เทคโนโลยีชีวเคมีสำหรับการบำบัดน้ำเสีย การบำบัดน้ำเสียทางชีวเคมี
n1.doc
| 1. วิธีบำบัดน้ำเสียทางชีวเคมี สาระสำคัญของวิธีการ | |
| 2. รูปแบบการสลายตัวของสารอินทรีย์ | 5 |
| 3. อิทธิพลของปัจจัยต่าง ๆ ที่มีต่อกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ทางชีวเคมี | |
| 4. การจำแนกประเภทของวิธีทางชีวเคมี | 8 |
| 4.1. วิธีการทำความสะอาดแบบแอโรบิก | 9 |
| 4.2. วิธีการรักษาแบบไม่ใช้ออกซิเจน | 15 |
| บรรณานุกรม | 17 |
1. วิธีบำบัดน้ำเสียทางชีวเคมี สาระสำคัญของวิธีการ
ออกซิเดชันทางชีวภาพเป็นวิธีการบำบัดน้ำเสียที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย ซึ่งทำให้สามารถกำจัดสารอินทรีย์และอนินทรีย์บางชนิด (ไฮโดรเจนซัลไฟด์, ซัลไฟด์, แอมโมเนีย, ไนไตรต์ ฯลฯ ) ออกจากพวกมันได้ การบำบัดน้ำเสียทางชีวเคมีขึ้นอยู่กับความสามารถของจุลินทรีย์ในการใช้มลพิษอินทรีย์ที่ละลายน้ำและคอลลอยด์เป็นแหล่งสารอาหารในกระบวนการชีวิต สารมลพิษอินทรีย์หลายประเภทจากน้ำเสียชุมชนและอุตสาหกรรมได้รับการประมวลผลทางชีวภาพ ส่งผลให้สิ่งเหล่านั้นถูกทำลายบางส่วนหรือทั้งหมด เมื่อสัมผัสกับสารอินทรีย์จุลินทรีย์จะทำลายพวกมันบางส่วนทำให้พวกมันกลายเป็นน้ำคาร์บอนไดออกไซด์ไนไตรต์และซัลเฟตไอออน ฯลฯ ส่วนอื่น ๆ ของสารจะไปที่การก่อตัวของชีวมวล สารอินทรีย์บางชนิดสามารถออกซิไดซ์ได้ง่าย ในขณะที่สารบางชนิดไม่ออกซิไดซ์เลยหรือช้ามาก
การใช้วิธีทางชีวเคมีอย่างแพร่หลายนั้นมีข้อดีคือความสามารถในการกำจัดสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์บางชนิดที่พบในน้ำในสถานะละลายคอลลอยด์และไม่ละลายออกจากน้ำเสียรวมถึงสารพิษ ความเรียบง่ายของการออกแบบฮาร์ดแวร์ ต้นทุนการดำเนินงานที่ค่อนข้างต่ำ และการทำความสะอาดเชิงลึก ข้อเสีย ได้แก่ ต้นทุนเงินทุนสูง ความจำเป็นในการปฏิบัติตามกฎเกณฑ์การทำความสะอาดอย่างเคร่งครัด ผลกระทบที่เป็นพิษต่อจุลินทรีย์ของสารประกอบอินทรีย์และอนินทรีย์จำนวนหนึ่ง และความจำเป็นในการเจือจางน้ำเสียในกรณีที่มีความเข้มข้นสูงของสิ่งเจือปน
เพื่อตรวจสอบความเป็นไปได้ในการจัดหาน้ำเสียอุตสาหกรรมให้กับโรงบำบัดทางชีวเคมี ได้มีการกำหนดความเข้มข้นสูงสุดของสารพิษซึ่งไม่ส่งผลกระทบต่อกระบวนการออกซิเดชันทางชีวเคมี (MK b) และการทำงานของสิ่งอำนวยความสะดวกบำบัด (MK bos) ในกรณีที่ไม่มีข้อมูลดังกล่าว ความเป็นไปได้ของการเกิดออกซิเดชันทางชีวเคมีจะถูกกำหนดโดยตัวบ่งชี้ทางชีวเคมี BOD p/COD สำหรับน้ำเสียชุมชน อัตราส่วนนี้จะอยู่ที่ประมาณ 0.86 และสำหรับน้ำเสียอุตสาหกรรม จะแตกต่างกันไปในช่วงกว้างมาก: ตั้งแต่ 0 ถึง 0.9 น้ำเสียที่มีอัตราส่วน BOD p/COD ต่ำมักจะมีสารปนเปื้อนที่เป็นพิษ ซึ่งการสกัดล่วงหน้าจะสามารถเพิ่มอัตราส่วนนี้ได้ กล่าวคือ ให้ความเป็นไปได้ของการเกิดออกซิเดชันทางชีวเคมี ดังนั้นน้ำเสียจึงไม่ควรมีสารพิษและสิ่งเจือปนของเกลือของโลหะหนัก การทำให้บริสุทธิ์ทางชีวเคมีถือว่าสมบูรณ์หาก BOD n ของน้ำบริสุทธิ์น้อยกว่า 20 มก./ล. และไม่สมบูรณ์หาก BOD n > 20 มก./ล. คำจำกัดความนี้มีเงื่อนไข เนื่องจากถึงแม้จะมีการทำให้บริสุทธิ์ทางชีวเคมีโดยสมบูรณ์ ก็จะมีการปลดปล่อยน้ำเพียงบางส่วนจากปริมาณสิ่งเจือปนที่มีอยู่ในนั้นเท่านั้น
ออกซิเดชันทางชีวภาพดำเนินการโดยชุมชนของจุลินทรีย์ (biocenosis) รวมถึงแบคทีเรียโปรโตซัวและสาหร่ายเชื้อรา ฯลฯ หลายชนิดที่เชื่อมโยงถึงกันเป็นคอมเพล็กซ์เดียวโดยความสัมพันธ์ที่ซับซ้อน (เมตาไบโอซิส ซิมไบโอซิส และการเป็นปรปักษ์กัน) บทบาทที่โดดเด่นในชุมชนนี้เป็นของแบคทีเรียซึ่งจำนวนแตกต่างกันไปตั้งแต่ 10 6 ถึง 10 14 เซลล์ต่อชีวมวลแห้ง 1 กรัม ในกระบวนการออกซิเดชันทางชีวเคมีภายใต้สภาวะแอโรบิก ชุมชนของจุลินทรีย์เรียกว่าตะกอนเร่งหรือฟิล์มชีวภาพ ตะกอนเร่งประกอบด้วยจุลินทรีย์ที่มีชีวิตและสารตั้งต้นที่เป็นของแข็ง และมีลักษณะคล้ายเกล็ดตกตะกอนที่มีสีตั้งแต่สีน้ำตาลขาวไปจนถึงสีน้ำตาลเข้ม การสะสมของแบคทีเรียในตะกอนเร่งจะถูกล้อมรอบด้วยชั้นเมือก (แคปซูล) และเรียกว่า Zooglea ช่วยปรับปรุงโครงสร้างของตะกอน การตกตะกอนและการบดอัด
ตะกอนเร่งคือแอมโฟเทอริกคอลลอยด์ซึ่งมีประจุลบในช่วง pH 4-9 และมีความสามารถในการดูดซับสูงเนื่องจากพื้นผิวของเซลล์แบคทีเรียที่พัฒนาขึ้นทั้งหมด ความสามารถในการดูดซับของตะกอนเร่งจะลดลงเมื่อเวลาผ่านไปเนื่องจากการอิ่มตัวของน้ำเสียที่มีสารปนเปื้อน กระบวนการนำกลับคืนเกิดขึ้นเนื่องจากกิจกรรมสำคัญของจุลินทรีย์ที่อยู่ในตะกอนเร่ง และเรียกว่าการสร้างใหม่ แม้ว่าน้ำเสียที่ได้รับการบำบัดจะมีความแตกต่างกันอย่างมีนัยสำคัญ แต่องค์ประกอบทางเคมีของตะกอนเร่งก็ค่อนข้างใกล้เคียงกันแม้ว่าจะไม่เหมือนกันก็ตาม ความคล้ายคลึงกันนี้เป็นผลมาจากความธรรมดาของเซลล์แบคทีเรียพื้นฐาน องค์ประกอบของเซลล์ประกอบด้วย H, N, S, C, O, P, เถ้า, โปรตีนรวมถึงธาตุต่างๆ - B, V, Fe, Co, Mn, Mo, Cu เป็นต้น H, N, C และ O ก่อตัวเป็นสารอินทรีย์กลุ่มองค์ประกอบเหล่านี้จะเข้าสู่เซลล์แบคทีเรียในรูปของน้ำ โปรตีน ไขมัน และคาร์โบไฮเดรต 80-85% ของน้ำหนักของจุลินทรีย์คือน้ำ
กากตะกอนเร่งเป็นเรื่องที่ซับซ้อนของแร่ธาตุ (10-30%) และสารอินทรีย์ (70-90%) สารประกอบอินทรีย์ส่วนใหญ่เป็นโปรตีน องค์ประกอบของเซลล์เถ้าประกอบด้วยองค์ประกอบขนาดเล็ก - Ca, K, Mg, S, Mn, Cu, Na, Fe, Zn เป็นต้น นอกจากนี้ในการสร้างเซลล์แบคทีเรียจำเป็นต้องมีองค์ประกอบทางชีวภาพ - ฟอสฟอรัส, ไนโตรเจน, โพแทสเซียม. คุณภาพของตะกอนจะถูกกำหนดโดยอัตราการตกตะกอนและระดับการทำน้ำให้บริสุทธิ์ สถานะของตะกอนมีลักษณะเฉพาะคือดัชนีตะกอนซึ่งเป็นอัตราส่วนของปริมาตรของส่วนตะกอนของตะกอนเร่งต่อมวลของตะกอนแห้ง (เป็นกรัม) หลังจากตกตะกอนเป็นเวลา 30 นาที ยิ่งดัชนีตะกอนยิ่งสูง ตะกอนก็จะยิ่งตกตะกอนมากขึ้นเท่านั้น
2. รูปแบบการสลายตัวของสารอินทรีย์
กลไกในการกำจัดสารออกจากน้ำเสียและการบริโภคของจุลินทรีย์นั้นซับซ้อนมาก โดยทั่วไปกระบวนการนี้สามารถแบ่งออกเป็นสามขั้นตอน:
1) การถ่ายโอนมวลของสสารจากของเหลวไปยังผิวเซลล์เนื่องจากการแพร่กระจายของโมเลกุลและการพาความร้อน
2) การแพร่กระจายของสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบบกึ่งซึมผ่านได้ซึ่งเป็นผลมาจากความเข้มข้นของสารที่แตกต่างกันทั้งในและนอกเซลล์
3) กระบวนการเปลี่ยนรูปของสาร (เมแทบอลิซึม) ที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ด้วยการปล่อยพลังงานและการสังเคราะห์สารในเซลล์ใหม่
อัตราของระยะแรกถูกกำหนดโดยกฎการแพร่กระจายและสภาวะอุทกพลศาสตร์ในโรงบำบัดทางชีวเคมี การไหลปั่นป่วนทำให้เกิดการสลายตัวของสะเก็ดตะกอนที่ถูกกระตุ้นจนกลายเป็นอาณานิคมเล็กๆ ของจุลินทรีย์ และนำไปสู่การฟื้นฟูส่วนต่อประสานระหว่างจุลินทรีย์และสิ่งแวดล้อมอย่างรวดเร็ว
กระบวนการถ่ายโอนสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบบกึ่งซึมผ่านได้สามารถทำได้สองวิธี: โดยการละลายสารที่แพร่กระจายในวัสดุเมมเบรนเนื่องจากสารนั้นผ่านเข้าไปในเซลล์ หรือโดยการติดสารที่แทรกซึมเข้ากับตัวพาเฉพาะ โปรตีนจะละลายสารเชิงซ้อนที่เกิดขึ้นและการแพร่กระจายเข้าไปในเซลล์ โดยที่สารเชิงซ้อนจะสลายตัวและโปรตีน -ตัวขนส่งจะถูกปล่อยออกมาเพื่อทำให้วงจรใหม่สมบูรณ์
บทบาทหลักในการบำบัดน้ำเสียนั้นเกิดจากกระบวนการเปลี่ยนรูปของสารภายในเซลล์ของจุลินทรีย์ส่งผลให้เกิดออกซิเดชันของสารด้วยการปล่อยพลังงาน (การเปลี่ยนแปลงแบบ catabolic) และการสังเคราะห์สารโปรตีนใหม่ซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับค่าใช้จ่าย พลังงาน (การเปลี่ยนแปลงแบบอะนาโบลิก)
อัตราการเปลี่ยนแปลงทางเคมีและลำดับถูกกำหนดโดยเอนไซม์ที่ทำหน้าที่เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาและเป็นสารประกอบโปรตีนเชิงซ้อนที่มีน้ำหนักโมเลกุลสูงถึงหลายแสนล้าน กิจกรรมของพวกเขาขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ pH และการมีอยู่ของสารต่างๆ ในน้ำเสีย
ปฏิกิริยารวมของออกซิเดชันทางชีวเคมีภายใต้สภาวะแอโรบิกสามารถแสดงได้ดังนี้:
ออกซิเดชันของสารอินทรีย์
C x สูง y O z (x + 0.25y - 0.5z)O 2 ? xС0 2 + 0.5уН 2 О + ?Н;
การสังเคราะห์เซลล์แบคทีเรีย
C x H y O z + nNH 3 + n(x + 0.25у - 0.5z - 5)0 2 ? n(C 5 H 7 N0 2) + n(x-5)C0 2 + 0.5n(y-4)H 2 O - ?H;
ออกซิเดชันของวัสดุเซลล์
ไม่มี(C 5 H 7 N0 2) + 5n0 2 ? 5nC0 2 + 2nH 2 0 + nNH 3 + ?Н
การเปลี่ยนแปลงทางเคมีเป็นแหล่งพลังงานที่จำเป็นสำหรับจุลินทรีย์ สิ่งมีชีวิตสามารถใช้พลังงานเคมีที่ถูกผูกไว้เท่านั้น ตัวพาพลังงานสากลในเซลล์คือกรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริก (ATP)
จุลินทรีย์สามารถออกซิไดซ์สารอินทรีย์หลายชนิดได้ แต่ต้องใช้เวลาในการปรับตัวต่างกัน แอลกอฮอล์ ไกลคอล กรดเบนโซอิก อะซิโตน กลีเซอรีน เอสเทอร์ ฯลฯ หลายชนิดถูกออกซิไดซ์ได้ง่าย สารประกอบไนโตร สารลดแรงตึงผิวบางชนิด และสารประกอบอินทรีย์ที่มีคลอรีนออกซิไดซ์ได้ไม่ดี
กระบวนการออกซิเดชันแบบแอโรบิกจะใช้ออกซิเจนที่ละลายในน้ำเสีย เพื่อให้น้ำเสียอิ่มตัวด้วยออกซิเจน กระบวนการเติมอากาศจะดำเนินการโดยแบ่งการไหลของอากาศออกเป็นฟองซึ่งหากเป็นไปได้จะมีการกระจายอย่างสม่ำเสมอในน้ำเสีย จากฟองอากาศ ออกซิเจนจะถูกดูดซับด้วยน้ำแล้วถ่ายโอนไปยังจุลินทรีย์ กระบวนการนี้เกิดขึ้นในสองขั้นตอน ประการแรกเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนออกซิเจนจากฟองอากาศไปยังของเหลวจำนวนมาก ส่วนประการที่สองเกี่ยวข้องกับการถ่ายโอนออกซิเจนที่ดูดซับจากของเหลวจำนวนมากไปยังเซลล์ของจุลินทรีย์ซึ่งส่วนใหญ่อยู่ภายใต้อิทธิพลของการเต้นแบบปั่นป่วน
วิธีที่เชื่อถือได้ที่สุดในการเพิ่มปริมาณออกซิเจนให้กับน้ำเสียคือการเพิ่มความเข้มข้นของการกระจายตัวของการไหลของก๊าซเช่น ลดขนาดของฟองก๊าซ อัตราการใช้ออกซิเจนขึ้นอยู่กับปัจจัยที่เกี่ยวข้องกันหลายประการ ได้แก่ ปริมาณชีวมวล อัตราการเติบโตและกิจกรรมทางสรีรวิทยาของจุลินทรีย์ ชนิดและความเข้มข้นของสารอาหาร การสะสมของผลิตภัณฑ์เมตาบอลิซึมที่เป็นพิษ ปริมาณและธรรมชาติของสารอาหาร และปริมาณออกซิเจน ในน้ำ.
