Technologie biochemiczne oczyszczania ścieków. Biochemiczne oczyszczanie ścieków

Metody oczyszczania ścieków i przyjazne dla środowiska technologie unieszkodliwiania ścieków (Dokument)

Sokołow M.P. Czyszczenie kanalizacji. Samouczek (dokument)

Metody oczyszczania ścieków (Dokument)

Kruppo M.V. Określenie wymaganego stopnia oczyszczenia ścieków (Dokument)

Biologiczne metody oczyszczania ścieków (Dokument)

Ściągawki - Odpowiedzi na egzamin z inżynierii środowiska. Czyszczenie kanalizacji. Utylizacja osadów ściekowych (blacha ściekowa)

Shifrin S.M., Ivanov G.V., Mishukov B.G., Feofanov Yu.A. Oczyszczanie ścieków z przedsiębiorstw przemysłu mięsnego i mleczarskiego (Dokument)

n1.doc

1. Biochemiczne metody oczyszczania ścieków. Istota metody.
2. Wzorce rozkładu substancji organicznych	5
3. Wpływ różnych czynników na proces oczyszczania biochemicznego
4. Klasyfikacja metod biochemicznych	8
4.1. Aerobowe metody czyszczenia	9
4.2. Beztlenowe metody leczenia	15
Bibliografia	17

1. Biochemiczne metody oczyszczania ścieków. Istota metody.

Utlenianie biologiczne jest szeroko stosowaną metodą oczyszczania ścieków, która pozwala usunąć z nich wiele substancji organicznych i niektórych nieorganicznych (siarkowodór, siarczki, amoniak, azotyny itp.). Biochemiczne oczyszczanie ścieków opiera się na zdolności mikroorganizmów do wykorzystywania w procesach życiowych rozpuszczonych i koloidalnych zanieczyszczeń organicznych jako źródła pożywienia. Wiele rodzajów zanieczyszczeń organicznych pochodzących ze ścieków komunalnych i przemysłowych ulega biologicznemu przetworzeniu, poddając je częściowemu lub całkowitemu zniszczeniu. W kontakcie z substancjami organicznymi mikroorganizmy częściowo je niszczą, zamieniając je w wodę, dwutlenek węgla, jony azotynowe i siarczanowe itp. Pozostała część substancji trafia do tworzenia biomasy. Niektóre substancje organiczne łatwo się utleniają, inne nie utleniają się wcale lub bardzo powoli.

Powszechne stosowanie metody biochemicznej wynika z jej zalet: możliwości usuwania ze ścieków różnych związków organicznych i niektórych nieorganicznych występujących w wodzie w stanie rozpuszczonym, koloidalnym i nierozpuszczonym, w tym toksycznych; prostota konstrukcji sprzętu, stosunkowo niskie koszty eksploatacji i głębokość czyszczenia. Wady obejmują wysokie koszty inwestycyjne, konieczność ścisłego przestrzegania reżimu czyszczenia, toksyczne działanie wielu związków organicznych i nieorganicznych na mikroorganizmy oraz konieczność rozcieńczania ścieków w przypadku wysokiego stężenia zanieczyszczeń.

W celu określenia możliwości dostarczania ścieków przemysłowych do oczyszczalni biochemicznych ustala się maksymalne stężenia substancji toksycznych, które nie mają wpływu na procesy utleniania biochemicznego (MK b) i pracę oczyszczalni (MK bos). W przypadku braku takich danych możliwość utleniania biochemicznego określa wskaźnik biochemiczny BZT p/ChZT. Dla ścieków bytowych wskaźnik ten wynosi około 0,86, a dla ścieków przemysłowych waha się w bardzo szerokim zakresie: od 0 do 0,9. Ścieki o niskim stosunku BZT p/ChZT zazwyczaj zawierają toksyczne zanieczyszczenia, których wstępna ekstrakcja może zwiększyć ten stosunek, tj. zapewniają możliwość biochemicznego utleniania. Dlatego ścieki nie powinny zawierać substancji toksycznych i zanieczyszczeń solami metali ciężkich. Oczyszczanie biochemiczne uważa się za zakończone, jeśli BZT n oczyszczonej wody jest mniejsze niż 20 mg/l i niekompletne, jeśli BZT n > 20 mg/l. Definicja ta jest warunkowa, ponieważ nawet przy całkowitym oczyszczeniu biochemicznym następuje jedynie częściowe uwolnienie wody z ilości zawartych w niej zanieczyszczeń.

Utlenianie biologiczne przeprowadzane jest przez zbiorowość mikroorganizmów (biocenoza), obejmującą wiele różnych bakterii, pierwotniaków, a także glony, grzyby itp., Połączonych w jeden kompleks złożonymi relacjami (metabioza, symbioza i antagonizm). Dominującą rolę w tym zbiorowisku odgrywają bakterie, których liczba waha się od 10 6 do 10 14 komórek na 1 g suchej biomasy. W procesie biochemicznego utleniania w warunkach tlenowych zbiorowisko mikroorganizmów nazywane jest osadem czynnym lub biofilmem. Osad czynny składa się z żywych mikroorganizmów i stałego podłoża i wyglądem przypomina płatki koagulantu o barwie od biało-brązowej do ciemnobrązowej. Nagromadzenia bakterii w osadzie czynnym otoczone są warstwą śluzu (kapsułki) i nazywane są zooglea. Pomagają poprawić strukturę osadu, jego sedymentację i zagęszczenie.

Osad czynny jest amfoterycznym koloidem, który w zakresie pH 4-9 ma ładunek ujemny i charakteryzuje się dużą zdolnością adsorpcji ze względu na rozwiniętą całkowitą powierzchnię komórek bakteryjnych. Zdolność adsorpcyjna osadu czynnego maleje z czasem na skutek nasycenia ścieków substancjami zanieczyszczającymi. Proces odzysku zachodzi dzięki żywotnej aktywności mikroorganizmów zasiedlających osad czynny i nazywany jest regeneracją. Pomimo znacznych różnic w oczyszczanych ściekach skład pierwiastkowy osadu czynnego jest dość zbliżony, choć nie identyczny. Podobieństwo to wynika z wspólności jego podstawy – komórek bakteryjnych. Skład komórek obejmuje H, N, S, C, O, P, popiół, białko, a także różne pierwiastki śladowe - B, V, Fe, Co, Mn, Mo, Cu itp. H, N, C i O tworzą grupę substancji organogennych, pierwiastki te dostają się do komórek bakteryjnych w postaci wody, białek, tłuszczów i węglowodanów; Woda stanowi 80–85% masy drobnoustrojów.

Sucha masa osadu czynnego to kompleks substancji mineralnych (10-30%) i organicznych (70-90%). Większość związków organicznych to białka. W skład części popiołowych komórek wchodzą mikroelementy - Ca, K, Mg, S, Mn, Cu, Na, Fe, Zn itp. Ponadto do budowy komórki bakteryjnej potrzebne są pierwiastki biogenne - fosfor, azot, potas. O jakości osadu decyduje szybkość jego sedymentacji oraz stopień oczyszczenia wody. Stan osadu charakteryzuje się wskaźnikiem osadu, czyli stosunkiem objętości osadzonej części osadu czynnego do masy osadu wysuszonego (w gramach) po osiadaniu przez 30 minut. Im wyższy wskaźnik osadu, tym gorzej osad osadza się.

2. Wzorce rozkładu substancji organicznych

Mechanizm usuwania substancji ze ścieków i ich zużycia przez mikroorganizmy jest bardzo złożony. Ogólnie proces ten można podzielić na trzy etapy:

1) transfer masy materii z cieczy na powierzchnię komórki w wyniku dyfuzji molekularnej i konwekcyjnej;

2) dyfuzja substancji przez półprzepuszczalną błonę powierzchni komórki, wynikająca z różnicy stężeń substancji wewnątrz i na zewnątrz komórki;

3) proces przemiany substancji (metabolizmu) zachodzący wewnątrz komórki, polegający na wyzwoleniu energii i syntezie nowej substancji komórkowej.

Szybkość pierwszego etapu zależy od praw dyfuzji i warunków hydrodynamicznych panujących w oczyszczalni biochemicznej. Turbulencje przepływu powodują rozpad płatków osadu czynnego na maleńkie kolonie drobnoustrojów i prowadzą do szybkiej odnowy powierzchni styku mikroorganizmów ze środowiskiem.

Proces przenoszenia substancji przez półprzepuszczalne błony komórkowe można przeprowadzić na dwa sposoby: poprzez rozpuszczenie substancji dyfundującej w materiale membrany, dzięki czemu przechodzi ona do wnętrza komórki, lub poprzez przyłączenie substancji penetrującej do określonego nośnika białka, rozpuszczenie powstałego kompleksu i dyfuzja do komórki, gdzie kompleks ulega rozpadowi, a białko – transporter zostaje uwolniony, aby zakończyć nowy cykl.

Główną rolę w oczyszczaniu ścieków odgrywają procesy przemian substancji wewnątrz komórek mikroorganizmów, w wyniku których następuje utlenianie substancji z wydzieleniem energii (przemiany kataboliczne) oraz synteza nowych substancji białkowych, która następuje przy wydatku energii (przemiany anaboliczne).

Szybkość przemian chemicznych i ich kolejność wyznaczają enzymy pełniące rolę katalizatorów i będące złożonymi związkami białkowymi o masie cząsteczkowej sięgającej setek tysięcy i milionów. Ich aktywność zależy od temperatury, pH i obecności różnych substancji w ściekach.

Całkowite reakcje utleniania biochemicznego w warunkach tlenowych można przedstawić w następujący sposób:

Utlenianie materii organicznej

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

Synteza komórek bakteryjnych

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

Utlenianie materiału komórkowego

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

Przemiany chemiczne są źródłem energii niezbędnej dla mikroorganizmów. Organizmy żywe mogą wykorzystywać jedynie związaną energię chemiczną. Uniwersalnym nośnikiem energii w komórce jest kwas adenozynotrójfosforowy (ATP).

Mikroorganizmy są zdolne do utleniania wielu substancji organicznych, ale wymaga to różnych czasów adaptacji. Wiele alkoholi, glikoli, kwasu benzoesowego, acetonu, gliceryny, estrów itp. łatwo się utlenia. Związki nitrowe, niektóre środki powierzchniowo czynne i chlorowane związki organiczne są słabo utlenione.

W procesie utleniania tlenowego zużywany jest tlen rozpuszczony w ściekach. Aby nasycić ścieki tlenem, przeprowadza się proces napowietrzania, rozbijając strumień powietrza na pęcherzyki, które w miarę możliwości są równomiernie rozmieszczone w ściekach. Z pęcherzyków powietrza tlen jest wchłaniany przez wodę, a następnie przekazywany mikroorganizmom. Proces ten przebiega w dwóch etapach. Pierwsza polega na przeniesieniu tlenu z pęcherzyków powietrza do masy cieczy, druga polega na przeniesieniu zaabsorbowanego tlenu z masy cieczy do komórek mikroorganizmów, głównie pod wpływem turbulentnych pulsacji.

Najbardziej niezawodnym sposobem na zwiększenie dopływu tlenu do ścieków jest zwiększenie intensywności fragmentacji strumienia gazu, tj. zmniejszenie wielkości pęcherzyków gazu. Szybkość zużycia tlenu zależy od wielu wzajemnie powiązanych czynników: ilości biomasy, tempa wzrostu i aktywności fizjologicznej mikroorganizmów, rodzaju i stężenia składników odżywczych, gromadzenia się toksycznych produktów przemiany materii, ilości i charakteru składników odżywczych oraz zawartości tlenu w wodzie.
3. Wpływ różnych czynników na proces oczyszczania biochemicznego

Skuteczność oczyszczania biologicznego zależy od wielu czynników, z których część podlega zmianom i regulacji w szerokim zakresie, natomiast regulacja innych, jak np. składu ścieków trafiających do oczyszczalni, jest praktycznie niemożliwa. Do głównych czynników decydujących o przepustowości systemu i stopniu oczyszczenia ścieków zalicza się: obecność tlenu w wodzie, równomierność przepływu ścieków i stężenie w nich zanieczyszczeń, temperaturę, pH środowiska, mieszanie, obecność toksycznych zanieczyszczeń i składników odżywczych, stężenie biomasy itp.

Najkorzystniejsze warunki czyszczenia są następujące. Stężenie substancji biochemicznie utleniających się w ściekach oczyszczonych nie powinno przekraczać wartości dopuszczalnej MK b lub MK bos, która jest zwykle ustalana eksperymentalnie. Większe stężenia ścieków należy rozcieńczyć. Maksymalne dopuszczalne stężenia substancji wprowadzanych do zakładów oczyszczania biologicznego podane są w literaturze przedmiotu.

