Bioķīmiskās tehnoloģijas notekūdeņu attīrīšanai. Bioķīmiskā notekūdeņu attīrīšana

Notekūdeņu attīrīšanas metodes un videi draudzīgas notekūdeņu novadīšanas tehnoloģijas (Dokuments)

Sokolovs M.P. Noteku tīrīšana. Apmācība (dokuments)

Notekūdeņu attīrīšanas metodes (dokuments)

Kruppo M.V. Nepieciešamās notekūdeņu attīrīšanas pakāpes noteikšana (dokuments)

Bioloģiskās notekūdeņu attīrīšanas metodes (dokuments)

Apkrāptu lapas - atbildes uz vides inženierijas eksāmenu. Noteku tīrīšana. Notekūdeņu dūņu iznīcināšana (Crib palags)

Šifrins S.M., Ivanovs G.V., Mišukovs B.G., Feofanovs Ju.A. Gaļas un piena rūpniecības uzņēmumu notekūdeņu attīrīšana (dokuments)

n1.doc

1. Notekūdeņu attīrīšanas bioķīmiskās metodes. Metodes būtība.
2. Organisko vielu sadalīšanās modeļi	5
3. Dažādu faktoru ietekme uz bioķīmiskās attīrīšanas procesu
4. Bioķīmisko metožu klasifikācija	8
4.1. Aerobikas tīrīšanas metodes	9
4.2. Anaerobās ārstēšanas metodes	15
Bibliogrāfija	17

1. Notekūdeņu attīrīšanas bioķīmiskās metodes. Metodes būtība.

Bioloģiskā oksidēšana ir plaši izmantota notekūdeņu attīrīšanas metode, kas dod iespēju no tiem atdalīt daudzas organiskās un dažas neorganiskās (sērūdeņradis, sulfīdi, amonjaks, nitrīti u.c.) vielas. Bioķīmiskā notekūdeņu attīrīšana balstās uz mikroorganismu spēju izmantot izšķīdušos un koloidālos organiskos piesārņotājus kā uztura avotu savos dzīves procesos. Daudzu veidu organiskie piesārņotāji no sadzīves un rūpnieciskajiem notekūdeņiem tiek bioloģiski apstrādāti, pakļaujot tos daļējai vai pilnīgai iznīcināšanai. Saskaroties ar organiskajām vielām, mikroorganismi tās daļēji iznīcina, pārvēršot ūdenī, oglekļa dioksīdā, nitrītu un sulfātu jonos u.c. Otra vielas daļa nonāk biomasas veidošanā. Dažas organiskās vielas spēj oksidēties viegli, bet citas neoksidējas vispār vai ļoti lēni.

Bioķīmiskās metodes plašā izplatība ir saistīta ar tās priekšrocībām: spēju izvadīt no notekūdeņiem dažādus ūdenī atrodamos organiskos un dažus neorganiskos savienojumus izšķīdinātā, koloidālā un neizšķīdinātā stāvoklī, tai skaitā toksiskos; aparatūras dizaina vienkāršība, salīdzinoši zemas ekspluatācijas izmaksas un tīrīšanas dziļums. Trūkumi ir augstās kapitāla izmaksas, nepieciešamība stingri ievērot tīrīšanas režīmu, vairāku organisko un neorganisko savienojumu toksiskā ietekme uz mikroorganismiem un nepieciešamība atšķaidīt notekūdeņus augstas piemaisījumu koncentrācijas gadījumā.

Lai noteiktu rūpniecisko notekūdeņu piegādes iespējas bioķīmiskajām attīrīšanas iekārtām, tiek noteiktas maksimālās toksisko vielu koncentrācijas, kas neietekmē bioķīmiskās oksidācijas procesus (MK b) un attīrīšanas iekārtu darbību (MK bos). Ja šādu datu nav, bioķīmiskās oksidācijas iespējamību nosaka bioķīmiskais rādītājs BSP p/COD. Sadzīves notekūdeņiem šī attiecība ir aptuveni 0,86, un rūpnieciskajiem notekūdeņiem tā svārstās ļoti plašā diapazonā: no 0 līdz 0,9. Notekūdeņi ar zemu BSP p/ĶSP attiecību parasti satur toksiskus piesārņotājus, kuru iepriekšēja ekstrakcija var palielināt šo attiecību, t.i. nodrošināt bioķīmiskās oksidācijas iespēju. Tāpēc notekūdeņi nedrīkst saturēt toksiskas vielas un smago metālu sāļu piemaisījumus. Bioķīmisko attīrīšanu uzskata par pabeigtu, ja attīrītā ūdens BSP n ir mazāks par 20 mg/l, un par nepilnīgu, ja BSP n > 20 mg/l. Šī definīcija ir nosacīta, jo pat ar pilnīgu bioķīmisko attīrīšanu notiek tikai daļēja ūdens atbrīvošanās no tajā esošo piemaisījumu daudzuma.

Bioloģisko oksidāciju veic mikroorganismu kopiena (biocenoze), kurā ietilpst daudzas dažādas baktērijas, vienšūņi, kā arī aļģes, sēnes u.c., kas ar sarežģītām attiecībām (metabioze, simbioze un antagonisms) ir savstarpēji savienoti vienā kompleksā. Dominējošā loma šajā kopienā ir baktērijām, kuru skaits svārstās no 10 6 līdz 10 14 šūnām uz 1 g sausas biomasas. Bioķīmiskās oksidācijas procesā aerobos apstākļos mikroorganismu kopienu sauc par aktīvām dūņām jeb bioplēvi. Aktīvās dūņas sastāv no dzīviem mikroorganismiem un cieta substrāta un pēc izskata atgādina koagulantu pārslas, kuru krāsa svārstās no bālganbrūnas līdz tumši brūnai. Baktēriju uzkrāšanās aktīvajās dūņās ieskauj gļotādas slānis (kapsulas), un tās sauc par zooglea. Tie palīdz uzlabot dūņu struktūru, to sedimentāciju un blīvēšanu.

Aktīvās dūņas ir amfoterisks koloīds, kam ir negatīvs lādiņš pH diapazonā no 4-9 un kam ir augsta adsorbcijas spēja, pateicoties attīstītajai baktēriju šūnu kopējai virsmai. Aktīvo dūņu adsorbcijas spēja laika gaitā samazinās, jo notekūdeņi ir piesātināti ar piesārņotājiem. Reģenerācijas process notiek aktīvās dūņas apdzīvojošo mikroorganismu dzīvībai svarīgās aktivitātes dēļ, un to sauc par reģenerāciju. Neraugoties uz būtiskām attīrāmo notekūdeņu atšķirībām, aktīvo dūņu elementārais ķīmiskais sastāvs ir diezgan tuvs, lai gan nav identisks. Šī līdzība ir tās pamata - baktēriju šūnu - kopības rezultāts. Šūnu sastāvā ir H, N, S, C, O, P, pelni, proteīns, kā arī dažādi mikroelementi - B, V, Fe, Co, Mn, Mo, Cu u.c. H, N, C un O veido organisko vielu grupu, šie elementi nonāk baktēriju šūnās ūdens, olbaltumvielu, tauku un ogļhidrātu veidā; 80-85% no mikrobu svara ir ūdens.

Aktīvo dūņu sausna ir minerālvielu (10-30%) un organisko (70-90%) vielu komplekss. Lielākā daļa organisko savienojumu ir olbaltumvielas. Šūnu pelnu daļu sastāvā ir mikroelementi - Ca, K, Mg, S, Mn, Cu, Na, Fe, Zn uc Turklāt, lai izveidotu baktēriju šūnu, nepieciešami biogēni elementi - fosfors, slāpeklis, kālijs. Dūņu kvalitāti nosaka to sedimentācijas ātrums un ūdens attīrīšanas pakāpe. Dūņu stāvokli raksturo dūņu indekss, kas ir aktīvo dūņu sedimentētās daļas tilpuma attiecība pret izžāvēto dūņu masu (gramos) pēc 30 minūšu nostādināšanas. Jo augstāks ir dūņu indekss, jo sliktāk dūņas nosēžas.

2. Organisko vielu sadalīšanās modeļi

Mehānisms vielu izvadīšanai no notekūdeņiem un to patēriņam ar mikroorganismiem ir ļoti sarežģīts. Kopumā šo procesu var iedalīt trīs posmos:

1) vielas masas pārnešana no šķidruma uz šūnas virsmu molekulārās un konvektīvās difūzijas dēļ;

2) vielas difūzija caur šūnas virsmas puscaurlaidīgo membrānu, kas rodas no vielas koncentrācijas starpības šūnā un ārpus tās;

3) vielas transformācijas (vielmaiņas) process, kas notiek šūnas iekšienē, ar enerģijas izdalīšanos un jaunas šūnu vielas sintēzi.

Pirmā posma ātrumu nosaka difūzijas likumi un hidrodinamiskie apstākļi bioķīmiskās attīrīšanas iekārtā. Plūsmas turbulence izraisa aktīvo dūņu pārslu sadalīšanos sīkās mikrobu kolonijās un izraisa ātru mikroorganismu un vides saskarnes atjaunošanos.

Vielas pārvietošanas procesu caur puscaurlaidīgām šūnu membrānām var veikt divos veidos: izšķīdinot membrānas materiālā izkliedējošu vielu, kuras dēļ tā nonāk šūnā, vai pievienojot iekļūstošu vielu konkrētam nesējam. olbaltumvielas, izšķīdinot iegūto kompleksu un difūziju šūnā, kur komplekss sadalās un proteīns - transportētājs tiek atbrīvots, lai pabeigtu jaunu ciklu.

Galvenā loma notekūdeņu attīrīšanā ir vielu transformācijas procesiem mikroorganismu šūnās, kā rezultātā notiek vielas oksidēšanās ar enerģijas izdalīšanos (kataboliskās pārvērtības) un jaunu proteīna vielu sintēze, kas notiek ar izdevumiem. enerģijas (anaboliskās pārvērtības).

Ķīmisko pārvērtību ātrumu un to secību nosaka fermenti, kas darbojas kā katalizatori un ir sarežģīti proteīnu savienojumi ar molekulmasu līdz simtiem tūkstošu un miljonu. To darbība ir atkarīga no temperatūras, pH un dažādu vielu klātbūtnes notekūdeņos.

Kopējās bioķīmiskās oksidācijas reakcijas aerobos apstākļos var attēlot šādi:

Organisko vielu oksidēšana

C x H y O z (x + 0,25y - 0,5 z)O 2? xС0 2 + 0,5уН 2 О + ?Н;

Baktēriju šūnu sintēze

C x H y Oz + nNH 3 + n(x + 0,25u - 0,5z - 5)0 2 ? n(C5H7N02) + n(x-5)C02 + 0,5n(y-4)H2O - ?H;

Šūnu materiāla oksidēšana

N(C5H7N02)+5n02? 5nC0 2 + 2nH 2 0 + nNH 3 + ?Н.

Ķīmiskās pārvērtības ir mikroorganismu enerģijas avots. Dzīvie organismi var izmantot tikai saistīto ķīmisko enerģiju. Universālais enerģijas nesējs šūnā ir adenozīntrifosforskābe (ATP).

Mikroorganismi spēj oksidēt daudzas organiskās vielas, taču tas prasa dažādus adaptācijas laikus. Viegli oksidējas daudzi spirti, glikoli, benzoskābe, acetons, glicerīns, esteri uc Nitro savienojumi, dažas virsmaktīvās vielas un hlorētie organiskie savienojumi ir vāji oksidēti.

Aerobās oksidācijas process patērē notekūdeņos izšķīdušo skābekli. Lai notekūdeņus piesātinātu ar skābekli, tiek veikts aerācijas process, sadalot gaisa plūsmu burbuļos, kas, ja iespējams, tiek vienmērīgi sadalīti notekūdeņos. No gaisa burbuļiem skābekli absorbē ūdens un pēc tam pārnes uz mikroorganismiem. Šis process notiek divos posmos. Pirmais ir saistīts ar skābekļa pārnešanu no gaisa burbuļiem uz lielāko daļu šķidruma, otrais ir saistīts ar absorbētā skābekļa pārnešanu no šķidruma lielākās daļas uz mikroorganismu šūnām, galvenokārt turbulentu pulsāciju ietekmē.

Visdrošākais veids, kā palielināt skābekļa piegādi notekūdeņiem, ir palielināt gāzes plūsmas sadrumstalotības intensitāti, t.i. samazinot gāzes burbuļu izmēru. Skābekļa patēriņa ātrums ir atkarīgs no daudziem savstarpēji saistītiem faktoriem: biomasas daudzuma, mikroorganismu augšanas ātruma un fizioloģiskās aktivitātes, barības vielu veida un koncentrācijas, toksisko vielmaiņas produktu uzkrāšanās, barības vielu daudzuma un rakstura, kā arī skābekļa satura. ūdenī.
3. Dažādu faktoru ietekme uz bioķīmiskās attīrīšanas procesu

Bioloģiskās attīrīšanas efektivitāte ir atkarīga no vairākiem faktoriem, no kuriem daži ir maināmi un regulējami plašos diapazonos, savukārt citus, piemēram, attīrīšanā nonākošo notekūdeņu sastāvu, regulēšana praktiski nav iespējama. Galvenie faktori, kas nosaka sistēmas caurlaidspēju un notekūdeņu attīrīšanas pakāpi, ir: skābekļa klātbūtne ūdenī, notekūdeņu plūsmas vienmērīgums un piemaisījumu koncentrācija tajā, temperatūra, vides pH, sajaukšanās, klātbūtne. toksisko piemaisījumu un barības vielu, biomasas koncentrācijas utt.

Vislabvēlīgākie tīrīšanas apstākļi ir šādi. Bioķīmiski oksidējamo vielu koncentrācija attīrītajos notekūdeņos nedrīkst pārsniegt pieļaujamo vērtību MK b vai MK bos, ko parasti nosaka eksperimentāli. Notekūdeņi ar lielāku koncentrāciju ir jāatšķaida. Maksimālās robežkoncentrācijas vielām, kas nonāk bioloģiskās attīrīšanas iekārtās, ir norādītas uzziņu literatūrā.

