぼ理想的なディスプレーサーを構成します。これにより水の逆流が防止され、縦方向の混合が起こりません。

曝気槽混合機内の廃水と汚泥を構造物の長辺に沿って均一に供給・排出します。入ってくる混合物は非常に早く（計算上は瞬時に）曝気タンク全体の内容物と混合すると考えられています。これにより、有機汚染物質と溶存酸素を均一に分散させ、一定の条件や高負荷下でも構造の動作を保証することができます。曝気タンクミキサーの通路の幅は3〜9 m、通路の数は2〜4、長さは最大150 mです。

曝気槽 - ディスプレーサと比較して、曝気槽 - ミキサーは精製水中の不純物の残留濃度が高くなります。したがって、第一段階では濃縮廃水の処理に使用し、第二段階では曝気タンク - ディスプレーサーに使用することをお勧めします。

エアロタンク- ミキサーは二次沈殿槽と連動することも、二次沈殿槽とは別に作ることもできます。エアロセトメントタンク（エアロアクセラレーター）はコンパクトで、特別なポンプステーションを使用せずに汚泥混合物の再循環を増加させ、沈殿タンクの酸素レジームを改善し、汚泥の投与量を3〜5 g/に増やすことができます。 l、それに応じて酸化力が増加します。

中間型曝気槽は、ディスプレーサ曝気槽と混合曝気槽の要素を組み合わせたものです。これらには、水の分散供給と活性汚泥の集中供給を備えた曝気タンク、および曝気タンクミキサーのカスケードが含まれます。これらは、曝気槽 - ディスプレーサよりも活性汚泥の平均濃度が高くなる条件を作り出し、曝気槽 - ミキサーよりも高い品質の洗浄を提供します。それらは2つまたは4つの廊下構造の形で実行されます。このような曝気タンクの建設にかかる資本コストは、高品質の洗浄を維持しながら、上記のコストと比較して少なくとも 15% 削減されます。

オキシタンクは生化学的廃水処理を目的としており、空気の代わりに工業用酸素が使用されます。これにより、活性汚泥の投入量を増やす条件が整い（最大6～10g/l）、曝気エネルギー消費量が削減され、酸化力が増大（曝気槽の5～10倍）し、酸素の利用効率は 90 ～ 95% です。

生化学的処理の典型的なスキームには、原則として、廃水の平均化、その機械的処理、実際の生物学的処理施設、試薬の調製および投与のための装置、廃水の後処理および汚泥処理のための多数の設備が含まれる。スキームは単一段階または複数段階にすることができます。上記のスキームに従って、産業排水と生活排水の共同処理が実行されます。このような洗浄により、プロセスはより安定して完全に進行します。生活排水には栄養分が含まれており、また工場排水も希釈されます。機械処理施設で前処理された廃水は、再生装置を備えた曝気槽で生物処理のために送られます。二次沈殿池に排出された活性汚泥は、循環汚泥はポンプ場を使用して再生塔に送られ、次に曝気槽に送られ、余剰汚泥は清澄のために一次沈殿池に送られます。精製水は塩素処理されて貯水池に送られるか、生産現場に戻されます。分離された汚泥は蒸解釜で処理され、汚泥床で脱水され、消化中に発生したガスはボイラー室で燃焼されます。
4.2. 嫌気性洗浄方法。

嫌気性消化プロセスを使用して、下水汚泥を中和し、濃縮廃水を前処理できます。最終製品の種類に応じて、次の種類の発酵が区別されます：アルコール、プロピオン酸、乳酸、メタンなど。発酵の最終生成物は、アルコール、酸、アセトン、発酵ガス（CO 2 、H 2 、CH 2 ）です。 4)。

メタン発酵は廃水の処理に使用されます。このプロセスは複雑で多くの段階から構成されており、メタン発酵では 2 つの段階が区別されます。発酵の第 1 段階 (酸性) では、複雑な有機物質が分解されて有機酸、アルコール、アンモニア、アセトン、H 2 S、CO 2、H 2 などが生成されます。廃水は pH = 5 ～ 6 に酸性化されます。次に、メタンバクテリア (アルカリ相) の作用により、酸が分解されて CH 4 と CO 2 が生成されます。両方の相の変態率は同じであると考えられています。有機化合物の分解率は平均して 40% です。

メタン発酵プロセスは、処理済み汚泥を導入し、発酵汚泥を除去するための装置を備えた密閉タンクである消化槽で実行されます。

発酵プロセスは、中温（30〜35℃）および好熱（50〜55℃）条件下で行われます。好熱性条件下では、有機化合物の破壊がより集中的に起こります。消化槽は円錐形の底をもつ鉄筋コンクリート製のタンクで、ガスを捕集・除去する装置のほか、ヒーターや撹拌機も備えられています。直径が最大 20 m、有効容積が最大 4000 m 3 の蒸解釜が使用されます。

廃水の発酵プロセスは 2 段階で行われます。この場合、2 番目の蒸解釜からの沈殿物の一部が最初の蒸解釜に戻され、そこで良好な混合が確保されます。発酵中、平均含有量 CH 4 - 63 ～ 65%、CO 2 - 32 ～ 34% のガスが放出されます。ガスの発熱量は 23 MJ/kg で、蒸気ボイラーの炉内で燃焼されます。得られた蒸気は、蒸解釜で堆積物を加熱するため、または他の目的に使用されます。

参考文献

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これらの方法は、多くの可溶性有機物質および一部の無機物質（硫化水素、アンモニア、硫化物、亜硝酸塩など）から家庭排水および工業廃水を浄化するために使用されます。精製プロセスは、微生物が生命の過程で栄養としてリストされた物質を使用する能力に基づいています。微生物にとって有機物質は炭素源です。生化学的廃水処理は、好気性 (生化学的酸化) 条件および嫌気性 (生物学的分解) 条件下で行うことができます。

嫌気性処理嫌気性微生物の影響下で発生し、その結果、廃水に含まれる有機汚染物質の量は、ガス（メタン、二酸化炭素）や溶解塩への変換、および嫌気性植物のバイオマスの成長により減少します。分解は 2 段階で起こります。まず、有機物が有機酸とアルコールに変換され (微生物の最初のグループ)、次に有機酸とアルコールがメタンと二酸化炭素に変換されます (微生物の 2 番目のグループ)。

プロセス全体は、両方のグループの微生物にとって好ましい環境を維持することに依存しており、酸が形成されるのと同じ速度で酸が除去されるように、各段階のバランスが保たれなければなりません。嫌気法は、主に嫌気処理時に発生する余剰活性汚泥の消化に使用されます。