Zaopatrzenie oczyszczalni biochemicznych w tlen z powietrza musi być ciągłe i w takiej ilości, aby oczyszczone ścieki opuszczające osadnik wtórny zawierały co najmniej 2 mg/l. Szybkość rozpuszczania tlenu w wodzie nie powinna być mniejsza niż szybkość jego zużycia przez mikroorganizmy. W początkowym okresie utleniania tempo zużycia tlenu może być kilkudziesięciokrotnie większe niż na końcu procesu, zależy to od charakteru zanieczyszczeń wody i jest proporcjonalne do ilości biomasy.

Za optymalną temperaturę dla procesów tlenowych zachodzących w oczyszczalniach ścieków uważa się 20-30°C, chociaż optymalna temperatura dla bakterii różnych grup jest bardzo zróżnicowana i waha się od -8°C do +85°C. Wzrost temperatury powyżej fizjologicznej normy mikroorganizmów prowadzi do ich śmierci, a spadek jedynie zmniejsza aktywność mikroorganizmów. Wraz ze wzrostem temperatury maleje rozpuszczalność tlenu w wodzie, dlatego w ciepłym sezonie należy przeprowadzić intensywniejsze napowietrzanie, a w zimie konieczne jest utrzymanie wyższego stężenia mikroorganizmów w krążącym osadzie i wydłużenie czasu trwania napowietrzania.

Optymalna reakcja środowiskowa dla znacznej części bakterii jest obojętna lub zbliżona do niej, chociaż istnieją gatunki, które dobrze rozwijają się w środowisku kwaśnym (grzyby, drożdże) lub lekko zasadowym (promieniowce).

Dla prawidłowego przebiegu syntezy materii komórkowej, a co za tym idzie, dla skutecznego procesu oczyszczania ścieków, musi występować wystarczające stężenie wszystkich składników odżywczych – węgla organicznego (BZT), azotu, fosforu.

Oprócz podstawowych pierwiastków ogniwa (C, O, N, H) do jego budowy w małych ilościach potrzebne są inne składniki - mikroelementy (Mn, Cu, Zn, Mo, Mg, Co itp.). Zawartość tych pierwiastków w wodach naturalnych, z których powstają ścieki, jest zwykle wystarczająca do utleniania biochemicznego. Brak azotu hamuje utlenianie zanieczyszczeń organicznych i prowadzi do powstawania trudno osadzających się osadów. Brak fosforu inicjuje rozwój bakterii nitkowatych, co jest główną przyczyną pęcznienia osadu czynnego, złego osadzania i usuwania go z oczyszczalni, wolniejszego wzrostu osadu i spadku intensywności utleniania. Pierwiastki biogenne najlepiej wchłaniają się w postaci związków, w jakich występują w komórkach drobnoustrojów: azotu – w postaci NH 4 i fosforu – w postaci soli kwasów fosforowych. W przypadku braku azotu, fosforu lub potasu do ścieków dodaje się różne nawozy azotowe, potasowe i fosforowe. Pierwiastki te zawarte są w ściekach bytowych, dlatego wiele środków chemicznych może działać toksycznie na mikroorganizmy, zaburzając ich funkcje życiowe. Substancje takie, dostając się do komórki bakteryjnej, wchodzą w interakcję z jej składnikami i zaburzają ich funkcje, m.in.: Sin, Ag, Cu, Co, Hg, Pv itp. Ilość zawieszonych cząstek nie powinna przekraczać 100 mg/l dla filtry biologiczne i 150 mg/l dla zbiorników napowietrzających.

Intensywność i skuteczność oczyszczania ścieków zależy nie tylko od warunków życia mikroorganizmów, ale także od ich ilości, tj. dawka osadu czynnego utrzymywanego w zbiornikach napowietrzających wynosi najczęściej 2-4 g/l. Zwiększanie stężenia mikroorganizmów w ściekach pozwala na przyspieszenie procesu biologicznego oczyszczania, ale jednocześnie konieczne jest zwiększenie ilości tlenu rozpuszczonego w wodzie, co jest ograniczone stanem nasycenia, oraz poprawa warunków przenikania masy . Do oczyszczania biologicznego należy zastosować „młody” osad czynny dojrzewający 2-3 dni. Nie pęcznieje, jest bardziej odporny na wahania temperatury i pH, a jego drobne płatki lepiej osiadają. Istotnym warunkiem usprawnienia oczyszczania biologicznego i zmniejszenia objętości oczyszczalni jest regeneracja osadu czynnego, która polega na jego napowietrzeniu przy braku substratu pożywnego.

Aby stworzyć najkorzystniejsze warunki do przenoszenia masy składników odżywczych i tlenu na powierzchnię komórek drobnoustrojów, konieczne jest mieszanie ścieków i osadu czynnego. W tym przypadku turbulizacja cieczy prowadzi do zniszczenia płatków osadu czynnego, odnowienia ich powierzchni, lepszego zaopatrzenia komórek w składniki odżywcze i tlen oraz stwarza korzystniejsze warunki życia mikroorganizmów.
4. Klasyfikacja metod biochemicznych

Znane są tlenowe i beztlenowe metody oczyszczania biochemicznego. Metody aerobowe opierają się na wykorzystaniu tlenowych grup mikroorganizmów, których życie wymaga stałego przepływu tlenu i temperatury 20-40°C. Kiedy zmieniają się warunki temperaturowe i tlenowe, zmienia się skład i liczba mikroorganizmów, które są hodowane w osadzie czynnym lub biofilmie. Metody beztlenowe zachodzą bez tlenu i są stosowane głównie do obróbki osadów. Cały zespół oczyszczalni biologicznych można podzielić na trzy grupy ze względu na umiejscowienie w nich aktywnej biomasy:

1) aktywna biomasa osadzona jest na materiale stacjonarnym, a ścieki przesuwają się cienką warstwą po materiale wsadowym – biofiltrach;

2) biomasa aktywna występuje w wodzie w stanie wolnym (zawieszonym) – zbiorniki napowietrzające, kanały utleniania cyrkulacyjnego, zbiorniki tlenowe;

3) połączenie obu możliwości lokalizacji biomasy – biofiltry zanurzeniowe, biozbiorniki, zbiorniki napowietrzające wraz z wypełniaczami.

Oczyszczanie biologiczne można prowadzić także w warunkach naturalnych w zakładach uzdatniania gleby i stawach biologicznych.
4.1. Aerobowe metody czyszczenia.

Oczyszczanie na polach irygacyjnych, polach filtracyjnych i stawach biologicznych wyróżnia się stosunkowo niskimi kosztami budowy i eksploatacji, zdolnością buforowania podczas zrzutów ścieków, wahaniami pH, temperatury oraz wystarczającym stopniem usunięcia składników pokarmowych z wody. Wady obejmują sezonowość pracy i niski stopień utleniania zanieczyszczeń. Pola irygacyjne i pola filtracyjne to metody uzdatniania gleby.

Pola irygacyjne to grunty rolne specjalnie przeznaczone do oczyszczania ścieków i jednoczesnej uprawy roślin. Na polach filtracyjnych oczyszczanie odbywa się bez udziału roślin. Oczyszczanie ścieków na polach irygacyjnych opiera się na wpływie mikroflory glebowej, tlenu w powietrzu, słońca i aktywności roślin. W procesie oczyszczania ścieków uczestniczy w różnym stopniu aktywna warstwa gleby o miąższości 1,5-2 m. Mineralizacja materii organicznej zachodzi głównie w górna półmetrowa warstwa gleby. Jednocześnie wzrasta żyzność gleby, co wiąże się ze wzbogaceniem gleby w azotany, fosfor i potas. Jednakże całkowity skład soli w ściekach nie powinien przekraczać 4-6 g/l, aby zapobiec zasoleniu gleby. Ścieki do pól nawadniających dowożone są okresowo w odstępach 5 dni. Zimą na obszarach o mroźnych zimach ścieki zamarzają. Do gromadzenia ścieków wykorzystywanych na polach nawadniających wykorzystuje się stawy retencyjne o pojemności odpowiadającej sześciomiesięcznemu gromadzeniu się w nich wody.

Biologiczny stawy- sztucznie utworzone lub naturalne zbiorniki, w których oczyszczanie ścieków następuje pod wpływem naturalnych procesów samooczyszczania. Można je stosować zarówno do samooczyszczania, jak i do głębokiego doczyszczania ścieków, które zostały poddane oczyszczaniu biologicznemu. Są to płytkie zbiorniki wodne (0,5-1 m), dobrze nagrzane słońcem i zasiedlone przez organizmy wodne.

W procesach zachodzących w biostawach obserwuje się pełny naturalny cykl niszczenia zanieczyszczeń organicznych. Wpływ różnych czynników na pracę stawów może stworzyć w nich zarówno warunki tlenowe, jak i tlenowo-beztlenowe. Stawy, które stale funkcjonują w warunkach tlenowych, nazywane są napowietrzonymi, natomiast stawy o zmiennych warunkach nazywane są fakultatywnymi.

Warunki tlenowe w stawach można utrzymać albo poprzez naturalne dostarczanie tlenu z atmosfery i fotosyntezę, albo poprzez wymuszone wprowadzanie powietrza do wody. Dlatego rozróżnia się stawy z napowietrzeniem naturalnym i sztucznym. Czas przebywania wody w stawach z naturalnym napowietrzeniem wynosi od 7 do 60 dni. Wraz ze ściekami osad czynny będący materiałem siewnym usuwany jest z osadników wtórnych. Skuteczność czyszczenia stawów zależy od pory roku; w okresie zimowym gwałtownie maleje.

Stawy ze sztucznym napowietrzaniem mają znacznie mniejszą objętość, a wymagany stopień oczyszczenia osiąga się zwykle w ciągu 1-3 dni.

Biofiltry - sztuczne konstrukcje oczyszczania biologicznego - to okrągłe lub prostokątne konstrukcje wykonane z cegły lub żelbetu, obciążone materiałem filtracyjnym, na powierzchni których tworzy się biofilm. Ścieki są filtrowane przez warstwę obciążającą pokrytą błoną mikroorganizmów, ze względu na żywotną aktywność, której dokonuje się oczyszczanie. Zużyty (martwy) biofilm jest zmywany przez przepływające ścieki i usuwany z biofiltra.

W zależności od rodzaju materiału załadunkowego biofiltry dzieli się na dwie kategorie: z załadunkiem objętościowym (granulowanym) i płaskim. Jako załadunek granulowany stosuje się kruszony kamień, żwir, otoczaki, żużel, keramzyt, ceramiczne i plastikowe krążki, kostki, kule, cylindry itp. Załadunek płaski składa się z metalowych, tkaninowych i plastikowych siatek, krat, bloków, blach falistych, folii itp., często zwiniętych w rolki.

Biofiltry z obciążeniem objętościowym dzielą się na kroplowe, wysokoobciążeniowe i wieżowe. Biofiltry kroplowe są najprostsze w konstrukcji, ładowane są materiałem o drobnych frakcjach o wysokości 1-2 m i mają wydajność do 1000 m 3 /dobę, osiągają wysoki stopień oczyszczenia. W filtrach wysokoobciążeniowych stosuje się większe elementy załadunkowe, a ich wysokość wynosi 2-4 m. Wysokość zasypowa w filtrach wieżowych sięga 8-16 m. Dwa ostatnie typy filtrów stosowane są przy prędkościach przepływu ścieków dochodzących do 50 tys. m3/dobę, zarówno przy pełnym, jak i niepełnym oczyszczaniu biologicznym.

Filtry biologiczne z obciążeniem płaskim mają znacznie większą zdolność utleniania niż filtry z obciążeniem objętościowym. Zdolność utleniająca to szybkość rozpuszczania tlenu podczas napowietrzania całkowicie odtlenionej wody pod ciśnieniem atmosferycznym i w temperaturze 20 °C (g O 2 /h)); Blisko tego jest koncepcja mocy utleniającej - szybkość reakcji utleniania zanieczyszczeń (g O 2 / (m 3 h)).

Pośrednią pozycję pomiędzy zbiornikami napowietrzającymi a biofiltrami zajmują biofiltry zanurzeniowe i biozbiorniki-biofiltry.

Biofiltry zatapialne (tarczowe) to zbiornik, w którym znajduje się obracający się wał, na którym zamontowane są dyski, stykające się na przemian ze ściekami i powietrzem. Rozmiar dysków wynosi 0,5-3 m, odległość między nimi wynosi 10-20 mm, mogą być metalowe, plastikowe i azbestowo-cementowe, liczba dysków na wale wynosi od 20 do 200 . Biofiltr biozbiornika to obudowa zawierająca elementy załadowcze tacki ułożone w szachownicę. Elementy te nawadniane są od góry wodą, która wypełniając je spływa po krawędziach. Na zewnętrznych powierzchniach elementów tworzy się biofilm, a wewnątrz tworzy się biomasa przypominająca osad czynny. Konstrukcja zapewnia wysoką wydajność i efektywność czyszczenia.