3. อิทธิพลของปัจจัยต่าง ๆ ที่มีต่อกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ทางชีวเคมี
ประสิทธิผลของการบำบัดทางชีวภาพขึ้นอยู่กับปัจจัยหลายประการ ซึ่งบางส่วนคล้อยตามการเปลี่ยนแปลงและการควบคุมภายในช่วงกว้าง ในขณะที่การควบคุมของปัจจัยอื่นๆ เช่น องค์ประกอบของน้ำเสียที่เข้าสู่การบำบัด แทบจะเป็นไปไม่ได้ในทางปฏิบัติ ปัจจัยหลักที่กำหนดปริมาณงานของระบบและระดับการบำบัดน้ำเสีย ได้แก่ การมีอยู่ของออกซิเจนในน้ำ ความสม่ำเสมอของการไหลของน้ำเสีย และความเข้มข้นของสิ่งเจือปนในนั้น อุณหภูมิ pH ของสิ่งแวดล้อม การผสม การมีอยู่ สิ่งเจือปนและสารอาหารที่เป็นพิษ ความเข้มข้นของชีวมวล ฯลฯ
เงื่อนไขการทำความสะอาดที่เหมาะสมที่สุดมีดังนี้ ความเข้มข้นของสารออกซิไดซ์ทางชีวเคมีในน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดไม่ควรเกินค่าที่อนุญาต MK b หรือ MK bos ซึ่งโดยปกติจะทำการทดลอง น้ำเสียที่มีความเข้มข้นสูงจะต้องเจือจาง ขีดจำกัดความเข้มข้นสูงสุดสำหรับสารที่เข้าสู่สถานบำบัดทางชีวภาพมีระบุไว้ในเอกสารอ้างอิง
การจัดหาสิ่งอำนวยความสะดวกการบำบัดทางชีวเคมีด้วยออกซิเจนในอากาศจะต้องอย่างต่อเนื่องและในปริมาณที่น้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้วออกจากถังตกตะกอนรองมีอย่างน้อย 2 มก./ลิตร อัตราการละลายออกซิเจนในน้ำไม่ควรต่ำกว่าอัตราการใช้ของจุลินทรีย์ ในช่วงเริ่มต้นของการเกิดออกซิเดชัน อัตราการใช้ออกซิเจนอาจสูงกว่าเมื่อสิ้นสุดกระบวนการหลายสิบเท่า โดยขึ้นอยู่กับลักษณะของมลพิษทางน้ำและเป็นสัดส่วนกับปริมาณของชีวมวล
อุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับกระบวนการแอโรบิกที่เกิดขึ้นในโรงบำบัดน้ำเสียจะอยู่ที่ 20-30 °C แม้ว่าอุณหภูมิที่เหมาะสมสำหรับแบคทีเรียในกลุ่มต่างๆ จะแตกต่างกันไปอย่างมาก ตั้งแต่ -8 °C ถึง +85 °C การเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิเกินเกณฑ์ปกติทางสรีรวิทยาของจุลินทรีย์นำไปสู่การตายของพวกมันและการลดลงจะช่วยลดการทำงานของจุลินทรีย์เท่านั้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น ความสามารถในการละลายของออกซิเจนในน้ำจะลดลง ดังนั้นในฤดูร้อนจึงจำเป็นต้องทำการเติมอากาศที่เข้มข้นยิ่งขึ้น และในฤดูหนาว จำเป็นต้องรักษาความเข้มข้นของจุลินทรีย์ให้สูงขึ้นในตะกอนหมุนเวียนและเพิ่มระยะเวลา ของการเติมอากาศ
ปฏิกิริยาต่อสิ่งแวดล้อมที่เหมาะสมที่สุดสำหรับส่วนสำคัญของแบคทีเรียนั้นเป็นกลางหรือใกล้เคียงกัน แม้ว่าจะมีสายพันธุ์ที่พัฒนาได้ดีในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรด (เชื้อรา ยีสต์) หรือมีความเป็นด่างเล็กน้อย (แอคติโนไมซีต)
สำหรับกระบวนการสังเคราะห์สสารในเซลล์ตามปกติ และดังนั้นสำหรับกระบวนการบำบัดน้ำเสียที่มีประสิทธิภาพ สารอาหารทั้งหมดจะต้องมีความเข้มข้นเพียงพอ - คาร์บอนอินทรีย์ (BOD), ไนโตรเจน, ฟอสฟอรัส
นอกเหนือจากองค์ประกอบพื้นฐานของเซลล์ (C, O, N, H) แล้ว ส่วนประกอบอื่น ๆ - องค์ประกอบขนาดเล็ก (Mn, Cu, Zn, Mo, Mg, Co ฯลฯ ) จำเป็นสำหรับการก่อสร้างในปริมาณเล็กน้อย เนื้อหาขององค์ประกอบเหล่านี้ในน้ำธรรมชาติที่เกิดจากน้ำเสียมักจะเพียงพอสำหรับการเกิดออกซิเดชันทางชีวเคมี การขาดไนโตรเจนจะยับยั้งการเกิดออกซิเดชันของสารมลพิษอินทรีย์ และทำให้เกิดตะกอนที่ตกตะกอนได้ยาก การขาดฟอสฟอรัสทำให้เกิดการพัฒนาของแบคทีเรียที่เป็นเส้นใย ซึ่งเป็นสาเหตุหลักที่ทำให้ตะกอนเร่งบวม การตกตะกอนและการกำจัดออกจากโรงบำบัดไม่ดี การเติบโตของตะกอนช้าลง และความเข้มของออกซิเดชันลดลง องค์ประกอบทางชีวภาพจะถูกดูดซึมได้ดีที่สุดในรูปแบบของสารประกอบที่พบในเซลล์จุลินทรีย์: ไนโตรเจน - ในรูปของ NH 4 และฟอสฟอรัส - ในรูปของเกลือในกรดฟอสฟอริก หากขาดไนโตรเจน ฟอสฟอรัส หรือโพแทสเซียม ปุ๋ยไนโตรเจน โพแทสเซียม และฟอสฟอรัสต่างๆ จะถูกเติมลงในน้ำเสีย องค์ประกอบเหล่านี้มีอยู่ในน้ำเสียในครัวเรือน สารเคมีจำนวนมากจึงอาจเป็นพิษต่อจุลินทรีย์ และขัดขวางการทำงานที่สำคัญของจุลินทรีย์ สารดังกล่าวเมื่อเข้าสู่เซลล์แบคทีเรียจะมีปฏิกิริยากับส่วนประกอบต่างๆ และขัดขวางการทำงานของสารดังกล่าว ได้แก่ S in, Ag, Cu, Co, Hg, Pv เป็นต้น ปริมาณอนุภาคแขวนลอยไม่ควรเกิน 100 มก./ลิตร สำหรับ ตัวกรองทางชีวภาพและ 150 มก./ลิตร สำหรับถังเติมอากาศ
ความเข้มข้นและประสิทธิภาพของการบำบัดน้ำเสียไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับสภาพความเป็นอยู่ของจุลินทรีย์เท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับปริมาณของจุลินทรีย์ด้วย เช่น ปริมาณของตะกอนเร่งซึ่งเก็บรักษาไว้ในถังเติมอากาศมักจะอยู่ที่ 2-4 กรัม/ลิตร การเพิ่มความเข้มข้นของจุลินทรีย์ในน้ำเสียทำให้กระบวนการบำบัดทางชีวภาพเร็วขึ้น แต่ในขณะเดียวกันก็จำเป็นต้องเพิ่มปริมาณออกซิเจนที่ละลายในน้ำซึ่งถูกจำกัดโดยสถานะความอิ่มตัวและปรับปรุงสภาวะการถ่ายโอนมวล . สำหรับการบำบัดทางชีวภาพจำเป็นต้องใช้ตะกอนเร่ง "หนุ่ม" อายุ 2-3 วัน มันไม่บวม ทนทานต่อความผันผวนของอุณหภูมิและ pH ได้มากกว่า และสะเก็ดขนาดเล็กจะเกาะตัวได้ดีขึ้น เงื่อนไขที่สำคัญในการปรับปรุงการบำบัดทางชีวภาพและลดปริมาตรของสิ่งอำนวยความสะดวกในการบำบัดคือการสร้างตะกอนเร่งใหม่ซึ่งประกอบด้วยการเติมอากาศในกรณีที่ไม่มีสารตั้งต้นที่เป็นสารอาหาร
เพื่อสร้างสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับการถ่ายโอนมวลสารอาหารและออกซิเจนไปยังพื้นผิวของเซลล์จุลินทรีย์ จำเป็นต้องผสมน้ำเสียและตะกอนเร่ง ในกรณีนี้ความปั่นป่วนของของเหลวนำไปสู่การทำลายสะเก็ดตะกอนเร่งการต่ออายุพื้นผิวการจัดหาเซลล์ที่ดีขึ้นด้วยสารอาหารและออกซิเจนและสร้างสภาพความเป็นอยู่ที่ดีขึ้นสำหรับจุลินทรีย์
4. การจำแนกประเภทของวิธีทางชีวเคมี
เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วถึงวิธีการบำบัดทางชีวเคมีแบบแอโรบิกและแบบไม่ใช้ออกซิเจน วิธีแอโรบิกขึ้นอยู่กับการใช้กลุ่มจุลินทรีย์แบบแอโรบิกซึ่งอายุการใช้งานต้องใช้ออกซิเจนไหลคงที่และอุณหภูมิ 20-40 ° C เมื่อสภาวะอุณหภูมิและออกซิเจนเปลี่ยนแปลง องค์ประกอบและจำนวนของจุลินทรีย์จะเปลี่ยนไป โดยจะถูกเพาะเลี้ยงในแอคทิเวเตดสลัดจ์หรือแผ่นชีวะ วิธีไร้ออกซิเจนเกิดขึ้นโดยไม่มีออกซิเจนและใช้สำหรับบำบัดตะกอนเป็นหลัก สิ่งอำนวยความสะดวกการบำบัดทางชีวภาพทั้งชุดสามารถแบ่งออกเป็นสามกลุ่มตามตำแหน่งของชีวมวลที่ใช้งานอยู่:
1) ชีวมวลที่ใช้งานได้รับการแก้ไขบนวัสดุที่อยู่นิ่งและน้ำเสียจะเลื่อนเป็นชั้นบาง ๆ เหนือวัสดุที่บรรทุก - ตัวกรองชีวภาพ
2) ชีวมวลที่ใช้งานอยู่ในน้ำในสถานะอิสระ (ถูกระงับ) - ถังเติมอากาศ, ช่องออกซิเดชันการไหลเวียน, ออกซิถัง
3) การรวมกันของทั้งสองตัวเลือกสำหรับตำแหน่งของชีวมวล - ตัวกรองชีวภาพใต้น้ำ, ถังชีวภาพ, ถังเติมอากาศพร้อมตัวเติม
การบำบัดทางชีวภาพสามารถทำได้ภายใต้สภาพธรรมชาติในโรงบำบัดดินและในบ่อชีวภาพ
4.1. วิธีการทำความสะอาดแบบแอโรบิก
การบำบัดในเขตชลประทาน พื้นที่กรอง และบ่อชีวภาพมีความโดดเด่นด้วยต้นทุนการก่อสร้างและการดำเนินงานที่ค่อนข้างต่ำ ความสามารถในการบัฟเฟอร์ระหว่างการปล่อยน้ำเสียแบบวอลเลย์ ความผันผวนของค่า pH อุณหภูมิ และระดับการกำจัดสารอาหารออกจากน้ำที่เพียงพอ ข้อเสีย ได้แก่ ฤดูกาลของงานและอัตราการออกซิเดชันของสารปนเปื้อนต่ำ ทุ่งชลประทานและทุ่งกรองเป็นวิธีการบำบัดดิน
ทุ่งชลประทานเป็นพื้นที่เกษตรกรรมที่ออกแบบมาเพื่อการบำบัดน้ำเสียโดยเฉพาะและในขณะเดียวกันก็ปลูกพืชด้วย ในด้านการกรอง การทำให้บริสุทธิ์จะดำเนินการโดยไม่ต้องมีส่วนร่วมของพืช การบำบัดน้ำเสียในเขตชลประทานขึ้นอยู่กับอิทธิพลของจุลินทรีย์ในดิน ออกซิเจนในอากาศ ดวงอาทิตย์ และกิจกรรมของพืช ชั้นดินที่มีฤทธิ์หนา 1.5-2 ม. เกี่ยวข้องกับการบำบัดน้ำเสียในระดับต่าง ๆ การทำให้เป็นแร่ของอินทรียวัตถุส่วนใหญ่เกิดขึ้นที่ ดินชั้นบนครึ่งเมตร ในเวลาเดียวกันความอุดมสมบูรณ์ของดินเพิ่มขึ้นซึ่งเกี่ยวข้องกับการเพิ่มคุณค่าของดินด้วยไนเตรตฟอสฟอรัสและโพแทสเซียม อย่างไรก็ตาม องค์ประกอบเกลือรวมของน้ำเสียไม่ควรเกิน 4-6 กรัม/ลิตร เพื่อป้องกันไม่ให้ดินเค็ม น้ำเสียจะถูกส่งไปยังเขตชลประทานเป็นระยะ ๆ เป็นระยะเวลา 5 วัน ในฤดูหนาว สำหรับพื้นที่ที่มีอากาศหนาวเย็น น้ำเสียจะถูกแช่แข็ง ในการรวบรวมน้ำเสียที่ใช้ในทุ่งชลประทาน จะใช้บ่อกักเก็บน้ำที่มีความจุเท่ากับหกเดือนในการสะสมน้ำ
ทางชีวภาพ บ่อน้ำ- อ่างเก็บน้ำที่สร้างขึ้นเทียมหรือตามธรรมชาติซึ่งมีการบำบัดน้ำเสียเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ในตัวเองตามธรรมชาติ สามารถใช้ทั้งสำหรับการบำบัดด้วยตนเองและสำหรับการบำบัดน้ำเสียหลังการบำบัดแบบลึกที่ผ่านการบำบัดทางชีวภาพแล้ว เป็นแหล่งกักเก็บน้ำตื้น (0.5-1 ม.) ได้รับความร้อนจากแสงแดดและมีสิ่งมีชีวิตในน้ำอาศัยอยู่
ในกระบวนการที่เกิดขึ้นในบ่อชีวภาพ จะมีการสังเกตวัฏจักรตามธรรมชาติของการทำลายสารมลพิษอินทรีย์โดยสมบูรณ์ ผลกระทบของปัจจัยต่างๆ ต่อการทำงานของบ่อสามารถสร้างสภาวะแอโรบิกและแอโรบิก-แอนแอโรบิกในบ่อได้ บ่อที่ทำงานอย่างต่อเนื่องภายใต้สภาวะแอโรบิกเรียกว่าการเติมอากาศ ในขณะที่บ่อที่มีสภาวะแปรผันเรียกว่าแบบปัญญา
สภาพแอโรบิกในบ่อสามารถรักษาไว้ได้ไม่ว่าจะโดยการจัดหาออกซิเจนตามธรรมชาติจากบรรยากาศและการสังเคราะห์ด้วยแสง หรือโดยการบังคับนำอากาศเข้าไปในน้ำ ดังนั้นจึงมีความแตกต่างระหว่างบ่อที่มีการเติมอากาศตามธรรมชาติและการเติมอากาศเทียม ระยะเวลาการอยู่อาศัยของน้ำในบ่อที่มีการเติมอากาศตามธรรมชาติอยู่ระหว่าง 7 ถึง 60 วัน ตะกอนเร่งซึ่งเป็นวัสดุเมล็ดพืชจะถูกกำจัดออกจากถังตกตะกอนรองร่วมกับน้ำเสีย ประสิทธิภาพการทำความสะอาดในบ่อจะถูกกำหนดตามเวลาของปีในช่วงเย็นจะลดลงอย่างรวดเร็ว
บ่อที่มีการเติมอากาศเทียมจะมีปริมาตรน้อยกว่ามากและโดยปกติแล้วจะได้ระดับการทำให้บริสุทธิ์ตามที่ต้องการภายใน 1-3 วัน