嫌気性条件下での浄化は、水に溶解した酸素の存在下で起こり、自然界で起こる貯留層の自己浄化の自然なプロセスの改変を表します。産業排水の生物処理では、曝気槽内で行われる活性汚泥を使用した処理が最も一般的です。活性汚泥は、沈降中に保持されなかった浮遊粒子や微生物が繁殖したコロイド物質によって生成されます。空気を含んだ液体中の活性汚泥は、酸化プロセスを大幅に加速し、有機物質の吸着プロセスの条件を作り出します。

有機物質が二酸化炭素やその他の無害な酸化生成物に破壊されることは、バイオセノーシスによって起こります。特定の構造で発達するすべての細菌と原生動物微生物の複合体。微生物による廃水の有機成分の消費は 3 段階で発生します。1) 液体から細胞表面への有機物と酸素の物質移動。 2) 半透性細胞膜を通した物質と酸素の拡散。 3) バイオマスの増加、エネルギー、二酸化炭素などの放出を伴う拡散生成物の代謝。

生物学的廃水処理の強度と効率は、細菌の分解速度によって決まります。

生物学的廃水処理は、自然条件または人工条件下で実行できます。

自然条件では、特別に準備された土地（灌漑および濾過場）または生物学的池が使用されます。それらは深さ0.5¸1メートルの土の貯水池であり、貯水池の自己浄化中と同じプロセスが発生します。

灌漑田– 廃水処理と農業目的を同時に使用するために特別に準備された土地区画。穀物やサイレージ作物、ハーブ、野菜の栽培だけでなく、低木や樹木の植栽にも使用されます。ろ過フィールドは生物学的廃水処理のみを目的としています。

灌漑田や生物学的池は、水が重力によってある地域から別の地域に流れるように、階段状の傾斜のある地形に配置されています。汚染物質の洗浄は、土壌を通して水を濾過するプロセスを通じて行われ、その中に懸濁粒子やコロイド粒子が保持され、土壌の細孔に膜が形成されます。土壌の深層への酸素の浸透は困難であるため、最も深刻な酸化は土壌の上層、つまり土壌の上層で発生します。深さ0.2¸0.4 mまで。

生物池– 生物学的処理および他の処理施設と組み合わせた廃水の後処理用に設計されています。それらは3〜5段の池のカスケードの形で作られています。廃水処理プロセスは、次のスキームに従って実行されます。細菌は、空気中の酸素だけでなく、光合成中に藻類によって放出される酸素も使用して、汚染物質を酸化します。藻類は、有機物の生化学的分解中に放出される二酸化炭素、リン酸塩、アンモニア態窒素を消費します。したがって、池を正常に運用するには、排水の最適なpH値と温度を維持する必要があります。気温は少なくとも6℃でなければならないため、池は冬には使用されません。

自然と人工の曝気を備えた池があります。自然表面曝気による池の深さは 1 m を超えませんが、機械的曝気装置を使用して池に人工曝気するか、水柱に空気を吹き込むと、深さは 3 m に増加します。人工曝気の使用により、水の浄化プロセスが促進されます。池の欠点は、酸化能力が低いこと、操業に季節性があること、広い面積が必要なことです。

人工生物処理施設それら内の活性バイオマスの位置に基づいて、それらは 2 つのグループに分類できます。1) 活性バイオマスは処理済み廃水 (エアロタンク、酸素タンク) に懸濁されています。 2) 活性バイオマスは静止物質に固定され、廃水は薄膜層 (バイオフィルター) でその周りを流れます。

エアロタンクそれらは鉄筋コンクリート製のタンクで、平面図は長方形で、隔壁によって別々の通路に分割されています。

機械処理施設を経た排水は返送活性汚泥（バイオセノーシス）と混合され、曝気槽の通路を経て二次沈殿槽に流入します。曝気タンク内の処理済み廃水の滞留時間は、その組成に応じて 6 ～ 12 時間の範囲になります。この間、有機汚染物質の大部分は活性汚泥バイオセノーシスによって処理されます。活性汚泥を懸濁状態に維持し、集中的に混合し、処理混合物を空気酸素で飽和させるために、さまざまな曝気システム（通常は機械式または空気圧式）が曝気タンクに設置されます。曝気槽から処理排水と活性汚泥の混合物が二次沈殿槽に入り、底に沈殿した活性汚泥が特殊な装置（汚泥ポンプ）を使ってポンプ場の貯留槽に排出され、浄化された汚泥がポンプ場の貯留槽に排出されます。廃水はさらなる浄化のために供給されるか、消毒されます。生物酸化の過程で活性汚泥のバイオマスが増加します。汚泥の寿命に最適な条件を作り出すために、余剰汚泥はシステムから除去されて汚泥処理施設に送られ、主要部分は返送汚泥の形で曝気槽に戻されます。

曝気槽を含む複合処理施設の処理能力は、1 日あたり数千万～2¸300 万 m3 です。

空気の代わりに純酸素を供給して廃水の空気曝気を行うことができます。この工程には、曝気槽とは若干設計が異なる酸素槽が使用されます。オキシテンクスの酸化能力は 3 倍です。

バイオフィルター 1 日あたり最大 20 ～ 30,000 m 3 の家庭廃水および産業廃水を毎日消費する幅広い用途が見出されています。バイオフィルターの最も重要な構成要素は充填材です。荷重材料のタイプに基づいて、容積荷重と平坦荷重の 2 つのカテゴリに分類されます。バイオフィルターは、充填物質で満たされた円形および長方形のタンクです。砂利、膨張粘土、15¸80 mm の破片サイズのスラグからなる体積材料は、破片を選別した後、高さ 2¸4 m の層で充填されます。平面状の材料は、硬質 (リング、管状要素) の形で作られます。プラスチック、セラミック、金属で作られたブロックと柔らかい（ロール状の布）ブロックで、厚さ 8 μm の層でバイオフィルターの本体に取り付けられています。

装填材の表面より上に供給された廃水は装入材内に均一に分散され、曝気槽の活性汚泥と同様に装入材の表面に生物膜（バイオセノーシス）が形成されます。充填材は格子の底部で支持されており、その穴を通って処理済み廃水がバイオフィルターの固体底部に入り、トレーを使用してバイオフィルターから二次沈殿タンクに排出されます。

容積測定によるバイオフィルターは、完全な生物学的処理に効果的です。フラットローディングのバイオフィルターは、完全な生物学的処理にも使用できますが、高濃度の工業廃水のバースト排出がある場合、または処理複合施設を再構築している場合には、2 段階の生物学的処理の最初の段階として使用する方が便利です。

生物学的処理施設を運営する場合、そのような違反は生物の生命に悪影響を与える可能性があるため、過負荷や特に有毒成分の大量放出を避けるために、その運営の技術規制を遵守する必要があります。したがって、生物学的処理のために送られる廃水では、石油および石油製品の含有量は25 mg / l以下、界面活性剤 - 50 mg / l以下、溶解塩 - 10 g / l以下である必要があります。