W oparciu o zasadę dopływu powietrza do grubości napowietrzanego ładunku, biofiltry mogą mieć napowietrzanie naturalne i wymuszone.

W okresie rozruchu filtrów biologicznych na kawałkach paszy tworzy się film biologiczny. Głównym czynnikiem tego filmu jest populacja drobnoustrojów. Mikroorganizmy biofilmu wykorzystują zanieczyszczenia organiczne zawarte w ściekach jako źródło pożywienia i oddychania, a masa biofilmu wzrasta. W miarę wzrostu grubości film umiera i jest zmywany przez przepływające ścieki. Oczyszczona w biofiltrze woda wraz z cząsteczkami martwego biofilmu trafia do osadnika wtórnego. Recykling materiału biologicznie aktywnego zwykle nie jest przewidziany ze względu na dużą zdolność zatrzymywania struktury masy biofilmu.

Przy odbiorze ścieków o BZT > 300 mg/l, aby uniknąć częstego zamulania powierzchni biofiltra, przewiduje się recyrkulację - zwrot części oczyszczonej wody w celu rozcieńczenia ścieków pierwotnych. Recyrkulacja oczyszczonej wody zwiększa zawartość rozpuszczonego tlenu w mieszaninie, utrzymuje bardziej równomierne obciążenie hydrauliczne i wyrównuje stężenie biofilmu na wysokości konstrukcji. Zwiększa to jednak potrzebę osadzania objętości zbiorników i zwiększa zużycie energii do pompowania wody.

Rozprowadzanie ścieków po powierzchni biofiltra odbywa się za pomocą zraszaczy stacjonarnych (zraszaczy) lub zraszaczy strumieniowo-rotacyjnych z cyklicznym dopływem wody przez 5-10 minut.

Ograniczeniem stosowania biofiltrów jest możliwość ich zamulenia, zmniejszenie mocy utleniającej podczas pracy, pojawienie się nieprzyjemnych zapachów oraz trudność w równomiernym narastaniu filmu.

Czyszczenie w zbiornikach napowietrzających. Aerobowe oczyszczanie biologiczne dużych ilości ścieków odbywa się w zbiornikach napowietrzających - żelbetowych konstrukcjach napowietrzonych z swobodnie pływającym osadem czynnym w objętości oczyszczonej wody, której biopopulacja wykorzystuje zanieczyszczenia ścieków do życia.

Zbiorniki lotnicze można klasyfikować według następujących kryteriów:

1) zgodnie ze strukturą przepływu – zbiorniki napowietrzające – wyporniki, zbiorniki napowietrzające – mieszalniki i zbiorniki napowietrzające z rozproszonym dopływem cieczy odpadowej (typu pośredniego);

2) zgodnie z metodą regeneracji osadu czynnego – zbiorniki napowietrzające z oddzielnymi lub kombinowanymi regeneratorami osadu;

3) według obciążenia osadu czynnego - wysoki (dla niepełnego oczyszczenia), zwykły i niski (z przedłużonym napowietrzaniem);

4) według liczby etapów – jedno-, dwu- i wieloetapowe;

5) ze względu na sposób dopływu ścieków – przepływowy, półprzepływowy, ze zmiennym poziomem pracy, stykowy;

6) według rodzaju napowietrzania – pneumatyczne, mechaniczne, kombinowane hydrodynamiczne lub pneumomechaniczne;

7) zgodnie z charakterystyką projektową - prostokątne, okrągłe, kombinowane, wałowe, zbiorniki filtracyjne, zbiorniki flotacyjne itp.

Aerozbiorniki stosowane są w niezwykle szerokim zakresie przepływów ścieków od kilkuset do milionów metrów sześciennych na dobę.

W zbiornikach napowietrzających obciążenie osadu i szybkość utleniania zanieczyszczeń praktycznie nie zmieniają się na całej długości konstrukcji. Najbardziej nadają się do oczyszczania stężonych (BZTp do 1000 mg/l) ścieków przemysłowych o znacznych wahaniach natężenia przepływu i stężenia zanieczyszczeń. W zbiornikach napowietrzających-wypornikach obciążenie osadów zanieczyszczeniami i szybkość ich utleniania wahają się od najwyższych wartości na początku budowy do najniższych na jej końcu. Konstrukcje takie stosuje się, jeżeli zapewniona jest dostatecznie łatwa adaptacja osadu czynnego. W zbiornikach napowietrzających z rozproszonym na całej długości dopływem wody obciążenia jednostkowe osadu zmniejszają się i ujednolicają. Obiekty te służą do oczyszczania mieszanin ścieków przemysłowych i komunalnych. Praca zbiornika napowietrzającego jest nierozerwalnie związana z normalną pracą osadnika wtórnego, z którego w sposób ciągły pompowany jest osad czynny powrotny do zbiornika napowietrzającego. Zamiast osadnika wtórnego można zastosować flotator do oddzielenia osadu od wody.

W systemie jednostopniowym bez regeneratora nie ma możliwości zintensyfikowania procesu oczyszczania ścieków. W obecności regeneratora kończą się w nim procesy utleniania, a osad uzyskuje swoje pierwotne właściwości. Schematy jednostopniowe bez regeneracji osadu stosuje się przy BZT wynoszącym 150 mg/l. Schemat dwustopniowy stosuje się, gdy początkowe stężenie zanieczyszczeń organicznych w wodzie jest duże, a także gdy w wodzie znajdują się substancje, których szybkość utleniania znacznie się różni. W pierwszym etapie oczyszczania BZT ścieków zmniejsza się o 50-70%.

Aby zapewnić prawidłowy przebieg procesu utleniania biologicznego, do zbiornika napowietrzającego należy stale dostarczać powietrze. System napowietrzania to zespół konstrukcji i specjalnego sprzętu, który dostarcza ciecz w tlen, utrzymuje osad w zawiesinie i stale miesza ścieki z osadem. W przypadku większości typów zbiorników napowietrzających system napowietrzania zapewnia równoczesną realizację tych funkcji. Ze względu na metodę dyspergowania powietrza w wodzie w praktyce stosuje się następujące systemy napowietrzania: pneumatyczny, mechaniczny, pneumomechaniczny i strumieniowy. W naszym kraju pneumatyczny system napowietrzania stał się bardziej powszechny.

Nowoczesny zbiornik napowietrzający to elastyczna technologicznie konstrukcja, będąca zbiornikiem żelbetowym typu korytarzowego, wyposażonym w system napowietrzania. Głębokość roboczą zbiorników napowietrzających przyjmuje się od 3 do 6 m, stosunek szerokości korytarza do głębokości roboczej wynosi od 1:1 do 2:1. W przypadku zbiorników napowietrzających i regeneratorów liczba sekcji musi wynosić co najmniej dwie; przy wydajności do 50 tys. m 3 /dobę przydziela się 4-6 sekcji, przy wyższej wydajności 8-10 sekcji, wszystkie pracujące. Każda sekcja składa się z 2-4 korytarzy.

Wyporowe zbiorniki napowietrzające to konstrukcje o długich korytarzach, w których woda i osad czynny doprowadzane są na początek konstrukcji, a mieszanina osadu jest odprowadzana na jej końcu. W tym przypadku praktycznie nie dochodzi do mieszania wody dopływającej z wcześniej otrzymaną. Takie zbiorniki napowietrzające składają się z kilku korytarzy i mogą być z wbudowanym regeneratorem lub bez niego. Długość takich zbiorników napowietrzających sięga 50-150 m, a objętość od 1,5 do 30 tys. m 3. Tryb wypornościowy w dużej mierze odpowiada konstrukcji zbiorników napowietrzających typu komórkowego. Mają one kształt prostokątny, podzielony na szereg przedziałów poprzecznymi przegrodami. Mieszanka z pierwszej komory wchodzi do drugiej (od dołu), z drugiej do trzeciej przepływa przez przegrodę (od góry) itd. W każdej komórce ustala się pełny tryb mieszania, a suma liczby kolejnych mieszalników stanowi niemal idealny wypieracz. Zapobiega to cofaniu się wody i nie występuje mieszanie wzdłużne.

Ścieki i osady w zbiornikach napowietrzających-mieszadłach są dostarczane i odprowadzane równomiernie wzdłuż długich boków konstrukcji. Uważa się, że napływająca mieszanina bardzo szybko (w obliczeniach natychmiast) miesza się z zawartością całego zbiornika napowietrzającego. Umożliwia to równomierne rozprowadzenie zanieczyszczeń organicznych i rozpuszczonego tlenu oraz zapewnia pracę konstrukcji w stałych warunkach i przy dużych obciążeniach. Szerokość korytarza mieszalnika zbiornikowego napowietrzającego wynosi 3-9 m, liczba korytarzy 2-4, długość do 150 m.

W porównaniu do zbiorników napowietrzających – wyporników, zbiorniki napowietrzające – mieszalniki charakteryzują się wysokim stężeniem resztkowym zanieczyszczeń w oczyszczonej wodzie. Dlatego też wskazane jest stosowanie ich do oczyszczania ścieków stężonych w pierwszym etapie, a zbiorników napowietrzających – w drugim.

Zbiorniki lotnicze- mieszalniki można łączyć z osadnikami wtórnymi i wykonywać oddzielnie od nich. Osadniki aero (aeroakceleratory) są kompaktowe, pozwalają na zwiększenie recyrkulacji mieszaniny osadu bez stosowania specjalnych przepompowni, poprawiają reżim tlenowy osadnika i zwiększają dawkę osadu do 3-5 g/ l, odpowiednio zwiększając moc oksydacyjną.

Zbiorniki napowietrzające pośrednie łączą w sobie elementy wyporowych zbiorników napowietrzających i mieszających zbiorników napowietrzających. Należą do nich zbiorniki napowietrzające z rozproszonym dopływem wody i skoncentrowanym doprowadzeniem osadu czynnego, a także kaskada zbiorników-mieszadeł napowietrzających. Stwarzają warunki do uzyskania wyższego średniego stężenia osadu czynnego niż w zbiornikach napowietrzających-wypornikach oraz zapewniają wyższą jakość oczyszczania niż w zbiornikach napowietrzających-mieszadłach. Realizowane są w formie konstrukcji dwu- lub czterokorytarzowych. Koszty inwestycyjne budowy takich zbiorników napowietrzających są obniżone o co najmniej 15% w porównaniu do omówionych powyżej, przy jednoczesnym zachowaniu wysokiej jakości czyszczenia.

Zbiorniki tlenowe przeznaczone są do biochemicznego oczyszczania ścieków, w którym zamiast powietrza wykorzystuje się tlen techniczny. Dzięki temu powstają warunki do zwiększenia dawki osadu czynnego (do 6-10 g/l), zmniejsza się zużycie energii na napowietrzanie, zwiększa się moc utleniania (5-10 razy większa niż w przypadku zbiorników napowietrzających), oraz efektywność wykorzystania tlenu wynosi 90-95%.

Typowe schematy oczyszczania biochemicznego obejmują z reguły szereg instalacji do uśredniania ścieków, ich mechanicznego oczyszczania, faktyczną oczyszczalnię biologiczną, urządzenia do przygotowania i dozowania odczynników, obróbkę końcową ścieków i obróbkę osadów. Schematy mogą być jednoetapowe lub wieloetapowe. Zgodnie z powyższym schematem przeprowadza się wspólne oczyszczanie ścieków przemysłowych i bytowych. Przy takim czyszczeniu proces przebiega bardziej równomiernie i całkowicie, ponieważ Ścieki bytowe zawierają składniki odżywcze, a także rozcieńczają ścieki przemysłowe. Ścieki wstępnie oczyszczone w oczyszczalniach mechanicznych kierowane są do oczyszczania biologicznego w zbiornikach napowietrzających z regeneratorami. Osad czynny uwalniany w osadnikach wtórnych rozdzielany jest na dwa strumienie: osad krążący za pomocą przepompowni pompowany jest do regeneratora, a następnie osad nadmierny kierowany jest do klarowania do osadników pierwotnych. Oczyszczona woda jest chlorowana i kierowana do zbiornika lub zawracana do produkcji. Oddzielony osad jest przetwarzany w komorach fermentacyjnych i odwadniany na złożach osadu. Gaz powstający podczas fermentacji jest spalany w kotłowni.
4.2. Beztlenowe metody czyszczenia.

Do neutralizacji osadów ściekowych i wstępnego oczyszczania stężonych ścieków można zastosować proces fermentacji beztlenowej. W zależności od końcowego rodzaju produktu wyróżnia się następujące rodzaje fermentacji: alkoholowa, propionowa, mlekowa, metanowa itp. Końcowymi produktami fermentacji są alkohole, kwasy, aceton, gazy fermentacyjne (CO 2, H 2, CH 4).