ตัวกรองชีวภาพ - โครงสร้างการบำบัดทางชีวภาพเทียม - เป็นโครงสร้างทรงกลมหรือสี่เหลี่ยมที่ทำจากอิฐหรือคอนกรีตเสริมเหล็กที่บรรจุด้วยวัสดุกรองบนพื้นผิวที่แผ่นชีวะพัฒนาขึ้น น้ำเสียจะถูกกรองผ่านชั้นโหลดที่ปกคลุมไปด้วยแผ่นฟิล์มจุลินทรีย์ เนื่องจากมีกิจกรรมสำคัญในการดำเนินการทำให้บริสุทธิ์ แผ่นชีวะที่ใช้แล้ว (ที่ตายแล้ว) จะถูกชะล้างออกด้วยน้ำเสียที่ไหล และนำออกจากแผ่นกรองชีวภาพ
ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุที่ใส่ ตัวกรองชีวภาพแบ่งออกเป็นสองประเภท: แบบปริมาตร (เม็ด) และการโหลดแบบเรียบ หินบด, กรวด, กรวด, ตะกรัน, ดินเหนียวขยายตัว, แหวนเซรามิกและพลาสติก, ลูกบาศก์, ลูกบอล, กระบอกสูบ ฯลฯ ถูกใช้เป็นการโหลดแบบละเอียด การโหลดแบบเรียบประกอบด้วยตาข่ายโลหะ ผ้า และพลาสติก ตะแกรง บล็อก แผ่นลูกฟูก ฟิล์ม ฯลฯ ซึ่งมักจะรีดเป็นม้วน
ตัวกรองชีวภาพที่มีการโหลดตามปริมาตรจะแบ่งออกเป็นแบบหยด โหลดสูง และแบบทาวเวอร์ ตัวกรองชีวภาพแบบหยดเป็นการออกแบบที่ง่ายที่สุด โดยบรรจุด้วยวัสดุที่เป็นเศษส่วนละเอียดสูง 1-2 ม. และมีความจุสูงถึง 1,000 ม. 3 ต่อวัน ทำให้มีระดับการทำให้บริสุทธิ์ในระดับสูง ในตัวกรองที่มีโหลดสูง จะใช้ชิ้นส่วนที่โหลดขนาดใหญ่ขึ้น และมีความสูง 2-4 ม. ความสูงในการโหลดในตัวกรองแบบทาวเวอร์สูงถึง 8-16 ม. ตัวกรองสองประเภทสุดท้ายจะใช้ที่อัตราการไหลของน้ำเสียที่สูงกว่า ถึง 50,000 ลบ.ม. ต่อวัน ทั้งสำหรับการบำบัดทางชีวภาพแบบเต็มและไม่สมบูรณ์
ตัวกรองทางชีวภาพที่มีการโหลดแบบเรียบมีความสามารถในการออกซิเดชันสูงกว่าตัวกรองที่มีการโหลดตามปริมาตรอย่างมาก ความสามารถในการออกซิไดซ์คืออัตราการละลายของออกซิเจนในระหว่างการเติมอากาศของน้ำที่ไม่มีออกซิเจนอย่างสมบูรณ์ที่ความดันบรรยากาศและอุณหภูมิ 20 °C (g O 2 /h)) ใกล้กับมันคือแนวคิดของพลังงานออกซิเดชัน - อัตราของปฏิกิริยาออกซิเดชันของมลพิษ (g O 2 / (m 3 ชั่วโมง))
ตำแหน่งกึ่งกลางระหว่างถังเติมอากาศและตัวกรองชีวภาพจะถูกครอบครองโดยตัวกรองชีวภาพใต้น้ำและตัวกรองชีวภาพจากถังชีวภาพ
ตัวกรองชีวภาพแบบจุ่มใต้น้ำ (แบบดิสก์) เป็นแหล่งกักเก็บที่มีเพลาหมุนโดยมีจานติดตั้งอยู่ โดยสลับกันสัมผัสกับน้ำเสียและอากาศ ขนาดของดิสก์คือ 0.5-3 ม. ระยะห่างระหว่างพวกเขาคือ 10-20 มม. อาจเป็นโลหะพลาสติกและซีเมนต์ใยหินจำนวนดิสก์บนเพลาอยู่ระหว่าง 20 ถึง 200 . ตัวกรองชีวภาพของถังชีวภาพคือตัวเครื่องที่บรรจุส่วนประกอบของถาดวางเรียงกันเป็นลายตารางหมากรุก องค์ประกอบเหล่านี้ได้รับการชลประทานจากด้านบนด้วยน้ำซึ่งไหลลงมาตามขอบ แผ่นชีวะก่อตัวบนพื้นผิวด้านนอกขององค์ประกอบ และชีวมวลที่มีลักษณะคล้ายตะกอนเร่งจะเกิดขึ้นภายใน การออกแบบให้ประสิทธิภาพสูงและประสิทธิภาพการทำความสะอาด
ตามหลักการของการไหลของอากาศเข้าสู่ความหนาของมวลอากาศ ตัวกรองชีวภาพสามารถใช้การเติมอากาศตามธรรมชาติและแบบบังคับได้
ในช่วงเริ่มต้นของตัวกรองทางชีวภาพ ฟิล์มชีวภาพจะเติบโตบนชิ้นส่วนของอาหาร ตัวแทนหลักของภาพยนตร์เรื่องนี้คือประชากรจุลินทรีย์ จุลินทรีย์ในแผ่นชีวะใช้สิ่งเจือปนอินทรีย์ในน้ำเสียเป็นแหล่งโภชนาการและการหายใจ และมวลของแผ่นชีวะจะเพิ่มขึ้น เมื่อความหนาของฟิล์มเพิ่มขึ้น ฟิล์มก็จะตายและถูกชะล้างออกไปโดยน้ำเสียที่ไหลออกมา น้ำที่ผ่านการกรองในตัวกรองชีวภาพพร้อมกับอนุภาคของฟิล์มชีวะที่ตายแล้วจะเข้าสู่ถังตกตะกอนรอง โดยทั่วไปไม่มีการรีไซเคิลวัสดุออกฤทธิ์ทางชีวภาพ เนื่องจากมีความสามารถในการกักเก็บสูงของโครงสร้างมวลของฟิล์มชีวะ
เมื่อรับน้ำเสียที่มีค่า BOD > 300 มก./ลิตร เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้พื้นผิวตัวกรองชีวภาพเกิดตะกอนบ่อยครั้ง จึงมีการหมุนเวียนน้ำ - การคืนน้ำบริสุทธิ์บางส่วนเพื่อเจือจางน้ำเสียเดิม การหมุนเวียนของน้ำบริสุทธิ์จะเพิ่มปริมาณออกซิเจนที่ละลายในส่วนผสม รักษาภาระไฮดรอลิกที่สม่ำเสมอมากขึ้น และทำให้ความเข้มข้นของฟิล์มชีวะเท่ากันตามความสูงของโครงสร้าง อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้จะเพิ่มความจำเป็นในการปรับปริมาตรถังและเพิ่มการใช้พลังงานในการสูบน้ำ
การกระจายน้ำเสียเหนือพื้นผิวของตัวกรองชีวภาพจะดำเนินการโดยสปริงเกอร์แบบอยู่กับที่ (สปริงเกอร์) หรือสปริงเกอร์แบบเจ็ทหมุนที่มีการจ่ายน้ำแบบวนเป็นเวลา 5-10 นาที
การใช้ตัวกรองชีวภาพถูกจำกัดด้วยความเป็นไปได้ที่จะเกิดตะกอน พลังออกซิเดชันที่ลดลงระหว่างการทำงาน มีกลิ่นไม่พึงประสงค์ และความยากลำบากในการเจริญเติบโตของฟิล์มสม่ำเสมอ
การทำความสะอาดในถังเติมอากาศการบำบัดทางชีวภาพแบบแอโรบิกของน้ำเสียจำนวนมากดำเนินการในถังเติมอากาศ - โครงสร้างคอนกรีตมวลเบาที่มีตะกอนลอยอิสระในปริมาตรของน้ำที่ผ่านการบำบัดซึ่งเป็นประชากรทางชีวภาพที่ใช้มลพิษทางน้ำเสียในการดำรงชีวิต
ถัง Aero สามารถจำแนกได้ตามเกณฑ์ต่อไปนี้:
1) ตามโครงสร้างการไหล - ถังเติมอากาศ - ดิสเพลสเซอร์, ถังเติมอากาศ - เครื่องผสมและถังเติมอากาศที่มีทางเข้าของของเหลวเสียกระจาย (ชนิดกลาง)
2) ตามวิธีการฟื้นฟูตะกอนเร่ง - ถังเติมอากาศพร้อมเครื่องกำเนิดตะกอนแยกหรือรวมกัน
3) ตามภาระของตะกอนเร่ง - โหลดสูง (สำหรับการบำบัดที่ไม่สมบูรณ์), โหลดธรรมดาและโหลดต่ำ (พร้อมการเติมอากาศแบบขยาย);
4) ตามจำนวนสเตจ - หนึ่ง, สองและหลายสเตจ;
5) ตามโหมดของอินพุตน้ำเสีย - ไหลผ่าน, กึ่งไหลผ่าน, พร้อมระดับการทำงานที่แปรผัน, การสัมผัส;
6) ตามประเภทของการเติมอากาศ - นิวเมติก, เครื่องกล, อุทกพลศาสตร์รวมหรือเครื่องกลปอด
7) ตามลักษณะการออกแบบ - สี่เหลี่ยม, กลม, รวม, เพลา, ถังกรอง, ถังลอย ฯลฯ
ถัง Aerotanks ถูกใช้ในอัตราการไหลของน้ำเสียที่หลากหลายมาก ตั้งแต่หลายร้อยถึงล้านลูกบาศก์เมตรต่อวัน
ในถังผสมอากาศ ปริมาณตะกอนและอัตราการออกซิเดชันของสารปนเปื้อนแทบไม่เปลี่ยนแปลงตามความยาวของโครงสร้าง เหมาะที่สุดสำหรับการบำบัดน้ำเสียอุตสาหกรรมที่มีความเข้มข้น (BODp สูงถึง 1,000 มก./ลิตร) โดยมีอัตราการไหลและความเข้มข้นของสารปนเปื้อนผันผวนอย่างมาก ในถังเติมอากาศ-แทนที่ ปริมาณของสารปนเปื้อนบนตะกอนและอัตราการออกซิเดชันจะแตกต่างกันไปตั้งแต่ค่าสูงสุดที่จุดเริ่มต้นของการก่อสร้างไปจนถึงค่าต่ำสุดที่ส่วนท้าย โครงสร้างดังกล่าวจะใช้หากมั่นใจว่ามีการปรับตัวของตะกอนเร่งได้ง่ายเพียงพอ ในถังเติมอากาศที่มีน้ำกระจายไปตามความยาว ปริมาณของตะกอนจะลดลงและสม่ำเสมอ สิ่งอำนวยความสะดวกดังกล่าวใช้เพื่อบำบัดส่วนผสมของน้ำเสียอุตสาหกรรมและน้ำเสียชุมชน การทำงานของถังเติมอากาศจะเชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับการทำงานปกติของถังตกตะกอนรอง ซึ่งตะกอนเร่งจะถูกสูบเข้าสู่ถังเติมอากาศอย่างต่อเนื่อง แทนที่จะใช้ถังตกตะกอนรอง สามารถใช้ตัวลอยเพื่อแยกตะกอนออกจากน้ำได้
ในโครงการขั้นตอนเดียวที่ไม่มีเครื่องกำเนิดใหม่ เป็นไปไม่ได้ที่จะทำให้กระบวนการบำบัดน้ำเสียเข้มข้นขึ้น เมื่อมีตัวสร้างใหม่ กระบวนการออกซิเดชั่นจะสิ้นสุดลงและกากตะกอนจะได้คุณสมบัติดั้งเดิม แผนขั้นตอนเดียวที่ไม่มีการสร้างตะกอนใหม่จะใช้ที่ BOD 150 มก./ลิตร รูปแบบสองขั้นตอนจะใช้เมื่อความเข้มข้นเริ่มต้นของสารมลพิษอินทรีย์ในน้ำสูง เช่นเดียวกับเมื่อมีสารในน้ำซึ่งมีอัตราการออกซิเดชันเปลี่ยนแปลงอย่างรวดเร็ว ในขั้นตอนแรกของการบำบัด ค่า BOD ของน้ำเสียจะลดลง 50-70%
เพื่อให้มั่นใจว่ากระบวนการออกซิเดชั่นทางชีวภาพดำเนินไปตามปกติ อากาศจะต้องถูกส่งไปยังถังเติมอากาศอย่างต่อเนื่อง ระบบเติมอากาศเป็นโครงสร้างที่ซับซ้อนและอุปกรณ์พิเศษที่จ่ายออกซิเจนให้กับของเหลว รักษาตะกอนที่แขวนลอย และผสมน้ำเสียกับตะกอนอย่างต่อเนื่อง สำหรับถังเติมอากาศส่วนใหญ่ ระบบเติมอากาศช่วยให้แน่ใจว่าฟังก์ชันเหล่านี้ทำงานพร้อมกัน ตามวิธีการกระจายอากาศในน้ำ ในทางปฏิบัติระบบเติมอากาศต่อไปนี้ถูกนำมาใช้: นิวแมติก, เครื่องกล, เครื่องกลลมและเจ็ท ในประเทศของเราระบบเติมอากาศแบบนิวแมติกแพร่หลายมากขึ้น
ถังเติมอากาศที่ทันสมัยเป็นโครงสร้างที่มีความยืดหยุ่นทางเทคโนโลยีซึ่งเป็นถังคอนกรีตเสริมเหล็กแบบทางเดินที่ติดตั้งระบบเติมอากาศ ความลึกในการทำงานของถังเติมอากาศอยู่ที่ 3 ถึง 6 ม. อัตราส่วนความกว้างของทางเดินต่อความลึกในการทำงานคือตั้งแต่ 1:1 ถึง 2:1 สำหรับถังเติมอากาศและเครื่องกำเนิดใหม่ จำนวนส่วนต้องมีอย่างน้อยสองส่วน ด้วยผลผลิตสูงถึง 50,000 ลบ.ม. ต่อวัน โดยกำหนด 4-6 ส่วน โดยให้ผลผลิตสูงกว่า 8-10 ส่วน ซึ่งทั้งหมดทำงานได้ แต่ละส่วนประกอบด้วยทางเดิน 2-4 ทางเดิน
ถังเติมอากาศแบบแทนที่เป็นโครงสร้างทางเดินยาวซึ่งมีการจ่ายน้ำและตะกอนเร่งไปที่จุดเริ่มต้นของโครงสร้าง และส่วนผสมของตะกอนจะถูกระบายออกที่ส่วนท้ายของถัง ในกรณีนี้แทบไม่มีการผสมน้ำที่เข้ามากับน้ำที่ได้รับก่อนหน้านี้ ถังเติมอากาศดังกล่าวประกอบด้วยทางเดินหลายทางและอาจมีหรือไม่มีเครื่องกำเนิดใหม่ในตัวก็ได้ ความยาวของถังเติมอากาศดังกล่าวสูงถึง 50-150 ม. และปริมาตรอยู่ที่ 1.5 ถึง 30,000 ม. 3 ในระดับมากโหมดการกระจัดนั้นสอดคล้องกับการออกแบบถังเติมอากาศประเภท เซลลูล่าร์ พวกมันเป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้าในโครงสร้างแผนแบ่งออกเป็นหลายช่องด้วยพาร์ติชั่นตามขวาง ส่วนผสมจากช่องแรกเข้าสู่ส่วนที่สอง (จากด้านล่าง) จากส่วนที่สองไปที่สามจะไหลผ่านพาร์ติชัน (จากด้านบน) เป็นต้น ในแต่ละเซลล์ โหมดการผสมที่สมบูรณ์จะถูกสร้างขึ้น และผลรวมของเครื่องผสมแบบลำดับจำนวนหนึ่งถือเป็นตัวแทนที่ที่เกือบจะสมบูรณ์แบบ เพื่อป้องกันการเคลื่อนตัวของน้ำ และไม่มีการผสมตามยาว
น้ำเสียและกากตะกอนในถังเติมอากาศ-เครื่องผสมจะถูกจ่ายและระบายออกอย่างสม่ำเสมอตลอดด้านยาวของโครงสร้าง เชื่อกันว่าส่วนผสมที่เข้ามาอย่างรวดเร็ว (ในการคำนวณทันที) ผสมกับเนื้อหาของถังเติมอากาศทั้งหมด ทำให้สามารถกระจายสารปนเปื้อนอินทรีย์และออกซิเจนละลายน้ำได้อย่างเท่าเทียมกัน และรับประกันการทำงานของโครงสร้างภายใต้สภาวะคงที่และการรับน้ำหนักสูง ความกว้างของทางเดินของถังผสมอากาศคือ 3-9 ม. จำนวนทางเดินคือ 2-4 ความยาวสูงสุด 150 ม.