生物学的処理は、廃水中のすべての病原性細菌を完全に破壊することを保証するものではありません。したがって、その後、水は液体塩素または漂白剤、オゾン処理、紫外線、電気分解または超音波で消毒されます。

処理された廃水の消毒は、その中に含まれる病原性細菌、ウイルス、微生物を破壊するために行われます。除菌効果はほぼ100％となるはずです。したがって、完全に浄化した後、塩素化合物またはその他の強力な酸化剤（オゾン）が廃水に導入され、病原体の侵入から水域を保護します。

自然水、人間の健康、動物や魚にとって最も危険なのは、核燃料の処理中に原子力発電所で生成されるさまざまな放射性廃棄物です。放射能汚染を含む廃水の処理は、放射能のレベルと塩分濃度によって異なります。塩分濃度の低い水はイオン交換フィルターと沖積フィルターで処理されます。塩分濃度が高い場合は、電気透析および蒸発法が使用され、残留汚染物質はイオン交換ユニットを使用して除去されます。許容レベルを超える放射能を含む廃水はすべて、特別な地下貯水池に排水されるか、深い地下排水池にポンプで送られます。

排水には有機および無機起源の物質が含まれており、有機物質の方がはるかに多く含まれています。無機介在物を除去する最も簡単な方法が機械的である場合、有機不純物を除去するには他の方法が必要になります。主なものの 1 つは生物学的廃水処理です。この記事では、その機能、種類、テクノロジーについて学びます。

水は命ですが、私たちはそれをきれいに消費し、汚して返します。排水管が掃除されていない場合、多くの SF 作家が描写した「貴重な湿気」の時代がすぐにやって来ます。自然は水を自ら浄化することができますが、そのプロセスは非常にゆっくりと進行します。人口が増加し、水の使用量も増加しているため、組織的かつ徹底的な廃水処理の問題は特に深刻です。最も効果的な水浄化技術は生物学的浄化技術です。ただし、その動作の基本原理を考える前に、水の組成を理解する必要があります。

生活排水の成分

水道のある家には下水道も設置されています。アパートや住宅から処理ステーションまで廃水を輸送する通常のプロセスを保証します。下水道管には普通の水が流れていますが、汚染されています。不純物は 1% しか含まれていませんが、これが廃水をさらなる使用に適さないものにしています。水は浄化後にのみ飲料用や日常使用に再利用できます。

廃水の正確な組成は、特別なサンプルが採取される場所によって異なるため、特定することはできませんが、同じ場所であっても不純物の量や種類が異なる場合があります。ほとんどの場合、水には固体粒子、生物学的不純物、無機含有物が含まれています。無機物の場合はすべてが簡単です。最も単純なフィルターでも除去できますが、有機物の場合は戦う必要があります。何もしなければ、これらの物質は崩壊し始め、腐敗した沈殿物を形成します（したがって、不快な特徴「下水臭」が発生します）。さらに、分解された有機物だけでなく、水も腐敗し始めます。

一言で言えば、廃水には脂肪、界面活性剤、リン酸塩、塩化物および窒素化合物、石油製品、硫酸塩が含まれています。それらは自然に水から消えることはできません - 徹底的な洗浄が必要です。各敷地に汚水溜めと井戸の両方があるため、自律的な排水および給水システムを備えた住宅では、この問題は特に深刻です。排水管が掃除されていない場合、排水管が蛇口に流れ込み、生命を脅かす状況になる可能性があります。

生活排水および産業排水の処理方法

廃水は自然条件下で自己浄化できますが、それはその量が少ない場合に限られます。今日では産業部門が高度に発展しているため、排水口では大量の廃水が発生します。そして、きれいな水を得るために、人は下水の問題を解決する必要があります、つまり、それを浄化する必要があります。廃水処理には、機械的、化学的、物理化学的、生物学的など、いくつかの方法があります。それぞれの特徴を詳しく見てみましょう。

機械的洗浄には、ろ過や沈殿などの技術の使用が含まれます。主なツールは、グリッド、ふるい、フィルター、トラップ、トラップです。水は一次浄化を受けると、沈殿タンク（沈殿物の形成とともに廃水を沈殿させるように設計された容器）に入ります。機械的洗浄はほとんどの最新システムで使用されていますが、独立した方法として使用されることはほとんどありません。問題は、化学成分や有機不純物の除去には適していないということです。

化学的精製は、水に含まれる不純物と反応して不溶性の沈殿物を形成する特殊な化学物質である試薬を使用して実行されます。その結果、可溶性浮遊物質の含有量は25%、不溶性浮遊物質の含有量は95%減少します。

物理化学的精製には、酸化、凝固、抽出などの技術の使用が含まれます。これらのプロセスにより、水から無機介在物を除去し、酸化が不十分な有機不純物を破壊することが可能になります。最も一般的な物理的および化学的洗浄方法は電気分解です。

生物学的処理は、特定の微生物の使用とその生命原理に基づいたプロセスです。バクテリアは特定の有機汚染物質に特異的に作用し、水の浄化が起こります。

生物学的廃水処理の方法とその利点。生物学的廃水処理のためのステーションおよび構造物

生物学的廃水処理の方法には、曝気タンク、生物学的フィルター、およびいわゆるバイオポンドが含まれます。それぞれの方法には独自の特徴がありますので、以下で説明します。

エアロタンク

この生物学的処理方法には、事前に機械的に浄化された廃水と活性汚泥の相互作用が含まれます。相互作用は特別なコンテナ内で行われます。コンテナは少なくとも 2 つのセクションで構成され、曝気システムが装備されています。活性汚泥には多数の好気性微生物が含まれており、適切な条件下で廃水からさまざまな汚染物質を除去します。汚泥は、定期的に酸素が供給されるバクテリアが有機不純物を吸収し始める、複雑なバイオセノーシスシステムです。生物学的浄化は、空気が水に入らなければならないという 1 つの主な条件の下で常に行われます。有機処理が完了すると酸素消費量（BOD）値が下がり、次のセクションに水が供給されます。

他のセクションでは、アンモニウム塩から窒素などの元素を処理して亜硝酸塩を形成する硝化細菌が研究に含まれています。これらのプロセスは微生物の一部によって実行され、他の部分は亜硝酸塩を食べて硝酸塩を形成します。このプロセスが完了すると、処理された廃水は二次沈殿槽に送られます。ここで活性汚泥が沈殿し、浄化された水が貯留池に送られます。

バイオフィルターは、カントリーハウスの所有者の間で人気のある生物学的処理ステーションです。これは、材料を充填したリザーバーを備えたコンパクトなデバイスです。バイオフィルター内の活性膜の形で、最初の場合と同じプロセスを実行する微生物が存在します。

インストールの種類:

二段階。
点滴濾過。

点滴濾過を備えた装置の性能は低いですが、最大限の廃水浄化を保証します。 2 番目のタイプは生産性が高くなりますが、洗浄の品質は最初のケースとほぼ同じになります。どちらのフィルターも、いわゆる「本体」、分配器、排水および空気分配システムで構成されています。バイオフィルターの動作原理は、曝気槽の動作原理と似ています。

生物池

この方法を使用して廃水処理を実行するには、自己浄化プロセスが行われる開いた人工貯水池が必要です。この方法が最も効果的で、深さ 1 メートルまでの浅い池にも適しています。表面積が大きいと水がよく温まり、浄化に関わる微生物の重要なプロセスにも必要な影響を与えます。この方法は暖かい季節に最も効果的です。気温が約 6 度以下では、酸化プロセスが停止します。冬は掃除が全く行きません。

池の種類:

魚の養殖（希釈あり）。
多段階（希釈なし）。
三次処理池。

前者の場合、廃水は川の水と混合されて池に送られます。 2 つ目では、水は沈降後すぐに希釈せずに貯水池に送られます。最初の方法では約 2 週間、2 番目の方法では 1 か月かかります。マルチステージシステムの利点は、比較的低価格であることです。

生物学的廃水処理の利点は何ですか?

生物学的廃水処理により、ほぼ 100% きれいな水の生産が保証されます。ただし、バイオステーションは独立した方法として使用されるわけではないことに注意してください。最初に他の手段で無機不純物を除去し、次に生物学的方法を使用して有機物を除去した場合にのみ、透き通った水が得られます。

好気性細菌と嫌気性細菌 - それは何ですか?

排水処理工程で使用される微生物は好気性微生物と嫌気性微生物に分けられます。好気性のものは酸素を含む環境でのみ存在し、有機物をCO2とH2Oに完全に分解し、同時に独自のバイオマスを合成します。このプロセスの式は次のとおりです。

CxHyOz + O2 -> CO2 + H2O + 細菌バイオマス、

ここで、CxHyOz は有機物質です。

嫌気性微生物は酸素がなくても正常に対処しますが、そのバイオマスの増加はわずかです。このタイプの細菌は、メタンの生成を伴う有機化合物の無酸素発酵に必要です。式：

CxHyOz -> CH4 + CO2 + 細菌バイオマス

好気性微生物の許容最大値を超える高濃度の有機物では、嫌気性技術が不可欠です。逆に、有機含有量が低いと、嫌気性微生物は効果がありません。

生物学的浄水法の目的

廃棄物汚染物質の大部分は有機起源の物質です。これらの汚染物質の主な発生源と処理済み廃水の消費者は次のとおりです。

住宅および公共サービス、食品産業企業、畜産複合施設。
化学、石油精製、紙パルプ、皮革産業の企業。

これらの場合、廃水の組成は異なります。 1 つ確かなことは、生物学的手法を強制的に使用した包括的な洗浄によってのみ、理想的な結果を達成できるということです。

生物処理の原理と必要な機器のリスト

現在の生物学的処理の原則を考慮して、生物学的処理プラントを組織するための機器が選択されます。主なオプション:

生物学的な池。
フィールドをフィルタリングします。
バイオフィルター;
曝気タンク。
メタテンクス。
フィルターウェル。
砂と砂利のフィルター。
循環酸化チャネル。
バイオリアクター。

人工排水処理と自然排水処理には異なる技術が使用できることに注意してください。

生物学的手法による廃水処理：メリットとデメリット

有機物から廃水を浄化するには生物学的方法が効果的ですが、真に高い結果は、さまざまな方法を統合して使用することによってのみ達成されます。さらに、細菌の可能性は無限ではありません。微生物は微量の有機不純物を除去します。生物処理プラントのコストは比較的低いです。

あらゆる廃水処理方法

生物処理システムに入る前に、廃水は機械的浄化を受けなければならず、その後 - 消毒（塩素処理、超音波、電気分解、オゾン処理など）および消毒を受けなければなりません。したがって、総合的な廃水処理の一環として、化学的、機械的、膜、および試薬による方法も使用されます。

どの廃水にも有機および無機起源の成分が含まれています。機械的濾過法を使用して、大きくて緻密な無機介在物を除去するのは簡単ですが、水中に懸濁液の形で存在する複雑な有機成分を除去することは不可能です。これには生化学的廃水処理が必要になります。この技術は、人工的な洗浄方法と比べて効果が劣らず、費用もそれほどかかりません。さらに、この洗浄方法は、使用した試薬をリサイクルするための複雑なプロセスを必要としません。

生化学的洗浄方法は特殊な細菌の使用に基づいており、細菌は生命活動中に複雑な有機化合物をより単純な要素（水、二酸化炭素、鉱物沈殿物）に分解します。

これらの細菌は土壌や水の中に常に存在し、土壌や水の自然な浄化に貢献しています。しかし、それらの濃度は低いため、自然な浄化プロセスはかなりゆっくりと進行します。

生化学的処理が使用される廃水処理プラントでは、廃水の処理に関与する細菌の巨大なコロニーが存在します。同時に、微生物の生存にとってこれらの構造内に好ましい条件が作り出され、自然界の自然浄化と比較して構造内での水の浄化プロセスを大幅に加速することが可能になります。

原則として、生化学的精製では、次の 2 種類の細菌のいずれか、またはそれらの組み合わせを使用します。

好気性微生物は複雑な有機化合物を処理します。酸化の結果、水、鉱物沈殿物、二酸化炭素に分解されます。これらのバクテリアの主な特徴は酸素を必要とするため、バクテリアを使用する建物にはエアレーターとコンプレッサーが装備されています。
嫌気性微生物は常に廃水中に少量存在します。これらの細菌は酸素を必要としません。しかし、生命活動を行うためには二酸化炭素と硝酸塩が必要です。これらの生物は生涯にわたってメタンを排出するため、建物内では換気システムを使用する必要があります。

生化学的精製方法

現在、廃水処理には次の生化学的方法が使用されています。

生物学的な池。
曝気タンクやバイオフィルターなどの好気性洗浄方法を使用した設計。
嫌気性分解処理装置（浄化槽、沈殿槽、消化槽）。

生物池

これらは浅い深さ（0.5〜1 m）の人工貯水池であり、廃水は自然の自己浄化を非常に彷彿とさせるプロセスを経ます。これらの池は太陽によって十分に加熱されるため、バクテリアの生存にとって好ましい条件を作り出します。

池の衛生効果が最も高まるのは暖かい季節です。したがって、大腸菌のコロニーは 99% 破壊され、腸内グループの有害な微生物は完全に破壊され、環境の酸化は 90% 減少し、アンモニアと有機窒素の濃度は 97% 減少します。