Do oczyszczania ścieków stosuje się fermentację metanową. Proces ten jest złożony i składa się z wielu etapów; w fermentacji metanowej wyróżnia się dwie fazy. W pierwszej fazie fermentacji (kwaśnej) złożone substancje organiczne ulegają rozkładowi z utworzeniem kwasów organicznych, a także alkoholi, amoniaku, acetonu, H2S, CO2, H2 itp., w wyniku czego ścieki zakwasza się do pH = 5-6. Następnie pod działaniem bakterii metanowych (faza alkaliczna) kwasy ulegają zniszczeniu, tworząc CH 4 i CO 2. Uważa się, że szybkości przemian w obu fazach są takie same. Średnio stopień rozkładu związków organicznych wynosi 40%.

Procesy fermentacji metanowej prowadzone są w komorach fermentacyjnych – hermetycznie zamkniętych zbiornikach wyposażonych w urządzenia do wprowadzania przetworzonego osadu i usuwania osadu przefermentowanego.

Procesy fermentacji prowadzone są w warunkach mezofilowych (30-35°C) i termofilnych (50-55°C). W warunkach termofilnych niszczenie związków organicznych zachodzi intensywniej. Komora fermentacyjna jest zbiornikiem żelbetowym ze stożkowym dnem, wyposażonym w urządzenie do wychwytywania i usuwania gazu, a także wyposażonym w grzejnik i mieszadło. Stosowane są fermentatory o średnicy do 20 mi pojemności użytkowej do 4000 m 3 .

Proces fermentacji ścieków odbywa się dwuetapowo. W takim przypadku część osadu z drugiej komory fermentacyjnej jest zawracana do pierwszej, gdzie zapewnione jest dobre wymieszanie. Podczas fermentacji wydzielają się gazy o średniej zawartości CH 4 – 63-65%, CO 2 – 32-34%. Wartość opałowa gazu wynosi 23 MJ/kg, spalany jest w piecach kotłów parowych. Powstałą parę wykorzystuje się do podgrzewania osadów w komorach fermentacyjnych lub do innych celów.

Bibliografia

1. 
   Technologia ochrony środowiska /Rodionov A.I., Klushin V.N., Torocheshnikov N.S. Podręcznik dla uniwersytetów. – M.: Chemia, 1989.

1. 
   Komarova L.F., Kormina L.A. Inżynierskie metody ochrony środowiska. Technologia ochrony atmosfery i hydrosfery przed zanieczyszczeniami przemysłowymi: Podręcznik. – Barnauł, 2000.

Metody te służą do oczyszczania ścieków bytowych i przemysłowych z wielu rozpuszczalnych substancji organicznych i niektórych nieorganicznych (siarkowodór, amoniak, siarczki, azotyny itp.). Proces oczyszczania opiera się na zdolności mikroorganizmów do wykorzystania wymienionych substancji do odżywiania się w procesie życiowym - substancje organiczne dla mikroorganizmów są źródłem węgla. Biochemiczne oczyszczanie ścieków może odbywać się w warunkach tlenowych (utlenianie biochemiczne) i beztlenowych (rozkład biologiczny).

Leczenie beztlenowe zachodzi pod wpływem mikroorganizmów beztlenowych, w wyniku czego w ściekach zmniejsza się ilość zanieczyszczeń organicznych zawartych w ściekach na skutek ich przemiany w gazy (metan, dwutlenek węgla) i rozpuszczone sole, a także wzrost biomasy roślin beztlenowych. Rozkład zachodzi w 2 fazach: najpierw materia organiczna przekształca się w kwasy organiczne i alkohole (pierwsza grupa mikroorganizmów), a następnie kwasy organiczne i alkohole w metan i dwutlenek węgla (druga grupa mikroorganizmów).

Cały proces polega na utrzymaniu środowiska korzystnego dla obu grup mikroorganizmów, a równowaga między fazami musi być taka, aby kwasy były usuwane z taką samą szybkością, z jaką powstają. Metodę beztlenową stosuje się głównie do fermentacji nadmiernego osadu czynnego powstającego podczas oczyszczania beztlenowego.

Oczyszczanie w warunkach beztlenowych zachodzi w obecności rozpuszczonego w wodzie tlenu, co stanowi modyfikację naturalnego procesu samooczyszczania zbiorników występujących w przyrodzie. W przypadku biooczyszczania ścieków przemysłowych najczęściej stosuje się procesy z wykorzystaniem osadu czynnego, prowadzone w zbiornikach napowietrzających. Osad czynny powstaje w wyniku niezatrzymania cząstek zawieszonych podczas osadzania oraz substancji koloidalnych, na których namnażają się mikroorganizmy. Osad czynny w napowietrzonej cieczy znacznie przyspiesza procesy utleniania i stwarza warunki do procesów adsorpcji substancji organicznych.

Rozkład substancji organicznych do dwutlenku węgla i innych nieszkodliwych produktów utleniania następuje na skutek biocenozy, tj. zespół wszystkich bakterii i mikroorganizmów pierwotniakowych rozwijających się w danej strukturze. Zużycie składników organicznych ścieków przez mikroorganizmy przebiega w 3 etapach: 1) przeniesienie masy materii organicznej i tlenu z cieczy na powierzchnię komórki; 2) dyfuzja materii i tlenu przez półprzepuszczalną błonę komórkową; 3) metabolizm rozproszonych produktów, któremu towarzyszy wzrost biomasy, uwalnianie energii, dwutlenku węgla itp.

Intensywność i skuteczność biologicznego oczyszczania ścieków zależy od szybkości rozkładu bakterii.

Biologiczne oczyszczanie ścieków można prowadzić w warunkach naturalnych lub sztucznych.

W warunkach naturalnych wykorzystuje się specjalnie przygotowane działki (pola nawadniające i filtracyjne) lub stawy biologiczne. Są to zbiorniki ziemne o głębokości 0,5¸1 m, w których zachodzą te same procesy, co podczas samooczyszczania zbiornika.

Pola irygacyjne– specjalnie przygotowane działki wykorzystywane jednocześnie do celów oczyszczania ścieków i rolnictwa, tj. do uprawy zbóż, roślin kiszonkowych, ziół, warzyw, a także do sadzenia krzewów i drzew. Pola filtracyjne przeznaczone są wyłącznie do biologicznego oczyszczania ścieków.

Pola irygacyjne i stawy biologiczne znajdują się na terenie o stopniowanym nachyleniu, dzięki czemu woda przepływa grawitacyjnie z jednego obszaru do drugiego. Oczyszczanie z zanieczyszczeń następuje poprzez proces filtracji wody przez glebę, w której zatrzymują się cząstki zawieszone i koloidalne, tworząc film w porach gleby. Wnikanie tlenu do głębszych warstw gleby jest trudne, dlatego najsilniejsze utlenianie zachodzi w górnych warstwach gleby, tj. na głębokości do 0,2¸0,4 m.

Stawy biologiczne– przeznaczone do biologicznego oczyszczania oraz doczyszczania ścieków w połączeniu z innymi oczyszczalniami. Wykonane są w formie kaskady stawów, składającej się z 3-5 stopni. Proces oczyszczania ścieków realizowany jest według następującego schematu: bakterie wykorzystują do utlenienia substancji zanieczyszczających tlen wydzielany przez glony podczas fotosyntezy oraz tlen z powietrza. Glony zużywają dwutlenek węgla, fosforany i azot amonowy powstający podczas biochemicznego rozkładu materii organicznej. Dlatego do normalnej pracy stawów konieczne jest utrzymanie optymalnych wartości pH i temperatury ścieków. Temperatura musi wynosić co najmniej 6°C, dlatego zimą ze stawów nie korzysta się.

Wyróżnia się stawy z napowietrzeniem naturalnym i sztucznym. Głębokość stawów z naturalnym napowietrzeniem powierzchniowym nie przekracza 1 m. W przypadku sztucznego napowietrzania stawów za pomocą aeratorów mechanicznych lub przedmuchu słupa wody ich głębokość wzrasta do 3 m. Zastosowanie sztucznego napowietrzania przyspiesza procesy oczyszczania wody. Wadami stawów są niska zdolność utleniania, sezonowość działania i potrzeba dużych powierzchni.

Urządzenia do sztucznego oczyszczania biologicznego Ze względu na umiejscowienie w nich biomasy aktywnej można je podzielić na 2 grupy: 1) biomasa aktywna zawieszona jest w oczyszczonych ściekach (aerozbiorniki, oxytanki); 2) aktywna biomasa osadzona jest na nieruchomym materiale, a ścieki opływają ją cienką warstwą (biofiltry).

Zbiorniki lotnicze Są to zbiorniki żelbetowe, na planie prostokąta, podzielone przegrodami na osobne korytarze.

Ścieki po oczyszczalniach mechanicznych mieszają się z osadem czynnym powrotnym (biocenoza) i sukcesywnie przechodząc korytarzami zbiornika napowietrzającego trafiają do osadnika wtórnego. Czas przebywania oczyszczonych ścieków w zbiorniku napowietrzającym, w zależności od ich składu, wynosi od 6 do 12 godzin. W tym czasie większość zanieczyszczeń organicznych ulega przetworzeniu w procesie biocenozy osadu czynnego. Aby utrzymać osad czynny w zawiesinie, należy go intensywnie wymieszać i nasycić oczyszczoną mieszaninę tlenem z powietrza, w zbiornikach napowietrzających instaluje się różne systemy napowietrzania (najczęściej mechaniczne lub pneumatyczne). Ze zbiorników napowietrzających mieszanina oczyszczonych ścieków i osadu czynnego trafia do osadnika wtórnego, skąd osiadły na dnie osad czynny za pomocą specjalnych urządzeń (pompy osadu) odprowadzany jest do zbiornika przepompowni, a oczyszczony ścieki są dostarczane albo do dalszego oczyszczania, albo poddawane dezynfekcji. W procesie biologicznego utleniania zwiększa się biomasa osadu czynnego. Aby stworzyć optymalne warunki jego życia, osad nadmierny jest usuwany z układu i kierowany do zakładów oczyszczania osadu, a główna jego część w postaci osadu powrotnego jest zawracana do zbiornika napowietrzającego.

Zespoły oczyszczalni, w skład których wchodzą zbiorniki napowietrzające, mogą przepuścić od kilkudziesięciu do 2¸3 mln m3 ścieków na dobę.

Zamiast powietrza można dostarczać czysty tlen do pneumatycznego napowietrzania ścieków. W tym procesie stosuje się zbiorniki tlenowe, które różnią się nieco konstrukcją od zbiorników napowietrzających. Zdolność oksydacyjna oksytenków jest 3 razy większa.

Biofiltry znajdując szerokie zastosowanie przy dobowym zużyciu ścieków bytowych i przemysłowych do 20-30 tys. m 3 na dobę. Najważniejszym składnikiem biofiltrów jest materiał wsadowy. W zależności od rodzaju materiału załadunkowego dzieli się je na 2 kategorie: z załadunkiem objętościowym i płaskim. Biofiltry to okrągłe i prostokątne zbiorniki wypełnione materiałem załadowczym. Materiał objętościowy składający się ze żwiru, keramzytu, żużla o wielkości frakcji 15¸80 mm, po sortowaniu frakcji, wypełnia się warstwą o wysokości 2¸4 m Materiałem płaskim wytwarza się w postaci twardych (pierścień, elementy rurowe). wykonane z tworzywa sztucznego, ceramiki, metalu) i miękkich (zrolowanych tkanin), bloków, które osadza się w korpusie biofiltra w warstwie o grubości 8 m.

Ścieki dostarczone ponad powierzchnię materiału załadowczego są przez nią równomiernie rozprowadzane, a na powierzchni materiału tworzy się film biologiczny (biocenoza), podobny do osadu czynnego w zbiornikach napowietrzających. Materiał załadowczy podparty jest na dnie kratowym, przez którego otwory oczyszczone ścieki przedostają się do dna stałego biofiltra i odprowadzane są z biofiltra do osadnika wtórnego za pomocą tac.

Biofiltry z obciążeniem objętościowym są skuteczne przy całkowitym oczyszczaniu biologicznym. Biofiltry o załadunku płaskim można również stosować do pełnego oczyszczania biologicznego, jednak bardziej celowe jest ich zastosowanie jako pierwszego stopnia dwustopniowego oczyszczania biologicznego w przypadku wystąpienia gwałtownych emisji wysokostężonych ścieków przemysłowych lub przy przebudowie kompleksów oczyszczalni.

Podczas obsługi oczyszczalni biologicznych należy przestrzegać technologicznych zasad ich działania, aby uniknąć przeciążeń, a zwłaszcza salw toksycznych składników, gdyż takie naruszenia mogą mieć szkodliwy wpływ na życie organizmów. Dlatego w ściekach kierowanych do oczyszczania biologicznego zawartość ropy i produktów naftowych nie powinna przekraczać 25 mg/l, środków powierzchniowo czynnych nie więcej niż 50 mg/l, soli rozpuszczonych nie więcej niż 10 g/l.