Bioķīmiskās attīrīšanas iekārtu padevei ar gaisa skābekli jābūt nepārtrauktai un tādā daudzumā, lai attīrītie notekūdeņi, kas iziet no sekundārās nostādināšanas tvertnes, saturētu vismaz 2 mg/l. Skābekļa šķīdināšanas ātrums ūdenī nedrīkst būt mazāks par ātrumu, ko to patērē mikroorganismi. Sākotnējā oksidēšanās periodā skābekļa patēriņa ātrums var būt desmitiem reižu lielāks nekā procesa beigās, tas ir atkarīgs no ūdens piesārņojuma rakstura un ir proporcionāls biomasas daudzumam.

Par optimālo temperatūru notekūdeņu attīrīšanas iekārtās notiekošajiem aerobajiem procesiem tiek uzskatīta 20-30 °C, lai gan dažādu grupu baktērijām temperatūras optimālais svārstās no -8 °C līdz +85 °C. Temperatūras paaugstināšanās virs mikroorganismu fizioloģiskās normas izraisa to nāvi, un pazemināšanās tikai samazina mikroorganismu aktivitāti. Paaugstinoties temperatūrai, skābekļa šķīdība ūdenī samazinās, tāpēc siltajā sezonā nepieciešams veikt intensīvāku aerāciju, bet ziemā cirkulējošajās dūņās jāuztur augstāka mikroorganismu koncentrācija un jāpalielina ilgums. no aerācijas.

Optimāla vides reakcija nozīmīgai baktēriju daļai ir neitrāla vai tai tuva, lai gan ir sugas, kas labi attīstās skābā (sēnītes, raugs) vai nedaudz sārmainā vidē (aktinomicīti).

Normālam šūnu vielas sintēzes procesam un līdz ar to efektīvam notekūdeņu attīrīšanas procesam ir jābūt pietiekamai visu barības vielu koncentrācijai - organiskajam ogleklim (BOS), slāpeklim, fosforam.

Tās uzbūvei nelielos daudzumos papildus šūnas pamatelementiem (C, O, N, H) nepieciešami arī citi komponenti - mikroelementi (Mn, Cu, Zn, Mo, Mg, Co u.c.). Šo elementu saturs dabiskajos ūdeņos, no kuriem veidojas notekūdeņi, parasti ir pietiekams bioķīmiskai oksidēšanai. Slāpekļa trūkums kavē organisko piesārņotāju oksidēšanos un izraisa grūti nosēdināmu dūņu veidošanos. Fosfora trūkums ierosina pavedienveida baktēriju attīstību, kas ir galvenais aktīvo dūņu uzbriešanas, sliktas nosēdināšanas un izvadīšanas no attīrīšanas iekārtām, lēnākas dūņu augšanas un oksidēšanās intensitātes samazināšanās iemesls. Biogēnie elementi vislabāk uzsūcas savienojumu veidā, kuros tie atrodas mikrobu šūnās: slāpeklis - NH 4 formā un fosfors - sāļu veidā fosforskābēs. Ja trūkst slāpekļa, fosfora vai kālija, notekūdeņiem tiek pievienoti dažādi slāpekļa, kālija un fosfora mēslošanas līdzekļi. Šie elementi atrodas sadzīves notekūdeņos, tāpēc daudzas ķīmiskas vielas var toksiski iedarboties uz mikroorganismiem, izjaucot to dzīvībai svarīgās funkcijas. Šādas vielas, nonākot baktēriju šūnā, mijiedarbojas ar tās sastāvdaļām un izjauc to funkcijas, tostarp: S in, Ag, Cu, Co, Hg, Pv uc Suspendēto daļiņu daudzums nedrīkst būt lielāks par 100 mg/l. bioloģiskie filtri un 150 mg/l aerācijas tvertnēm.

Notekūdeņu attīrīšanas intensitāte un efektivitāte ir atkarīga ne tikai no mikroorganismu dzīves apstākļiem, bet arī no to daudzuma, t.i. aktīvo dūņu deva, kas tiek uzturēta aerācijas tvertnēs, parasti ir 2-4 g/l. Mikroorganismu koncentrācijas palielināšana notekūdeņos ļauj paātrināt bioloģiskās attīrīšanas procesu, bet tajā pašā laikā nepieciešams palielināt ūdenī izšķīdinātā skābekļa daudzumu, ko ierobežo piesātinājuma stāvoklis, un uzlabot masas pārneses apstākļus. . Bioloģiskai apstrādei nepieciešams izmantot “jaunas” aktīvās dūņas vecumā no 2-3 dienām. Tas neuzbriest, ir izturīgāks pret temperatūras un pH svārstībām, un tā mazās pārslas labāk nosēžas. Svarīgs nosacījums bioloģiskās attīrīšanas uzlabošanai un attīrīšanas iekārtu apjoma samazināšanai ir aktīvo dūņu reģenerācija, kas sastāv no to aerācijas, ja nav barības vielu substrāta.

Lai radītu vislabvēlīgākos apstākļus barības vielu un skābekļa masveida pārnesei uz mikrobu šūnu virsmu, nepieciešama notekūdeņu un aktīvo dūņu sajaukšana. Šajā gadījumā šķidruma turbulizācija izraisa aktīvo dūņu pārslu iznīcināšanu, to virsmas atjaunošanos, labāku šūnu apgādi ar barības vielām un skābekli, kā arī rada labvēlīgākus dzīves apstākļus mikroorganismiem.
4. Bioķīmisko metožu klasifikācija

Ir zināmas aerobās un anaerobās bioķīmiskās apstrādes metodes. Aerobikas metodes ir balstītas uz aerobo mikroorganismu grupu izmantošanu, kuru dzīvībai nepieciešama pastāvīga skābekļa plūsma un 20-40 ° C temperatūra. Mainoties temperatūras un skābekļa apstākļiem, mainās mikroorganismu sastāvs un skaits, tie tiek kultivēti aktīvās dūņās vai bioplēvē. Anaerobās metodes notiek bez skābekļa un galvenokārt tiek izmantotas dūņu apstrādei. Visu bioloģiskās attīrīšanas iekārtu komplektu var iedalīt trīs grupās atkarībā no aktīvās biomasas atrašanās vietas tajās:

1) aktīvā biomasa tiek fiksēta uz stacionāra materiāla, un notekūdeņi plānā kārtā slīd virs iekraušanas materiāla - biofiltriem;

2) aktīvā biomasa atrodas ūdenī brīvā (suspendētā) stāvoklī - aerācijas tvertnes, cirkulācijas oksidācijas kanāli, oksitanki;

3) abu variantu kombinācija biomasas izvietošanai - iegremdējamie biofiltri, biotankas, aerācijas tvertnes ar pildvielām.

Bioloģisko attīrīšanu var veikt arī dabiskos apstākļos augsnes apstrādes iekārtās un bioloģiskajos dīķos.
4.1. Aerobikas tīrīšanas metodes.

Apstrāde apūdeņošanas laukos, filtrācijas laukos un bioloģiskajos dīķos izceļas ar salīdzinoši zemām būvniecības un ekspluatācijas izmaksām, buferspēju notekūdeņu novadīšanas laikā, pH, temperatūras svārstībām un pietiekamu barības vielu izvadīšanas pakāpi no ūdens. Trūkumi ir darba sezonalitāte un zemais piesārņotāju oksidēšanās ātrums. Apūdeņošanas lauki un filtrācijas lauki ir augsnes apstrādes metodes.

Apūdeņošanas lauki ir lauksaimniecības zemes, kas īpaši paredzētas notekūdeņu attīrīšanai un vienlaikus augu audzēšanai. Filtrēšanas laukos attīrīšana tiek veikta bez augu līdzdalības. Notekūdeņu attīrīšana apūdeņošanas laukos balstās uz augsnes mikrofloras, gaisa skābekļa, saules un augu aktivitātes ietekmi. Notekūdeņu attīrīšanā dažādās pakāpēs tiek iesaistīts 1,5-2 m biezs aktīvs augsnes slānis.Organisko vielu mineralizācija galvenokārt notiek augšējais pusmetra augsnes slānis. Tajā pašā laikā palielinās augsnes auglība, kas ir saistīta ar augsnes bagātināšanu ar nitrātiem, fosforu un kāliju. Tomēr kopējais notekūdeņu sāls sastāvs nedrīkst pārsniegt 4-6 g/l, lai novērstu augsnes sāļošanos. Notekūdeņi tiek piegādāti apūdeņošanas laukiem periodiski ar 5 dienu intervālu. Ziemā vietās ar aukstām ziemām notekūdeņi ir sasaluši. Apūdeņošanas laukos izmantoto notekūdeņu savākšanai tiek izmantoti uzglabāšanas dīķi ar ietilpību, kas vienāda ar sešu mēnešu ūdens uzkrāšanos tajos.

Bioloģiskā dīķi- mākslīgi izveidoti vai dabiski rezervuāri, kuros notekūdeņu attīrīšana notiek dabisko pašattīrīšanās procesu ietekmē. Tos var izmantot gan pašattīrīšanai, gan dziļai pēcattīrīšanai notekūdeņiem, kam veikta bioloģiskā attīrīšana. Tie ir sekli rezervuāri (0,5-1 m), kurus labi silda saule un apdzīvo ūdens organismi.

Biodīķos notiekošajos procesos tiek novērots pilnīgs dabiskais organisko piesārņotāju iznīcināšanas cikls. Dažādu faktoru ietekme uz dīķu darbību var tajos radīt gan aerobos, gan aerobos-anaerobos apstākļus. Dīķus, kas pastāvīgi darbojas aerobos apstākļos, sauc par aerētiem, savukārt dīķus ar mainīgiem apstākļiem sauc par fakultatīviem.

Aerobos apstākļus dīķos var uzturēt vai nu ar dabisku skābekļa piegādi no atmosfēras un fotosintēzi, vai ar piespiedu gaisa ievadīšanu ūdenī. Tāpēc tiek nošķirti dīķi ar dabisko un mākslīgo aerāciju. Ūdens uzturēšanās laiks dīķos ar dabisko aerāciju svārstās no 7 līdz 60 dienām. Kopā ar notekūdeņiem no sekundārajām nostādināšanas tvertnēm tiek izvadītas aktīvās dūņas, kas ir sēklas materiāls. Tīrīšanas efektivitāti dīķos nosaka gada laiks, aukstajā periodā tā strauji samazinās.

Dīķiem ar mākslīgo aerāciju ir ievērojami mazāks tilpums un nepieciešamā attīrīšanas pakāpe parasti tiek sasniegta 1-3 dienās.

Biofiltri - mākslīgās bioloģiskās attīrīšanas konstrukcijas - ir apaļas vai taisnstūrveida konstrukcijas no ķieģeļiem vai dzelzsbetona, noslogotas ar filtru materiālu, uz kuru virsmas veidojas bioplēve. Notekūdeņi tiek filtrēti caur iekraušanas slāni, kas pārklāts ar mikroorganismu plēvi, kuras dzīvībai svarīgās aktivitātes dēļ tiek veikta attīrīšana. Izlietotā (mirušo) bioplēve tiek nomazgāta ar plūstošiem notekūdeņiem un izņemta no biofiltra.

Pamatojoties uz iekraušanas materiāla veidu, biofiltrus iedala divās kategorijās: ar tilpuma (granulētu) un plakanu iekraušanu. Kā granulu iekraušana tiek izmantota šķembas, grants, oļi, izdedži, keramzīts, keramikas un plastmasas gredzeni, kubi, bumbiņas, cilindri u.c. Plakanā iekraušana sastāv no metāla, auduma un plastmasas sietiem, režģiem, blokiem, gofrētām loksnēm, plēvēm utt., kas bieži sarullētas ruļļos.

Biofiltrus ar tilpuma slodzi iedala pilināmajos, lielas slodzes un torņos. Pilienveida biofiltri ir pēc konstrukcijas vienkāršākie, tie ir noslogoti ar smalkas frakcijas materiālu 1-2 m augstumā un ar jaudu līdz 1000 m 3 /dienā, tie nodrošina augstu attīrīšanas pakāpi. Augstas slodzes filtros izmanto lielāka izmēra iekraušanas gabalus, un to augstums ir 2-4 m. Iekraušanas augstums torņu filtros sasniedz 8-16 m. Pēdējie divu veidu filtri tiek izmantoti pie notekūdeņu plūsmas ātruma uz augšu līdz 50 tūkstošiem m 3 / dienā, gan pilnīgai, gan nepilnīgai bioloģiskai attīrīšanai.

Bioloģiskiem filtriem ar plakanu slodzi ir ievērojami lielāka oksidācijas spēja nekā filtriem ar tilpuma slodzi. Oksidēšanas spēja ir skābekļa šķīdināšanas ātrums pilnībā dezoksigenēta ūdens aerācijas laikā atmosfēras spiedienā un temperatūrā 20 °C (g O 2 /h)); Tam tuvs ir oksidatīvās jaudas jēdziens - piesārņojošo vielu oksidācijas reakciju ātrums (g O 2 / (m 3 h)).

Starpposmu starp aerācijas tvertnēm un biofiltriem ieņem iegremdējamie biofiltri un biotvertnes-biofiltri.

Iegremdējamie (disku) biofiltri ir rezervuārs, kurā atrodas rotējoša vārpsta ar uz tiem uzstādītiem diskiem, kas pārmaiņus saskaras ar notekūdeņiem un gaisu. Disku izmērs ir 0,5-3 m, attālums starp tiem ir 10-20 mm, tie var būt no metāla, plastmasas un azbestcementa, disku skaits uz vārpstas ir no 20 līdz 200 . Biotvertnes biofiltrs ir korpuss, kas satur paplātes iekraušanas elementus, kas sakārtoti šaha formā. Šos elementus no augšas apūdeņo ar ūdeni, kas, tos piepildot, plūst pa malām uz leju. Uz elementu ārējām virsmām veidojas bioplēve, un iekšpusē veidojas biomasa, kas atgādina aktīvās dūņas. Dizains nodrošina augstu veiktspēju un tīrīšanas efektivitāti.