重要: この掃除方法は冬にも使用できます。池は氷の層の下でも機能します。日光がバクテリアに届くように、雪を取り除くだけで十分です。

生物池にはいくつかの種類があります。

流れる貯水池、廃水を川の水で希釈します。沈殿槽を通過した廃水は水と1：3～5の割合で混合されます。ここで液体は14〜21日間精製されます。この池は魚の養殖やアヒルの飼育に適しています。欠点は、沈殿槽を建設する必要があることと、河川水が必要なことです。
排水が川の水で希釈されない流れる池。この処理方法では、廃水を 4 ～ 5 個の貯水池のカスケードに通過させます。最初の池には固体の堆積物を入れるための障壁が必要ですが、最後の池は魚の養殖に適しています。
廃水処理用貯水槽大量の廃水を処理できない場合や高度な浄化が必要な生物処理施設で使用されます。通常、システム全体は 2 ～ 3 つの池で構成されており、そこで魚を飼育することもできます。
嫌気性池深さは数メートルに達します。ここでは嫌気性洗浄法が使用されます。このような池の主な欠点は、メタンが常に環境中に放出され、病原性細菌が地下水に侵入する可能性があることです。
接触リザーバー。ここでの浄化の原理は、停滞した水では生化学的酸化プロセスがより速く進行するという事実に基づいています。このシステムは一連のパラレルカードで構成されます。水は毎日、ある水域から別の水域に移動します。完全なクリーニングプロセスは5〜10日で完了します。

好気性分解処理ステーション

このような構造には、バイオフィルターや曝気タンクが含まれます。バイオフィルターの動作原理は、汚染水が最初に機械的な浄化段階を通過するという事実に基づいています。しばらくすると、ローディング (バイオフィルターの一部) が生物膜で汚れ始めます。このプロセスは廃水からの微生物の吸着によって起こります。この後に初めて、有機物の生化学的酸化プロセスが始まります。

重要: 効果的な洗浄の主な条件は、十分な通気が存在することです。

バイオフィルターは、膨潤しない粗粒材料 (スラグ、小石、砕石) で満たされた構造です。この材料の表面は10〜15分ごとに廃棄物で灌漑されます。フィルターを通過した液体は排水穴を通ってトレイに流れ込みます。生物学的フィルターのエアレーションは人工的または自然的でありえます。人工通気法は、生物学的酸化のプロセスを大幅に加速する可能性があります。

曝気槽は、自然の生物学的廃水処理の原理を利用した処理施設です。ただし、これらのプロセスの強度ははるかに高くなります。ここでの廃水の曝気は、曝気装置とコンプレッサーを使用して空気を圧送することによって行われます。ここで、生物膜の機能は活性汚泥によって実行されます。これらは微生物の懸濁液で構成される特別なフレークです。

このような施設での清掃の原則は次のとおりです。

活性汚泥と混合された廃水は長いタンクに入り、中を移動します。
スラッジを懸濁状態に維持し、酸化プロセスを促進するために、圧力下で空気がシステムに常にポンプで送り込まれます。
酸化プロセスが完了すると、汚泥と廃水の混合物は二次沈殿槽に入り、そこで活性汚泥が精製水から分離されます。活性汚泥はエアリフトを使用して曝気槽に戻されます。
消毒後、水は水域に放出できます。

重要: この洗浄方法では大量の活性汚泥が生成されるため、定期的に除去する必要があります。得られた活性汚泥は畑の肥料として利用できます。

活性汚泥は、細菌、原生動物、硝化微生物、脱窒微生物、菌類からなるバイオマスです。組成物には藻類グループの代表者はいません。活性汚泥が大腸菌群をしっかり吸着します。

嫌気性消化処理ステーション

下水汚泥は 95% が水分、5% が炭水化物、脂肪、タンパク質で構成されています。生化学的方法は、廃水処理プラントの汚泥を消毒するためにも使用されます。スラッジの構造を変えることができ、その結果、スラッジはすぐに乾燥し、簡単にリサイクルできる物質になります。

自然条件下での嫌気性発酵のプロセスは、メタン、水、二酸化炭素の放出とともに発生します。嫌気性分解処理を行う処理施設には次のような種類があります。

浄化槽は、発酵と沈殿物の形成のプロセスを組み合わせた構造です。これらのデザインは、カントリーハウスやダーチャなどの小さなオブジェクトのメンテナンスに適しています。浄化槽の清掃は、構造の寸法が小さいため、手動で行うことができます。通常、この手順は年に 1 ～ 2 回実行されます。消化された浄化槽汚泥は環境に脅威を与えるため、肥料として使用できません。汚泥を廃棄する前に、60度に加熱して消毒する必要があります。浄化槽は 1、2、または 3 室で構成されます。これらの設計は、廃水の予備処理に適しており、その後、濾過場、濾過井戸または溝で追加の処理が必要になります。
消化器。ここでは、人工加熱を使用して汚泥を発酵させます。廃水は一次沈殿槽を通過した後、ここに来ます。消化槽は汚泥の嫌気性消化を行う密閉タンクです。このような構造物では、新しい堆積物が成熟した堆積物と常に混合されます。構造全体の効率は成熟した堆積物の量に依存します。多ければ多いほど良いのです。
二段沈殿槽浄化槽とは異なり、その欠点の多くが解消されています。したがって、汚泥の分解中に放出されるガスは液体廃水に入ることができません。これらの設計では、発酵プロセスは 1 ～ 6 か月続きます。同時に、2段沈殿槽の上にはガストラップがあります。消化された汚泥は乾燥のために汚泥農園に供給されます。排水だめ内の有機物の分解は、浄化槽よりもはるかに速く効率的です。冬には汚泥の消化ができないため、このような構造は中緯度では使用されません。

→ 排水処理

生物学的廃水処理法の生化学的基礎

廃水処理の生物学的方法は、従属栄養微生物の生命活動の自然プロセスに基づいています。微生物には多くの特別な特性があることが知られていますが、そのうちの 3 つの主要な特性は区別する必要があり、洗浄目的で広く使用されています。
1. エネルギーを獲得し、その機能を確保するために、さまざまな有機 (および一部の無機) 化合物を食料源として消費する能力。

2. 第二に、この性質は急速に増殖することです。平均して、細菌細胞の数は 30 分ごとに 2 倍になります。教授によれば、 N.P. ブリノフ氏によれば、もし微生物が妨げられることなく増殖できれば、十分な栄養と適切な条件が与えられれば、5～7日以内にたった1種類の微生物の塊がすべての海と大洋の盆地を満たしてしまうだろう。しかし、食料源が限られていることと、既存の自然生態学的バランスの両方により、これは起こりません。