Oczyszczanie biologiczne nie zapewnia całkowitego zniszczenia wszystkich bakterii chorobotwórczych znajdujących się w ściekach. Dlatego po nim woda jest dezynfekowana ciekłym chlorem lub wybielaczem, ozonowaniem, promieniowaniem ultrafioletowym, elektrolizą lub ultradźwiękami.

Dezynfekcja oczyszczonych ścieków ma na celu zniszczenie zawartych w nich patogennych bakterii, wirusów i mikroorganizmów; efekt dezynfekcji powinien wynosić prawie 100%. Dlatego po całkowitym oczyszczeniu do ścieków wprowadzane są związki chloru lub inne silne utleniacze (ozon), które chronią zbiorniki wodne przed przedostaniem się do nich patogenów.

Najbardziej niebezpieczne dla wód naturalnych, zdrowia ludzi, zwierząt i ryb są różnorodne odpady radioaktywne powstające w elektrowniach jądrowych podczas przetwarzania paliwa jądrowego. Oczyszczanie ścieków zawierających skażenia radioaktywne zależy od poziomu aktywności i zasolenia. Wody o niskim zasoleniu oczyszczane są za pomocą filtrów jonowymiennych i aluwialnych. Przy dużej zawartości soli stosuje się metody elektrodializy i odparowania, a resztkowe zanieczyszczenia usuwa się za pomocą jednostek jonowymiennych. Wszystkie ścieki o promieniotwórczości powyżej dopuszczalnego poziomu są odprowadzane do specjalnych zbiorników podziemnych lub pompowane do głębokich podziemnych basenów odwadniających.

Ścieki zawierają substancje pochodzenia organicznego i nieorganicznego, przy czym znacznie więcej jest substancji organicznych. A jeśli najłatwiejszym sposobem pozbycia się wtrąceń nieorganicznych jest mechaniczne, potrzebne są inne metody usuwania zanieczyszczeń organicznych. Jednym z głównych jest biologiczne oczyszczanie ścieków. O jego cechach, odmianach i technologiach dowiesz się w tym artykule.

Woda to życie, ale spożywamy ją czystą i zwracamy brudną. Jeśli odpływy nie zostaną oczyszczone, wkrótce nadejdzie czas „cennej wilgoci”, opisywany przez wielu pisarzy science fiction. Natura potrafi samodzielnie oczyszczać wodę, lecz procesy te przebiegają bardzo powoli. Rośnie liczba ludności, wzrasta również wielkość zużycia wody, dlatego problem zorganizowanego i dokładnego oczyszczania ścieków jest szczególnie dotkliwy. Najskuteczniejszą technologią oczyszczania wody jest technologia biologiczna. Ale zanim rozważysz podstawowe zasady jego działania, musisz zrozumieć skład wody.

Skład ścieków bytowych

Każdy dom z bieżącą wodą ma również kanalizację. Zapewnia normalne procesy transportu ścieków z mieszkań i domów do oczyszczalni. W rurach kanalizacyjnych znajduje się zwykła woda, ale jest ona zanieczyszczona. Jest w nim tylko 1% zanieczyszczeń, ale to właśnie sprawia, że ​​ścieki nie nadają się do dalszego wykorzystania. Dopiero po oczyszczeniu wodę można ponownie wykorzystać do picia i codziennego użytku.

Nie można podać dokładnego składu ścieków, ponieważ zależy to od miejsca pobrania specjalnej próbki, ale nawet w tym samym miejscu ilość i zestaw zanieczyszczeń może się różnić. Najczęściej woda zawiera cząstki stałe, zanieczyszczenia biologiczne i wtrącenia nieorganiczne. Z materią nieorganiczną wszystko jest proste – usuwa ją nawet najprostszy filtr, natomiast z materią organiczną trzeba będzie walczyć. Jeśli nic nie zostanie zrobione, substancje te zaczną się rozkładać i tworzyć gnijący osad (stąd nieprzyjemny charakterystyczny „zapach ścieków”). Co więcej, nie tylko rozłożona materia organiczna zaczyna gnić, ale także woda.

W skrócie ścieki zawierają tłuszcze, środki powierzchniowo czynne, fosforany, związki chloru i azotu, produkty naftowe i siarczany. Nie mogą same zniknąć z wody – wymagają kompleksowego oczyszczenia. Problem jest szczególnie dotkliwy w domach, które mają autonomiczny system odwadniania i zaopatrzenia w wodę, ponieważ w każdym miejscu znajduje się szambo i studnia wodna. Jeśli odpływy nie zostaną oczyszczone, mogą przedostać się do kranu – a sytuacja może zagrażać życiu.

Metody oczyszczania ścieków bytowych i przemysłowych

Ścieki mogą się samooczyszczać w warunkach naturalnych, ale tylko wtedy, gdy ich objętość jest niewielka. Ponieważ sektor przemysłowy jest dziś wysoko rozwinięty, na wylocie powstają znaczne ilości ścieków. Aby uzyskać czystą wodę, osoba musi rozwiązać problem ścieków - to znaczy ją oczyścić. Metod oczyszczania ścieków jest kilka – mechaniczne, chemiczne, fizykochemiczne i biologiczne. Przyjrzyjmy się bliżej cechom każdego z nich.

Czyszczenie mechaniczne obejmuje zastosowanie technik takich jak filtracja i sedymentacja. Głównymi narzędziami są siatki, sita, filtry, pułapki i pułapki. Kiedy woda ulega wstępnemu oczyszczeniu, trafia do osadnika - pojemnika przeznaczonego do osadzania ścieków z utworzeniem osadu. Czyszczenie mechaniczne jest stosowane w większości nowoczesnych systemów, ale rzadko jako metoda samodzielna. Rzecz w tym, że nie nadaje się do usuwania składników chemicznych i zanieczyszczeń organicznych.

Oczyszczanie chemiczne przeprowadza się za pomocą odczynników – specjalnych środków chemicznych, które reagują z zanieczyszczeniami zawartymi w wodzie i tworzą nierozpuszczalny osad. W rezultacie zawartość zawiesiny rozpuszczalnej zmniejsza się o 25%, a zawiesiny nierozpuszczalnej o 95%.

Oczyszczanie fizykochemiczne obejmuje zastosowanie technik takich jak utlenianie, koagulacja, ekstrakcja i tak dalej. Procesy te pozwalają na usunięcie z wody wtrąceń nieorganicznych oraz zniszczenie słabo utlenionych zanieczyszczeń organicznych. Najpopularniejszą metodą czyszczenia fizyko-chemicznego jest elektroliza.

Oczyszczanie biologiczne to proces polegający na wykorzystaniu określonych mikroorganizmów i zasadach ich życia. Bakterie działają specyficznie na określone zanieczyszczenia organiczne i następuje oczyszczanie wody.

Metody biologicznego oczyszczania ścieków i ich zalety. Stacje i obiekty biologicznego oczyszczania ścieków

Do biologicznych metod oczyszczania ścieków zaliczają się zbiorniki napowietrzające, filtry biologiczne i tzw. biostawy. Każda metoda ma swoją własną charakterystykę, o której powiemy poniżej.

Zbiorniki lotnicze

Ta biologiczna metoda oczyszczania polega na oddziaływaniu wcześniej oczyszczonych mechanicznie ścieków i osadu czynnego. Interakcja odbywa się w specjalnych kontenerach – składają się one z co najmniej dwóch sekcji i są wyposażone w systemy napowietrzania. Osad czynny zawiera dużą liczbę mikroorganizmów tlenowych, które w odpowiednich warunkach usuwają ze ścieków różne zanieczyszczenia. Osady to złożony system biocenozy, w którym bakterie pod warunkiem regularnego dopływu tlenu zaczynają wchłaniać zanieczyszczenia organiczne. Oczyszczanie biologiczne zachodzi stale pod jednym głównym warunkiem - powietrze musi dostać się do wody. Po zakończeniu przetwarzania organicznego poziom zużycia tlenu (BZT) spada, a woda dostarczana jest do kolejnych sekcji.

W pozostałych działach zajęto się bakteriami nitryfikacyjnymi, które przetwarzają taki pierwiastek jak azot z soli amonowych do azotynów. Procesy te są przeprowadzane przez jedną część mikroorganizmów, podczas gdy druga zjada azotyny, tworząc azotany. Po zakończeniu tego procesu oczyszczone ścieki kierowane są do osadnika wtórnego. Tutaj wytrąca się osad czynny, a oczyszczona woda kierowana jest do zbiorników.

Biofiltr to stacja oczyszczania biologicznego popularna wśród właścicieli domów wiejskich. Jest to kompaktowe urządzenie, które zawiera zbiornik z materiałem załadowczym. W postaci aktywnego filmu w biofiltrze znajdują się mikroorganizmy, które przeprowadzają te same procesy, co w pierwszym przypadku.

Rodzaje instalacji:

• dwustopniowy;
• filtracja kroplowa.

Wydajność urządzeń z filtracją kroplową jest niska, ale gwarantują one maksymalny stopień oczyszczenia ścieków. Drugi typ jest bardziej produktywny, ale jakość czyszczenia będzie w przybliżeniu taka sama jak w pierwszym przypadku. Obydwa filtry składają się z tzw. „korpusu”, rozdzielacza, układu odwadniającego i rozprowadzającego powietrze. Zasada działania biofiltrów jest podobna do zasady działania zbiorników napowietrzających.

Stawy biologiczne

Aby móc prowadzić oczyszczanie ścieków tą metodą, musi istnieć otwarty sztuczny zbiornik, w którym będą zachodzić procesy samooczyszczania. Ta metoda jest najskuteczniejsza; odpowiednie są nawet płytkie stawy o głębokości do jednego metra. Znaczna powierzchnia pozwala na dobre nagrzanie wody, co ma również niezbędny wpływ na procesy życiowe mikroorganizmów biorących udział w procesie oczyszczania. Ta metoda jest najskuteczniejsza w ciepłym sezonie - w temperaturach około 6 stopni i niższych procesy utleniania ulegają zawieszeniu. Zimą sprzątanie w ogóle nie występuje.

Rodzaje stawów:

• hodowla ryb (z rozcieńczeniem);
• wieloetapowy (bez rozcieńczania);
• stawy trzeciego stopnia oczyszczania.

W pierwszym przypadku ścieki miesza się z wodą rzeczną, a następnie kieruje do stawów. W drugim woda jest wysyłana do zbiornika bez rozcieńczania natychmiast po osiadaniu. Pierwsza metoda wymaga około dwóch tygodni, a druga miesiąca. Zaletą systemów wielostopniowych jest ich stosunkowo niska cena.

Jakie są zalety biologicznego oczyszczania ścieków?

Biologiczne oczyszczanie ścieków gwarantuje niemal 100% czystą wodę. Należy jednak pamiętać, że biostacja nie jest stosowana jako metoda samodzielna. Krystalicznie czystą wodę można uzyskać tylko wtedy, gdy najpierw w inny sposób usunie się zanieczyszczenia nieorganiczne, a następnie materię organiczną metodą biologiczną.

Bakterie tlenowe i beztlenowe – czym są?

Mikroorganizmy stosowane w procesie oczyszczania ścieków dzielą się na tlenowe i beztlenowe. Aerobowe istnieją wyłącznie w środowisku zawierającym tlen i całkowicie rozkładają materię organiczną na CO2 i H2O, jednocześnie syntetyzując własną biomasę. Formuła tego procesu jest następująca:

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

gdzie CxHyOz jest substancją organiczną.

Mikroorganizmy beztlenowe normalnie radzą sobie bez tlenu, ale ich przyrost biomasy jest niewielki. Bakterie tego typu są potrzebne do beztlenowej fermentacji związków organicznych z utworzeniem metanu. Formuła:

CxHyOz -> CH4 + CO2 + biomasa bakteryjna

Techniki beztlenowe są niezbędne przy dużych stężeniach materii organicznej - przekraczających maksymalne dopuszczalne dla mikroorganizmów tlenowych. Przeciwnie, przy niskiej zawartości substancji organicznych mikroorganizmy beztlenowe są nieskuteczne.

Cel biologicznych metod oczyszczania wody

Większość substancji zanieczyszczających odpady to substancje pochodzenia organicznego. Główne źródła tych zanieczyszczeń i konsumenci oczyszczonych ścieków:

• Mieszkalnictwo i usługi komunalne, przedsiębiorstwa przemysłu spożywczego i kompleksy hodowlane.
• Przedsiębiorstwa przemysłu chemicznego, rafinacji ropy naftowej, celulozowo-papierniczego i skórzanego.

Skład ścieków w tych przypadkach będzie inny. Jedno jest pewne – idealne efekty można osiągnąć jedynie kompleksowym czyszczeniem z obowiązkowym zastosowaniem metod biologicznych.