Balstoties uz gaisa ieplūdes principu aerējamās slodzes biezumā, biofiltri var būt ar dabisko un piespiedu aerāciju.

Bioloģisko filtru palaišanas periodā uz barības gabaliņiem tiek uzaudzēta bioloģiskā plēve. Šīs filmas galvenais aģents ir mikrobu populācija. Bioplēves mikroorganismi izmanto organiskos piemaisījumus notekūdeņos kā uztura un elpošanas avotus, un palielinās bioplēves masa. Palielinoties plēves biezumam, tā mirst un tiek izskalota ar plūstošiem notekūdeņiem. Biofiltrā attīrītais ūdens kopā ar atmirušās bioplēves daļiņām nonāk sekundārajā nostādināšanas tvertnē. Bioplēves masas struktūras augstās noturēšanas spējas dēļ bioloģiski aktīvā materiāla pārstrāde parasti nav paredzēta.

Saņemot notekūdeņus ar BSP > 300 mg/l, lai izvairītos no biežas biofiltra virsmas aizsērēšanas, tiek nodrošināta recirkulācija - daļas attīrītā ūdens atgriešana sākotnējo notekūdeņu atšķaidīšanai. Attīrīta ūdens recirkulācija palielina izšķīdušā skābekļa saturu maisījumā, saglabā vienmērīgāku hidraulisko slodzi un izlīdzina bioplēves koncentrāciju visā konstrukcijas augstumā. Tomēr tas palielina nepieciešamību pēc nostādināšanas tvertnes tilpumiem un palielina enerģijas patēriņu ūdens sūknēšanai.

Notekūdeņu sadale pa biofiltra virsmu tiek veikta ar stacionāriem sprinkleriem (sprinkleriem) vai rotējošiem strūklas sprinkleriem ar ciklisku ūdens padevi 5-10 minūtes.

Biofiltru izmantošanu ierobežo to aizsērēšanas iespēja, oksidatīvās jaudas samazināšanās ekspluatācijas laikā, nepatīkamu smaku parādīšanās un vienmērīgas plēves augšanas grūtības.

Tīrīšana aerācijas tvertnēs. Liela apjoma notekūdeņu aerobā bioloģiskā attīrīšana tiek veikta aerācijas tvertnēs - dzelzsbetona gāzveida konstrukcijās ar brīvi peldošām aktīvām dūņām attīrītā ūdens apjomā, kuru biopopulācija iztikai izmanto notekūdeņu piesārņojumu.

Aerotankas var klasificēt pēc šādiem kritērijiem:

1) pēc plūsmas struktūras - aerācijas tvertnes-izspiedēji, aerācijas tvertnes-maisītāji un aerācijas tvertnes ar izkliedētu atkritumu šķidruma ieplūdi (vidējais veids);

2) pēc aktīvo dūņu reģenerācijas metodes - aerācijas tvertnes ar atsevišķiem vai kombinētiem dūņu reģeneratoriem;

3) pēc aktīvo dūņu slodzes - lielas slodzes (nepilnīgai attīrīšanai), parastā un mazslodzes (ar pagarinātu aerāciju);

4) pēc posmu skaita - viena, divu un daudzpakāpju;

5) pēc notekūdeņu ievadīšanas veida - caurtece, puscaurtece, ar mainīgu darbības līmeni, kontakts;

6) pēc aerācijas veida - pneimatiskā, mehāniskā, kombinētā hidrodinamiskā vai pneimomehāniskā;

7) pēc konstrukcijas raksturlielumiem - taisnstūrveida, apaļas, kombinētas, šahtas, filtru tvertnes, flotācijas tvertnes utt.

Aerotankus izmanto ārkārtīgi plašā notekūdeņu plūsmas ātruma diapazonā no vairākiem simtiem līdz miljoniem kubikmetru dienā.

Aerācijas tvertnēs-maisītājos slodze uz dūņām un piesārņotāju oksidēšanās ātrums praktiski nemainās visā konstrukcijas garumā. Tie ir vispiemērotākie koncentrētu (BOSP līdz 1000 mg/l) rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai ar būtiskām to plūsmas ātruma un piesārņotāju koncentrācijas svārstībām. Aerācijas tvertnēs-izspiestājos piesārņotāju slodze uz dūņām un to oksidēšanās ātrums svārstās no augstākajām vērtībām konstrukcijas sākumā līdz zemākajai tās beigās. Šādas konstrukcijas tiek izmantotas, ja tiek nodrošināta pietiekami viegla aktīvo dūņu adaptācija. Aerācijas tvertnēs ar izkliedētu ūdens padevi visā garumā, vienību slodzes uz dūņām samazinās un kļūst vienmērīgas. Šādas iekārtas izmanto rūpniecisko un sadzīves notekūdeņu maisījumu attīrīšanai. Aerācijas tvertnes darbība ir nesaraujami saistīta ar sekundārās nostādināšanas tvertnes normālu darbību, no kuras aktīvās dūņas tiek nepārtraukti iesūknētas aerācijas tvertnē. Sekundārās nostādināšanas tvertnes vietā var izmantot flotatoru, lai atdalītu dūņas no ūdens.

Vienpakāpes shēmā bez reģeneratora notekūdeņu attīrīšanas procesu nav iespējams pastiprināt. Reģeneratora klātbūtnē tajā beidzas oksidācijas procesi un dūņas iegūst savas sākotnējās īpašības. Vienpakāpes shēmas bez dūņu reģenerācijas izmanto pie BSP 150 mg/l. Divpakāpju shēmu izmanto, ja organisko piesārņotāju sākotnējā koncentrācija ūdenī ir augsta, kā arī tad, ja ūdenī ir vielas, kuru oksidācijas pakāpe krasi atšķiras. Pirmajā attīrīšanas posmā notekūdeņu BSP tiek samazināts par 50-70%.

Lai nodrošinātu normālu bioloģiskās oksidācijas procesa norisi, aerācijas tvertnē nepārtraukti jāpavada gaiss. Aerācijas sistēma ir konstrukciju un speciālu iekārtu komplekss, kas apgādā šķidrumu ar skābekli, uztur dūņas suspensijā un pastāvīgi sajauc notekūdeņus ar dūņām. Lielākajai daļai aerācijas tvertņu veidu aerācijas sistēma nodrošina šo funkciju vienlaicīgu izpildi. Saskaņā ar metodi gaisa izkliedēšanai ūdenī praksē tiek izmantotas šādas aerācijas sistēmas: pneimatiskā, mehāniskā, pneimomehāniskā un strūklas. Mūsu valstī pneimatiskā aerācijas sistēma ir kļuvusi plaši izplatīta.

Moderna aerācijas tvertne ir tehnoloģiski elastīga konstrukcija, kas ir koridora tipa dzelzsbetona tvertne, kas aprīkota ar aerācijas sistēmu. Aerācijas tvertņu darba dziļums tiek ņemts no 3 līdz 6 m, koridora platuma attiecība pret darba dziļumu ir no 1:1 līdz 2:1. Aerācijas tvertnēm un reģeneratoriem sekciju skaitam jābūt vismaz divām; ar ražīgumu līdz 50 tūkst.m 3 /dienā tiek piešķirtas 4-6 sekcijas, ar lielāku produktivitāti 8-10 sekcijas, visas strādā. Katra sadaļa sastāv no 2-4 koridoriem.

Izspiešanas aerācijas tvertnes ir garas koridora konstrukcijas, kurās ūdens un aktīvās dūņas tiek pievadītas konstrukcijas sākumam, un dūņu maisījums tiek novadīts tās beigās. Šajā gadījumā praktiski netiek sajaukts ienākošais ūdens ar iepriekš saņemto. Šādas aerācijas tvertnes sastāv no vairākiem koridoriem un var būt ar iebūvētu reģeneratoru vai bez tā. Šādu aerācijas tvertņu garums sasniedz 50-150 m, un tilpums ir no 1,5 līdz 30 tūkstošiem m 3. Lielā mērā pārvietošanas režīms atbilst šūnu tipa aerācijas tvertņu konstrukcijai, tās ir taisnstūrveida plānojuma struktūrās, sadalītas vairākos nodalījumos ar šķērseniskām starpsienām. Maisījums no pirmā nodalījuma nonāk otrajā (no apakšas), no otrā uz trešo tas plūst caur starpsienu (no augšas) utt. Katrā šūnā ir izveidots pilnīgs sajaukšanas režīms, un vairāku secīgu maisītāju summa veido gandrīz ideālu izspiestāju. Tas novērš ūdens atgriešanos un nenotiek gareniskā sajaukšanās.

Notekūdeņi un dūņas aerācijas tvertnēs-maisītājos tiek piegādāti un izvadīti vienmērīgi gar konstrukcijas garajām malām. Tiek uzskatīts, ka ienākošais maisījums ļoti ātri (aprēķinos uzreiz) sajaucas ar visas aerācijas tvertnes saturu. Tas ļauj vienmērīgi sadalīt organiskos piesārņotājus un izšķīdušo skābekli un nodrošināt konstrukcijas darbību nemainīgos apstākļos un lielās slodzēs. Aerācijas tvertnes-maisītāja koridora platums ir 3-9 m, koridoru skaits 2-4, garums līdz 150 m.

Salīdzinājumā ar aerācijas tvertnēm-izspiedējiem, aerācijas tvertnēm-maisītājiem attīrītajā ūdenī ir augsta piemaisījumu koncentrācija. Tāpēc ieteicams tos izmantot koncentrētu notekūdeņu attīrīšanai pirmajā posmā, bet aerācijas tvertnes-izspiedējus - otrajā posmā.

Aero tanki- maisītājus var savienot ar sekundārajām nostādināšanas tvertnēm un izgatavot no tām atsevišķi. Aero-nosēdināšanas tvertnes (aeropaātrinātāji) ir kompaktas, ļauj palielināt dūņu maisījuma recirkulāciju, neizmantojot īpašas sūkņu stacijas, uzlabo nostādināšanas tvertnes skābekļa režīmu un palielina dūņu devu līdz 3-5 g/ l, attiecīgi palielinot oksidatīvo jaudu.

Vidējā tipa aerācijas tvertnēs ir apvienoti pārvietošanas aerācijas tvertņu un maisīšanas aerācijas tvertņu elementi. Tajos ietilpst aerācijas tvertnes ar izkliedētu ūdens padevi un koncentrētu aktīvo dūņu padevi, kā arī aerācijas tvertņu-maisītāju kaskāde. Tie rada apstākļus augstākai aktīvo dūņu vidējai koncentrācijai nekā aerācijas tvertnēs-izspiestājos, un nodrošina augstāku tīrīšanas kvalitāti nekā aerācijas tvertnēs-maisītājos. Tie tiek veikti divu vai četru koridoru konstrukciju veidā. Kapitāla izmaksas šādu aerācijas tvertņu izbūvei tiek samazinātas vismaz par 15%, salīdzinot ar iepriekš apskatītajām, vienlaikus saglabājot augstu tīrīšanas kvalitāti.

Oksitankas ir paredzētas notekūdeņu bioķīmiskai attīrīšanai, kur gaisa vietā tiek izmantots tehniskais skābeklis. Pateicoties tam, tiek radīti apstākļi aktīvo dūņu devas palielināšanai (līdz 6-10 g/l), tiek samazināts enerģijas patēriņš aerācijai, palielināta oksidatīvā jauda (5-10 reizes lielāka nekā aerācijas tvertnēm) un skābekļa izmantošanas efektivitāte ir 90-95%.

Tipiskās bioķīmiskās attīrīšanas shēmas parasti ietver vairākas iekārtas notekūdeņu vidējai noteikšanai, to mehāniskai attīrīšanai, faktisko bioloģisko attīrīšanas iekārtu, ierīces reaģentu sagatavošanai un dozēšanai, notekūdeņu pēcapstrādei un dūņu attīrīšanai. Shēmas var būt vienpakāpes vai daudzpakāpju. Saskaņā ar iepriekš minēto shēmu tiek veikta rūpniecisko un sadzīves notekūdeņu kopīga attīrīšana. Ar šādu tīrīšanu process norit stabilāk un pilnīgāk, jo Sadzīves notekūdeņi satur barības vielas un arī atšķaida rūpnieciskos notekūdeņus. Notekūdeņi, kas iepriekš attīrīti mehāniskās attīrīšanas iekārtās, tiek nosūtīti bioloģiskai attīrīšanai aerācijas tvertnēs ar reģeneratoriem. Sekundārajās nostādināšanas tvertnēs izdalītās aktīvās dūņas tiek sadalītas divās plūsmās: cirkulējošās dūņas, izmantojot sūkņu staciju, tiek iesūknētas reģeneratorā un pēc tam aerācijas tvertnē, liekās dūņas tiek nosūtītas attīrīšanai uz primārajām nostādināšanas tvertnēm. Attīrīts ūdens tiek hlorēts un nosūtīts uz rezervuāru vai atgriezts ražošanā. Atdalītās dūņas tiek pārstrādātas bioreaktoros un atūdeņotas uz dūņu gultām, bet fermentācijas laikā izdalītā gāze tiek sadedzināta katlu telpā.
4.2. Anaerobās tīrīšanas metodes.

Notekūdeņu dūņu neitralizācijai un koncentrētu notekūdeņu priekšattīrīšanai var izmantot anaerobās fermentācijas procesu. Atkarībā no gala produkta veida izšķir šādus fermentācijas veidus: spirtu, propionskābi, pienskābi, metānu u.c. Fermentācijas galaprodukti ir spirti, skābes, acetons, fermentācijas gāzes (CO 2, H 2, CH 4).