3. コロニーや蓄積物を形成する能力。精製水に含まれる汚染物質を除去するプロセスが完了した後、精製水からこれらを比較的容易に分離できます。

生きた微生物細胞では、分子の分解 (異化) とその合成 (同化) という 2 つのプロセスが継続的かつ同時に発生し、代謝プロセス全体を構成します。言い換えれば、微生物によって消費される有機化合物の破壊プロセスは、新しい微生物細胞、さまざまな中間生成物または最終生成物の生合成プロセスと密接に関連しており、その実行には微生物細胞が受け取るエネルギーが消費されます。栄養素の消費。従属栄養微生物の栄養源は炭水化物、脂肪、タンパク質、アルコールなどであり、好気条件下でも嫌気条件下でも微生物によって分解されます。微生物の形質転換の生成物のかなりの部分は、細胞によって環境中に放出されるか、環境中に蓄積されます。一部の中間生成物は、主要な栄養が枯渇した後に細胞が使用する栄養予備として機能します。

細胞からの除去と栄養素の変換の過程における細胞と環境の間の関係のサイクル全体は、適切な酵素によって決定され、制御されます。酵素は細胞質および細胞膜に埋め込まれたさまざまな下部構造に局在し、細胞表面または環境に放出されます。細胞内の酵素の総含有量は、細胞内の総タンパク質含有量の 40 ～ 60% に達し、各酵素の含有量はタンパク質含有量の 0.1 ～ 5% の範囲になります。さらに、細胞には 1000 種類を超える酵素が含まれており、細胞によって実行される各生化学反応は、対応する酵素の 50 ～ 100 分子によって触媒されます。一部の酵素は複合タンパク質 (タンパク質) であり、タンパク質部分 (アポ酵素) に加えて非タンパク質部分 (補酵素) を含んでいます。多くの場合、補酵素はビタミンであり、金属イオンを含む複合体である場合もあります。

酵素は、触媒作用を及ぼす反応の性質に応じて 6 つのクラスに分類されます。ある基材から別の基材へのさまざまな化学基の移動。基質の化学結合の加水分解的切断。基質からの化学基の切断または追加。基質内の変化。高エネルギー化合物を使用して基質分子を接続します。

微生物細胞は水に溶解した有機物質のみを消費するため、デンプン、タンパク質、セルロースなどの水不溶性物質の細胞への浸透は、それらを適切に調製した後にのみ可能となり、そのために細胞は必要な酵素を細胞内に放出します。周囲の液体は加水分解によりより単純なサブユニットに切断されます。

補酵素は触媒反応の性質を決定し、実行する機能に応じて 3 つのグループに分類されます。
1. 水素イオンまたは電子の輸送。酸化還元酵素であるオキシドレダクターゼと関連しています。
2. 原子団の移動に参加する (ATP - アデノシン三リン酸、炭水化物リン酸、CoA - コエンザイム A など)
3. 炭素結合の合成、分解、異性化反応を触媒します。

溶液からの除去とそれに続く基質の異化のメカニズムは、本質的に非常に複雑かつ多段階であり、相互に関連した連続的な生化学反応が細菌の栄養と呼吸の種類によって決定されます。このメカニズムの多くの側面は、バイオテクノロジーの分野と、幅広い技術設計スキームにおける有機不純物からの水の生化学的精製の分野の両方で実際に使用されているにもかかわらず、まだ完全には明らかになっていない、と言えば十分でしょう。

汚染物質の生化学的除去および酸化プロセスの最も初期のモデルは、次の 3 つの主な原理に基づいていました。物質自体、その加水分解生成物、または親水性浸透物質と中間タンパク質によって形成される疎水性複合体の細胞膜を通る拡散運動。細胞に入る栄養素の代謝変換。細胞内への物質の拡散浸透を確実にします。

このモデルによれば、水から栄養素を除去するプロセスは、細胞表面への栄養素の吸着と蓄積から始まると考えられていました。これには、バイオマスと基質の絶え間ない混合が必要であり、細胞と基質の「衝突」に好ましい条件が提供されます。基質分子。

物質が細胞表面から細胞内に移動するメカニズム - このモデルは、細胞膜の構成要素である特定のキャリアタンパク質への浸透物質の付着によって説明され、物質が細胞内に導入された後、キャリアタンパク質が細胞膜の構成要素となる。細胞から放出され、その表面に戻されて、物質の新たな「捕捉」と新たな伝達サイクルが完了するか、またはこの物質が細胞壁および細胞膜の物質に直接溶解され、これにより細胞内に拡散します。。物質の安定した消費のプロセスは、溶液と細胞の間の物質の特定の「平衡期間」の後でのみ始まります。これは、加水分解の発生と細胞膜を通って細胞質への物質の拡散移動によって説明されます。さまざまな酵素が濃縮された膜。代謝変化が始まると、収着平衡が崩れ、濃度勾配によって細胞内への基質の供給が継続的に行われます。

第 3 段階では、基質のすべての代謝変換が起こり、一部は二酸化炭素、水、硫酸塩、硝酸塩などの最終生成物になり (有機物質の酸化プロセス)、一部は新しい微生物細胞になります (バイオマス合成プロセス)。有機化合物の変換プロセスが好気性条件で発生する場合。生化学的酸化が嫌気性条件下で起こる場合、その過程でさまざまな中間生成物（おそらく特定の目的のため）、CH4、NH3、H2Sなど、および新しい細胞が形成される可能性があります。

しかし、このモデルは、基質輸送の輸送プロセスの動力学的特徴の一部、特に、これらのプロセスの最も一般的な結果であり、「濃度勾配に対する細胞内の基質の蓄積」を説明できませんでした。拡散輸送とは対照的に、活性輸送。能動輸送プロセスの特徴は、化学構造が似ている物質が共通の担体をめぐって競合し、濃度勾配の影響下で単純に細胞内に拡散しない立体特異性です。

現代の見解に照らして、細胞膜を通過する基質の移動モデルは、細胞膜内に親水性の「チャネル」が存在し、それを通って親水性の基質が細胞内に浸透できると仮定しています。しかし、上記のモデルとは対照的に、ここでは立体特異的な移動が発生します。これはおそらく、ある官能基から別の官能基への基質分子の「リレーレース」移動によって達成されます。この場合、基材は鍵のように、その浸透に適したチャネルを開きます（膜貫通チャネルのモデル）。

2 番目の代替モデルは、最初の 2 つの肯定的な特性を利用してそれらを組み合わせたものとみなすことができます。それは、基質によって引き起こされる連続的な構造変化を通じて疎水性膜トランスポーターの存在を仮定しており、基質を膜の外側から内側に運び（構造転座のモデル）、そこで疎水性複合体が崩壊する。細胞膜を通過する基質輸送のメカニズムのこの解釈では、「キャリア」という用語は依然として使用されていますが、膜成分としてのそのコード化の遺伝的基盤を考慮した「パーミアーゼ」という用語に置き換えられることが増えています。物質を細胞内に輸送する目的で細胞の内部に存在します。