Zasady oczyszczania biologicznego i wykaz wymaganego sprzętu

Biorąc pod uwagę aktualne zasady oczyszczania biologicznego, dobiera się sprzęt do organizacji oczyszczalni biologicznej. Główne opcje:

• stawy biologiczne;
• pola filtrujące;
• biofiltry;
• zbiorniki napowietrzające;
• metatenki;
• studnie filtracyjne;
• filtry piaskowe i żwirowe;
• kanały utleniania w obiegu;
• bioreaktory.

Należy pamiętać, że do sztucznego i naturalnego oczyszczania ścieków można stosować różne techniki.

Oczyszczanie ścieków metodami biologicznymi: zalety i wady

Metody biologiczne są skuteczne w oczyszczaniu ścieków z materii organicznej, jednak naprawdę wysokie wyniki można osiągnąć jedynie poprzez zintegrowane zastosowanie różnych metod. Poza tym możliwości bakterii nie są nieograniczone – mikroorganizmy usuwają drobne zanieczyszczenia organiczne. Koszt oczyszczalni biologicznych jest stosunkowo niski.

Wszystkie metody oczyszczania ścieków

Przed wejściem do systemu oczyszczania biologicznego ścieki muszą zostać poddane oczyszczaniu mechanicznemu, a po nim - dezynfekcji (chlorowanie, ultradźwięki, elektroliza, ozonowanie itp.) i dezynfekcji. Dlatego w ramach kompleksowego oczyszczania ścieków stosuje się także metody chemiczne, mechaniczne, membranowe i odczynowe.

Wszelkie ścieki zawierają składniki pochodzenia organicznego i nieorganicznego. Jeśli łatwo jest pozbyć się nieorganicznych dużych i gęstych wtrąceń metodami filtracji mechanicznej, to nie będzie możliwe pozbycie się złożonych składników organicznych obecnych w wodzie w postaci zawiesiny. Będzie to wymagało biochemicznego oczyszczania ścieków. Technika ta jest nie mniej skuteczna i nie tak droga jak sztuczne metody oczyszczania. Ponadto ta metoda czyszczenia nie wymaga skomplikowanego procesu recyklingu użytych odczynników.

Biochemiczna metoda oczyszczania opiera się na wykorzystaniu specjalnych bakterii, które w trakcie swojej życiowej aktywności rozkładają złożone związki organiczne na prostsze pierwiastki – wodę, dwutlenek węgla i osady mineralne.

Bakterie te są stale obecne w glebie i wodzie, gdzie przyczyniają się do naturalnego oczyszczania gleby i wody. Ponieważ jednak ich stężenie jest niskie, naturalne procesy oczyszczania przebiegają raczej powoli.

W oczyszczalniach ścieków, w których stosuje się oczyszczanie biochemiczne, występują ogromne kolonie bakterii biorących udział w przetwarzaniu ścieków. Jednocześnie w tych strukturach powstają sprzyjające warunki do życia mikroorganizmów, co pozwala znacznie przyspieszyć procesy oczyszczania wody w strukturze w porównaniu z naturalnym oczyszczaniem w przyrodzie.

Z reguły w oczyszczaniu biochemicznym wykorzystuje się jeden z dwóch rodzajów bakterii lub ich kombinację:

• Mikroorganizmy tlenowe przetwarzają złożone związki organiczne. W wyniku utleniania rozkładają się na wodę, osady mineralne i dwutlenek węgla. Główną cechą tych bakterii jest to, że potrzebują tlenu, dlatego konstrukcje je wykorzystujące są wyposażone w aeratory i kompresory.
• Mikroorganizmy beztlenowe są zawsze obecne w ściekach w małych ilościach. Bakterie te nie wymagają tlenu. Do wykonywania czynności życiowych potrzebują jednak dwutlenku węgla i azotanów. Organizmy te w ciągu swojego życia wydzielają metan, dlatego w budynku konieczne jest zastosowanie systemu wentylacji.

Biochemiczne metody oczyszczania

Obecnie stosuje się następujące biochemiczne metody oczyszczania ścieków:

1. Stawy biologiczne.
2. Projekty wykorzystujące aerobowe metody oczyszczania – zbiorniki napowietrzające i biofiltry.
3. Urządzenia do oczyszczania z rozkładem beztlenowym (szamba, osadniki i fermentatory).

Biostawy

Są to sztuczne zbiorniki o małej głębokości (0,5-1 m), w których ścieki poddawane są procesom bardzo przypominającym naturalne samooczyszczanie. Stawy te są dobrze nagrzane przez słońce, dzięki czemu stwarzają korzystne warunki do życia bakterii.

Najwyższy efekt sanitarny stawów osiąga się w ciepłym sezonie. W ten sposób kolonie E. coli zostają zniszczone o 99%, szkodliwe mikroorganizmy z grupy jelitowej zostają całkowicie zniszczone, utlenianie środowiska zmniejsza się o 90%, a stężenie amonu i azotu organicznego zmniejsza się o 97%.

Ważne: tę metodę czyszczenia można stosować także zimą. Stawy mogą funkcjonować pod warstwą lodu. Konieczne jest jedynie oczyszczenie go ze śniegu, aby światło słoneczne dotarło do bakterii.

Stawy biologiczne występują w kilku rodzajach:

• Płynące zbiorniki, w którym ścieki są rozcieńczane wodą rzeczną. Za osadnikiem ścieki miesza się z wodą w stosunku 1 do 3-5. Tutaj ciecz jest oczyszczana przez 14-21 dni. Staw nadaje się do hodowli ryb i hodowli kaczek. Wadą jest konieczność budowy osadnika i zapotrzebowanie na wodę rzeczną.
• Stawy przepływowe, w których ścieki nie są rozcieńczane wodą rzeczną. Ta metoda oczyszczania polega na przepuszczaniu ścieków przez kaskadę 4-5 zbiorników. Pierwszy staw powinien mieć barierę zatrzymującą stały osad, natomiast ostatni staw powinien być przystosowany do hodowli ryb.
• Zbiorniki do oczyszczania ścieków stosowane w biologicznych oczyszczalniach, gdzie nie ma możliwości przetworzenia dużych ilości ścieków lub gdzie wymagany jest wysoki stopień oczyszczenia. Zwykle cały system składa się z 2-3 stawów, w których można również hodować ryby.
• Stawy beztlenowe osiągnąć głębokość kilku metrów. Stosuje się tu beztlenowe metody czyszczenia. Główną wadą takich stawów jest to, że metan jest stale uwalniany do środowiska, a bakterie chorobotwórcze mogą przedostawać się do wód gruntowych.
• Zbiorniki kontaktowe. Zasada oczyszczania opiera się na tym, że w wodzie stojącej procesy utleniania biochemicznego przebiegają znacznie szybciej. System składa się z szeregu równoległych kart. Woda codziennie przepływa z jednego zbiornika do drugiego. Całkowity proces czyszczenia trwa 5-10 dni.

Stacje oczyszczania z rozkładem tlenowym

Do takich konstrukcji zaliczają się biofiltry i zbiorniki napowietrzające. Zasada działania biofiltra polega na tym, że zanieczyszczona woda w pierwszej kolejności przechodzi etap mechanicznego oczyszczania. Po pewnym czasie wsad (część biofiltra) zaczyna zanieczyszczać się filmem biologicznym. Proces ten zachodzi na skutek adsorpcji mikroorganizmów ze ścieków. Dopiero potem rozpoczynają się procesy biochemicznego utleniania materii organicznej.

Ważne: głównym warunkiem skutecznego czyszczenia jest obecność dobrego napowietrzenia.

Biofiltr to konstrukcja wypełniona materiałem gruboziarnistym, który nie może pęcznieć (żużel, otoczaki, tłuczeń kamienny). Powierzchnię tego materiału nawadnia się odpadami co 10-15 minut. Ciecz, która przeszła przez filtr, przechodzi przez otwory drenażowe i spływa do tac. Napowietrzanie filtra biologicznego może być sztuczne lub naturalne. Metody sztucznego napowietrzania mogą znacznie przyspieszyć procesy biologicznego utleniania.

Zbiornik napowietrzający to obiekt oczyszczający, w którym wykorzystuje się zasady naturalnego biologicznego oczyszczania ścieków. Intensywność tych procesów jest jednak znacznie większa. Napowietrzanie ścieków odbywa się tutaj poprzez pompowanie powietrza za pomocą aeratorów i sprężarek. Tutaj funkcje filmu biologicznego pełni osad czynny - są to specjalne płatki składające się z zawiesiny mikroorganizmów.

Zasady sprzątania w takim obiekcie są następujące:

1. Ścieki zmieszane z osadem czynnym trafiają do długiego zbiornika i przez niego przepływają.
2. Aby utrzymać osad w zawiesinie i przyspieszyć procesy utleniania, do układu stale pompowane jest powietrze pod ciśnieniem.
3. Po zakończeniu procesu utleniania mieszanina osadu i ścieków trafia do osadnika wtórnego, gdzie osad czynny oddzielany jest od wody oczyszczonej. Osad czynny jest pompowany z powrotem do zbiornika napowietrzającego za pomocą podnośnika powietrznego.
4. Po dezynfekcji wodę można spuścić do zbiorników wodnych.

Ważne: ta metoda czyszczenia prowadzi do powstania dużej ilości osadu czynnego, dlatego należy go okresowo usuwać. Powstały osad czynny można wykorzystać do nawożenia pól.

Osad czynny to biomasa składająca się z bakterii, pierwotniaków, mikroorganizmów nitryfikacyjnych i denitryfikacyjnych oraz grzybów. W składzie nie ma przedstawicieli grupy glonów. Osad czynny doskonale adsorbuje bakterie z grupy coli.

Stacje oczyszczania z fermentacją beztlenową

Osady ściekowe składają się w 95% z wody, w 5% z węglowodanów, tłuszczów i białek. Do dezynfekcji osadów na oczyszczalniach ścieków stosuje się także metody biochemiczne. Pozwalają na zmianę struktury osadu, w efekcie czego staje się on substancją szybkoschnącą, łatwo poddającą się recyklingowi.

Procesy fermentacji beztlenowej w warunkach naturalnych zachodzą z uwolnieniem metanu, wody i dwutlenku węgla. Wyróżnia się następujące typy zakładów oczyszczania, w których stosuje się procesy rozkładu beztlenowego:

• Szamba to konstrukcje łączące procesy fermentacji i tworzenia się osadu. Te projekty nadają się do obsługi małych obiektów - domów wiejskich i daczy. Czyszczenie szamba można wykonać ręcznie, ponieważ wymiary konstrukcji są małe. Zazwyczaj zabieg ten wykonuje się 1-2 razy w roku. Przefermentowany osad szamba nie może być wykorzystany jako nawóz, gdyż stwarza zagrożenie dla środowiska. Przed usunięciem osadu należy go zdezynfekować poprzez podgrzanie do 60 stopni. Szamba mogą składać się z 1, 2 lub 3 komór. Konstrukcje te nadają się do wstępnego oczyszczania ścieków, po czym wymagają one dodatkowego oczyszczenia na polach filtracyjnych, w studniach filtracyjnych lub rowach.
• Trawniki. Tutaj osad jest poddawany fermentacji przy użyciu sztucznego ogrzewania. Ścieki dopływają tu za osadnikiem pierwotnym. Komora fermentacyjna to zamknięty zbiornik, w którym przeprowadza się beztlenową fermentację osadów. W takich strukturach nowy osad jest stale mieszany z osadem dojrzałym. Sprawność całej konstrukcji uzależniona jest od ilości dojrzałego osadu. Im więcej, tym lepiej.
• Osadniki dwupoziomowe różnią się od szamb tym, że wyeliminowano wiele ich wad. Zatem gazy uwalniane podczas rozkładu osadów nie mogą przedostawać się do ścieków ciekłych. W tych konstrukcjach proces fermentacji może trwać od 1 do 6 miesięcy. Jednocześnie nad osadnikiem dwupoziomowym znajduje się odwadniacz gazu. Przefermentowany osad kierowany jest na plantacje osadów w celu suszenia. Rozkład materii organicznej w studzience jest znacznie szybszy i wydajniejszy niż w szambie. Takich konstrukcji nie stosuje się na średnich szerokościach geograficznych, ponieważ zimą nie można prowadzić fermentacji osadów.

→ Oczyszczanie ścieków

Biochemiczne podstawy biologicznych metod oczyszczania ścieków

Biologiczne metody oczyszczania ścieków opierają się na naturalnych procesach aktywności życiowej mikroorganizmów heterotroficznych. Wiadomo, że mikroorganizmy posiadają szereg szczególnych właściwości, z których należy wyróżnić trzy główne, szeroko stosowane w celach czyszczących:
1. Zdolność do spożywania szerokiej gamy związków organicznych (i niektórych nieorganicznych) jako źródeł pożywienia w celu uzyskania energii i zapewnienia jej funkcjonowania.