Metāna fermentāciju izmanto notekūdeņu attīrīšanai. Šis process ir sarežģīts un sastāv no daudziem posmiem, metāna fermentācijā izšķir divas fāzes. Pirmajā fermentācijas fāzē (skābā) tiek sadalītas kompleksās organiskās vielas, veidojoties organiskajām skābēm, kā arī spirti, amonjaks, acetons, H 2 S, CO 2, H 2 u.c., kā rezultātā. notekūdeņus paskābina līdz pH = 5-6. Pēc tam metāna baktēriju (sārma fāze) iedarbībā skābes tiek iznīcinātas, veidojot CH 4 un CO 2. Tiek uzskatīts, ka transformācijas ātrumi abās fāzēs ir vienādi. Vidēji organisko savienojumu sadalīšanās pakāpe ir 40%.

Metāna fermentācijas procesi tiek veikti bioreaktoros - hermētiski noslēgtās tvertnēs, kas aprīkotas ar ierīcēm apstrādāto dūņu ievadīšanai un raudzēto dūņu izvadīšanai.

Fermentācijas procesus veic mezofilos (30-35 °C) un termofīlos (50-55 °C) apstākļos. Termofīlos apstākļos organisko savienojumu iznīcināšana notiek intensīvāk. Bioreaktors ir dzelzsbetona tvertne ar konisku dibenu, kas aprīkota ar ierīci gāzes uztveršanai un izvadīšanai, kā arī aprīkota ar sildītāju un maisītāju. Tiek izmantoti pārstrādes aparāti ar diametru līdz 20 m un lietderīgo tilpumu līdz 4000 m 3.

Notekūdeņu fermentācijas process tiek veikts divos posmos. Šajā gadījumā daļa nogulšņu no otrā bioreaktora tiek atgriezta atpakaļ pirmajā, kur tiek nodrošināta laba sajaukšanās. Fermentācijas laikā izdalās gāzes ar vidējo CH 4 saturu - 63-65%, CO 2 - 32-34%. Gāzes siltumspēja ir 23 MJ/kg, to sadedzina tvaika katlu krāsnīs. Iegūtais tvaiks tiek izmantots nogulumu sildīšanai bioreaktoros vai citiem mērķiem.

Bibliogrāfija

1. 
   Vides aizsardzības tehnoloģija /Rodionovs A.I., Klushin V.N., Torocheshnikov N.S. Mācību grāmata augstskolām. – M.: Ķīmija, 1989.

1. 
   Komarova L.F., Kormina L.A. Inženiermetodes vides aizsardzībai. Tehnoloģija atmosfēras un hidrosfēras aizsardzībai no rūpnieciskā piesārņojuma: mācību grāmata. - Barnaula, 2000.

Šīs metodes izmanto sadzīves un rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanai no daudzām šķīstošām organiskām un dažām neorganiskām (sērūdeņraža, amonjaka, sulfīdu, nitrītu u.c.) vielām. Attīrīšanas procesa pamatā ir mikroorganismu spēja dzīvības procesā izmantot uzturā uzskaitītās vielas - organiskās vielas mikroorganismiem ir oglekļa avots. Bioķīmiskā notekūdeņu attīrīšana var notikt aerobos (bioķīmiskā oksidēšanās) un anaerobos (bioloģiskās sadalīšanās) apstākļos.

Anaerobā ārstēšana notiek anaerobo mikroorganismu ietekmē, kā rezultātā samazinās notekūdeņos esošo organisko piesārņotāju daudzums, jo tie pārvēršas gāzēs (metānā, oglekļa dioksīdā) un izšķīdušos sāļos, kā arī pieaug anaerobo augu biomasa. Sadalīšanās notiek 2 fāzēs: pirmkārt, organiskās vielas pārvēršas organiskās skābēs un spirtos (pirmā mikroorganismu grupa), un pēc tam organiskās skābes un spirti pārvēršas metānā un oglekļa dioksīdā (otrā mikroorganismu grupa).

Process kopumā ir atkarīgs no abām mikroorganismu grupām labvēlīgas vides uzturēšanas, un līdzsvaram starp fāzēm jābūt tādam, lai skābes tiktu izvadītas tādā pašā ātrumā, kādā tās veidojas. Anaerobo metodi galvenokārt izmanto anaerobās apstrādes laikā radušos lieko aktīvo dūņu šķelšanai.

Attīrīšana anaerobos apstākļos notiek ūdenī izšķīdināta skābekļa klātbūtnē, kas atspoguļo dabā sastopamo rezervuāru dabiskā pašattīrīšanās procesa modifikāciju. Rūpniecisko notekūdeņu bioloģiskajā attīrīšanā visizplatītākie ir tie procesi, kuros izmanto aktīvās dūņas, ko veic aerācijas tvertnēs. Aktīvās dūņas rodas suspendēto daļiņu dēļ, kas nesaglabājas nostādināšanas laikā, un koloidālo vielu dēļ, uz kurām vairojas mikroorganismi. Aktīvās dūņas gāzētā šķidrumā ievērojami paātrina oksidācijas procesus un rada apstākļus organisko vielu adsorbcijas procesiem.

Organisko vielu iznīcināšana līdz oglekļa dioksīdam un citiem nekaitīgiem oksidācijas produktiem notiek biocenozes dēļ, t.i. visu baktēriju un vienšūņu mikroorganismu komplekss, kas attīstās noteiktā struktūrā. Mikroorganismu notekūdeņu organisko komponentu patēriņš notiek 3 posmos: 1) organisko vielu un skābekļa masas pārnese no šķidruma uz šūnas virsmu; 2) vielas un skābekļa difūzija caur puscaurlaidīgo šūnu membrānu; 3) izkliedēto produktu metabolisms, ko pavada biomasas palielināšanās, enerģijas, oglekļa dioksīda u.c.

Bioloģiskās notekūdeņu attīrīšanas intensitāti un efektivitāti nosaka baktēriju sadalīšanās ātrums.

Bioloģisko notekūdeņu attīrīšanu var veikt dabiskos vai mākslīgos apstākļos.

Dabiskajos apstākļos tiek izmantoti speciāli sagatavoti zemes gabali (apūdeņošanas un filtrācijas lauki) vai bioloģiskie dīķi. Tie ir 0,5¸1 m dziļi zemes rezervuāri, kuros notiek tādi paši procesi kā rezervuāra pašattīrīšanās laikā.

Apūdeņošanas lauki– īpaši sagatavoti zemes gabali, kas tiek izmantoti vienlaikus notekūdeņu attīrīšanai un lauksaimniecības vajadzībām, t.i. graudu un skābbarības kultūru, garšaugu, dārzeņu audzēšanai, kā arī krūmu un koku stādīšanai. Filtrēšanas lauki ir paredzēti tikai notekūdeņu bioloģiskai attīrīšanai.

Apūdeņošanas lauki un bioloģiskie dīķi atrodas uz reljefa, kurā ir pakāpenisks slīpums, lai ūdens gravitācijas ceļā plūstu no vienas teritorijas uz otru. Piesārņotāju attīrīšana notiek, filtrējot ūdeni caur augsni, kurā tiek saglabātas suspendētās un koloidālās daļiņas, veidojot plēvi augsnes porās. Skābekļa iekļūšana augsnes dziļajos slāņos ir apgrūtināta, tāpēc vissmagākā oksidēšanās notiek augšējos augsnes slāņos, t.i. dziļumā līdz 0,2¸0,4 m.

Bioloģiskie dīķi– paredzētas bioloģiskai attīrīšanai un notekūdeņu pēcattīrīšanai kombinācijā ar citām attīrīšanas iekārtām. Tie ir izgatavoti dīķu kaskādes formā, kas sastāv no 3-5 pakāpieniem. Notekūdeņu attīrīšanas process tiek realizēts pēc šādas shēmas: piesārņojošo vielu oksidēšanai baktērijas izmanto skābekli, ko fotosintēzes laikā izdala aļģes, kā arī skābekli no gaisa. Aļģes patērē oglekļa dioksīdu, fosfātus un amonjaka slāpekli, kas izdalās organisko vielu bioķīmiskās sadalīšanās laikā. Tāpēc normālai dīķu darbībai ir nepieciešams uzturēt optimālas pH vērtības un notekūdeņu temperatūru. Temperatūrai jābūt vismaz 6°C, tāpēc ziemā dīķi netiek izmantoti.

Ir dīķi ar dabisko un mākslīgo aerāciju. Dīķu ar dabisko virszemes aerāciju dziļums nepārsniedz 1 m Mākslīgi aerējot dīķus, izmantojot mehāniskos aeratorus vai pūšot gaisu caur ūdens stabu, to dziļums palielinās līdz 3 m Mākslīgās aerācijas izmantošana paātrina ūdens attīrīšanas procesus. Dīķu trūkumi ir zemā oksidēšanas spēja, ekspluatācijas sezonalitāte un nepieciešamība pēc lielām platībām.

Mākslīgās bioloģiskās apstrādes iekārtas Pēc aktīvās biomasas izvietojuma tajos tās var iedalīt 2 grupās: 1) attīrītajos notekūdeņos suspendēta aktīvā biomasa (aerotankas, oksitankas); 2) aktīvā biomasa tiek fiksēta uz stacionāra materiāla, un notekūdeņi plūst ap to plānā kārtiņā (biofiltri).

Aero tanki Tās ir dzelzsbetona tvertnes, taisnstūrveida plānā, sadalītas ar starpsienām atsevišķos gaiteņos.

Notekūdeņi pēc mehāniskās attīrīšanas iekārtām tiek sajaukti ar atgriezeniskās aktīvās dūņas (biocenoze) un, secīgi ejot cauri aerācijas tvertnes koridoriem, nonāk sekundārajā nostādināšanas tvertnē. Attīrīto notekūdeņu uzturēšanās laiks aerācijas tvertnē atkarībā no tā sastāva svārstās no 6 līdz 12 stundām. Šajā laikā lielāko daļu organisko piesārņotāju apstrādā aktīvo dūņu biocenoze. Lai aktīvās dūņas uzturētu suspensijā, tās intensīvi maisot un apstrādāto maisījumu piesātina ar gaisa skābekli, aerācijas tvertnēs tiek uzstādītas dažādas aerācijas sistēmas (parasti mehāniskās vai pneimatiskās). No aerācijas tvertnēm attīrīto notekūdeņu un aktīvo dūņu maisījums nonāk sekundārajā nostādināšanas tvertnē, no kuras aktīvās dūņas, kas nosēdušās līdz apakšai, ar speciālām ierīcēm (dūņu sūkņiem) tiek novadītas sūkņu stacijas rezervuārā un attīrītas. notekūdeņi tiek piegādāti vai nu tālākai attīrīšanai, vai arī tiek dezinficēti. Bioloģiskās oksidācijas procesā palielinās aktīvo dūņu biomasa. Lai radītu optimālus apstākļus to kalpošanas laikam, liekās dūņas tiek izņemtas no sistēmas un nosūtītas uz dūņu apstrādes iekārtām, un galvenā daļa atgriezto dūņu veidā tiek atgriezta aerācijas tvertnē.

Attīrīšanas iekārtu kompleksos, kas ietver aerācijas tvertnes, ir no vairākiem desmitiem līdz 2¸3 miljoniem m3 notekūdeņu dienā.

Gaisa vietā notekūdeņu pneimatiskajai aerācijai var piegādāt tīru skābekli. Šim procesam tiek izmantotas oksitankas, kas pēc konstrukcijas nedaudz atšķiras no aerācijas tvertnēm. Oksitenku oksidatīvā spēja ir 3 reizes lielāka.

Biofiltri atrast plašu pielietojumu ar ikdienas sadzīves un rūpniecisko notekūdeņu patēriņu līdz 20-30 tūkstošiem m 3 dienā. Biofiltru svarīgākā sastāvdaļa ir iekraušanas materiāls. Pamatojoties uz iekraušanas materiāla veidu, tos iedala 2 kategorijās: ar tilpuma un plakanu iekraušanu. Biofiltri ir apaļas un taisnstūrveida tvertnes, kas ir piepildītas ar iekraušanas materiālu. Tilpuma materiāls, kas sastāv no grants, keramzīta, izdedžiem ar frakcijas lielumu 15¸80 mm, pēc frakciju šķirošanas tiek piepildīts ar 2¸4 m augstu slāni. izgatavoti no plastmasas, keramikas, metāla) un mīkstiem (velmēta auduma) blokiem, kas montēti biofiltra korpusā 8 m biezā slānī.

Virs iekraušanas materiāla virsmas pievadītie notekūdeņi tiek vienmērīgi sadalīti pa to, savukārt uz materiāla virsmas veidojas bioloģiskā plēve (biocenoze), līdzīgi kā aktīvās dūņas aerācijas tvertnēs. Iekraušanas materiālu atbalsta režģa dibens, pa kura atverēm attīrītie notekūdeņi nonāk biofiltra cietajā dibenā un, izmantojot paplātes, tiek novadīti no biofiltra sekundārajā nostādināšanas tvertnē.

Biofiltri ar tilpuma slodzi ir efektīvi pilnīgai bioloģiskai apstrādei. Pilnīgai bioloģiskai attīrīšanai var izmantot arī biofiltrus ar plakanu slodzi, taču lietderīgāk tos izmantot kā pirmo divu posmu bioloģiskās attīrīšanas posmu, kad notiek augsti koncentrētu rūpniecisko notekūdeņu eksplozijas vai ja tiek rekonstruēti attīrīšanas kompleksi.

Ekspluatējot bioloģiskās attīrīšanas iekārtas, ir jāievēro to ekspluatācijas tehnoloģiskie noteikumi, jāizvairās no pārslodzes un īpaši toksisko komponentu zalves, jo šādi pārkāpumi var negatīvi ietekmēt organismu dzīvi. Tāpēc bioloģiskajai attīrīšanai nosūtītajos notekūdeņos naftas un naftas produktu saturam jābūt ne vairāk kā 25 mg/l, virsmaktīvo vielu - ne vairāk kā 50 mg/l, izšķīdušo sāļu - ne vairāk kā 10 g/l.