เมื่อเปรียบเทียบกับถังเติมอากาศ-ดิสเพลสเซอร์ ถังเติมอากาศ-เครื่องผสมอาหารมีความเข้มข้นของสิ่งเจือปนตกค้างสูงในน้ำบริสุทธิ์ ดังนั้นจึงแนะนำให้ใช้ในการบำบัดน้ำเสียเข้มข้นในระยะแรกและถังเติมอากาศ - แทนที่ - ในขั้นตอนที่สอง
ถังแอโร- เครื่องผสมสามารถเชื่อมต่อกับถังตกตะกอนรองและแยกออกจากถังเหล่านั้นได้ ถังบำบัดอากาศเสีย (เครื่องเร่งอากาศ) มีขนาดกะทัดรัด ช่วยให้คุณเพิ่มการหมุนเวียนของส่วนผสมของตะกอนโดยไม่ต้องใช้สถานีสูบน้ำแบบพิเศษ ปรับปรุงระบบออกซิเจนของถังตกตะกอน และเพิ่มปริมาณของตะกอนเป็น 3-5 กรัม/ l ตามด้วยการเพิ่มพลังงานออกซิเดชัน
ถังเติมอากาศชนิดกลางผสมผสานองค์ประกอบของถังเติมอากาศแบบดิสเพลสเซอร์และถังเติมอากาศแบบผสม ซึ่งรวมถึงถังเติมอากาศที่มีน้ำจ่ายกระจายและกากตะกอนเร่งที่มีความเข้มข้น รวมถึงถังเติมอากาศและเครื่องผสมแบบเรียงซ้อน โดยจะสร้างสภาวะสำหรับความเข้มข้นเฉลี่ยของตะกอนเร่งที่สูงกว่าในถังเติมอากาศ-ตัวแทนที่ และให้คุณภาพการทำความสะอาดที่สูงกว่าในถังเติมอากาศ-เครื่องผสม ดำเนินการในรูปแบบของโครงสร้างทางเดินสองหรือสี่ทาง ต้นทุนทุนสำหรับการก่อสร้างถังเติมอากาศดังกล่าวลดลงอย่างน้อย 15% เมื่อเทียบกับที่กล่าวไว้ข้างต้น ขณะที่ยังคงรักษาคุณภาพการทำความสะอาดไว้ในระดับสูง
ถังออกซิแทงค์มีไว้สำหรับการบำบัดน้ำเสียทางชีวเคมี โดยจะใช้ออกซิเจนทางเทคนิคแทนอากาศ ด้วยเหตุนี้ เงื่อนไขจึงถูกสร้างขึ้นเพื่อเพิ่มปริมาณของตะกอนเร่ง (สูงถึง 6-10 กรัม/ลิตร) ลดการใช้พลังงานในการเติมอากาศ พลังงานออกซิเดชันเพิ่มขึ้น (สูงกว่าถังเติมอากาศ 5-10 เท่า) และ ประสิทธิภาพการใช้ออกซิเจนอยู่ที่ 90-95%
แผนงานทั่วไปสำหรับการบำบัดทางชีวเคมีตามกฎแล้ว ได้แก่ การติดตั้งจำนวนหนึ่งสำหรับการเฉลี่ยน้ำเสีย การบำบัดเชิงกล สิ่งอำนวยความสะดวกในการบำบัดทางชีวภาพจริง อุปกรณ์สำหรับการเตรียมและการจ่ายสารรีเอเจนต์ การบำบัดหลังการบำบัดน้ำเสียและตะกอน แบบแผนอาจเป็นขั้นตอนเดียวหรือหลายขั้นตอนก็ได้ ตามโครงการข้างต้นจะมีการบำบัดร่วมกันสำหรับน้ำเสียอุตสาหกรรมและน้ำเสียในครัวเรือน ด้วยการทำความสะอาดดังกล่าว กระบวนการดำเนินไปอย่างมั่นคงและสมบูรณ์มากขึ้นเพราะว่า น้ำเสียจากครัวเรือนประกอบด้วยสารอาหารและทำให้น้ำเสียจากอุตสาหกรรมเจือจางด้วย น้ำเสียที่ได้รับการบำบัดล่วงหน้าที่โรงบำบัดด้วยเครื่องจักร จะถูกส่งไปบำบัดทางชีวภาพในถังเติมอากาศพร้อมเครื่องกำเนิดใหม่ ตะกอนเร่งที่ปล่อยออกมาในถังตกตะกอนรองจะถูกแบ่งออกเป็นสองกระแส: ตะกอนหมุนเวียนจะถูกสูบเข้าไปในเครื่องสร้างใหม่โดยใช้สถานีสูบน้ำ จากนั้นเข้าไปในถังเติมอากาศ ตะกอนส่วนเกินจะถูกส่งไปยังถังตกตะกอนหลักเพื่อชี้แจงให้กระจ่าง น้ำบริสุทธิ์จะถูกเติมคลอรีนและส่งไปยังอ่างเก็บน้ำหรือกลับสู่การผลิต กากตะกอนที่แยกออกมาจะถูกนำไปแปรรูปในเครื่องย่อยและแยกน้ำออกจากเตียงตะกอน ก๊าซที่ปล่อยออกมาระหว่างการย่อยจะถูกเผาในห้องหม้อไอน้ำ
4.2. วิธีการทำความสะอาดแบบไม่ใช้ออกซิเจน
กระบวนการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจนสามารถใช้เพื่อทำให้ตะกอนน้ำเสียเป็นกลางและบำบัดน้ำเสียที่มีความเข้มข้นล่วงหน้าได้ การหมักประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่นขึ้นอยู่กับประเภทสุดท้ายของผลิตภัณฑ์: แอลกอฮอล์, กรดโพรพิโอนิก, กรดแลคติค, มีเทน ฯลฯ ผลิตภัณฑ์สุดท้ายของการหมักคือแอลกอฮอล์, กรด, อะซิโตน, ก๊าซหมัก (CO 2, H 2, CH 4)
การหมักมีเทนใช้ในการบำบัดน้ำเสีย กระบวนการนี้ซับซ้อนและประกอบด้วยหลายขั้นตอน ในการหมักมีเทน มีสองขั้นตอนที่แตกต่างกัน ในระยะแรกของการหมัก (กรด) สารอินทรีย์ที่ซับซ้อนจะถูกสลายด้วยการก่อตัวของกรดอินทรีย์เช่นเดียวกับแอลกอฮอล์, แอมโมเนีย, อะซิโตน, H 2 S, CO 2, H 2 เป็นต้น ซึ่งเป็นผลมาจากการที่ น้ำเสียจะมีสภาพเป็นกรดถึง pH = 5-6 จากนั้นภายใต้การกระทำของแบคทีเรียมีเทน (เฟสอัลคาไลน์) กรดจะถูกทำลายด้วยการก่อตัวของ CH 4 และ CO 2 เชื่อกันว่าอัตราการเปลี่ยนแปลงในทั้งสองระยะจะเท่ากัน โดยเฉลี่ยระดับการสลายตัวของสารประกอบอินทรีย์คือ 40%
กระบวนการหมักมีเทนดำเนินการในเครื่องย่อย - ถังปิดผนึกอย่างแน่นหนาซึ่งมีอุปกรณ์สำหรับแนะนำตะกอนที่ผ่านกระบวนการและกำจัดตะกอนหมัก
กระบวนการหมักจะดำเนินการภายใต้สภาวะมีโซฟิลิก (30-35 °C) และสภาวะเทอร์โมฟิลิก (50-55 °C) ภายใต้สภาวะเทอร์โมฟิลิก การทำลายสารประกอบอินทรีย์จะเกิดขึ้นอย่างเข้มข้นยิ่งขึ้น เครื่องย่อยเป็นถังคอนกรีตเสริมเหล็กที่มีก้นทรงกรวยพร้อมกับอุปกรณ์สำหรับจับและกำจัดก๊าซและยังมีเครื่องทำความร้อนและเครื่องกวนอีกด้วย ใช้เครื่องย่อยที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุด 20 ม. และปริมาตรที่มีประโยชน์สูงถึง 4,000 ม. 3
กระบวนการหมักน้ำเสียดำเนินการในสองขั้นตอน ในกรณีนี้ส่วนหนึ่งของตะกอนจากเครื่องย่อยที่สองจะถูกส่งกลับไปยังเครื่องแรกซึ่งรับประกันการผสมที่ดี ในระหว่างการหมักก๊าซจะถูกปล่อยออกมาโดยมีปริมาณเฉลี่ย CH 4 - 63-65%, CO 2 - 32-34% ค่าความร้อนของก๊าซคือ 23 MJ/kg โดยนำไปเผาในเตาเผาของหม้อต้มไอน้ำ ไอน้ำที่ได้จะถูกนำมาใช้เพื่อให้ความร้อนแก่ตะกอนในเครื่องย่อยหรือเพื่อวัตถุประสงค์อื่น
บรรณานุกรม
เทคโนโลยีการคุ้มครองสิ่งแวดล้อม /Rodionov A.I., Klushin V.N., Torocheshnikov N.S. หนังสือเรียนสำหรับมหาวิทยาลัย – อ.: เคมี, 2532.
โคมาโรวา แอล.เอฟ., คอร์มิน่า แอล.เอ. วิธีการทางวิศวกรรมเพื่อการรักษาสิ่งแวดล้อม เทคโนโลยีในการปกป้องบรรยากาศและไฮโดรสเฟียร์จากมลภาวะทางอุตสาหกรรม: หนังสือเรียน – บาร์นาอูล, 2000.
วิธีการเหล่านี้ใช้ในการกรองน้ำเสียในครัวเรือนและอุตสาหกรรมจากสารอินทรีย์ที่ละลายน้ำได้และสารอนินทรีย์บางชนิด (ไฮโดรเจนซัลไฟด์ แอมโมเนีย ซัลไฟด์ ไนไตรต์ ฯลฯ) กระบวนการทำให้บริสุทธิ์ขึ้นอยู่กับความสามารถของจุลินทรีย์ในการใช้สารที่ระบุไว้สำหรับโภชนาการในกระบวนการของชีวิต - สารอินทรีย์สำหรับจุลินทรีย์เป็นแหล่งของคาร์บอน การบำบัดน้ำเสียทางชีวเคมีสามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้สภาวะแอโรบิก (ออกซิเดชันทางชีวเคมี) และแบบไม่ใช้ออกซิเจน (การสลายตัวทางชีวภาพ)
การบำบัดแบบไม่ใช้ออกซิเจนเกิดขึ้นภายใต้อิทธิพลของจุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจน ส่งผลให้ปริมาณสารมลพิษอินทรีย์ที่มีอยู่ในน้ำเสียลดลงเนื่องจากการเปลี่ยนเป็นก๊าซ (มีเธน คาร์บอนไดออกไซด์) และเกลือละลาย รวมถึงการเติบโตของมวลชีวภาพของพืชไร้อากาศ การสลายตัวเกิดขึ้นใน 2 ระยะ ขั้นแรก สารอินทรีย์จะถูกแปลงเป็นกรดอินทรีย์และแอลกอฮอล์ (จุลินทรีย์กลุ่มแรก) จากนั้นจึงเปลี่ยนกรดอินทรีย์และแอลกอฮอล์เป็นมีเทนและคาร์บอนไดออกไซด์ (จุลินทรีย์กลุ่มที่สอง)
กระบวนการโดยรวมขึ้นอยู่กับการรักษาสภาพแวดล้อมที่เหมาะสมสำหรับจุลินทรีย์ทั้งสองกลุ่ม และความสมดุลระหว่างเฟสจะต้องทำให้กรดถูกกำจัดออกไปในอัตราเดียวกับที่กรดเกิดขึ้น วิธีแบบไม่ใช้ออกซิเจนใช้เป็นหลักในการย่อยตะกอนเร่งส่วนเกินที่เกิดขึ้นระหว่างการบำบัดแบบไม่ใช้ออกซิเจน
การทำให้บริสุทธิ์ภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจนเกิดขึ้นเมื่อมีออกซิเจนละลายในน้ำ ซึ่งแสดงถึงการเปลี่ยนแปลงกระบวนการทางธรรมชาติของการทำให้บริสุทธิ์ในอ่างเก็บน้ำที่เกิดขึ้นในธรรมชาติ สำหรับการบำบัดทางชีวภาพของน้ำเสียทางอุตสาหกรรม กระบวนการที่พบบ่อยที่สุดคือกระบวนการที่ใช้ตะกอนเร่งซึ่งดำเนินการในถังเติมอากาศ ตะกอนเร่งถูกสร้างขึ้นเนื่องจากอนุภาคแขวนลอยที่ไม่ได้ถูกกักขังไว้ในระหว่างการตกตะกอน และเนื่องจากสารคอลลอยด์ที่มีจุลินทรีย์เพิ่มจำนวนขึ้น ตะกอนเร่งในของเหลวมวลเบาช่วยเร่งกระบวนการออกซิเดชั่นอย่างมีนัยสำคัญและสร้างสภาวะสำหรับกระบวนการดูดซับของสารอินทรีย์
การทำลายสารอินทรีย์เป็นคาร์บอนไดออกไซด์และผลิตภัณฑ์ออกซิเดชั่นที่ไม่เป็นอันตรายอื่น ๆ เกิดขึ้นเนื่องจาก biocenosis เช่น ความซับซ้อนของแบคทีเรียและจุลินทรีย์โปรโตซัวทั้งหมดที่กำลังพัฒนาในโครงสร้างที่กำหนด การใช้ส่วนประกอบอินทรีย์ของน้ำเสียโดยจุลินทรีย์เกิดขึ้นใน 3 ขั้นตอน: 1) การถ่ายโอนมวลของอินทรียวัตถุและออกซิเจนจากของเหลวไปยังผิวเซลล์; 2) การแพร่กระจายของสสารและออกซิเจนผ่านเยื่อหุ้มเซลล์แบบกึ่งซึมผ่านได้ 3) เมแทบอลิซึมของผลิตภัณฑ์ที่กระจายพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของมวลชีวมวลการปลดปล่อยพลังงานคาร์บอนไดออกไซด์ ฯลฯ
ความเข้มข้นและประสิทธิภาพของการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพนั้นพิจารณาจากอัตราการสลายตัวของแบคทีเรีย
การบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพสามารถทำได้ภายใต้สภาพธรรมชาติหรือเทียม
ในสภาพธรรมชาติจะใช้ที่ดินที่เตรียมไว้เป็นพิเศษ (เขตชลประทานและการกรอง) หรือบ่อชีวภาพ เป็นแหล่งกักเก็บดินที่มีความลึก 0.5ธ1 ม. ซึ่งกระบวนการเดียวกันนี้เกิดขึ้นเช่นเดียวกับในระหว่างการทำให้อ่างเก็บน้ำบริสุทธิ์ในตัวเอง
ทุ่งชลประทาน– ที่ดินที่จัดเตรียมเป็นพิเศษเพื่อใช้พร้อมกันในการบำบัดน้ำเสียและการเกษตร ได้แก่ สำหรับการปลูกพืชธัญพืชและหญ้าหมัก สมุนไพร ผัก ตลอดจนการปลูกไม้พุ่มและต้นไม้ สาขาการกรองมีไว้สำหรับการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพเท่านั้น
ทุ่งชลประทานและบ่อชีวภาพตั้งอยู่บนภูมิประเทศที่มีความลาดเอียงเป็นขั้นๆ เพื่อให้น้ำไหลตามแรงโน้มถ่วงจากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่ง การทำความสะอาดสารปนเปื้อนเกิดขึ้นโดยกระบวนการกรองน้ำผ่านดิน โดยกักเก็บอนุภาคแขวนลอยและคอลลอยด์ไว้ ก่อตัวเป็นแผ่นฟิล์มในรูพรุนของดิน การแทรกซึมของออกซิเจนลงสู่ชั้นลึกของดินเป็นเรื่องยากดังนั้นการเกิดออกซิเดชันที่รุนแรงที่สุดจึงเกิดขึ้นในชั้นบนของดินเช่น ที่ระดับความลึกสูงสุด 0.2ธ0.4 ม.