2. Po drugie, właściwość ta polega na szybkim mnożeniu. Średnio liczba komórek bakteryjnych podwaja się co 30 minut. Według prof. N.P. Blinova, gdyby mikroorganizmy mogły rozmnażać się bez przeszkód, to przy wystarczającym odżywianiu i odpowiednich warunkach w ciągu 5–7 dni masa tylko jednego rodzaju mikroorganizmów wypełniłaby baseny wszystkich mórz i oceanów. Nie dzieje się tak jednak zarówno ze względu na ograniczone źródła pożywienia, jak i ze względu na istniejącą naturalną równowagę ekologiczną.

3. Zdolność do tworzenia kolonii i nagromadzeń, które po zakończeniu procesów usuwania zawartych w niej zanieczyszczeń można stosunkowo łatwo oddzielić od oczyszczonej wody.

W żywej komórce drobnoustroju w sposób ciągły i jednocześnie zachodzą dwa procesy - rozkład cząsteczek (katabolizm) i ich synteza (anabolizm), które składają się na ogólny proces metaboliczny - metabolizm. Innymi słowy, procesy niszczenia związków organicznych zużywanych przez mikroorganizmy są nierozerwalnie związane z procesami biosyntezy nowych komórek drobnoustrojów, różnych produktów pośrednich lub końcowych, których realizacja pochłania energię otrzymaną przez komórkę drobnoustroju w wyniku spożycie składników odżywczych. Źródłem pożywienia dla mikroorganizmów heterotroficznych są węglowodany, tłuszcze, białka, alkohole itp., które mogą być przez nie rozkładane zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych. Znaczna część produktów przemian drobnoustrojów może zostać uwolniona przez komórkę do środowiska lub w nim akumulowana. Niektóre produkty pośrednie służą jako rezerwa odżywcza, którą komórka wykorzystuje po wyczerpaniu się głównego pożywienia.

Cały cykl relacji między komórką a środowiskiem w procesie usuwania z niej i przemiany składników odżywczych jest wyznaczany i regulowany przez odpowiednie enzymy. Enzymy zlokalizowane są w cytoplazmie oraz w różnych podstrukturach osadzonych w błonie komórkowej, uwalniane na powierzchnię komórki lub do środowiska. Całkowita zawartość enzymów w komórce sięga 40-60% całkowitej zawartości białka w niej, a zawartość każdego enzymu może wynosić od 0,1 do 5% zawartości białka. Co więcej, komórki mogą zawierać ponad 1000 rodzajów enzymów, a każda reakcja biochemiczna przeprowadzana przez komórkę może być katalizowana przez 50-100 cząsteczek odpowiedniego enzymu. Niektóre enzymy są białkami złożonymi (proteidami), zawierającymi oprócz części białkowej (apoenzym) część niebiałkową (koenzym). W wielu przypadkach koenzymy to witaminy, czasem kompleksy zawierające jony metali.

Enzymy dzieli się na sześć klas w zależności od charakteru reakcji, które katalizują: procesy utleniania i redukcji; przeniesienie różnych grup chemicznych z jednego podłoża na drugie; hydrolityczne rozszczepienie wiązań chemicznych substratów; odszczepienie lub dodanie grupy chemicznej z substratu; zmiana w podłożu; łączenie cząsteczek substratu za pomocą związków wysokoenergetycznych.

Ponieważ komórka drobnoustroju spożywa wyłącznie substancje organiczne rozpuszczone w wodzie, przenikanie do wnętrza komórki substancji nierozpuszczalnych w wodzie, takich jak skrobia, białka, celuloza itp. możliwe jest dopiero po ich odpowiednim przygotowaniu, do czego komórka uwalnia niezbędne enzymy do otaczająca ciecz ulega hydrolitycznemu rozszczepieniu na prostsze podjednostki.

Koenzymy określają charakter katalizowanej reakcji i dzieli się je na trzy grupy ze względu na pełnione przez nie funkcje:
1. Transport jonów wodoru lub elektronów. Związany z enzymami redoks – oksydoreduktazami.
2. Uczestnictwo w przenoszeniu grup atomów (ATP - kwas trifosforanu adenozyny, fosforany węglowodanów, CoA - koenzym A itp.)
3. Katalizowanie reakcji syntezy, rozkładu i izomeryzacji wiązań węglowych.

Mechanizm usuwania z roztworu i późniejszej dysymilacji substratu jest bardzo złożony i ma charakter wieloetapowy, powiązane ze sobą i sekwencyjne reakcje biochemiczne zdeterminowane rodzajem odżywiania i oddychania bakterii. Dość powiedzieć, że wiele aspektów tego mechanizmu wciąż nie jest do końca jasnych, pomimo jego praktycznego zastosowania, zarówno w dziedzinie biotechnologii, jak i w dziedzinie biochemicznego oczyszczania wody z zanieczyszczeń organicznych w szerokiej gamie schematów projektów technologicznych.

Najwcześniejszy model procesu biochemicznego usuwania i utleniania zanieczyszczeń opierał się na trzech głównych zasadach: usuwaniu sorpcyjnym i akumulacji usuniętej substancji na powierzchni komórki; ruch dyfuzyjny przez błonę komórkową samej substancji lub produktów jej hydrolizy, lub kompleksu hydrofobowego utworzonego przez hydrofilową substancję penetrującą i białko pośrednie; przemiana metaboliczna składników odżywczych wchodzących do komórki, zapewniająca dyfuzyjne przenikanie substancji do wnętrza komórki.

Zgodnie z tym modelem uważano, że proces usuwania składników odżywczych z wody rozpoczyna się od ich sorpcji i akumulacji na powierzchni komórki, co wymaga ciągłego mieszania biomasy z podłożem, zapewniając korzystne warunki do „zderzenia” komórek z cząsteczki substratu.

Mechanizm przenoszenia substancji z powierzchni komórki na jej powierzchnię – model ten wyjaśnia się albo poprzez przyłączenie przenikającej substancji do określonego białka nośnikowego, będącego składnikiem błony komórkowej, które po wprowadzeniu substancji do wnętrza komórki komórka, zostaje uwolniona i zawrócona na jej powierzchnię w celu dokończenia nowego „wychwytu” substancji i nowego cyklu transferu, czyli poprzez bezpośrednie rozpuszczenie tej substancji w substancji ściany i błony cytoplazmatycznej, dzięki czemu przedostaje się ona do wnętrza komórki . Proces stabilnego zużycia substancji rozpoczął się dopiero po pewnym „okresie równowagi” substancji pomiędzy roztworem a komórkami, co tłumaczono występowaniem hydrolizy i ruchu dyfuzyjnego substancji przez błonę komórkową do cytoplazmy błona, w której koncentrują się różne enzymy. Wraz z początkiem przemian metabolicznych równowaga sorpcyjna zostaje zakłócona, a gradient stężeń zapewnia ciągłość dalszego dostarczania substratu do komórki.

W trzecim etapie zachodzą wszelkie przemiany metaboliczne substratu, częściowo w takie produkty końcowe jak dwutlenek węgla, woda, siarczany, azotany (proces utleniania substancji organicznych), częściowo w nowe komórki drobnoustrojów (proces syntezy biomasy), jeśli proces przemian związków organicznych zachodzi w warunkach tlenowych. Jeśli utlenianie biochemiczne zachodzi w warunkach beztlenowych, wówczas w jego procesie mogą powstać różne produkty pośrednie (ewentualnie do określonych celów), CH4, NH3, H2S itp. Oraz nowe komórki.

Model ten nie potrafił jednak wyjaśnić niektórych cech kinetycznych procesów transportu, przenoszenia substratu, a w szczególności akumulacji substratu w komórce wbrew gradientowi stężeń, co jest najczęstszym skutkiem tych procesów i nazywa się „ transport aktywny, w odróżnieniu od transportu dyfuzyjnego. Cechą procesów transportu aktywnego jest ich stereospecyficzność, gdy substancje o podobnej budowie chemicznej konkurują o wspólny nośnik, a nie po prostu dyfundują do komórki pod wpływem gradientu stężeń.

W świetle współczesnych poglądów model ruchu substratu przez błonę komórkową zakłada obecność w niej hydrofilowego „kanału”, przez który substraty hydrofilowe mogą przenikać do wnętrza komórki. Jednakże, w przeciwieństwie do opisanego powyżej modelu, zachodzi tu ruch stereospecyficzny, prawdopodobnie osiągnięty w wyniku „wyścigu sztafetowego” przenoszenia cząsteczek substratu z jednej grupy funkcyjnej do drugiej. W tym przypadku podłoże niczym klucz otwiera kanał odpowiedni do jego penetracji (model kanału transbłonowego).

Drugi model alternatywny można postrzegać jako kombinację dwóch pierwszych, wykorzystującą ich pozytywne właściwości. Zakłada ona obecność hydrofobowego transportera membranowego, który poprzez kolejne zmiany konformacyjne wywołane przez substrat prowadzi go od zewnętrznej do wewnętrznej strony membrany (model translokacji konformacyjnej), gdzie kompleks hydrofobowy ulega rozpadowi. W tej interpretacji mechanizmu transportu substratu przez błonę komórkową w dalszym ciągu używany jest termin „nośnik”, choć coraz częściej zastępowany jest on terminem „permeaza”, który uwzględnia podłoże genetyczne jego kodowania jako składnika błonowego komórki w celu transportu substancji do wnętrza komórki.

Ustalono, że błonowe systemy transportu często obejmują więcej niż jeden mediator białkowy i może zachodzić pomiędzy nimi podział funkcji. Białka „wiążące” identyfikują substrat w pożywce, dostarczają go i koncentrują na zewnętrznej powierzchni membrany oraz przekazują do „prawdziwego” transportera, tj. składnik transportujący substrat przez membranę. W ten sposób wyizolowano białka biorące udział w „rozpoznawaniu”, wiązaniu i transporcie szeregu cukrów, kwasów karboksylowych, aminokwasów i jonów nieorganicznych do komórek bakterii, grzybów i zwierząt.

Przekształcenie procesu transportu substancji do komórki w jednokierunkowy proces „aktywnego” transportu, prowadzący do wzrostu zawartości składników odżywczych w komórce wbrew gradientowi ich stężeń w środowisku, wymaga od komórki określonych kosztów energii. Zatem procesy przenoszenia substratu ze środowiska do komórki są związane z procesami metabolicznego uwalniania energii zawartej w substracie zachodzącymi wewnątrz komórki. Energia w procesie przenoszenia substratu jest zużywana na chemiczną modyfikację podłoża lub samego nośnika w celu wyeliminowania lub utrudnienia zarówno interakcji substratu z nośnikiem, jak i powrotu substratu poprzez dyfuzję przez membranę z powrotem do roztworu .

Współczesne poglądy na procesy biochemicznego usuwania i utleniania związków organicznych opierają się na dwóch kardynalnych założeniach teorii kinetyki enzymatycznej. Stanowisko pierwsze zakłada, że ​​enzym i substrat oddziałują ze sobą tworząc kompleks enzym-substrat, co w wyniku jednej lub kilku przemian prowadzi do powstania produktów zmniejszających barierę aktywacji reakcji katalizowanej przez enzym. enzymu ze względu na jego fragmentację na szereg etapów pośrednich, z których każdy nie napotyka przeszkód energetycznych w jego realizacji. Drugie stanowisko stwierdza, że ​​niezależnie od charakteru związków i liczby etapów reakcji enzymatycznej katalizowanej przez enzym, na końcu procesu enzym wychodzi w niezmienionej postaci i jest w stanie oddziaływać z kolejną cząsteczką substratu . Inaczej mówiąc, już na etapie pobierania substratu komórka oddziałuje z substratem tworząc stosunkowo słabe połączenie zwane „kompleksem enzym-substrat”.

Powyższe dobrze ilustruje przykład ekstrakcji glukozy z roztworu przez różne mikroorganizmy zawierające enzym oksydazę glukozową w środowisku tlenu cząsteczkowego. Oksydaza glukozowa tworzy kompleks enzym-substrat – glukoza – tlen – oksydaza glukozowa, po rozkładzie którego powstają produkty pośrednie – glukonolakton i nadtlenek wodoru, jak pokazano schematycznie na ryc. 11.1.

Powstały w wyniku rozkładu tego kompleksu glukonolakton ulega hydrolizie, tworząc kwas glukonowy.

Jedną z najważniejszych właściwości enzymów jest ich zdolność do syntezy w obecności i pod wpływem określonej substancji. Kolejną, równie ważną właściwością jest specyficzność działania enzymu, zarówno w odniesieniu do reakcji, którą katalizuje, jak i w odniesieniu do samego substratu.

Czasami enzym jest w stanie działać na pojedynczy substrat (specyficzność bezwzględna), ale znacznie częściej enzym działa na grupę substratów, które są podobne w obecności pewnych grup atomowych substratów.