Bioloģiskā attīrīšana nenodrošina pilnīgu visu patogēno baktēriju iznīcināšanu notekūdeņos. Tāpēc pēc tā ūdens tiek dezinficēts ar šķidru hloru vai balinātāju, ozonēšanu, ultravioleto starojumu, elektrolīzi vai ultraskaņu.

Attīrīto notekūdeņu dezinfekcija tiek veikta, lai iznīcinātu tajos esošās patogēnās baktērijas, vīrusus un mikroorganismus; dezinfekcijas efektam jābūt gandrīz 100%. Tāpēc pēc pilnīgas attīrīšanas notekūdeņos tiek ievadīti hlora savienojumi vai citi spēcīgi oksidētāji (ozons), kas pasargā ūdenstilpes no patogēnu iekļūšanas tajos.

Dabiskajiem ūdeņiem, cilvēku veselībai, dzīvniekiem un zivīm visbīstamākie ir dažādi radioaktīvie atkritumi, kas rodas atomelektrostacijās kodoldegvielas pārstrādes laikā. Radioaktīvo piesārņojumu saturošu notekūdeņu attīrīšana ir atkarīga no aktivitātes līmeņa un sāļuma. Ūdeņus ar zemu sāļumu apstrādā ar jonu apmaiņas un aluviālajiem filtriem. Pie liela sāls satura tiek izmantotas elektrodialīzes un iztvaicēšanas metodes, un atlikušie piesārņotāji tiek noņemti, izmantojot jonu apmaiņas iekārtas. Visi notekūdeņi ar radioaktivitāti virs pieļaujamā līmeņa tiek novadīti speciālos pazemes rezervuāros vai iesūknēti dziļos pazemes drenāžas baseinos.

Notekūdeņos ir organiskas un neorganiskas izcelsmes vielas, ar daudz vairāk organisko. Un, ja vienkāršākais veids, kā atbrīvoties no neorganiskajiem ieslēgumiem, ir mehāniski, tad organisko piemaisījumu noņemšanai ir vajadzīgas citas metodes. Viena no galvenajām ir bioloģiskā notekūdeņu attīrīšana. Par tā īpašībām, šķirnēm un tehnoloģijām jūs uzzināsit šajā rakstā.

Ūdens ir dzīvība, bet mēs to patērējam tīru un atdodam atpakaļ netīru. Ja notekcaurules netiks iztīrītas, tad pavisam drīz pienāks daudzu zinātniskās fantastikas aprakstītais “dārgā mitruma” laiks. Daba var attīrīt ūdeni pati, taču šie procesi norit ļoti lēni. Pieaug cilvēku skaits, palielinās arī ūdens patēriņa apjoms, tāpēc organizētas un rūpīgas notekūdeņu attīrīšanas problēma ir īpaši aktuāla. Visefektīvākā ūdens attīrīšanas tehnoloģija ir bioloģiskā. Bet, pirms apsvērt tā darbības pamatprincipus, jums ir jāsaprot ūdens sastāvs.

Sadzīves notekūdeņu sastāvs

Jebkurā mājā ar tekošu ūdeni ir arī kanalizācijas sistēma. Tas nodrošina normālus procesus notekūdeņu novadīšanai no dzīvokļiem un mājām uz attīrīšanas stacijām. Kanalizācijas caurulēs ir parasts ūdens, bet tas ir piesārņots. Tajā ir tikai 1% piemaisījumu, bet tieši tas padara notekūdeņus nederīgus turpmākai izmantošanai. Tikai pēc attīrīšanas ūdeni var atkārtoti izmantot dzeršanai un ikdienas lietošanai.

Precīzu notekūdeņu sastāvu nevar nosaukt, jo tas ir atkarīgs no speciālā parauga ņemšanas vietas, taču pat tajā pašā vietā piemaisījumu daudzums un kopums var atšķirties. Visbiežāk ūdens satur cietas daļiņas, bioloģiskus piemaisījumus un neorganiskus ieslēgumus. Ar neorganiskām vielām viss ir vienkārši – pat visvienkāršākais filtrs to noņem, bet ar organiskajām vielām būs jācīnās. Ja nekas netiek darīts, šīs vielas sāk sadalīties un veido puves nogulsnes (tātad nepatīkama raksturīgā “notekūdeņu smaka”). Turklāt sāk pūt ne tikai sadalītās organiskās vielas, bet arī ūdens.

Īsāk sakot, notekūdeņi satur taukus, virsmaktīvās vielas, fosfātus, hlorīdu un slāpekļa savienojumus, naftas produktus un sulfātus. Viņi nevar paši pazust no ūdens - tiem nepieciešama visaptveroša tīrīšana. Īpaši aktuāla problēma ir tajās mājās, kurām ir autonoma kanalizācijas un ūdens apgādes sistēma, jo katrā vietā ir gan ūdenskrātuve, gan ūdens aka. Ja notekas netiek iztīrītas, tās var nonākt krānā – un situācija var kļūt dzīvībai bīstama.

Sadzīves un rūpniecisko notekūdeņu attīrīšanas metodes

Notekūdeņi var pašattīrīties dabiskos apstākļos, bet tikai tad, ja to tilpums ir mazs. Tā kā rūpniecības nozare mūsdienās ir ļoti attīstīta, izplūdes atverē rodas ievērojams notekūdeņu apjoms. Un, lai iegūtu tīru ūdeni, cilvēkam ir jāatrisina notekūdeņu jautājums - tas ir, tie jāattīra. Ir vairākas notekūdeņu attīrīšanas metodes - mehāniskā, ķīmiskā, fizikāli ķīmiskā un bioloģiskā. Sīkāk apskatīsim katra no tām iezīmes.

Mehāniskā tīrīšana ietver tādu paņēmienu izmantošanu kā filtrēšana un sedimentācija. Galvenie instrumenti ir režģi, sieti, filtri, slazdi un slazdi. Kad ūdens tiek primāri attīrīts, tas nonāk nostādināšanas tvertnē - konteinerā, kas paredzēts notekūdeņu nosēdināšanai, veidojot nogulsnes. Mehāniskā tīrīšana tiek izmantota lielākajā daļā mūsdienu sistēmu, bet reti kā neatkarīga metode. Lieta tāda, ka tas nav piemērots ķīmisko komponentu un organisko piemaisījumu noņemšanai.

Ķīmiskā attīrīšana tiek veikta, izmantojot reaģentus - īpašas ķīmiskas vielas, kas reaģē ar ūdenī esošajiem piemaisījumiem un veido nešķīstošas ​​nogulsnes. Rezultātā šķīstošās suspendētās vielas saturs samazinās par 25%, bet nešķīstošās – par 95%.

Fizikāli ķīmiskā attīrīšana ietver tādu paņēmienu izmantošanu kā oksidēšana, koagulācija, ekstrakcija utt. Šie procesi dod iespēju no ūdens atdalīt neorganiskos ieslēgumus un iznīcināt slikti oksidētos organiskos piemaisījumus. Populārākā fizikālās un ķīmiskās tīrīšanas metode ir elektrolīze.

Bioloģiskā apstrāde ir process, kura pamatā ir konkrētu mikroorganismu izmantošana un to dzīves principi. Baktērijas īpaši iedarbojas uz noteiktiem organiskiem piesārņotājiem, un notiek ūdens attīrīšana.

Bioloģiskās notekūdeņu attīrīšanas metodes un to ieguvumi. Stacijas un būves notekūdeņu bioloģiskajai attīrīšanai

Bioloģiskās notekūdeņu attīrīšanas metodes ietver aerācijas tvertnes, bioloģiskos filtrus un tā sauktos biodīķus. Katrai metodei ir savas īpašības, par kurām mēs jums pastāstīsim tālāk.

Aero tanki

Šī bioloģiskā attīrīšanas metode ietver iepriekš mehāniski attīrītu notekūdeņu un aktīvo dūņu mijiedarbību. Mijiedarbība notiek īpašos konteineros – tie sastāv vismaz no divām sekcijām un ir aprīkoti ar aerācijas sistēmām. Aktīvās dūņas satur lielu skaitu aerobo mikroorganismu, kas atbilstošos apstākļos no notekūdeņiem izvada dažādus piesārņotājus. Dūņas ir sarežģīta biocenozes sistēma, kurā baktērijas, pakļaujoties regulārai skābekļa padevei, sāk absorbēt organiskos piemaisījumus. Bioloģiskā attīrīšana notiek pastāvīgi saskaņā ar vienu galveno nosacījumu - gaisam ir jāiekļūst ūdenī. Kad organiskā apstrāde ir pabeigta, skābekļa patēriņa (BOD) līmenis pazeminās un ūdens tiek piegādāts nākamajām sekcijām.

Citās sadaļās darbā iekļautas nitrificējošās baktērijas, kas no amonija sāļiem apstrādā tādu elementu kā slāpeklis, veidojot nitrītus. Šos procesus veic viena mikroorganismu daļa, bet otra ēd nitrītus, veidojot nitrātus. Pēc šī procesa pabeigšanas attīrītie notekūdeņi tiek ievadīti sekundārajā nostādināšanas tvertnē. Šeit aktīvās dūņas nogulsnējas, un attīrītais ūdens tiek nosūtīts uz rezervuāriem.

Biofiltrs ir lauku māju īpašnieku iecienīta bioloģiskās attīrīšanas stacija. Tā ir kompakta ierīce, kas ietver rezervuāru ar iekraušanas materiālu. Aktīvās plēves veidā biofiltrā ir mikroorganismi, kas veic tādus pašus procesus kā pirmajā gadījumā.

Instalācijas veidi:

• divpakāpju;
• pilienu filtrēšana.

Ierīču ar pilienu filtrēšanu veiktspēja ir zema, taču tās garantē maksimālo notekūdeņu attīrīšanas pakāpi. Otrais veids ir produktīvāks, bet tīrīšanas kvalitāte būs aptuveni tāda pati kā pirmajā gadījumā. Abi filtri sastāv no tā sauktā “korpusa”, sadalītāja, drenāžas un gaisa sadales sistēmām. Biofiltru darbības princips ir līdzīgs aerācijas tvertņu darbības principam.

Bioloģiskie dīķi

Lai veiktu notekūdeņu attīrīšanu ar šo metodi, ir jābūt atvērtam mākslīgam rezervuāram, kurā notiks pašattīrīšanās procesi. Šī metode ir visefektīvākā, ir piemēroti pat sekli dīķi līdz vienam metram dziļi. Ievērojams virsmas laukums ļauj ūdenim labi sasilt, kam ir arī nepieciešamā ietekme uz attīrīšanā iesaistīto mikroorganismu dzīvības procesiem. Šī metode ir visefektīvākā siltajā sezonā - aptuveni 6 grādu temperatūrā un zemāk oksidācijas procesi tiek apturēti. Ziemā tīrīšana nenotiek vispār.

Dīķu veidi:

• zivju audzēšana (ar atšķaidīšanu);
• daudzpakāpju (bez atšķaidīšanas);
• terciārās attīrīšanas dīķi.

Pirmajā gadījumā notekūdeņus sajauc ar upes ūdeni un pēc tam nosūta uz dīķiem. Otrajā gadījumā ūdens tiek nosūtīts uz rezervuāru bez atšķaidīšanas tūlīt pēc nostādināšanas. Pirmā metode prasa apmēram divas nedēļas, bet otra - mēnesi. Daudzpakāpju sistēmu priekšrocība ir to salīdzinoši zemā cena.

Kādas ir notekūdeņu bioloģiskās attīrīšanas priekšrocības?

Bioloģiskā notekūdeņu attīrīšana garantē gandrīz 100% tīra ūdens ražošanu. Tomēr, lūdzu, ņemiet vērā, ka biostacija netiek izmantota kā neatkarīga metode. Jūs varat iegūt kristāldzidru ūdeni tikai tad, ja vispirms noņemat neorganiskos piemaisījumus ar citiem līdzekļiem un pēc tam noņemat organiskās vielas ar bioloģisku metodi.

Aerobās un anaerobās baktērijas - kas tās ir?

Notekūdeņu attīrīšanas procesā izmantotie mikroorganismi tiek iedalīti aerobos un anaerobos. Aerobi eksistē tikai skābekli saturošā vidē un pilnībā sadala organiskās vielas līdz CO2 un H2O, vienlaikus sintezējot savu biomasu. Šī procesa formula ir šāda:

CxHyOz + O2 -> CO2 + H2O + baktēriju biomasa,

kur CxHyOz ir organiska viela.

Anaerobie mikroorganismi normāli tiek galā bez skābekļa, bet to biomasas pieaugums ir neliels. Šāda veida baktērijas ir nepieciešamas organisko savienojumu fermentācijai bez skābekļa, veidojot metānu. Formula:

CxHyOz -> CH4 + CO2 + baktēriju biomasa

Anaerobās metodes ir neaizstājamas pie augstām organisko vielu koncentrācijām, kas pārsniedz maksimāli pieļaujamo aerobajiem mikroorganismiem. Ar zemu organisko vielu saturu anaerobie mikroorganismi, gluži pretēji, ir neefektīvi.

Bioloģisko ūdens attīrīšanas metožu mērķis

Lielākā daļa atkritumu piesārņotāju ir organiskas izcelsmes vielas. Galvenie šo piesārņotāju avoti un attīrīto notekūdeņu patērētāji:

• Mājokļu un komunālie pakalpojumi, pārtikas rūpniecības uzņēmumi un lopkopības kompleksi.
• Ķīmiskās, naftas pārstrādes, celulozes un papīra un ādas rūpniecības uzņēmumi.