บ่อชีวภาพ– ออกแบบมาเพื่อการบำบัดทางชีวภาพและสำหรับการบำบัดน้ำเสียหลังการบำบัดร่วมกับสิ่งอำนวยความสะดวกในการบำบัดอื่น ๆ พวกมันถูกสร้างขึ้นในรูปแบบของสระน้ำที่มีน้ำตกประกอบด้วย 3-5 ขั้น กระบวนการบำบัดน้ำเสียดำเนินการตามรูปแบบต่อไปนี้: แบคทีเรียใช้ออกซิเจนที่ปล่อยออกมาจากสาหร่ายในระหว่างการสังเคราะห์ด้วยแสง เช่นเดียวกับออกซิเจนจากอากาศเพื่อออกซิไดซ์สารมลพิษ สาหร่ายกินคาร์บอนไดออกไซด์ ฟอสเฟต และไนโตรเจนแอมโมเนียที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวทางชีวเคมีของอินทรียวัตถุ ดังนั้นเพื่อให้บ่อทำงานได้ตามปกติจึงจำเป็นต้องรักษาค่า pH และอุณหภูมิของน้ำเสียให้เหมาะสม อุณหภูมิต้องมีอย่างน้อย 6°C ดังนั้นจึงไม่ใช้บ่อในฤดูหนาว
มีบ่อน้ำที่มีการเติมอากาศตามธรรมชาติและเทียม ความลึกของบ่อที่มีการเติมอากาศบนพื้นผิวตามธรรมชาติไม่เกิน 1 ม. เมื่อเติมอากาศในบ่อโดยใช้เครื่องเติมอากาศแบบกลหรือเป่าลมผ่านคอลัมน์น้ำความลึกของบ่อจะเพิ่มขึ้นเป็น 3 ม. การใช้การเติมอากาศเทียมช่วยเร่งกระบวนการทำให้น้ำบริสุทธิ์ ข้อเสียของบ่อคือความสามารถในการออกซิไดซ์ต่ำ ฤดูกาลของการดำเนินงาน และความต้องการพื้นที่ขนาดใหญ่
สิ่งอำนวยความสะดวกสำหรับการบำบัดทางชีวภาพเทียมขึ้นอยู่กับตำแหน่งของชีวมวลที่ใช้งานอยู่สามารถแบ่งออกเป็น 2 กลุ่ม: 1) ชีวมวลที่ใช้งานถูกแขวนลอยอยู่ในน้ำเสียที่ผ่านการบำบัด (ถังอากาศ, ถังออกซี) 2) ชีวมวลที่ใช้งานได้รับการแก้ไขบนวัสดุที่อยู่นิ่ง และน้ำเสียจะไหลไปรอบๆ เป็นชั้นฟิล์มบาง (ตัวกรองชีวภาพ)
ถังแอโรเป็นถังคอนกรีตเสริมเหล็ก เป็นรูปสี่เหลี่ยมผืนผ้า แบ่งตามฉากกั้นเป็นทางเดินแยกกัน
น้ำเสียหลังจากระบบบำบัดเชิงกลจะถูกผสมกับตะกอนเร่งที่ส่งคืน (biocenosis) และผ่านทางเดินของถังเติมอากาศอย่างต่อเนื่อง จะเข้าสู่ถังตกตะกอนรอง เวลาพักของน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดในถังเติมอากาศ ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของน้ำ อยู่ในช่วง 6 ถึง 12 ชั่วโมง ในช่วงเวลานี้ สารมลพิษอินทรีย์จำนวนมากจะถูกประมวลผลโดย biocenosis ของตะกอนเร่ง เพื่อรักษาตะกอนเร่งไว้ในสารแขวนลอย ให้ผสมอย่างเข้มข้นและทำให้ส่วนผสมที่ผ่านการบำบัดด้วยออกซิเจนในอากาศเปียกโชก ระบบเติมอากาศต่างๆ (โดยปกติจะเป็นแบบกลไกหรือแบบนิวแมติก) ได้รับการติดตั้งในถังเติมอากาศ จากถังเติมอากาศ ส่วนผสมของน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดและตะกอนเร่งจะเข้าสู่ถังตกตะกอนรอง จากที่ซึ่งตะกอนเร่งที่ตกตะกอนจนถึงด้านล่างจะถูกปล่อยลงสู่อ่างเก็บน้ำของสถานีสูบน้ำโดยใช้อุปกรณ์พิเศษ (ปั๊มตะกอน) และตัวกรองที่บริสุทธิ์ น้ำเสียจะถูกส่งไปเพื่อทำให้บริสุทธิ์เพิ่มเติมหรือถูกฆ่าเชื้อ ในกระบวนการออกซิเดชันทางชีวภาพ ชีวมวลของตะกอนเร่งจะเพิ่มขึ้น เพื่อสร้างสภาวะที่เหมาะสมที่สุดสำหรับอายุการใช้งาน ตะกอนส่วนเกินจะถูกกำจัดออกจากระบบและส่งไปยังโรงบำบัดตะกอน และส่วนหลักในรูปของตะกอนกลับจะถูกส่งกลับไปยังถังเติมอากาศ
คอมเพล็กซ์ของสิ่งอำนวยความสะดวกการบำบัด ซึ่งรวมถึงถังเติมอากาศ มีความจุน้ำเสียหลายสิบถึง 2ø3 ล้าน ลบ.ม. ต่อวัน
แทนที่จะใช้อากาศ สามารถจัดหาออกซิเจนบริสุทธิ์เพื่อการเติมอากาศเสียแบบนิวแมติกได้ สำหรับกระบวนการนี้ จะใช้ถังออกซีแทงค์ซึ่งมีการออกแบบค่อนข้างแตกต่างจากถังเติมอากาศ ความสามารถในการออกซิเดชั่นของออกซีเทนก์สูงกว่า 3 เท่า
ตัวกรองชีวภาพค้นหาการใช้งานที่กว้างขวางโดยมีปริมาณการใช้น้ำเสียในครัวเรือนและอุตสาหกรรมรายวันสูงถึง 20,000-30,000 ลบ.ม. ต่อวัน ส่วนประกอบที่สำคัญที่สุดของตัวกรองชีวภาพคือวัสดุที่บรรจุ ขึ้นอยู่กับประเภทของวัสดุที่บรรทุกจะแบ่งออกเป็น 2 ประเภท: มีการโหลดตามปริมาตรและแบบเรียบ ตัวกรองชีวภาพเป็นถังทรงกลมและสี่เหลี่ยมที่บรรจุวัสดุไว้เต็ม วัสดุเชิงปริมาตรประกอบด้วยกรวด, ดินเหนียวขยายตัว, ตะกรันที่มีขนาดเศษส่วน15ø80มม. หลังจากแยกเศษส่วนแล้ว, เต็มไปด้วยชั้นสูง 2ø4 ม. วัสดุระนาบทำในรูปแบบของแข็ง (วงแหวน, องค์ประกอบท่อ ทำจากพลาสติก เซรามิก โลหะ) และบล็อกเนื้อนุ่ม ( ผ้ารีด) ซึ่งติดตั้งอยู่ในตัวตัวกรองชีวภาพในชั้นหนา 8 ม.
น้ำเสียที่จ่ายเหนือพื้นผิวของวัสดุที่บรรจุจะถูกกระจายอย่างเท่าเทียมกัน ในขณะที่ฟิล์มชีวภาพ (biocenosis) จะเกิดขึ้นบนพื้นผิวของวัสดุ คล้ายกับตะกอนเร่งในถังเติมอากาศ วัสดุที่บรรจุได้รับการรองรับโดยด้านล่างเป็นโครงตาข่าย โดยผ่านรูที่น้ำเสียที่ผ่านการบำบัดจะเข้าสู่ก้นทึบของตัวกรองชีวภาพ และถูกปล่อยออกจากตัวกรองชีวภาพลงในถังตกตะกอนรองโดยใช้ถาด
ตัวกรองชีวภาพที่มีการโหลดตามปริมาตรมีประสิทธิภาพสำหรับการบำบัดทางชีวภาพอย่างสมบูรณ์ ตัวกรองชีวภาพที่มีการบรรจุแบบเรียบยังสามารถใช้สำหรับการบำบัดทางชีวภาพที่สมบูรณ์ได้ แต่จะเป็นการสมควรมากกว่าที่จะใช้เป็นขั้นตอนแรกของการบำบัดทางชีวภาพแบบสองขั้นตอน เมื่อมีการปล่อยน้ำเสียทางอุตสาหกรรมที่มีความเข้มข้นสูงออกมาระเบิด หรือเมื่อมีการสร้างคอมเพล็กซ์การบำบัดขึ้นมาใหม่
เมื่อใช้งานสถานบำบัดทางชีวภาพ จำเป็นต้องปฏิบัติตามกฎระเบียบทางเทคโนโลยีในการดำเนินงานเพื่อหลีกเลี่ยงการบรรทุกเกินพิกัดและโดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะสมของส่วนประกอบที่เป็นพิษ เนื่องจากการละเมิดดังกล่าวอาจส่งผลเสียต่อชีวิตของสิ่งมีชีวิต ดังนั้นในน้ำเสียที่ส่งไปเพื่อการบำบัดทางชีวภาพ ปริมาณน้ำมันและผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียมไม่ควรเกิน 25 มก./ล. สารลดแรงตึงผิว - ไม่เกิน 50 มก./ล. เกลือที่ละลายได้ - ไม่เกิน 10 ก./ล.