膜輸送システムには複数のタンパク質メディエーターが含まれることが多く、それらの間には機能の分割がある可能性があることが確立されています。「結合」タンパク質は培地中の基質を識別し、それを膜の外表面に供給して濃縮し、それを「真の」トランスポーター、つまりトランスポーターに輸送します。膜を越えて基質を輸送するコンポーネント。したがって、多くの糖、カルボン酸、アミノ酸、無機イオンの「認識」、結合、および細菌、菌類、動物の細胞内への輸送に関与するタンパク質が単離されています。

細胞への物質の輸送プロセスを「能動」輸送の一方向プロセスに変換し、環境内の濃度勾配に対して細胞内の栄養素の含有量を増加させるには、細胞からの一定のエネルギーコストが必要です。したがって、環境から細胞への基質の移動プロセスは、細胞内で起こる基質に含まれるエネルギーの代謝放出プロセスと関連しています。基質の移動プロセスにおけるエネルギーは、基質とキャリアの相互作用と膜を通した溶液への拡散による基質の戻りの両方を排除または妨害するために、基質またはキャリア自体の化学修飾に費やされます。。

有機化合物の生化学的除去および酸化のプロセスに関する現代の見解は、酵素反応速度論の 2 つの基本規定に基づいています。最初の立場は、酵素と基質が相互作用して酵素 - 基質複合体を形成し、1 つまたは複数の変換の結果として、酵素によって触媒される反応の活性化に対する障壁を減らす生成物の出現につながると仮定します。酵素は多くの中間段階に断片化されているため、各段階ではその実行に対するエネルギー的な障害に遭遇しません。 2番目の位置は、化合物の性質や、酵素によって触媒される酵素反応中の段階の数に関係なく、プロセスの最後には酵素は変化せずに出てきて、基質の次の分子と相互作用することができると述べています。。言い換えれば、すでに基質除去の段階で、細胞は基質と相互作用して「酵素-基質複合体」と呼ばれる比較的弱い結合を形成します。

上記のことは、分子状酸素のある環境下で酵素グルコースオキシダーゼを含むさまざまな微生物による溶液からのグルコースの抽出の例によってよく説明されます。図に模式的に示すように、グルコースオキシダーゼは酵素-基質複合体-グルコース-酸素-グルコースオキシダーゼを形成し、その分解後に中間生成物-グルコノラクトンと過酸化水素が形成されます。 11.1.

この複合体の分解の結果として形成されるグルコノラクトンは加水分解を受けてグルコン酸を形成します。

酵素の最も重要な特性の 1 つは、特定の物質の存在下およびその影響下で合成される能力です。もう 1 つの同様に重要な特性は、酵素が触媒する反応と基質自体の両方に関する酵素の作用の特異性です。

場合によっては、酵素は単一の基質（絶対的な特異性）に作用することができますが、より多くの場合、酵素は基質の特定の原子団の存在下で類似した基質のグループに作用します。

米。 11.1. 酵素による基質の「認識」、酵素・基質複合体の形成および触媒作用のスキーム

多くの酵素は、立体化学的特異性によって特徴付けられます。これは、酵素が空間内の原子の特別な配置において他の基質とは異なる基質のグループ (場合によっては 1 つ) に作用するという事実にあります。有機物質の生化学的酸化のプロセスにおける各酵素の役割は厳密に定義されており、酵素は酸化（すなわち、酸素の付加または水素の除去）または還元（すなわち、水素の付加または水素の除去）のいずれかを触媒します。酸素) は明確に定義された化合物です。脱水素反応中、特定の酵素は、基質または中間生成物の分子内の特定の空間位置を占める特定の水素原子のみを除去できます。他の代謝プロセスを触媒する酵素にも同じことが当てはまります。

従属栄養微生物における生化学的酸化のプロセスは、酸化された基質から取り出される水素原子または電子の最終的な受容体が何であるかに応じて、3 つのグループに分類されます。受容体が酸素である場合、このプロセスは細胞呼吸または単に呼吸と呼ばれます。水素受容体が有機物質の場合、酸化プロセスは発酵と呼ばれます。最後に、水素受容体が硝酸塩、硫酸塩などの無機物質である場合、そのプロセスは嫌気性呼吸、または単に嫌気性呼吸と呼ばれます。

最も完全なプロセスは好気性酸化です。その生成物は微生物細胞内でさらに分解できない物質であり、通常の化学反応によって放出される可能性のあるエネルギーの貯蔵量を含んでいません。すでに述べたように、これらの物質の主なものは二酸化炭素 (CO2) と水 (H2O) です。これらの物質は両方とも酸素を含んでいますが、酸素のない環境で酸素を除去する酵素であるデカルボキシラーゼの影響下で起こる生化学的プロセスの結果として二酸化炭素が生成される可能性があるため、細胞内でのそれらの形成の化学経路は異なる可能性があります。酸のカルボキシル基（COOH）からのCO2。細胞の生命活動の結果として、水は空気中の酸素とそれらの有機物質の水素が結合することによってのみ形成され、酸化の過程で分離されます。

基質（炭水化物、タンパク質、脂肪）の好気的異化は、複雑な炭素含有物質のより単純なサブユニットへの最初の分解を含む多段階プロセスです（たとえば、多糖類は単糖に、脂肪は脂肪酸とグリセロールに） ; タンパク質 - アミノ酸）、さらに一貫した変換を受けます。この場合、基質が酸化しやすいかどうかは、分子の炭素骨格の構造（直鎖、分岐鎖、環状）と炭素原子の酸化の程度に大きく依存します。糖、特にヘキソースが最も容易に入手できると考えられており、次に多価アルコール (グリセロール、マンニトールなど) とカルボン酸が続きます。炭水化物、脂肪酸、およびアミノ酸の好気性代謝が完了する一般的な最終経路は、トリカルボン酸回路 (TCA 回路) またはクレブス回路であり、これらの物質は何らかの段階で入ります。好気性代謝の条件下では、消費される酸素の約90%が微生物細胞によるエネルギー生産のために気道で使用されることに留意されたい。

発酵は、酸素のない条件下で有機物質、主に炭水化物が不完全に分解されるプロセスであり、その結果、アルコール、グリセリン、ギ酸、乳酸、プロピオン酸、ブタノール、アセトン、メタン、など、目的の製品を得るためにバイオテクノロジーで広く使用されています。有機基質の最大 97% がそのような副生成物とメタンに変換される可能性があります。

タンパク質やアミノ酸の酵素による嫌気性分解を腐敗といいます。

発酵型代謝中のエネルギー出力が低いため、これを実行する微生物細胞は、呼吸を通じてエネルギーを受け取る細胞よりも大量の基質（その分解の浅い深さで）を消費する必要があり、これがより効率的な増殖を説明しています。嫌気条件と比較した好気条件での細胞の数。