Notekūdeņu sastāvs šajos gadījumos būs atšķirīgs. Viens ir skaidrs - tikai ar visaptverošu tīrīšanu ar obligātu bioloģisko metožu izmantošanu var sasniegt ideālus rezultātus.

Bioloģiskās apstrādes principi un nepieciešamo iekārtu saraksts

Ņemot vērā pašreizējos bioloģiskās attīrīšanas principus, tiek izvēlētas iekārtas bioloģiskās attīrīšanas iekārtas organizēšanai. Galvenās iespējas:

• bioloģiskie dīķi;
• filtru lauki;
• biofiltri;
• aerācijas tvertnes;
• metatenks;
• filtru akas;
• smilšu un grants filtri;
• cirkulācijas oksidācijas kanāli;
• bioreaktori.

Lūdzu, ņemiet vērā, ka mākslīgai un dabiskai notekūdeņu attīrīšanai var izmantot dažādas metodes.

Notekūdeņu attīrīšana, izmantojot bioloģiskās metodes: priekšrocības un trūkumi

Bioloģiskās metodes ir efektīvas notekūdeņu attīrīšanai no organiskām vielām, taču patiesi augstus rezultātus var sasniegt tikai integrēti izmantojot dažādas metodes. Turklāt baktēriju iespējas nav neierobežotas – mikroorganismi noņem nelielus organiskos piemaisījumus. Bioloģiskās attīrīšanas iekārtu izmaksas ir salīdzinoši zemas.

Visas notekūdeņu attīrīšanas metodes

Pirms nonākšanas bioloģiskajā attīrīšanas sistēmā notekūdeņiem jāveic mehāniska attīrīšana, bet pēc tam - dezinfekcija (hlorēšana, ultraskaņa, elektrolīze, ozonēšana utt.) un dezinfekcija. Tāpēc kā daļa no visaptverošas notekūdeņu attīrīšanas tiek izmantotas arī ķīmiskās, mehāniskās, membrānas un reaģentu metodes.

Jebkuri notekūdeņi satur organiskas un neorganiskas izcelsmes sastāvdaļas. Ja no neorganiskiem lieliem un blīviem ieslēgumiem ir viegli atbrīvoties, izmantojot mehāniskās filtrēšanas metodes, tad nebūs iespējams atbrīvoties no sarežģītiem organiskiem komponentiem, kas atrodas ūdenī suspensijas veidā. Tam būs nepieciešama bioķīmiskā notekūdeņu attīrīšana. Šī tehnika ir ne mazāk efektīva un nav tik dārga kā mākslīgās tīrīšanas metodes. Turklāt šai tīrīšanas metodei nav nepieciešams sarežģīts izmantoto reaģentu pārstrādes process.

Bioķīmiskās tīrīšanas metodes pamatā ir īpašu baktēriju izmantošana, kas savas dzīves aktivitātes laikā sarežģītus organiskos savienojumus sadala vienkāršākos elementos - ūdenī, oglekļa dioksīdā un minerālu nogulumos.

Šīs baktērijas pastāvīgi atrodas augsnē un ūdenī, kur tās veicina dabisko augsnes un ūdens attīrīšanu. Bet, tā kā to koncentrācija ir zema, dabiskie attīrīšanās procesi norit diezgan lēni.

Notekūdeņu attīrīšanas iekārtās, kurās izmanto bioķīmisko attīrīšanu, notekūdeņu apstrādē ir iesaistītas milzīgas baktēriju kolonijas. Tajā pašā laikā šajās struktūrās tiek radīti labvēlīgi apstākļi mikroorganismu dzīvībai, kas ļauj būtiski paātrināt ūdens attīrīšanas procesus struktūrā, salīdzinot ar dabisko attīrīšanos dabā.

Parasti bioķīmiskajā attīrīšanā izmanto vienu no diviem baktēriju veidiem vai to kombināciju:

• Aerobi mikroorganismi apstrādā sarežģītus organiskos savienojumus. Oksidācijas rezultātā tie sadalās ūdenī, minerālu nogulumos un oglekļa dioksīdā. Šo baktēriju galvenā iezīme ir tāda, ka tām ir nepieciešams skābeklis, tāpēc struktūras, kas tās izmanto, ir aprīkotas ar aeratoriem un kompresoriem.
• Anaerobie mikroorganismi vienmēr ir nelielos daudzumos notekūdeņos. Šīm baktērijām nav nepieciešams skābeklis. Tomēr viņiem ir nepieciešams oglekļa dioksīds un nitrāti, lai veiktu savas dzīves aktivitātes. Šie organismi dzīves laikā izdala metānu, tāpēc ēkā nepieciešams izmantot ventilācijas sistēmu.

Bioķīmiskās attīrīšanas metodes

Mūsdienās tiek izmantotas šādas notekūdeņu attīrīšanas bioķīmiskās metodes:

1. Bioloģiskie dīķi.
2. Projektē, izmantojot aerobās tīrīšanas metodes - aerācijas tvertnes un biofiltrus.
3. Apstrādes iekārtas ar anaerobo sadalīšanos (septiskās tvertnes, nostādināšanas tvertnes un bioreaktori).

Biodīķi

Tie ir mākslīgi maza dziļuma (0,5-1 m) rezervuāri, kuros notekūdeņos notiek procesi, kas ļoti atgādina dabisko pašattīrīšanos. Šos dīķus labi silda saule, tāpēc tie rada labvēlīgus apstākļus baktēriju dzīvībai.

Visaugstākais dīķu sanitārais efekts tiek sasniegts siltajā sezonā. Tādējādi E. coli kolonijas tiek iznīcinātas par 99%, zarnu grupas kaitīgie mikroorganismi tiek pilnībā iznīcināti, vides oksidēšanās samazinās par 90 procentiem, bet amonija un organiskā slāpekļa koncentrācija samazinās par 97%.

Svarīgi: šo tīrīšanas metodi var izmantot arī ziemā. Dīķi var darboties zem ledus slāņa. Tikai nepieciešams no tā notīrīt sniegu, lai saules gaisma nonāktu līdz baktērijām.

Bioloģiskie dīķi ir vairāku veidu:

• Plūstošie rezervuāri, kurā notekūdeņus atšķaida ar upes ūdeni. Pēc nostādināšanas tvertnes notekūdeņus sajauc ar ūdeni proporcijā no 1 līdz 3-5. Šeit šķidrums tiek attīrīts 14-21 dienu. Dīķis ir piemērots zivju audzēšanai un pīļu audzēšanai. Trūkums ir nepieciešamība izveidot nostādināšanas tvertni un upes ūdens nepieciešamību.
• Plūstoši dīķi, kuros notekūdeņi nav atšķaidīti ar upes ūdeni. Šī attīrīšanas metode ietver notekūdeņu novadīšanu caur 4-5 rezervuāru kaskādi. Pirmajam dīķim jābūt ar barjeru cieto nogulumu saturēšanai, savukārt pēdējais dīķis ir piemērots zivju audzēšanai.
• Rezervuāri notekūdeņu attīrīšanai izmanto bioloģiskās attīrīšanas iekārtās, kur nav iespējams pārstrādāt lielu notekūdeņu daudzumu vai kur nepieciešama augsta attīrīšanas pakāpe. Parasti visa sistēma sastāv no 2-3 dīķiem, kuros var audzēt arī zivis.
• Anaerobie dīķi sasniedz vairāku metru dziļumu. Šeit tiek izmantotas anaerobās tīrīšanas metodes. Galvenie šādu dīķu trūkumi ir tādi, ka vidē pastāvīgi izplūst metāns, un patogēnās baktērijas var nokļūt gruntsūdeņos.
• Sazinieties ar rezervuāriem. Attīrīšanas princips šeit ir balstīts uz to, ka stāvošā ūdenī bioķīmiskās oksidācijas procesi norit daudz ātrāk. Sistēma sastāv no paralēlu karšu sērijas. Ūdens katru dienu pārvietojas no vienas ūdenstilpes uz otru. Pilns tīrīšanas process tiek pabeigts 5-10 dienu laikā.

Aerobās sadalīšanās apstrādes stacijas

Šādas struktūras ietver biofiltrus un aerācijas tvertnes. Biofiltra darbības princips ir balstīts uz to, ka piesārņotais ūdens vispirms iziet mehāniskās attīrīšanas stadiju. Pēc kāda laika slodze (biofiltra daļa) sāk piesārņoties ar bioloģisko plēvi. Šis process notiek mikroorganismu adsorbcijas dēļ no notekūdeņiem. Tikai pēc tam sākas organisko vielu bioķīmiskās oksidācijas procesi.

Svarīgi: galvenais nosacījums efektīvai tīrīšanai ir labas aerācijas klātbūtne.

Biofiltrs ir struktūra, kas pildīta ar rupji graudainu materiālu, kas nevar uzbriest (izdedži, oļi, šķembas). Šī materiāla virsmu ik pēc 10-15 minūtēm apūdeņo ar atkritumiem. Šķidrums, kas izgājis cauri filtram, iziet cauri drenāžas atverēm un ieplūst paplātēs. Bioloģiskā filtra aerācija var būt mākslīga vai dabiska. Mākslīgās aerācijas metodes var ievērojami paātrināt bioloģiskās oksidācijas procesus.

Aerācijas tvertne ir attīrīšanas iekārta, kurā tiek izmantoti notekūdeņu dabiskās bioloģiskās attīrīšanas principi. Tomēr šo procesu intensitāte ir daudz lielāka. Notekūdeņu aerācija šeit tiek veikta, sūknējot gaisu, izmantojot aeratorus un kompresorus. Šeit bioloģiskās plēves funkcijas veic aktīvās dūņas - tās ir īpašas pārslas, kas sastāv no mikroorganismu suspensijas.

Tīrīšanas principi šādā iekārtā ir šādi:

1. Notekūdeņi, sajaukti ar aktīvajām dūņām, nonāk garā tvertnē un pārvietojas pa to.
2. Lai saglabātu dūņas suspensijā un paātrinātu oksidācijas procesus, gaiss tiek pastāvīgi iesūknēts sistēmā zem spiediena.
3. Pēc oksidācijas procesa pabeigšanas dūņu un notekūdeņu maisījums nonāk sekundārajā nostādināšanas tvertnē, kur aktīvās dūņas tiek atdalītas no attīrīta ūdens. Aktīvās dūņas tiek iesūknētas atpakaļ aerācijas tvertnē, izmantojot gaisa pacēlāju.
4. Pēc dezinfekcijas ūdeni var novadīt ūdenstilpēs.

Svarīgi: šī tīrīšanas metode noved pie liela daudzuma aktīvo dūņu veidošanās, tāpēc tās periodiski jānoņem. Iegūtās aktīvās dūņas var izmantot lauku mēslošanai.

Aktīvās dūņas ir biomasa, kas sastāv no baktērijām, vienšūņiem, nitrificējošiem un denitrificējošiem mikroorganismiem, kā arī sēnītēm. Sastāvā nav aļģu grupas pārstāvju. Aktīvās dūņas lieliski adsorbē koliformas baktērijas.

Anaerobās gremošanas apstrādes stacijas

Notekūdeņu dūņas sastāv no 95 procentiem ūdens, 5 procentiem ogļhidrātu, tauku un olbaltumvielu. Bioķīmiskās metodes izmanto arī dūņu dezinfekcijai notekūdeņu attīrīšanas iekārtās. Tie ļauj mainīt dūņu struktūru, kā rezultātā tās kļūst par ātri žūstošu, viegli pārstrādājamu vielu.

Anaerobās fermentācijas procesi dabiskos apstākļos notiek ar metāna, ūdens un oglekļa dioksīda izdalīšanos. Ir šāda veida attīrīšanas iekārtas, kurās tiek izmantoti anaerobās sadalīšanās procesi:

• Septiskās tvertnes ir struktūras, kas apvieno fermentācijas un nogulumu veidošanās procesus. Šie dizaini ir piemēroti nelielu objektu - lauku māju un vasarnīcu - apkalpošanai. Septiskās tvertnes tīrīšanu var veikt manuāli, jo konstrukcijas izmēri ir mazi. Parasti šo procedūru veic 1-2 reizes gadā. Sagremotas septiskās tvertnes dūņas nevar izmantot kā mēslojumu, jo tās apdraud vidi. Pirms dūņu likvidēšanas tās jādezinficē, uzkarsējot līdz 60 grādiem. Septiskās tvertnes var sastāvēt no 1, 2 vai 3 kamerām. Šīs konstrukcijas ir piemērotas notekūdeņu iepriekšējai attīrīšanai, pēc kuras tiem nepieciešama papildu attīrīšana filtrācijas laukos, filtrācijas akās vai grāvjos.
• Gremošanas līdzekļi. Šeit dūņas tiek raudzētas, izmantojot mākslīgo karsēšanu. Notekūdeņi šeit nonāk aiz primārās nostādināšanas tvertnes. Bioreaktors ir slēgta tvertne, kurā tiek veikta dūņu anaerobā pārstrāde. Šādās struktūrās jauni nogulumi pastāvīgi tiek sajaukti ar nobriedušiem nogulumiem. Visas struktūras efektivitāte ir atkarīga no nobriedušu nogulumu daudzuma. Jo vairāk no tā, jo labāk.
• Divstāvu nostādināšanas tvertnes atšķiras no septiskajām tvertnēm ar to, ka daudzi to trūkumi ir novērsti. Tādējādi gāzes, kas izdalās dūņu sadalīšanās laikā, nevar iekļūt šķidros notekūdeņos. Šajos dizainos fermentācijas process var ilgt no 1 līdz 6 mēnešiem. Tajā pašā laikā virs divu līmeņu nostādināšanas tvertnes ir gāzes slazds. Fermentētās dūņas tiek padotas uz dūņu plantācijām žāvēšanai. Organisko vielu sadalīšanās tvertnē notiek daudz ātrāk un efektīvāk nekā septiskajā tvertnē. Vidējos platuma grādos šādas konstrukcijas neizmanto, jo ziemā nevar veikt dūņu šķelšanu.