Ryż. 11.1. Schemat „rozpoznania” substratu przez enzym, tworzenie kompleksu enzym-substrat i kataliza

Wiele enzymów charakteryzuje się specyficznością stereochemiczną, która polega na tym, że enzym działa na grupę substratów (a czasem na jeden), różniących się od innych szczególnym rozmieszczeniem atomów w przestrzeni. Rola każdego enzymu w procesie biochemicznego utleniania substancji organicznych jest ściśle określona: katalizuje on albo utlenianie (tj. dodanie tlenu lub eliminację wodoru), albo redukcję (tj. dodanie wodoru lub eliminację tlen) dobrze zdefiniowanych związków chemicznych. Podczas odwodornienia dany enzym może usunąć tylko niektóre atomy wodoru, które zajmują określoną pozycję przestrzenną w cząsteczce substratu lub produktu pośredniego. To samo dotyczy enzymów katalizujących inne procesy metaboliczne.

Procesy utleniania biochemicznego w mikroorganizmach heterotroficznych dzieli się na trzy grupy w zależności od tego, jaki jest końcowy akceptor atomów wodoru lub elektronów usuniętych z utlenionego podłoża. Jeśli akceptorem jest tlen, wówczas proces ten nazywa się oddychaniem komórkowym lub po prostu oddychaniem; jeśli akceptorem wodoru jest substancja organiczna, wówczas proces utleniania nazywa się fermentacją; wreszcie, jeśli akceptorem wodoru jest substancja nieorganiczna, taka jak azotany, siarczany itp., wówczas proces ten nazywa się oddychaniem beztlenowym lub po prostu beztlenowym.

Najbardziej kompletnym procesem jest utlenianie tlenowe, ponieważ jej produktami są substancje, które nie są zdolne do dalszego rozkładu w komórce drobnoustroju i nie zawierają rezerwy energii, która mogłaby wyzwolić się w wyniku zwykłych reakcji chemicznych. Jak już wspomniano, głównymi z tych substancji są dwutlenek węgla (CO2) i woda (H2O). Choć obie te substancje zawierają tlen, to chemiczna droga ich powstawania w komórce może być różna, gdyż dwutlenek węgla może powstawać w wyniku procesów biochemicznych zachodzących w środowisku beztlenowym pod wpływem enzymów – dekarboksylaz, które usuwają CO2 z grupy karboksylowej (COOH) kwasu. Woda w wyniku życiowej aktywności komórki powstaje wyłącznie w wyniku połączenia tlenu zawartego w powietrzu z wodorem substancji organicznych, z którego zostaje oddzielona w procesie ich utleniania.

Tlenowa dysymilacja substratu - węglowodanów, białek, tłuszczów - jest procesem wieloetapowym, obejmującym wstępny rozkład złożonej substancji zawierającej węgiel na prostsze podjednostki (na przykład polisacharydy - na cukry proste; tłuszcze - na kwasy tłuszczowe i glicerol ; białka – w aminokwasy), które z kolei ulegają dalszej, konsekwentnej transformacji. W tym przypadku dostępność podłoża do utleniania w istotny sposób zależy od budowy szkieletu węglowego cząsteczek (prostego, rozgałęzionego, cyklicznego) oraz stopnia utlenienia atomów węgla. Za najłatwiej dostępne uważa się cukry, zwłaszcza heksozy, a następnie alkohole wielowodorotlenowe (glicerol, mannitol itp.) i kwasy karboksylowe. Ogólną końcową ścieżką, na której kończy się tlenowy metabolizm węglowodanów, kwasów tłuszczowych i aminokwasów, jest cykl kwasów trikarboksylowych (cykl TCA) lub cykl Krebsa, w który te substancje wchodzą w tym czy innym etapie. Należy zauważyć, że w warunkach metabolizmu tlenowego około 90% zużywanego tlenu jest wykorzystywane w drogach oddechowych do produkcji energii przez komórki drobnoustrojów.

Fermentacja to proces niecałkowitego rozkładu substancji organicznych, głównie węglowodanów, w warunkach beztlenowych, w wyniku którego powstają różne produkty pośrednie, częściowo utlenione, takie jak alkohol, gliceryna, kwas mrówkowy, mlekowy, propionowy, butanol, aceton, metan, itp., które są szeroko stosowane w biotechnologii w celu uzyskania docelowych produktów. Do 97% substratu organicznego można przekształcić w takie produkty uboczne i metan.

Enzymatyczny beztlenowy rozkład białek i aminokwasów nazywany jest gniciem.

Ze względu na niską produkcję energii podczas metabolizmu fermentacyjnego, komórki drobnoustrojów ją przeprowadzające muszą zużyć większą ilość substratu (na mniejszej głębokości jego rozkładu) niż komórki otrzymujące energię poprzez oddychanie, co wyjaśnia wydajniejszy wzrost komórek w warunkach tlenowych w porównaniu z warunkami beztlenowymi.

Największą ilość energii do swego funkcjonowania komórka otrzymuje w wyniku utlenienia przez tlen wodoru, który jest odrywany od utlenionego substratu pod działaniem enzymów dehydrogenazy, które zgodnie ze swoim działaniem chemicznym dzielą się na nikotynamid (NAD ) i flawina (FAD). Dehydrogenazy nikotynamidowe jako pierwsze reagują z substratem, usuwając z niego dwa atomy wodoru i dodając je do koenzymu. W wyniku tej reakcji substrat ulega utlenieniu, a NAD ulega redukcji do NAD'H2. Następnie FAD reaguje, przenosząc wodór z koenzymu nikotynamidu do koenzymu flawiny, w wyniku czego NAD'H2 ulega ponownemu utlenieniu do NAD, a koenzym flawiny ulega redukcji do FADH2. Dalej, poprzez niezwykle ważną grupę enzymów redoks – cytochromy – wodór przekształcany jest w tlen cząsteczkowy, który kończy proces utleniania z utworzeniem produktu końcowego – wody.

W tej reakcji uwalniana jest największa część energii zawartej w podłożu. Cały proces utleniania tlenowego można przedstawić na schemacie na ryc. 11.2.

Energia uwolniona podczas mikrobiologicznego utleniania substancji jest akumulowana przez komórkę za pomocą związków wysokoenergetycznych. Uniwersalnym magazynem energii w żywych komórkach jest kwas adenozynotrifosforowy – ATP (chociaż istnieją inne makroenergie).

Ta reakcja fosforylacji, jak widać z (11.9), wymaga energii, której źródłem w tym przypadku jest utlenianie. Dlatego fosforylacja ADP jest ściśle związana z utlenianiem i proces ten nazywa się fosforylacją oksydacyjną. W procesie fosforylacji oksydacyjnej, podczas utleniania np. jednej cząsteczki glukozy, powstaje 38 cząsteczek ATP, natomiast na etapie glikolizy tylko 2. Należy zaznaczyć, że etap glikolizy przebiega dokładnie tak samo zarówno w warunkach tlenowych, jak i beztlenowych, tj. przed utworzeniem kwasu pirogronowego (PVA), a 2 z 4 powstałych cząsteczek ATP są zużywane na jego wystąpienie.

Drogi dalszej transformacji PVC w warunkach tlenowych i beztlenowych są rozbieżne.

Tlenową przemianę glukozy można przedstawić za pomocą następującego schematu:
1. Glikoliza: SbH12Ob + 2FA-+2PVK + 2NADH2 + 4ATP (11.10)
2. Transformacja kwasu pirogronowego (PVA): 2PVA-*2C02 + 2 Acetylo CoA + 2NADH2
3. Cykl kwasów trikarboksylowych (cykl Krebsa): Acetylo CoA -> 4C02 + 6NADH2 + 2FADH2 + 2ATP (11.12) ECbH12Ob -> 6C02 + 10NADH2 + 2FADH2 + 4ATP (11.13) gdzie FAD jest flawoproteiną.

Utlenianie NADH2 w systemie transportu elektronów wytwarza ZATP w
1 mol; utlenianie 2FADH2 daje 4ATP,
następnie: SbN1206 + 602 -> 6C02 + 6H20 + 38ATP

W warunkach beztlenowej przemiany węglowodanów pierwszym etapem jest fosforylacja glukozy, prowadzona przy pomocy ATP pod wpływem enzymu heksokinazy, tj.
Glukoza + A TF-heksokinaza > glukoza _ b – fosforan + ADP
Po zakończeniu etapu glikolizy i powstaniu PCW przebieg dalszej transformacji PCW zależy od rodzaju fermentacji i jej czynnika sprawczego. Główne rodzaje fermentacji: alkoholowa, kwas mlekowy, kwas propionowy, kwas masłowy, metan.

Fosforylacja oksydacyjna może również zachodzić pod wpływem enzymu syntetyzującego ATP na poziomie substratu. Jednak to tworzenie wiązań wysokoenergetycznych jest bardzo ograniczone i w obecności tlenu komórki syntetyzują większość zawartego w nich ATP poprzez system transportu elektronów.

Akumulacja substancji uwalnianej w procesie dysymilacji w warunkach tlenowych lub beztlenowych za pomocą związków wysokoenergetycznych (a przede wszystkim ATP) pozwala wyeliminować rozbieżność pomiędzy równomiernością procesów uwalniania energii chemicznej z podłoża oraz nierównomierność procesów jego zużycia, nieunikniona w rzeczywistych warunkach istnienia komórki.

W uproszczeniu cały proces rozkładu substancji organicznych podczas przemian tlenowych można przedstawić na schemacie pokazanym na ryc. 11.3. Schemat przemian beztlenowych PVC po etapie glikolizy przedstawiono na rys. 11.4.

Badania wykazały, że często rodzaj metabolizmu zależy nie tyle od obecności tlenu w środowisku, ile od stężenia substratu.

Wskazuje to, że w zależności od specyficznych warunków pracy biomasy w środowisku mogą jednocześnie zachodzić zarówno tlenowe, jak i beztlenowe procesy przemian związków organicznych, których intensywność będzie zależała także od stężenia zarówno substratu, jak i tlenu.

Należy w tym miejscu zaznaczyć, że w biotechnologii przemysłowej czyste kultury wykorzystuje się do otrzymywania różnorodnych produktów pochodzenia mikrobiologicznego (drożdże paszowe lub piekarskie, różne kwasy organiczne, alkohole, witaminy, leki), tj. często wybiera się mikroorganizmy jednego gatunku, przy ścisłym zachowaniu składu gatunkowego, odpowiednich warunków żywienia, temperatury, aktywnej reakcji środowiska itp., wykluczając pojawienie się i rozwój innych typów mikroorganizmów, co mogłoby prowadzić do odchyleń w jakość powstałego produktu zgodnie z ustalonymi standardami.

Podczas oczyszczania ścieków zawierających mieszaninę zanieczyszczeń o różnym składzie chemicznym, które czasami są nawet bardzo trudne do zidentyfikowania metodami analitycznymi, biomasa dokonująca oczyszczania jest również mieszaniną, a raczej zbiorowiskiem różnych typów mikroorganizmów i pierwotniaków z złożone relacje między nimi. Zarówno skład gatunkowy, jak i ilościowy biomasy pochodzącej z oczyszczalni ścieków będzie zależał od konkretnej metody biologicznego oczyszczania i warunków jego realizacji.

Według obliczeń części ekspertów, gdy stężenie rozpuszczonych zanieczyszczeń organicznych, oceniane za pomocą wskaźnika BPKP0Ln, wynosi do 1000 mg/l, najkorzystniejsze jest zastosowanie aerobowych metod oczyszczania. Przy stężeniach BPKPOLn od 1000 do 5000 mg/l wskaźniki ekonomiczne metod tlenowych i beztlenowych będą prawie takie same. Przy stężeniach powyżej 5000 mg/l właściwsze byłoby zastosowanie metod beztlenowych. Należy jednak wziąć pod uwagę nie tylko stężenie substancji zanieczyszczających, ale także zużycie ścieków, a także fakt, że metody beztlenowe prowadzą do powstawania produktów końcowych, takich jak metan, amoniak, siarkowodór itp. oraz nie pozwalają na uzyskanie jakości oczyszczonej wody porównywalnej z jakością oczyszczania metodami aerobowymi. Dlatego przy dużych stężeniach zanieczyszczeń stosuje się kombinację metod beztlenowych na pierwszym etapie (lub pierwszych etapach) oczyszczania i metod tlenowych na ostatnim etapie oczyszczania. Należy podkreślić, że ścieki bytowe i komunalne w odróżnieniu od ścieków przemysłowych nie zawierają stężeń zanieczyszczeń uzasadniających stosowanie metod beztlenowych, dlatego w niniejszym rozdziale nie omawia się tych metod oczyszczania.

Ryż. 11.3. Uproszczony diagram trójetapowego rozkładu cząsteczek składników odżywczych (B. Alberte i in. 1986)

Ryż. 11.4. Przemiana kwasu pirogronowego przez mikroorganizmy beztlenowe w różne produkty