การบำบัดทางชีวภาพไม่ได้รับประกันการทำลายแบคทีเรียก่อโรคทั้งหมดในน้ำเสียอย่างสมบูรณ์ ดังนั้นหลังจากนั้นน้ำจะถูกฆ่าเชื้อด้วยคลอรีนเหลวหรือสารฟอกขาว, โอโซน, รังสีอัลตราไวโอเลต, อิเล็กโทรไลซิสหรืออัลตราซาวนด์
การฆ่าเชื้อน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้วจะดำเนินการเพื่อทำลายแบคทีเรียไวรัสและจุลินทรีย์ที่ทำให้เกิดโรคที่มีอยู่ในนั้น ผลการฆ่าเชื้อควรจะเกือบ 100% ดังนั้นหลังจากการทำให้บริสุทธิ์อย่างสมบูรณ์ สารประกอบคลอรีนหรือสารออกซิไดซ์ที่แรง (โอโซน) อื่น ๆ จะถูกนำเข้าไปในน้ำเสียซึ่งช่วยปกป้องแหล่งน้ำจากการเข้ามาของเชื้อโรค
สิ่งที่อันตรายที่สุดสำหรับน้ำธรรมชาติ สุขภาพของมนุษย์ สัตว์ และปลา คือกากกัมมันตภาพรังสีต่างๆ ที่เกิดขึ้นที่โรงไฟฟ้านิวเคลียร์ระหว่างการแปรรูปเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ การบำบัดน้ำเสียที่มีการปนเปื้อนกัมมันตภาพรังสีขึ้นอยู่กับระดับของกิจกรรมและความเค็ม น้ำที่มีความเค็มต่ำจะได้รับการบำบัดด้วยการแลกเปลี่ยนไอออนและตัวกรองลุ่มน้ำ ที่ปริมาณเกลือสูง จะใช้วิธีการอิเล็กโตรไดอะไลซิสและการระเหย และกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่ตกค้างโดยใช้หน่วยแลกเปลี่ยนไอออน น้ำเสียทั้งหมดที่มีกัมมันตภาพรังสีสูงกว่าระดับที่อนุญาตจะถูกระบายลงสู่อ่างเก็บน้ำใต้ดินพิเศษหรือสูบลงสู่แอ่งระบายน้ำใต้ดินลึก
น้ำทิ้งประกอบด้วยสารที่มีต้นกำเนิดจากอินทรีย์และอนินทรีย์ โดยมีสารอินทรีย์มากกว่ามาก และหากวิธีที่ง่ายที่สุดในการกำจัดสิ่งเจือปนของอนินทรีย์คือโดยกลไก ก็จำเป็นต้องใช้วิธีอื่นในการกำจัดสิ่งเจือปนอินทรีย์ หนึ่งในสิ่งสำคัญคือการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ คุณจะได้เรียนรู้เกี่ยวกับคุณสมบัติ ความหลากหลาย และเทคโนโลยีในบทความนี้
น้ำคือชีวิต แต่เราบริโภคมันสะอาดและทำให้มันสกปรก หากไม่ทำความสะอาดท่อระบายน้ำ เวลาแห่ง "ความชื้นอันล้ำค่า" ที่นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์หลายคนบรรยายไว้ก็จะมาถึงในไม่ช้า ธรรมชาติสามารถทำให้น้ำบริสุทธิ์ได้ด้วยตัวเอง แต่กระบวนการเหล่านี้ดำเนินไปช้ามาก จำนวนผู้คนเพิ่มขึ้น ปริมาณการใช้น้ำก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ดังนั้นปัญหาในการบำบัดน้ำเสียอย่างเป็นระบบและทั่วถึงจึงรุนแรงเป็นพิเศษ เทคโนโลยีการทำน้ำให้บริสุทธิ์ที่มีประสิทธิภาพมากที่สุดคือเทคโนโลยีชีวภาพ แต่ก่อนที่จะพิจารณาหลักการพื้นฐานของการทำงานคุณต้องเข้าใจองค์ประกอบของน้ำเสียก่อน
องค์ประกอบของน้ำเสียชุมชน
บ้านทุกหลังที่มีน้ำประปาก็มีระบบท่อระบายน้ำเช่นกัน ช่วยให้มั่นใจได้ถึงกระบวนการปกติในการขนส่งน้ำเสียจากอพาร์ตเมนต์และบ้านไปยังสถานีบำบัด ท่อระบายน้ำทิ้งมีน้ำธรรมดาแต่มีมลพิษ มีสิ่งสกปรกเพียง 1% แต่เป็นเหตุที่ทำให้น้ำเสียไม่เหมาะสมสำหรับการใช้ต่อไป หลังจากทำให้บริสุทธิ์แล้วเท่านั้น น้ำจึงจะสามารถนำมาใช้ซ้ำเพื่อการดื่มและการใช้ในชีวิตประจำวันได้
ไม่สามารถตั้งชื่อองค์ประกอบที่แน่นอนของน้ำเสียได้ เนื่องจากขึ้นอยู่กับสถานที่เก็บตัวอย่างพิเศษ แต่ปริมาณและชุดของสิ่งเจือปนอาจแตกต่างกันไปแม้จะอยู่ในสถานที่เดียวกันก็ตาม น้ำส่วนใหญ่มักประกอบด้วยอนุภาคของแข็ง สิ่งเจือปนทางชีวภาพ และการรวมตัวของอนินทรีย์ ด้วยสารอนินทรีย์ทุกอย่างเป็นเรื่องง่าย - แม้แต่ตัวกรองที่ง่ายที่สุดก็สามารถกำจัดมันออกไปได้ แต่คุณจะต้องต่อสู้ด้วยสารอินทรีย์ หากไม่ดำเนินการใดๆ สารเหล่านี้จะเริ่มสลายตัวและกลายเป็นตะกอนที่เน่าเปื่อย (จึงเกิด "กลิ่นน้ำเสีย" ที่ไม่พึงประสงค์) ยิ่งกว่านั้นอินทรียวัตถุที่ย่อยสลายไม่เพียงแต่เริ่มเน่า แต่ยังรวมถึงน้ำด้วย
โดยสรุป น้ำเสียประกอบด้วยไขมัน สารลดแรงตึงผิว ฟอสเฟต สารประกอบคลอไรด์และไนโตรเจน ผลิตภัณฑ์ปิโตรเลียม และซัลเฟต พวกมันไม่สามารถหายไปจากน้ำได้ด้วยตัวเอง แต่จำเป็นต้องทำความสะอาดอย่างครอบคลุม ปัญหาจะรุนแรงเป็นพิเศษในบ้านที่มีระบบระบายน้ำและน้ำประปาอัตโนมัติ เนื่องจากแต่ละไซต์มีทั้งส้วมซึมและบ่อน้ำ หากไม่ทำความสะอาดท่อระบายน้ำ อาจไปอยู่ในก๊อกน้ำได้ และสถานการณ์นี้อาจเป็นอันตรายถึงชีวิตได้
วิธีการบำบัดน้ำเสียจากครัวเรือนและอุตสาหกรรม
น้ำเสียสามารถทำให้บริสุทธิ์ได้เองภายใต้สภาพธรรมชาติ แต่ต้องมีปริมาณน้อยเท่านั้น เนื่องจากภาคอุตสาหกรรมได้รับการพัฒนาอย่างมากในปัจจุบัน น้ำเสียจำนวนมากจึงถูกสร้างขึ้นที่ทางออก และเพื่อให้ได้น้ำสะอาดบุคคลจะต้องแก้ไขปัญหาน้ำเสียนั่นคือทำให้บริสุทธิ์ การบำบัดน้ำเสียมีหลายวิธี - เครื่องกล, เคมี, เคมีกายภาพและชีวภาพ เรามาดูคุณสมบัติของแต่ละอันกันดีกว่า
การทำความสะอาดเชิงกลเกี่ยวข้องกับการใช้เทคนิคต่างๆ เช่น การกรองและการตกตะกอน เครื่องมือหลักคือตะแกรง ตะแกรง ตัวกรอง กับดัก และกับดัก เมื่อน้ำผ่านการทำให้บริสุทธิ์เบื้องต้น น้ำจะเข้าสู่ถังตกตะกอน ซึ่งเป็นภาชนะที่ออกแบบมาเพื่อกรองน้ำเสียด้วยการก่อตัวของตะกอน การทำความสะอาดกลไกใช้ในระบบสมัยใหม่ส่วนใหญ่ แต่ไม่ค่อยเป็นวิธีอิสระ ประเด็นก็คือมันไม่เหมาะสำหรับการขจัดส่วนประกอบทางเคมีและสิ่งสกปรกอินทรีย์
การทำให้บริสุทธิ์ด้วยสารเคมีดำเนินการโดยใช้รีเอเจนต์ - สารเคมีพิเศษที่ทำปฏิกิริยากับสิ่งเจือปนที่มีอยู่ในน้ำและก่อให้เกิดตะกอนที่ไม่ละลายน้ำ เป็นผลให้เนื้อหาของสารแขวนลอยที่ละลายน้ำได้ลดลง 25% และสารแขวนลอยที่ไม่ละลายน้ำลดลง 95%
การทำให้บริสุทธิ์ทางเคมีกายภาพเกี่ยวข้องกับการใช้เทคนิคต่างๆ เช่น ออกซิเดชัน การแข็งตัว การสกัด และอื่นๆ กระบวนการเหล่านี้ทำให้สามารถกำจัดสิ่งเจือปนของอนินทรีย์ออกจากน้ำและทำลายสิ่งเจือปนอินทรีย์ที่ถูกออกซิไดซ์ได้ไม่ดี วิธีการทำความสะอาดทางกายภาพและเคมีที่ได้รับความนิยมมากที่สุดคือกระบวนการอิเล็กโทรไลซิส
การบำบัดทางชีวภาพเป็นกระบวนการที่อยู่บนพื้นฐานของการใช้จุลินทรีย์จำเพาะและหลักการของชีวิต แบคทีเรียทำหน้าที่โดยเฉพาะกับสารมลพิษอินทรีย์ และเกิดการทำน้ำให้บริสุทธิ์
วิธีการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพและคุณประโยชน์ สถานีและโครงสร้างสำหรับบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ
วิธีการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ ได้แก่ ถังเติมอากาศ ตัวกรองชีวภาพ และสิ่งที่เรียกว่าบ่อชีวภาพ แต่ละวิธีมีลักษณะเฉพาะของตัวเองซึ่งเราจะบอกคุณด้านล่าง
ถังแอโร
วิธีบำบัดทางชีวภาพนี้เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาระหว่างน้ำเสียที่ผ่านการทำให้บริสุทธิ์ด้วยกลไกก่อนหน้านี้และตะกอนเร่ง ปฏิสัมพันธ์เกิดขึ้นในภาชนะพิเศษ - ประกอบด้วยอย่างน้อยสองส่วนและติดตั้งระบบเติมอากาศ ตะกอนเร่งประกอบด้วยจุลินทรีย์แอโรบิกจำนวนมาก ซึ่งกำจัดมลพิษต่างๆ ออกจากน้ำเสียภายใต้สภาวะที่เหมาะสม ตะกอนเป็นระบบ biocenosis ที่ซับซ้อน ซึ่งแบคทีเรียซึ่งได้รับออกซิเจนเป็นประจำจะเริ่มดูดซับสิ่งสกปรกอินทรีย์ การทำให้บริสุทธิ์ทางชีวภาพเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องภายใต้เงื่อนไขหลักประการเดียว - อากาศจะต้องเข้าสู่น้ำ เมื่อกระบวนการอินทรีย์เสร็จสิ้น ระดับการใช้ออกซิเจน (BOD) จะลดลงและน้ำจะถูกส่งไปยังส่วนถัดไป
ในส่วนอื่นๆ งานนี้รวมแบคทีเรียไนตริไฟนิ่งเข้าไปด้วย ซึ่งประมวลผลองค์ประกอบ เช่น ไนโตรเจน จากเกลือแอมโมเนียมเพื่อสร้างไนไตรต์ กระบวนการเหล่านี้ดำเนินการโดยจุลินทรีย์ส่วนหนึ่ง ในขณะที่อีกส่วนหนึ่งกินไนไตรต์เพื่อสร้างไนเตรต เมื่อเสร็จสิ้นกระบวนการนี้ น้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้วจะถูกป้อนเข้าไปในถังตกตะกอนรอง ที่นี่ตะกอนเร่งจะตกตะกอนและน้ำบริสุทธิ์จะถูกส่งไปยังอ่างเก็บน้ำ
Biofilter เป็นสถานีบำบัดทางชีวภาพที่ได้รับความนิยมในหมู่เจ้าของบ้านในชนบท เป็นอุปกรณ์ขนาดกะทัดรัดที่มีอ่างเก็บน้ำพร้อมวัสดุบรรจุ ในรูปของฟิล์มแอคทีฟในตัวกรองชีวภาพจะมีจุลินทรีย์ที่ดำเนินกระบวนการเดียวกันกับในกรณีแรก
ประเภทของการติดตั้ง:
- สองขั้นตอน;
- การกรองแบบหยด
ประสิทธิภาพของอุปกรณ์ที่มีการกรองแบบหยดอยู่ในระดับต่ำ แต่รับประกันระดับสูงสุดของการทำให้น้ำเสียบริสุทธิ์ ประเภทที่สองมีประสิทธิผลมากกว่า แต่คุณภาพของการทำความสะอาดจะใกล้เคียงกับในกรณีแรกโดยประมาณ ตัวกรองทั้งสองประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่า "ตัวถัง" ซึ่งเป็นระบบจำหน่าย ระบบระบายน้ำ และระบบกระจายอากาศ หลักการทำงานของตัวกรองชีวภาพนั้นคล้ายคลึงกับหลักการทำงานของถังเติมอากาศ
บ่อชีวภาพ
ในการดำเนินการบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีนี้ จะต้องมีอ่างเก็บน้ำเทียมแบบเปิดซึ่งจะมีกระบวนการทำให้บริสุทธิ์ในตัวเอง วิธีนี้ได้ผลดีที่สุด แม้แต่บ่อน้ำตื้นลึกไม่เกิน 1 เมตรก็เหมาะสม พื้นที่ผิวที่สำคัญช่วยให้น้ำอุ่นได้ดี ซึ่งยังส่งผลที่จำเป็นต่อกระบวนการสำคัญของจุลินทรีย์ที่เกี่ยวข้องกับการทำให้บริสุทธิ์อีกด้วย วิธีนี้มีประสิทธิภาพมากที่สุดในฤดูร้อน - ที่อุณหภูมิประมาณ 6 องศาและต่ำกว่ากระบวนการออกซิเดชั่นจะถูกระงับ ในฤดูหนาว ไม่มีการทำความสะอาดเลย
ประเภทของบ่อน้ำ:
- การเลี้ยงปลา (แบบเจือจาง);
- หลายขั้นตอน (ไม่มีการเจือจาง);
- บ่อบำบัดระดับตติยภูมิ
ในกรณีแรก น้ำเสียจะถูกผสมกับน้ำในแม่น้ำแล้วส่งลงบ่อ ประการที่สอง น้ำจะถูกส่งไปยังอ่างเก็บน้ำโดยไม่มีการเจือจางทันทีหลังจากตกตะกอน วิธีแรกใช้เวลาประมาณสองสัปดาห์ และวิธีที่สองต่อเดือน ข้อดีของระบบหลายขั้นตอนคือราคาค่อนข้างต่ำ
ข้อดีของการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพมีอะไรบ้าง?
การบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพรับประกันการผลิตน้ำสะอาดเกือบ 100% อย่างไรก็ตาม โปรดทราบว่า biostation ไม่ได้ใช้เป็นวิธีการอิสระ คุณสามารถได้น้ำที่ใสดุจคริสตัลหากคุณกำจัดสิ่งเจือปนอนินทรีย์ด้วยวิธีอื่นก่อน จากนั้นจึงกำจัดอินทรียวัตถุโดยใช้วิธีทางชีวภาพ
แบคทีเรียแอโรบิกและแอนแอโรบิก - พวกมันคืออะไร?