→ Notekūdeņu attīrīšana

Bioloģiskās notekūdeņu attīrīšanas metožu bioķīmiskais pamats

Bioloģiskās notekūdeņu attīrīšanas metodes ir balstītas uz heterotrofo mikroorganismu dzīves aktivitātes dabiskajiem procesiem. Ir zināms, ka mikroorganismiem ir vairākas īpašas īpašības, no kurām jāizšķir trīs galvenās, ko plaši izmanto tīrīšanai:
1. Spēja patērēt visdažādākos organiskos (un dažus neorganiskos) savienojumus kā pārtikas avotus, lai iegūtu enerģiju un nodrošinātu tās funkcionēšanu.

2. Otrkārt, šī īpašība ir ātri vairoties. Vidēji baktēriju šūnu skaits dubultojas ik pēc 30 minūtēm. Saskaņā ar prof. N.P. Bļinovs, ja mikroorganismi varētu netraucēti vairoties, tad ar pietiekamu uzturu un atbilstošiem apstākļiem 5–7 dienās tikai viena veida mikroorganismu masa piepildītu visu jūru un okeānu baseinus. Tomēr tas nenotiek gan ierobežoto pārtikas avotu, gan esošā dabiskā ekoloģiskā līdzsvara dēļ.

3. Spēja veidot kolonijas un uzkrājumus, ko var salīdzinoši viegli atdalīt no attīrīta ūdens pēc tajā esošo piesārņotāju atdalīšanas procesu pabeigšanas.

Dzīvā mikrobu šūnā nepārtraukti un vienlaicīgi notiek divi procesi - molekulu sadalīšanās (katabolisms) un to sintēze (anabolisms), kas veido kopējo vielmaiņas procesu - vielmaiņu. Citiem vārdiem sakot, mikroorganismu patērēto organisko savienojumu iznīcināšanas procesi ir nesaraujami saistīti ar jaunu mikrobu šūnu, dažādu starpproduktu vai galaproduktu biosintēzes procesiem, kuru īstenošana patērē enerģiju, ko mikroorganismu šūna saņem mikroorganismu šūnās. uzturvielu patēriņš. Heterotrofo mikroorganismu uztura avots ir ogļhidrāti, tauki, olbaltumvielas, spirti utt., ko tie var sadalīt aerobos vai anaerobos apstākļos. Ievērojamu daļu mikrobu transformācijas produktu šūna var izdalīt vidē vai uzkrāties tajā. Daži starpprodukti kalpo kā uztura rezerve, ko šūna izmanto pēc galvenā uztura izsīkuma.

Visu šūnu un vides attiecību ciklu izvadīšanas no tās un barības vielu transformācijas procesā nosaka un regulē atbilstoši fermenti. Fermenti ir lokalizēti citoplazmā un dažādās šūnu membrānā iestrādātās apakšstruktūrās, izdalās uz šūnas virsmas vai vidē. Kopējais enzīmu saturs šūnā sasniedz 40-60% no kopējā olbaltumvielu satura tajā, un katra fermenta saturs var svārstīties no 0,1 līdz 5% no olbaltumvielu satura. Turklāt šūnas var saturēt vairāk nekā 1000 enzīmu veidu, un katru šūnas veikto bioķīmisko reakciju var katalizēt 50–100 attiecīgā fermenta molekulas. Daži fermenti ir kompleksi proteīni (proteīdi), kas papildus proteīna daļai (apoenzīmam) satur arī neolbaltumvielu daļu (koenzīmu). Daudzos gadījumos koenzīmi ir vitamīni, dažreiz kompleksi, kas satur metālu jonus.

Fermentus iedala sešās klasēs pēc katalizējošo reakciju rakstura: oksidatīvie un reducēšanas procesi; dažādu ķīmisko grupu pārnešana no viena substrāta uz otru; substrātu ķīmisko saišu hidrolītiskā šķelšana; ķīmiskās grupas šķelšana vai pievienošana no substrāta; izmaiņas substrāta iekšienē; savienojot substrāta molekulas, izmantojot augstas enerģijas savienojumus.

Tā kā mikrobu šūna patērē tikai ūdenī izšķīdinātas organiskās vielas, ūdenī nešķīstošu vielu, piemēram, cietes, proteīnu, celulozes u.c., iekļūšana šūnā iespējama tikai pēc to atbilstošas ​​sagatavošanas, kam šūna izdala nepieciešamos enzīmus. apkārtējais šķidrums to hidrolītiski sadalās vienkāršākos apakšvienībās.

Koenzīmi nosaka katalizētās reakcijas raksturu un tiek iedalīti trīs grupās atkarībā no to veiktajām funkcijām:
1. Ūdeņraža jonu vai elektronu transportēšana. Saistīts ar redoks enzīmiem – oksidoreduktāzēm.
2. Piedalīšanās atomu grupu pārnesē (ATP - adenozīna trifosfāta skābe, ogļhidrātu fosfāti, CoA - koenzīms A u.c.)
3. Oglekļa saišu sintēzes, sadalīšanās un izomerizācijas reakciju katalīze.

Izņemšanas no šķīduma un sekojošās substrāta disimilācijas mehānisms ir ļoti sarežģīts un daudzpakāpju raksturs, savstarpēji saistītas un secīgas bioķīmiskās reakcijas, ko nosaka baktēriju uztura un elpošanas veids. Pietiek pateikt, ka daudzi šī mehānisma aspekti joprojām nav pilnībā skaidri, neskatoties uz tā praktisko pielietojumu gan biotehnoloģijas jomā, gan ūdens bioķīmiskās attīrīšanas jomā no organiskiem piemaisījumiem plašā tehnoloģiskās projektēšanas shēmu klāstā.

Agrākais piesārņotāju bioķīmiskās noņemšanas un oksidācijas procesa modelis bija balstīts uz trim galvenajiem principiem: sorbcijas noņemšana un noņemtās vielas uzkrāšanās uz šūnas virsmas; difūzijas kustība caur šūnas membrānu pašai vielai vai tās hidrolīzes produktiem, vai hidrofobajam kompleksam, ko veido hidrofila caurejoša viela un starpproteīns; šūnā ienākošo barības vielu metabolisma transformācija, nodrošinot vielas difūzijas iekļūšanu šūnā.

Saskaņā ar šo modeli tika uzskatīts, ka barības vielu atdalīšanas process no ūdens sākas ar to sorbciju un uzkrāšanos uz šūnas virsmas, kas prasa pastāvīgu biomasas sajaukšanos ar substrātu, nodrošinot labvēlīgus apstākļus šūnu “sadursmei” ar substrāta molekulas.

Vielas pārneses mehānisms no šūnas virsmas uz to - šis modelis izskaidrojams vai nu ar iekļūstošās vielas piesaisti konkrētam nesējproteīnam, kas ir šūnas membrānas sastāvdaļa, kas pēc vielas ievadīšanas šūnā. šūna, tiek atbrīvota un atgriezta uz tās virsmas, lai pabeigtu jaunu vielas “uztveršanu” un jaunu pārneses ciklu, vai tieši izšķīdinot šo vielu sienas un citoplazmas membrānas vielā, kā rezultātā tā difundē šūnā. . Vielas stabilas patēriņa process sākās tikai pēc noteikta vielas “līdzsvara perioda” starp šķīdumu un šūnām, kas tika skaidrots ar hidrolīzes rašanos un vielas difūzijas kustību caur šūnas membrānu uz citoplazmas membrānu. , kur koncentrējas dažādi fermenti. Sākoties vielmaiņas transformācijām, tiek izjaukts sorbcijas līdzsvars, un koncentrācijas gradients nodrošina substrāta tālākas piegādes nepārtrauktību šūnā.

Trešajā posmā notiek visas substrāta vielmaiņas transformācijas, daļēji tādos galaproduktos kā oglekļa dioksīds, ūdens, sulfāti, nitrāti (organisko vielu oksidēšanās process), daļēji jaunās mikrobu šūnās (biomasas sintēzes process), ja organisko savienojumu transformācijas process notiek aerobos apstākļos. Ja bioķīmiskā oksidēšanās notiek anaerobos apstākļos, tad tās procesā var veidoties dažādi starpprodukti (iespējams, specifiskiem mērķiem), CH4, NH3, H2S u.c., un jaunas šūnas.

Tomēr šis modelis nevarēja izskaidrot dažas substrāta pārneses transporta procesu kinētiskās iezīmes un jo īpaši substrāta uzkrāšanos šūnā pret koncentrācijas gradientu, kas ir visizplatītākais šo procesu rezultāts un tiek saukts " aktīvais” transports, atšķirībā no difūzā transporta. Aktīvo transporta procesu iezīme ir to stereospecifitāte, kad vielas, kas pēc ķīmiskās struktūras ir līdzīgas, sacenšas par kopīgu nesēju, nevis vienkārši izkliedējas šūnā koncentrācijas gradienta ietekmē.

Mūsdienu uzskatu gaismā substrāta kustības modelis caur šūnu membrānu paredz hidrofila “kanāla” klātbūtni tajā, pa kuru hidrofilie substrāti var iekļūt šūnā. Tomēr atšķirībā no iepriekš aprakstītā modeļa šeit notiek stereospecifiska kustība, kas, iespējams, tiek panākta substrāta molekulu “stafetes” pārnešanas dēļ no vienas funkcionālās grupas uz citu. Šajā gadījumā substrāts, tāpat kā atslēga, atver tā iespiešanai atbilstošu kanālu (transmembrānas kanāla modelis).

Otro alternatīvo modeli var uzskatīt par pirmo divu kombināciju, izmantojot to pozitīvās īpašības. Tas pieņem, ka ir hidrofobs membrānas transportētājs, kas, izmantojot substrāta izraisītas secīgas konformācijas izmaiņas, vada to no membrānas ārējās uz iekšējo pusi (konformācijas translokācijas modelis), kur hidrofobais komplekss sadalās. Šajā interpretācijā par substrāta transportēšanas mehānismu caur šūnu membrānu joprojām tiek lietots termins "nesējs", lai gan to arvien vairāk aizstāj ar terminu "permeāze", kas ņem vērā tā kā membrānas komponenta kodēšanas ģenētisko pamatu. šūnas, lai transportētu vielas šūnā.

Ir konstatēts, ka membrānas transporta sistēmās bieži ir vairāk nekā viens proteīna mediators un starp tām var būt funkciju sadalījums. “Saistošie” proteīni identificē substrātu vidē, piegādā un koncentrē to uz membrānas ārējās virsmas un pārnes uz “īsto” transportētāju, t.i. komponents, kas transportē substrātu pa membrānu. Tādējādi ir izolēti proteīni, kas iesaistīti vairāku cukuru, karbonskābju, aminoskābju un neorganisko jonu “atpazīšanā”, saistīšanā un transportēšanā baktēriju, sēnīšu un dzīvnieku šūnās.

Vielu pārnešanas šūnā procesa pārveidošana vienvirziena “aktīvā” transporta procesā, kas izraisa barības vielu satura palielināšanos šūnā pret to koncentrācijas gradientu vidē, prasa no šūnas noteiktas enerģijas izmaksas. Tāpēc substrāta pārnešanas procesi no vides šūnā ir saistīti ar substrātā esošās enerģijas metabolisma izdalīšanās procesiem, kas notiek šūnas iekšienē. Enerģija substrāta pārneses procesā tiek tērēta substrāta vai paša nesēja ķīmiskai modifikācijai, lai novērstu vai kavētu gan substrāta mijiedarbību ar nesēju, gan substrāta atgriešanos difūzijas ceļā caur membrānu atpakaļ šķīdumā. .

Mūsdienu viedokļi par organisko savienojumu bioķīmiskās atdalīšanas un oksidēšanas procesiem balstās uz diviem galvenajiem fermentu kinētikas teorijas noteikumiem. Pirmā pozīcija paredz, ka enzīms un substrāts mijiedarbojas viens ar otru, veidojot enzīma-substrāta kompleksu, kas vienas vai vairāku transformāciju rezultātā izraisa tādu produktu parādīšanos, kas samazina barjeru reakcijas katalizētajai aktivizēšanai. fermentu, jo tas ir sadrumstalots vairākos starpposmos, no kuriem katrs nesaskaras ar enerģētiskiem šķēršļiem tā ieviešanai. Otrajā pozīcijā teikts, ka neatkarīgi no savienojumu rakstura un pakāpju skaita fermenta katalizētās fermentatīvās reakcijas laikā, procesa beigās ferments iznāk nemainīgs un spēj mijiedarboties ar nākamo substrāta molekulu. . Citiem vārdiem sakot, jau substrāta izņemšanas stadijā šūna mijiedarbojas ar substrātu, veidojot salīdzinoši vāju savienojumu, ko sauc par "enzīmu-substrāta kompleksu".

Iepriekšminēto labi ilustrē piemērs, kurā dažādi mikroorganismi, kas satur enzīmu glikozes oksidāzi, ekstrahē glikozi no šķīduma vidē ar molekulāro skābekli. Glikozes oksidāze veido enzīmu-substrāta kompleksu - glikozes - skābekļa - glikozes oksidāzi, pēc kura sadalīšanās veidojas starpprodukti - glikonolaktons un ūdeņraža peroksīds, kā shematiski parādīts attēlā. 11.1.

Glikonolaktons, kas veidojas šī kompleksa sadalīšanās rezultātā, tiek hidrolizēts, veidojot glikonskābi.

Viena no svarīgākajām fermentu īpašībām ir to spēja sintezēties noteiktas vielas klātbūtnē un ietekmē. Vēl viena tikpat svarīga īpašība ir fermenta darbības specifika gan attiecībā uz reakciju, ko tas katalizē, gan attiecībā uz pašu substrātu.

Dažkārt enzīms spēj iedarboties uz vienu atsevišķu substrātu (absolūtā specifika), bet daudz biežāk enzīms iedarbojas uz substrātu grupu, kas ir līdzīga noteiktu substrātu atomu grupu klātbūtnē.