細胞は、酸素による水素の酸化の結果として、その機能のために最大量のエネルギーを受け取ります。酸素は、デヒドロゲナーゼ酵素の作用下で酸化された基質から切断され、化学的作用に従ってニコチンアミド（NAD）に分割されます。）およびフラビン（FAD）。ニコチンアミドデヒドロゲナーゼは最初に基質と反応し、基質から 2 つの水素原子を除去して補酵素に追加します。この反応の結果、基質は酸化され、NAD は NAD'H2 に還元されます。次にFADが反応し、ニコチンアミド補酵素からフラビン補酵素に水素が移動し、その結果NAD'H2が再びNADに酸化され、フラビン補酵素はFADH2に還元されます。さらに、非常に重要な酸化還元酵素群であるチトクロムを介して、水素が酸素分子に移動し、酸化プロセスが完了して最終生成物である水が形成されます。

この反応では、基質に含まれるエネルギーの大部分が放出されます。好気酸化の全プロセスは図のように表すことができます。 11.2.

微生物による物質の酸化中に放出されるエネルギーは、高エネルギー化合物の助けを借りて細胞によって蓄積されます。生きた細胞の普遍的なエネルギー貯蔵庫はアデノシン三リン酸 - ATP です (ただし、他のマクロエネルギーもあります)。

(11.9) からわかるように、このリン酸化反応はエネルギーを必要とし、この場合のエネルギー源は酸化です。したがって、ADP のリン酸化は酸化と密接に関係しており、このプロセスは酸化的リン酸化と呼ばれます。酸化的リン酸化のプロセスでは、たとえばグルコース 1 分子の酸化中に 38 個の ATP 分子が形成されますが、解糖の段階では 2 分子だけが形成されます。解糖の段階もまったく同じように進行することに注意してください。好気性条件と嫌気性条件の両方で、つまりピルビン酸 (PVA) が生成される前に生成され、生成される ATP 分子 4 個のうち 2 個がピルビン酸 (PVA) の生成に費やされます。

好気条件下と嫌気条件下で PVC がさらに変化する経路は分岐します。

グルコースの好気的変換は次のスキームで表すことができます。
1. 解糖: SbH12Ob + 2FA-+2PVK + 2NADH2 + 4ATP (11.10)
2. ピルビン酸 (PVA) の変換: 2PVA-*2CO2 + 2 アセチル CoA + 2NADH2
3. トリカルボン酸回路 (クレブス回路): アセチル CoA -> 4CO2 + 6NADH2 + 2FADH2 + 2ATP (11.12) ECbH12Ob -> 6C02 + 10NADH2 + 2FADH2 + 4ATP (11.13) ここで、FAD はフラボタンパク質です。

電子伝達系における NADH2 の酸化により ZATP が生成されます。
1モル; 2FADH2の酸化により4ATPが生成され、
次に: SbN1206 + 602 -> 6C02 + 6H20 + 38ATP

炭水化物の嫌気的変換条件下では、最初のステップはグルコースのリン酸化であり、酵素ヘキソキナーゼの影響下でATPの助けを借りて実行されます。
グルコース + A TF-ヘキソキナーゼ > グルコース _ b – リン酸 + ADP
解糖段階の完了と PVC の形成後、PVC がさらに変化する過程は、発酵の種類とその原因物質によって異なります。主な発酵の種類: アルコール、乳酸、プロピオン酸、酪酸、メタン。

酸化的リン酸化は、基質レベルで ATP を合成する酵素の影響下でも発生する可能性があります。しかし、この高エネルギー結合の形成は非常に限られており、酸素の存在下では、細胞は電子伝達系を通じて細胞に含まれる ATP の大部分を合成します。

高エネルギー化合物（主にATP）の助けを借りて、好気性または嫌気性条件下での異化プロセス中に放出された物質を蓄積することにより、基質からの化学エネルギー放出プロセスの均一性間の不一致を排除することが可能になります。そして、細胞の存在の実際の条件では避けられない、その消費プロセスの不均一性。

好気性変態における有機物の分解プロセス全体を簡略化して表すと、図のようになります。 11.3. 解糖段階後の PVC の嫌気性変態の図を図に示します。 11.4.

研究により、多くの場合、代謝の種類は環境中の酸素の存在ではなく、基質の濃度に依存することが証明されています。

これは、環境内のバイオマスの特定の動作条件に応じて、有機化合物の変換プロセスの好気性と嫌気性の両方が同時に発生する可能性があり、その強度は基質と酸素の両方の濃度にも依存することを示しています。

ここで、産業用バイオテクノロジーでは、微生物由来のさまざまな生成物（飼料またはパン酵母、さまざまな有機酸、アルコール、ビタミン、薬物）を得るために純粋培養が使用されることに注意してください。多くの場合、種組成、適切な栄養条件、温度、環境の活発な反応などを厳密に維持しながら、あるタイプの微生物が選択され、他のタイプの微生物の出現と発達が排除されます。これにより、微生物の多様性が逸脱する可能性があります。確立された基準から得られる製品の品質。

さまざまな化学組成の汚染物質の混合物を含む廃水を処理する場合、これらの汚染物質は分析方法で特定するのが非常に難しい場合もありますが、浄化を行うバイオマスも混合物、またはむしろ、さまざまな種類の微生物や原生動物の混合物です。それらの間の複雑な関係。下水処理プラントからのバイオマスの種類と量的組成は両方とも、生物学的処理の特定の方法とその実施条件に依存します。

一部の専門家の計算によると、BPKP0Ln インジケーターで評価した溶解有機汚染物質の濃度が 1000 mg/l までの場合、好気性洗浄法の使用が最も効果的です。 BPKPOLn の濃度が 1000 ～ 5000 mg/l の場合、好気的方法と嫌気的方法の経済指標はほぼ同じになります。 5000 mg/l を超える濃度では、嫌気的方法を使用する方が適切です。ただし、汚染物質の濃度だけでなく、廃水の消費量や、嫌気的方法ではメタン、アンモニア、硫化水素などの最終生成物の生成につながるという事実も考慮する必要があります。好気性の方法を使用した洗浄に匹敵する品質の精製水を得ることはできません。したがって、汚染物質の濃度が高い場合、精製の最初の段階では嫌気的方法が使用され、精製の最終段階では好気的方法が使用されます。家庭排水や都市排水には、産業排水とは異なり、嫌気的方法の使用を正当化する濃度の汚染物質が含まれていないため、この章ではこれらの処理方法については説明しないことを強調しておく必要があります。

米。 11.3. 栄養素分子の 3 段階分解の簡略図 (B. Alberte et al. 1986)

米。 11.4. 嫌気性微生物によるピルビン酸のさまざまな生成物への変換

廃水処理のための生化学技術。 生化学的廃水処理