Rīsi. 11.1. Substrāta “atpazīšanas” ar enzīmu, fermenta-substrāta kompleksa veidošanās un katalīzes shēma

Daudziem fermentiem ir raksturīga stereoķīmiskā specifika, kas sastāv no tā, ka ferments iedarbojas uz substrātu grupu (un dažreiz arī uz vienu), kas atšķiras no citiem ar īpašu atomu izvietojumu telpā. Katra fermenta loma organisko vielu bioķīmiskās oksidācijas procesā ir stingri noteikta: tas katalizē vai nu oksidēšanos (t.i., skābekļa pievienošanu vai ūdeņraža izvadīšanu), vai reducēšanu (t.i., ūdeņraža pievienošanu vai ūdeņraža izvadīšanu). skābeklis) precīzi definētu ķīmisko savienojumu. Dehidrogenēšanas laikā konkrēts enzīms var noņemt tikai noteiktus ūdeņraža atomus, kas substrāta vai starpprodukta molekulā ieņem noteiktu telpisku stāvokli. Tas pats attiecas uz fermentiem, kas katalizē citus vielmaiņas procesus.

Bioķīmiskās oksidācijas procesus heterotrofiskajos mikroorganismos iedala trīs grupās atkarībā no tā, kas ir galīgais ūdeņraža atomu vai elektronu akceptors, kas izņemts no oksidētā substrāta. Ja akceptors ir skābeklis, tad šo procesu sauc par šūnu elpošanu vai vienkārši elpošanu; ja ūdeņraža akceptors ir organiska viela, tad oksidācijas procesu sauc par fermentāciju; visbeidzot, ja ūdeņraža akceptors ir neorganiska viela, piemēram, nitrāti, sulfāti utt., tad procesu sauc par anaerobo elpošanu vai vienkārši par anaerobu.

Vispilnīgākais process ir aerobā oksidēšanās, jo tās produkti ir vielas, kas mikrobu šūnā nav spējīgas tālāk sadalīties un nesatur enerģijas rezervi, kas varētu izdalīties parasto ķīmisko reakciju rezultātā. Galvenās no šīm vielām, kā jau minēts, ir oglekļa dioksīds (CO2) un ūdens (H20). Lai gan abas šīs vielas satur skābekli, to veidošanās ķīmiskais ceļš šūnā var būt atšķirīgs, jo oglekļa dioksīds var veidoties bioķīmisko procesu rezultātā, kas notiek bezskābekļa vidē enzīmu - dekarboksilāžu ietekmē, kas izvada. CO2 no skābes karboksilgrupas (COOH). Ūdens šūnas dzīvībai svarīgās aktivitātes rezultātā veidojas, tikai savienojot gaisā esošo skābekli ar to organisko vielu ūdeņradi, no kurām tas tiek atdalīts to oksidēšanās procesā.

Substrāta - ogļhidrātu, olbaltumvielu, tauku - aerobā disimilācija ir daudzpakāpju process, kas ietver sarežģītas oglekli saturošas vielas sākotnējo sadalīšanos vienkāršākās apakšvienībās (piemēram, polisaharīdi - vienkāršos cukuros; tauki - taukskābēs un glicerīnā olbaltumvielas - aminoskābēs), kas savukārt tiek pakļautas tālākai konsekventai transformācijai. Šajā gadījumā substrāta pieejamība oksidēšanai būtiski ir atkarīga no molekulu oglekļa skeleta struktūras (taisna, sazarota, cikliska) un oglekļa atomu oksidācijas pakāpes. Cukuri, īpaši heksozes, tiek uzskatīti par visvieglāk pieejamiem, kam seko daudzvērtīgie spirti (glicerīns, mannīts utt.) un karbonskābes. Vispārējais pēdējais ceļš, pa kuru tiek pabeigts ogļhidrātu, taukskābju un aminoskābju aerobais metabolisms, ir trikarbonskābes cikls (TCA cikls) vai Krebsa cikls, kurā šīs vielas nonāk vienā vai otrā posmā. Tiek atzīmēts, ka aerobās vielmaiņas apstākļos aptuveni 90% no patērētā skābekļa tiek izmantoti elpceļos enerģijas ražošanai mikrobu šūnās.

Fermentācija ir organisko vielu, galvenokārt ogļhidrātu, nepilnīgas sadalīšanās process apstākļos bez skābekļa, kā rezultātā veidojas dažādi starpprodukti daļēji oksidēti produkti, piemēram, spirts, glicerīns, skudrskābe, pienskābe, propionskābes, butanols, acetons, metāns, utt., ko plaši izmanto biotehnoloģijā mērķa produktu iegūšanai. Līdz 97% organiskā substrāta var pārvērsties šādos blakusproduktos un metānā.

Olbaltumvielu un aminoskābju fermentatīvo anaerobo sadalīšanos sauc par pūšanu.

Sakarā ar zemo enerģijas izvadi fermentatīvā vielmaiņas veida laikā, mikrobu šūnām, kas to veic, ir jāpatērē lielāks substrāta daudzums (mazākā sadalīšanās dziļumā) nekā šūnām, kuras saņem enerģiju elpojot, un tas izskaidro efektīvāku augšanu. šūnu skaits aerobos apstākļos salīdzinājumā ar anaerobiem apstākļiem.

Vislielāko enerģijas daudzumu šūna savai funkcionēšanai saņem ūdeņraža oksidēšanās rezultātā ar skābekli, kas dehidrogenāzes enzīmu ietekmē tiek atdalīts no oksidētā substrāta, kas pēc ķīmiskās iedarbības tiek sadalīts nikotīnamīdā (NAD). ) un flavīns (FAD). Nikotīnamīda dehidrogenāzes ir pirmās, kas reaģē ar substrātu, no tā noņemot divus ūdeņraža atomus un pievienojot tos koenzīmam. Šīs reakcijas rezultātā substrāts tiek oksidēts un NAD tiek reducēts līdz NAD'H2. Tālāk FAD reaģē, pārnesot ūdeņradi no nikotīnamīda koenzīma uz flavīna koenzīmu, kā rezultātā NAD'H2 atkal tiek oksidēts par NAD, un flavīna koenzīms tiek reducēts līdz FADH2. Tālāk caur ārkārtīgi svarīgu redoksenzīmu grupu – citohromiem – ūdeņradis tiek pārnests uz molekulāro skābekli, kas pabeidz oksidācijas procesu ar galaprodukta – ūdens – veidošanos.

Šajā reakcijā tiek atbrīvota lielākā daļa no substrātā esošās enerģijas. Visu aerobās oksidācijas procesu var attēlot diagrammā attēlā. 11.2.

Enerģiju, kas izdalās vielas mikrobu oksidēšanās laikā, šūna uzkrāj ar augstas enerģijas savienojumu palīdzību. Universālais enerģijas krājums dzīvās šūnās ir adenozīntrifosforskābe – ATP (lai gan ir arī citas makroenerģijas).

Šai fosforilēšanas reakcijai, kā redzams no (11.9.), ir nepieciešama enerģija, kuras avots šajā gadījumā ir oksidēšanās. Tāpēc ADP fosforilēšana ir cieši saistīta ar oksidāciju, un šo procesu sauc par oksidatīvo fosforilāciju. Oksidatīvās fosforilēšanās procesā, oksidējoties, piemēram, vienai glikozes molekulai, veidojas 38 ATP molekulas, savukārt glikolīzes stadijā tikai 2. Jāņem vērā, ka glikolīzes stadija norit tieši tāpat. gan aerobos, gan anaerobos apstākļos, t.i. pirms pirovīnskābes (PVA) veidošanās, un 2 no 4 izveidotajām ATP molekulām tiek iztērētas tās rašanās laikā.

Ceļi tālākai PVC transformācijai aerobos un anaerobos apstākļos atšķiras.

Glikozes aerobo transformāciju var attēlot ar šādu shēmu:
1. Glikolīze: SbH12Ob + 2FA-+2PVK + 2NADH2 + 4ATP (11.10)
2. Pirovīnskābes (PVA) transformācija: 2PVA-*2C02 + 2 Acetil CoA + 2NADH2
3. Trikarbonskābes cikls (Krebsa cikls): Acetil CoA -> 4C02 + 6NADH2 + 2FADH2 + 2ATP (11.12) ECbH12Ob -> 6C02 + 10NADH2 + 2FADH2 + 4ATP, kur FADH2 ir flakons (11.1 a3)

NADH2 oksidēšana elektronu transporta sistēmā rada ZATP plkst
1 mols; 2FADH2 oksidēšanās rada 4ATP,
tad: SbN1206 + 602 -> 6C02 + 6H20 + 38ATP

Ogļhidrātu anaerobās transformācijas apstākļos pirmais solis ir glikozes fosforilēšana, ko veic ar ATP palīdzību enzīma heksokināzes ietekmē, t.i.
Glikoze + A TF-heksokināze > glikoze _ b – fosfāts + ADP
Pēc glikolīzes stadijas pabeigšanas un PVC veidošanās turpmākās PVC transformācijas gaita ir atkarīga no fermentācijas veida un tās izraisītāja. Galvenie fermentācijas veidi: spirts, pienskābe, propionskābe, sviestskābe, metāns.

Oksidatīvā fosforilēšanās var notikt arī tāda enzīma ietekmē, kas sintezē ATP substrāta līmenī. Tomēr šī augstas enerģijas saišu veidošanās ir ļoti ierobežota, un skābekļa klātbūtnē šūnas sintezē lielāko daļu tajās esošā ATP, izmantojot elektronu transporta sistēmu.

Vielas uzkrāšanās, kas izdalās disimilācijas procesā aerobos vai anaerobos apstākļos ar augstas enerģijas savienojumu (un galvenokārt ATP) palīdzību, ļauj novērst neatbilstību starp ķīmiskās enerģijas izdalīšanās no substrāta procesu viendabīgumu. un tās patēriņa procesu nevienmērīgums, kas ir neizbēgams reālos šūnas pastāvēšanas apstākļos.

Vienkāršotā veidā visu organisko vielu sadalīšanās procesu aerobo transformāciju laikā var attēlot diagrammā, kas parādīta attēlā. 11.3. PVC anaerobo transformāciju diagramma pēc glikolīzes stadijas ir parādīta attēlā. 11.4.

Pētījumos konstatēts, ka bieži vielmaiņas veids ir atkarīgs ne tik daudz no skābekļa klātbūtnes vidē, bet gan no substrāta koncentrācijas.

Tas norāda, ka atkarībā no biomasas specifiskajiem ekspluatācijas apstākļiem vidē vienlaikus var notikt gan aerobie, gan anaerobie organisko savienojumu transformācijas procesi, kuru intensitāte arī būs atkarīga gan no substrāta, gan skābekļa koncentrācijas.

Te gan jāpiebilst, ka rūpnieciskajā biotehnoloģijā dažādu mikrobu izcelsmes produktu (lopbarības vai maizes raugs, dažādas organiskās skābes, spirti, vitamīni, drogas) iegūšanai izmanto tīrkultūras, t.i. bieži tiek atlasīti vienas sugas mikroorganismi, stingri ievērojot sugas sastāvu, atbilstošus uztura apstākļus, temperatūru, vides aktīvo reakciju utt., izslēdzot cita veida mikroorganismu parādīšanos un attīstību, kas varētu izraisīt novirzes iegūtā produkta kvalitāte atbilstoši noteiktajiem standartiem.

Apstrādājot notekūdeņus, kas satur dažādu ķīmisko sastāvu piesārņotāju maisījumus, kurus dažkārt ir pat ļoti grūti identificēt ar analītiskām metodēm, arī biomasa, kas veic attīrīšanu, ir maisījums vai, pareizāk sakot, dažāda veida mikroorganismu un vienšūņu kopa ar sarežģītas attiecības starp tām. No notekūdeņu attīrīšanas iekārtām iegūtās biomasas sugas un kvantitatīvais sastāvs būs atkarīgs no konkrētās bioloģiskās attīrīšanas metodes un tās īstenošanas nosacījumiem.

Pēc dažu ekspertu aprēķiniem, kad izšķīdušo organisko piesārņotāju koncentrācija, kas novērtēta pēc BPKP0Ln indeksa, ir līdz 1000 mg/l, visizdevīgākā ir aerobo tīrīšanas metožu izmantošana. Pie BPKPOLn koncentrācijām no 1000 līdz 5000 mg/l aerobo un anaerobo metožu ekonomiskie rādītāji būs gandrīz vienādi. Koncentrācijā virs 5000 mg/l lietderīgāk būtu izmantot anaerobās metodes. Taču jāņem vērā ne tikai piesārņojošo vielu koncentrācija, bet arī notekūdeņu patēriņš, kā arī tas, ka anaerobās metodes noved pie tādu galaproduktu veidošanās kā metāns, amonjaks, sērūdeņradis u.c. neļauj iegūt attīrīta ūdens kvalitāti, kas ir salīdzināma ar tīrīšanas kvalitāti, izmantojot aerobās metodes. Tāpēc pie augstām piesārņotāju koncentrācijām pirmajā attīrīšanas posmā (vai pirmajos posmos) tiek izmantota anaerobo metožu kombinācija, bet pēdējā attīrīšanas posmā - aerobo metožu kombinācija. Jāuzsver, ka sadzīves un sadzīves notekūdeņi atšķirībā no rūpnieciskajiem notekūdeņiem nesatur tādu piesārņotāju koncentrāciju, kas attaisno anaerobo metožu izmantošanu, un tāpēc šīs attīrīšanas metodes šajā nodaļā netiek apskatītas.

Rīsi. 11.3. Vienkāršota diagramma barības vielu molekulu sadalīšanai trīs pakāpēs (B. Alberte et al. 1986)

Rīsi. 11.4. Pirovīnskābes pārvēršana dažādos produktos, ko veic anaerobie mikroorganismi