จุลินทรีย์ที่ใช้ในกระบวนการบำบัดน้ำเสียแบ่งออกเป็นแบบแอโรบิกและแบบไม่ใช้ออกซิเจน แอโรบิกมีอยู่เฉพาะในสภาพแวดล้อมที่มีออกซิเจนและสลายอินทรียวัตถุออกเป็น CO2 และ H2O โดยสมบูรณ์ ขณะเดียวกันก็สังเคราะห์ชีวมวลของพวกมันเองไปพร้อมๆ กัน สูตรสำหรับกระบวนการนี้มีดังนี้:
CxHyOz + O2 -> CO2 + H2O + ชีวมวลของแบคทีเรีย
โดยที่ CxHyOz เป็นสารอินทรีย์
จุลินทรีย์ไร้ออกซิเจนสามารถรับมือได้ตามปกติโดยไม่ต้องใช้ออกซิเจน แต่การเติบโตของชีวมวลมีน้อย แบคทีเรียประเภทนี้จำเป็นสำหรับการหมักสารประกอบอินทรีย์โดยปราศจากออกซิเจนและเกิดมีเทน สูตร:
CxHyOz -> CH4 + CO2 + ชีวมวลของแบคทีเรีย
เทคนิคแบบไม่ใช้ออกซิเจนเป็นสิ่งที่ขาดไม่ได้เมื่อมีอินทรียวัตถุที่มีความเข้มข้นสูง ซึ่งเกินกว่าค่าสูงสุดที่จุลินทรีย์แอโรบิกอนุญาต เมื่อมีปริมาณสารอินทรีย์ต่ำ จุลินทรีย์แบบไม่ใช้ออกซิเจนจึงไม่มีประสิทธิภาพ
วัตถุประสงค์ของวิธีการทางชีวภาพในการทำน้ำให้บริสุทธิ์
มลพิษของเสียส่วนใหญ่เป็นสารที่มีต้นกำเนิดจากสารอินทรีย์ แหล่งที่มาหลักของมลพิษเหล่านี้และผู้บริโภคน้ำเสียที่ผ่านการบำบัดแล้ว:
- ที่อยู่อาศัยและบริการชุมชน สถานประกอบการอุตสาหกรรมอาหารและศูนย์ปศุสัตว์
- วิสาหกิจในอุตสาหกรรมเคมี การกลั่นน้ำมัน เยื่อกระดาษและกระดาษ และอุตสาหกรรมเครื่องหนัง
องค์ประกอบของน้ำเสียในกรณีนี้จะแตกต่างกัน สิ่งหนึ่งที่แน่นอนคือ เฉพาะการทำความสะอาดที่ครอบคลุมโดยใช้วิธีการทางชีววิทยาตามข้อบังคับเท่านั้นจึงจะสามารถบรรลุผลลัพธ์ในอุดมคติได้
หลักการบำบัดทางชีวภาพและรายการอุปกรณ์ที่จำเป็น
โดยคำนึงถึงหลักการปัจจุบันของการบำบัดทางชีวภาพ อุปกรณ์จึงได้รับการคัดเลือกสำหรับการจัดระเบียบโรงบำบัดทางชีวภาพ ตัวเลือกหลัก:
- บ่อชีวภาพ
- ฟิลด์ตัวกรอง
- ตัวกรองชีวภาพ;
- ถังเติมอากาศ
- เมทาเท็งค์;
- บ่อกรอง
- ตัวกรองทรายและกรวด
- ช่องออกซิเดชันการไหลเวียน
- เครื่องปฏิกรณ์ชีวภาพ
โปรดทราบว่าสามารถใช้เทคนิคที่แตกต่างกันในการบำบัดน้ำเสียเทียมและธรรมชาติได้
การบำบัดน้ำเสียด้วยวิธีทางชีวภาพ: ข้อดีและข้อเสีย
วิธีการทางชีวภาพมีประสิทธิภาพในการทำให้น้ำเสียจากอินทรียวัตถุบริสุทธิ์ แต่ผลลัพธ์ที่สูงจริงๆ สามารถทำได้โดยการใช้วิธีการต่างๆ ผสมผสานกันเท่านั้น นอกจากนี้ความเป็นไปได้ของแบคทีเรียนั้นไม่มีขีดจำกัด - จุลินทรีย์จะกำจัดสิ่งเจือปนอินทรีย์เล็กน้อย ต้นทุนของโรงบำบัดทางชีวภาพค่อนข้างต่ำ
วิธีการบำบัดน้ำเสียทั้งหมด
ก่อนที่จะเข้าสู่ระบบบำบัดทางชีวภาพ น้ำเสียจะต้องผ่านการทำให้บริสุทธิ์เชิงกล และหลังจากนั้น - การฆ่าเชื้อ (คลอรีน อัลตราซาวนด์ อิเล็กโทรไลซิส โอโซน ฯลฯ ) และการฆ่าเชื้อ ดังนั้น ในฐานะที่เป็นส่วนหนึ่งของการบำบัดน้ำเสียแบบครบวงจร จึงมีการใช้วิธีทางเคมี เครื่องกล เมมเบรน และรีเอเจนต์ด้วย
น้ำเสียใด ๆ ที่มีส่วนประกอบของแหล่งกำเนิดอินทรีย์และอนินทรีย์ หากเป็นเรื่องง่ายที่จะกำจัดสิ่งเจือปนอนินทรีย์ขนาดใหญ่และหนาแน่นโดยใช้วิธีการกรองเชิงกล ก็จะไม่สามารถกำจัดส่วนประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนที่อยู่ในน้ำในรูปของสารแขวนลอยได้ ซึ่งจะต้องมีการบำบัดน้ำเสียทางชีวเคมี เทคนิคนี้มีประสิทธิภาพไม่น้อยและไม่แพงเท่ากับวิธีการทำความสะอาดแบบประดิษฐ์ นอกจากนี้ วิธีการทำความสะอาดนี้ไม่ต้องใช้กระบวนการที่ซับซ้อนในการรีไซเคิลรีเอเจนต์ที่ใช้
วิธีการทำความสะอาดทางชีวเคมีขึ้นอยู่กับการใช้แบคทีเรียชนิดพิเศษ ซึ่งจะสลายสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อนให้เป็นองค์ประกอบที่ง่ายกว่า ได้แก่ น้ำ คาร์บอนไดออกไซด์ และตะกอนแร่ในระหว่างช่วงชีวิตของพวกเขา
แบคทีเรียเหล่านี้มีอยู่ตลอดเวลาในดินและน้ำ ซึ่งมีส่วนช่วยในการทำให้ดินและน้ำบริสุทธิ์ตามธรรมชาติ แต่เนื่องจากมีความเข้มข้นต่ำ กระบวนการทำความสะอาดตามธรรมชาติจึงดำเนินไปค่อนข้างช้า
ในโรงบำบัดน้ำเสียที่ใช้การบำบัดทางชีวเคมี มีแบคทีเรียจำนวนมากที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการบำบัดน้ำเสีย ในขณะเดียวกันก็มีการสร้างเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยในโครงสร้างเหล่านี้เพื่อชีวิตของจุลินทรีย์ซึ่งทำให้สามารถเร่งกระบวนการทำน้ำให้บริสุทธิ์ในโครงสร้างได้อย่างมีนัยสำคัญเมื่อเปรียบเทียบกับการทำให้บริสุทธิ์ตามธรรมชาติในธรรมชาติ
ตามกฎแล้ว การทำให้บริสุทธิ์ทางชีวเคมีจะใช้แบคทีเรียหนึ่งในสองประเภทหรือรวมกัน:
- จุลินทรีย์แอโรบิกประมวลผลสารประกอบอินทรีย์ที่ซับซ้อน ผลของการเกิดออกซิเดชัน พวกมันจะแตกตัวเป็นน้ำ ตะกอนแร่ และคาร์บอนไดออกไซด์ คุณสมบัติหลักของแบคทีเรียเหล่านี้คือพวกมันต้องการออกซิเจน ดังนั้นโครงสร้างที่ใช้พวกมันจึงติดตั้งเครื่องเติมอากาศและคอมเพรสเซอร์
- จุลินทรีย์ไร้อากาศมักพบอยู่ในน้ำเสียในปริมาณเล็กน้อยเสมอ แบคทีเรียเหล่านี้ไม่ต้องการออกซิเจน อย่างไรก็ตาม พวกเขาต้องการคาร์บอนไดออกไซด์และไนเตรตเพื่อดำเนินกิจกรรมในชีวิต สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ปล่อยก๊าซมีเทนตลอดช่วงชีวิต จึงจำเป็นต้องใช้ระบบระบายอากาศในอาคาร
วิธีการทำให้บริสุทธิ์ทางชีวเคมี
ปัจจุบันมีการใช้วิธีการทางชีวเคมีในการบำบัดน้ำเสียดังต่อไปนี้:
- บ่อชีวภาพ
- การออกแบบโดยใช้วิธีการทำความสะอาดแบบแอโรบิก - ถังเติมอากาศและตัวกรองชีวภาพ
- อุปกรณ์บำบัดที่มีการสลายตัวแบบไม่ใช้ออกซิเจน (ถังบำบัดน้ำเสีย ถังตกตะกอน และเครื่องย่อย)
บ่อชีวภาพ
เหล่านี้เป็นอ่างเก็บน้ำประดิษฐ์ที่มีความลึกเล็กน้อย (0.5-1 ม.) ซึ่งน้ำเสียผ่านกระบวนการที่ชวนให้นึกถึงการทำให้บริสุทธิ์ในตัวเองตามธรรมชาติ บ่อน้ำเหล่านี้ได้รับความร้อนจากแสงแดดเป็นอย่างดี ดังนั้นจึงสร้างสภาวะที่เอื้ออำนวยต่อชีวิตของแบคทีเรีย
ผลด้านสุขอนามัยสูงสุดของบ่อเกิดขึ้นในช่วงฤดูร้อน ดังนั้นโคโลนีของ E. coli จึงถูกทำลาย 99% จุลินทรีย์ที่เป็นอันตรายของกลุ่มลำไส้จะถูกทำลายโดยสิ้นเชิง การเกิดออกซิเดชันของสิ่งแวดล้อมลดลง 90 เปอร์เซ็นต์ และความเข้มข้นของแอมโมเนียมและไนโตรเจนอินทรีย์ลดลง 97%
สำคัญ: วิธีการทำความสะอาดนี้สามารถใช้ได้ในฤดูหนาวด้วย บ่อน้ำสามารถทำงานได้ภายใต้ชั้นน้ำแข็ง มีความจำเป็นต้องกำจัดหิมะออกจากมันเท่านั้นเพื่อให้แสงแดดไปถึงแบคทีเรีย
บ่อชีวภาพมีหลายประเภท:
- อ่างเก็บน้ำไหลซึ่งน้ำเสียจะถูกเจือจางด้วยน้ำในแม่น้ำ หลังจากถังตกตะกอน น้ำเสียจะถูกผสมกับน้ำในอัตราส่วน 1 ต่อ 3-5 ที่นี่ของเหลวจะถูกทำให้บริสุทธิ์เป็นเวลา 14-21 วัน บ่อนี้เหมาะสำหรับการเลี้ยงปลาและเลี้ยงเป็ด ข้อเสียคือจำเป็นต้องสร้างถังตกตะกอนและความต้องการน้ำในแม่น้ำ
- บ่อน้ำไหลซึ่งน้ำทิ้งไม่เจือปนกับน้ำในแม่น้ำ วิธีบำบัดนี้เกี่ยวข้องกับการส่งน้ำเสียผ่านอ่างเก็บน้ำ 4-5 แห่ง บ่อแรกควรมีสิ่งกีดขวางไม่ให้มีตะกอนแข็ง ส่วนบ่อสุดท้ายเหมาะสำหรับการเลี้ยงปลา
- อ่างเก็บน้ำสำหรับบำบัดน้ำเสียใช้ในโรงบำบัดทางชีวภาพที่ไม่สามารถบำบัดน้ำเสียปริมาณมากหรือในกรณีที่จำเป็นต้องมีการทำให้บริสุทธิ์ในระดับสูง โดยปกติแล้วทั้งระบบจะประกอบด้วยบ่อ 2-3 บ่อซึ่งสามารถเลี้ยงปลาได้เช่นกัน
- บ่อไร้อากาศลึกลงไปหลายเมตร ที่นี่ใช้วิธีการทำความสะอาดแบบไม่ใช้ออกซิเจน ข้อเสียเปรียบหลักของบ่อดังกล่าวคือมีเทนถูกปล่อยออกสู่สิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่องและแบคทีเรียที่ทำให้เกิดโรคสามารถเข้าไปในน้ำใต้ดินได้
- ติดต่ออ่างเก็บน้ำ. หลักการของการทำให้บริสุทธิ์ที่นี่ขึ้นอยู่กับความจริงที่ว่าในน้ำนิ่งกระบวนการออกซิเดชันทางชีวเคมีดำเนินไปเร็วกว่ามาก ระบบประกอบด้วยชุดไพ่คู่ขนาน น้ำเคลื่อนจากแหล่งน้ำหนึ่งไปยังอีกแหล่งหนึ่งทุกวัน กระบวนการทำความสะอาดเสร็จสมบูรณ์ภายใน 5-10 วัน
สถานีบำบัดการสลายตัวแบบแอโรบิก
โครงสร้างดังกล่าวประกอบด้วยตัวกรองชีวภาพและถังเติมอากาศ หลักการทำงานของตัวกรองชีวภาพนั้นขึ้นอยู่กับข้อเท็จจริงที่ว่าน้ำที่ปนเปื้อนจะต้องผ่านขั้นตอนการทำให้บริสุทธิ์ทางกลก่อน หลังจากนั้นครู่หนึ่ง การโหลด (ส่วนหนึ่งของตัวกรองชีวภาพ) จะเริ่มเปรอะเปื้อนด้วยฟิล์มชีวภาพ กระบวนการนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการดูดซับจุลินทรีย์จากน้ำเสีย หลังจากนี้กระบวนการออกซิเดชันทางชีวเคมีของอินทรียวัตถุก็เริ่มต้นขึ้น
สำคัญ: เงื่อนไขหลักสำหรับการทำความสะอาดที่มีประสิทธิภาพคือการมีอากาศที่ดี
ตัวกรองชีวภาพเป็นโครงสร้างที่เต็มไปด้วยวัสดุเนื้อหยาบที่ไม่สามารถบวมได้ (ตะกรัน กรวด หินบด) พื้นผิวของวัสดุนี้จะถูกชลประทานด้วยของเสียทุกๆ 10-15 นาที ของเหลวที่ผ่านตัวกรองจะผ่านรูระบายน้ำและไหลลงสู่ถาด การเติมอากาศของตัวกรองทางชีวภาพอาจเป็นแบบเทียมหรือแบบธรรมชาติก็ได้ วิธีการเติมอากาศเทียมสามารถเร่งกระบวนการออกซิเดชันทางชีวภาพได้อย่างมีนัยสำคัญ
ถังเติมอากาศเป็นสถานที่บำบัดที่ใช้หลักการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพตามธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม ความเข้มข้นของกระบวนการเหล่านี้ยังสูงกว่ามาก การเติมอากาศเสียที่นี่ทำได้โดยการสูบอากาศโดยใช้เครื่องเติมอากาศและคอมเพรสเซอร์ ที่นี่การทำงานของฟิล์มชีวภาพดำเนินการโดยตะกอนเร่งซึ่งเป็นสะเก็ดพิเศษที่ประกอบด้วยจุลินทรีย์แขวนลอย
หลักการทำความสะอาดในสถานที่ดังกล่าวมีดังนี้:
- น้ำเสียที่ผสมกับตะกอนเร่งจะเข้าสู่ถังขนาดยาวและไหลผ่าน
- เพื่อรักษาตะกอนในสารแขวนลอยและเร่งกระบวนการออกซิเดชั่น อากาศจะถูกสูบเข้าสู่ระบบอย่างต่อเนื่องภายใต้ความกดดัน
- เมื่อเสร็จสิ้นกระบวนการออกซิเดชัน ส่วนผสมของตะกอนและน้ำเสียจะเข้าสู่ถังตกตะกอนรอง โดยที่ตะกอนเร่งจะถูกแยกออกจากน้ำบริสุทธิ์ ตะกอนเร่งจะถูกสูบกลับเข้าไปในถังเติมอากาศโดยใช้เครื่องลำเลียงทางอากาศ
- หลังจากการฆ่าเชื้อแล้ว น้ำจะถูกปล่อยลงสู่แหล่งน้ำ
สำคัญ: วิธีการทำความสะอาดนี้ทำให้เกิดตะกอนเร่งจำนวนมาก จึงต้องกำจัดออกเป็นระยะๆ ตะกอนเร่งที่เกิดขึ้นสามารถนำมาใช้ในการปฏิสนธิในทุ่งนาได้
ตะกอนเร่งคือชีวมวลที่ประกอบด้วยแบคทีเรีย โปรโตซัว จุลินทรีย์ไนตริไฟอิงและดีไนตริไฟอิง รวมถึงเชื้อรา ไม่มีตัวแทนของกลุ่มสาหร่ายในองค์ประกอบ ตะกอนเร่งดูดซับแบคทีเรียโคลิฟอร์มได้อย่างสมบูรณ์แบบ
สถานีบำบัดการย่อยแบบไม่ใช้ออกซิเจน
กากตะกอนน้ำเสียประกอบด้วยน้ำ 95 เปอร์เซ็นต์ คาร์โบไฮเดรต 5 เปอร์เซ็นต์ ไขมัน และโปรตีน วิธีทางชีวเคมียังใช้ในการฆ่าเชื้อตะกอนในโรงบำบัดน้ำเสียอีกด้วย ช่วยให้คุณสามารถเปลี่ยนโครงสร้างของตะกอนซึ่งส่งผลให้กลายเป็นสารที่แห้งเร็วและรีไซเคิลได้ง่าย
กระบวนการหมักแบบไม่ใช้ออกซิเจนภายใต้สภาวะทางธรรมชาติเกิดขึ้นพร้อมกับการปล่อยมีเทน น้ำ และคาร์บอนไดออกไซด์ มีสถานบำบัดประเภทต่อไปนี้ที่ใช้กระบวนการย่อยสลายแบบไม่ใช้ออกซิเจน:
- ถังบำบัดน้ำเสียเป็นโครงสร้างที่รวมกระบวนการหมักและการก่อตัวของตะกอนเข้าด้วยกัน การออกแบบเหล่านี้เหมาะสำหรับการซ่อมบำรุงวัตถุขนาดเล็ก - บ้านในชนบทและกระท่อมฤดูร้อน การทำความสะอาดถังบำบัดน้ำเสียสามารถทำได้ด้วยตนเองเนื่องจากขนาดของโครงสร้างมีขนาดเล็ก โดยปกติขั้นตอนนี้จะดำเนินการปีละ 1-2 ครั้ง กากตะกอนจากถังบำบัดน้ำเสียที่ย่อยแล้วไม่สามารถใช้เป็นปุ๋ยได้เนื่องจากเป็นอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม ก่อนกำจัดตะกอนจะต้องฆ่าเชื้อด้วยความร้อนถึง 60 องศา ถังบำบัดน้ำเสียสามารถประกอบด้วย 1, 2 หรือ 3 ห้อง การออกแบบเหล่านี้เหมาะสำหรับการบำบัดน้ำเสียเบื้องต้น หลังจากนั้นต้องมีการบำบัดเพิ่มเติมในด้านการกรอง ในหลุมกรองหรือคูน้ำ
- เครื่องย่อย ที่นี่กากตะกอนจะถูกหมักโดยใช้ความร้อนเทียม น้ำเสียมาที่นี่หลังจากถังตกตะกอนหลัก เครื่องย่อยคือถังปิดซึ่งดำเนินการย่อยตะกอนแบบไม่ใช้ออกซิเจน ในโครงสร้างดังกล่าว ตะกอนใหม่จะถูกผสมกับตะกอนที่แก่เต็มที่อย่างต่อเนื่อง ประสิทธิภาพของโครงสร้างทั้งหมดขึ้นอยู่กับปริมาณตะกอนที่เจริญเต็มที่ ยิ่งมากเท่าไรก็ยิ่งดีเท่านั้น
- ถังตกตะกอนสองชั้นแตกต่างจากถังบำบัดน้ำเสียตรงที่ข้อเสียหลายประการถูกกำจัดออกไป ดังนั้นก๊าซที่ปล่อยออกมาระหว่างการสลายตัวของตะกอนจึงไม่สามารถเข้าสู่น้ำเสียที่เป็นของเหลวได้ ในการออกแบบเหล่านี้ กระบวนการหมักอาจใช้เวลา 1 ถึง 6 เดือน ในเวลาเดียวกันก็มีถังดักแก๊สอยู่เหนือถังตกตะกอนสองชั้น กากตะกอนที่ถูกย่อยจะถูกป้อนเข้าพื้นที่เพาะปลูกกากตะกอนเพื่อการอบแห้ง การสลายตัวของอินทรียวัตถุในบ่อจะเร็วกว่าและมีประสิทธิภาพมากกว่าในถังบำบัดน้ำเสียมาก โครงสร้างดังกล่าวไม่ได้ใช้ในละติจูดกลาง เนื่องจากการย่อยตะกอนไม่สามารถทำได้ในฤดูหนาว
→ การบำบัดน้ำเสีย
พื้นฐานทางชีวเคมีของวิธีการบำบัดน้ำเสียทางชีวภาพ
วิธีการทางชีวภาพในการบำบัดน้ำเสียนั้นขึ้นอยู่กับกระบวนการทางธรรมชาติของกิจกรรมชีวิตของจุลินทรีย์เฮเทอโรโทรฟิก เป็นที่รู้กันว่าจุลินทรีย์มีคุณสมบัติพิเศษหลายประการ โดยควรแยกแยะคุณสมบัติหลักๆ ไว้ 3 ประการ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อการทำความสะอาด:
1. ความสามารถในการบริโภคสารประกอบอินทรีย์ (และอนินทรีย์บางชนิด) หลากหลายชนิดเป็นแหล่งอาหารเพื่อให้ได้พลังงานและรับประกันการทำงานของสารประกอบ
2. ประการที่สอง คุณสมบัตินี้คือการคูณอย่างรวดเร็ว โดยเฉลี่ยแล้ว จำนวนเซลล์แบคทีเรียจะเพิ่มขึ้นสองเท่าทุกๆ 30 นาที ตามที่ศาสตราจารย์ เอ็น.พี. หากจุลินทรีย์สามารถขยายพันธุ์ได้โดยไม่ถูกจำกัด เมื่อได้รับสารอาหารที่เพียงพอและสภาวะที่เหมาะสม ภายใน 5-7 วัน มวลของจุลินทรีย์เพียงประเภทเดียวก็จะเต็มแอ่งของทะเลและมหาสมุทรทั้งหมด อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้ไม่ได้เกิดขึ้นทั้งจากแหล่งอาหารที่จำกัดและจากความสมดุลของระบบนิเวศทางธรรมชาติที่มีอยู่
3. ความสามารถในการสร้างอาณานิคมและการสะสมซึ่งสามารถแยกออกจากน้ำบริสุทธิ์ได้ง่ายหลังจากเสร็จสิ้นกระบวนการกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่มีอยู่ในนั้น
ในเซลล์จุลินทรีย์ที่มีชีวิต กระบวนการสองอย่างเกิดขึ้นอย่างต่อเนื่องและพร้อมกัน - การสลายของโมเลกุล (แคทาบอลิซึม) และการสังเคราะห์ (แอแนบอลิซึม) ซึ่งประกอบเป็นกระบวนการเมแทบอลิซึมโดยรวม - เมแทบอลิซึม กล่าวอีกนัยหนึ่งกระบวนการทำลายสารประกอบอินทรีย์ที่จุลินทรีย์ใช้นั้นเชื่อมโยงอย่างแยกไม่ออกกับกระบวนการสังเคราะห์ทางชีวภาพของเซลล์จุลินทรีย์ใหม่ผลิตภัณฑ์ขั้นกลางหรือขั้นสุดท้ายต่างๆ การดำเนินการที่ใช้พลังงานที่ได้รับจากเซลล์จุลินทรีย์อันเป็นผลมาจาก การบริโภคสารอาหาร แหล่งที่มาของสารอาหารสำหรับจุลินทรีย์เฮเทอโรโทรฟิค ได้แก่ คาร์โบไฮเดรต ไขมัน โปรตีน แอลกอฮอล์ ฯลฯ ซึ่งสามารถย่อยสลายได้ไม่ว่าจะภายใต้สภาวะแอโรบิกหรือแบบไม่ใช้ออกซิเจน ส่วนสำคัญของผลิตภัณฑ์จากการเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์สามารถถูกปล่อยโดยเซลล์ออกสู่สิ่งแวดล้อมหรือสะสมอยู่ในนั้น ผลิตภัณฑ์ระดับกลางบางชนิดทำหน้าที่เป็นสารอาหารสำรองที่เซลล์ใช้หลังจากสารอาหารหลักหมดลง
วงจรความสัมพันธ์ทั้งหมดระหว่างเซลล์กับสิ่งแวดล้อมในกระบวนการกำจัดออกจากเซลล์และการเปลี่ยนแปลงของสารอาหารจะถูกกำหนดและควบคุมโดยเอนไซม์ที่เหมาะสม เอนไซม์ถูกแปลเป็นภาษาท้องถิ่นในไซโตพลาสซึมและในโครงสร้างย่อยต่างๆ ที่ฝังอยู่ในเยื่อหุ้มเซลล์ และปล่อยออกสู่ผิวเซลล์หรือออกสู่สิ่งแวดล้อม ปริมาณเอนไซม์ทั้งหมดในเซลล์มีถึง 40-60% ของปริมาณโปรตีนทั้งหมดในนั้น และปริมาณของเอนไซม์แต่ละตัวอาจมีตั้งแต่ 0.1 ถึง 5% ของปริมาณโปรตีน นอกจากนี้ เซลล์สามารถประกอบด้วยเอนไซม์มากกว่า 1,000 ชนิด และปฏิกิริยาทางชีวเคมีแต่ละปฏิกิริยาที่ทำโดยเซลล์สามารถเร่งปฏิกิริยาได้ด้วยโมเลกุล 50-100 โมเลกุลของเอนไซม์ที่เกี่ยวข้อง เอนไซม์บางชนิดเป็นโปรตีนเชิงซ้อน (โปรตีน) ซึ่งมีส่วนที่ไม่ใช่โปรตีน (โคเอนไซม์) นอกเหนือจากส่วนโปรตีน (apoenzyme) ในหลายกรณี โคเอ็นไซม์คือวิตามิน ซึ่งบางครั้งก็เป็นสารเชิงซ้อนที่มีไอออนของโลหะ
เอนไซม์แบ่งออกเป็นหกประเภทตามลักษณะของปฏิกิริยาที่เร่งปฏิกิริยา: กระบวนการออกซิเดชั่นและกระบวนการรีดักชัน; การถ่ายโอนกลุ่มสารเคมีต่าง ๆ จากสารตั้งต้นหนึ่งไปยังอีกสารตั้งต้น การแตกแยกไฮโดรไลติกของพันธะเคมีของสารตั้งต้น ความแตกแยกหรือการเติมกลุ่มสารเคมีจากสารตั้งต้น การเปลี่ยนแปลงภายในวัสดุพิมพ์ การเชื่อมต่อโมเลกุลของสารตั้งต้นโดยใช้สารประกอบพลังงานสูง
เนื่องจากเซลล์จุลินทรีย์ใช้เฉพาะสารอินทรีย์ที่ละลายในน้ำ การแทรกซึมของสารที่ไม่ละลายน้ำ เช่น แป้ง โปรตีน เซลลูโลส ฯลฯ เข้าไปในเซลล์จึงเกิดขึ้นได้หลังจากการเตรียมที่เหมาะสมเท่านั้น ซึ่งเซลล์จะปล่อยเอนไซม์ที่จำเป็นออกมา ของเหลวที่อยู่รอบๆ จะแตกตัวแบบไฮโดรไลติกออกเป็นหน่วยย่อยที่ง่ายกว่า
โคเอ็นไซม์กำหนดลักษณะของปฏิกิริยาเร่งปฏิกิริยาและแบ่งออกเป็นสามกลุ่มตามหน้าที่ของพวกมัน:
1. การลำเลียงไฮโดรเจนไอออนหรืออิเล็กตรอน เกี่ยวข้องกับเอนไซม์รีดอกซ์ - oxidoreductases
2. มีส่วนร่วมในการถ่ายโอนกลุ่มอะตอม (ATP - กรดอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต, คาร์โบไฮเดรตฟอสเฟต, CoA - โคเอ็นไซม์ A เป็นต้น)
3. เร่งปฏิกิริยาการสังเคราะห์ การสลายตัว และไอโซเมอไรเซชันของพันธะคาร์บอน
กลไกการกำจัดออกจากสารละลายและการสลายตัวของสารตั้งต้นในภายหลังนั้นมีความซับซ้อนมากและมีหลายขั้นตอนในธรรมชาติ ปฏิกิริยาทางชีวเคมีที่เชื่อมโยงถึงกันและต่อเนื่องกัน กำหนดโดยประเภทของสารอาหารและการหายใจของแบคทีเรีย พอจะกล่าวได้ว่าหลายแง่มุมของกลไกนี้ยังไม่ชัดเจนทั้งหมด แม้ว่าจะมีการใช้งานจริง ทั้งในสาขาเทคโนโลยีชีวภาพและในด้านการทำให้น้ำบริสุทธิ์ทางชีวเคมีจากสิ่งเจือปนอินทรีย์ในรูปแบบการออกแบบทางเทคโนโลยีที่หลากหลาย
รูปแบบแรกสุดของกระบวนการกำจัดทางชีวเคมีและออกซิเดชั่นของสารปนเปื้อนนั้นขึ้นอยู่กับหลักการหลักสามประการ: การกำจัดการดูดซึมและการสะสมของสารที่ถูกกำจัดออกบนพื้นผิวเซลล์; การเคลื่อนที่ของการแพร่กระจายผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ของสารเองหรือผลิตภัณฑ์จากการไฮโดรไลซิสหรือสารเชิงซ้อนที่ไม่ชอบน้ำที่เกิดจากสารแทรกซึมที่ชอบน้ำและโปรตีนตัวกลาง การเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมของสารอาหารเข้าสู่เซลล์ทำให้มั่นใจได้ถึงการแพร่กระจายของสารเข้าสู่เซลล์
ตามแบบจำลองนี้เชื่อกันว่ากระบวนการกำจัดสารอาหารออกจากน้ำเริ่มต้นด้วยการดูดซับและการสะสมบนพื้นผิวเซลล์ซึ่งต้องมีการผสมชีวมวลกับสารตั้งต้นอย่างต่อเนื่องทำให้เกิดเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อการ "ชน" ของเซลล์ด้วย โมเลกุลของสารตั้งต้น
กลไกของการถ่ายโอนสารจากพื้นผิวของเซลล์เข้าไป - แบบจำลองนี้อธิบายได้โดยการแนบสารที่แทรกซึมเข้ากับโปรตีนพาหะเฉพาะซึ่งเป็นส่วนประกอบของเยื่อหุ้มเซลล์ซึ่งหลังจากแนะนำสารเข้าไปใน เซลล์จะถูกปล่อยและกลับสู่พื้นผิวเพื่อ "จับ" สารใหม่และรอบการถ่ายโอนใหม่ หรือโดยการละลายโดยตรงของสารนี้ในสารของผนังและเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึมเนื่องจากการแพร่กระจายเข้าสู่เซลล์ . กระบวนการการบริโภคสารอย่างคงที่เริ่มต้นหลังจาก "ช่วงสมดุล" ของสารระหว่างสารละลายและเซลล์เท่านั้นซึ่งอธิบายได้จากการเกิดไฮโดรไลซิสและการเคลื่อนที่ของการแพร่กระจายของสารผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ไปยังเยื่อหุ้มเซลล์ไซโตพลาสซึม ซึ่งมีเอ็นไซม์ต่างๆเข้มข้น เมื่อเริ่มมีการเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึม สมดุลของการดูดซับจะหยุดชะงัก และการไล่ระดับความเข้มข้นทำให้แน่ใจได้ว่าการจ่ายสารตั้งต้นเข้าสู่เซลล์มีความต่อเนื่อง
ในขั้นตอนที่สาม การเปลี่ยนแปลงทางเมตาบอลิซึมทั้งหมดของสารตั้งต้นเกิดขึ้น ส่วนหนึ่งกลายเป็นผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เช่น คาร์บอนไดออกไซด์ น้ำ ซัลเฟต ไนเตรต (กระบวนการออกซิเดชันของสารอินทรีย์) ส่วนหนึ่งกลายเป็นเซลล์จุลินทรีย์ใหม่ (กระบวนการสังเคราะห์ชีวมวล) หากกระบวนการเปลี่ยนรูปของสารประกอบอินทรีย์เกิดขึ้นในสภาวะแอโรบิก หากออกซิเดชันทางชีวเคมีเกิดขึ้นภายใต้สภาวะไร้ออกซิเจนจากนั้นในกระบวนการผลิตผลิตภัณฑ์ขั้นกลางต่างๆ (อาจเพื่อวัตถุประสงค์เฉพาะ), CH4, NH3, H2S ฯลฯ และสามารถสร้างเซลล์ใหม่ได้
อย่างไรก็ตาม แบบจำลองนี้ไม่สามารถอธิบายคุณสมบัติทางจลนศาสตร์บางประการของกระบวนการขนส่งของการถ่ายโอนซับสเตรตได้ และโดยเฉพาะอย่างยิ่งการสะสมของซับสเตรตในเซลล์เทียบกับการไล่ระดับความเข้มข้น ซึ่งเป็นผลลัพธ์ที่พบบ่อยที่สุดของกระบวนการเหล่านี้ และเรียกว่า “ การขนส่งแบบแอคทีฟ” ตรงกันข้ามกับการขนส่งแบบกระจาย คุณลักษณะหนึ่งของกระบวนการขนส่งแบบแอคทีฟคือความจำเพาะของสเตอริโอ เมื่อสารที่คล้ายกันในโครงสร้างทางเคมีแย่งชิงตัวพาทั่วไป และไม่เพียงแต่แพร่กระจายเข้าไปในเซลล์ภายใต้อิทธิพลของการไล่ระดับความเข้มข้น
ในแง่ของมุมมองสมัยใหม่ แบบจำลองการเคลื่อนที่ของสารตั้งต้นผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ถือว่ามี "ช่อง" ที่ชอบน้ำอยู่ในนั้น ซึ่งสารตั้งต้นที่ชอบน้ำสามารถเจาะเข้าไปในเซลล์ได้ อย่างไรก็ตาม ตรงกันข้ามกับแบบจำลองที่อธิบายไว้ข้างต้น การเคลื่อนไหวแบบสเตอริโอจำเพาะเกิดขึ้นที่นี่ อาจเกิดขึ้นได้เนื่องจากการถ่ายโอนโมเลกุลของสารตั้งต้นแบบ "การแข่งขันรีเลย์" จากกลุ่มฟังก์ชันหนึ่งไปยังอีกกลุ่มหนึ่ง ในกรณีนี้ วัสดุพิมพ์จะเปิดช่องที่เหมาะสมสำหรับการเจาะ (แบบจำลองของช่องเมมเบรน) เหมือนกุญแจ
แบบจำลองทางเลือกที่สองสามารถมองได้ว่าเป็นการรวมกันของสองตัวแรกโดยใช้คุณสมบัติเชิงบวก โดยถือว่าการมีอยู่ของตัวขนส่งเมมเบรนที่ไม่ชอบน้ำ ซึ่งผ่านการเปลี่ยนแปลงโครงสร้างต่อเนื่องที่เกิดจากซับสเตรต จะดำเนินการจากด้านนอกไปยังด้านในของเมมเบรน (แบบจำลองของการโยกย้ายเชิงโครงสร้าง) โดยที่ซึ่งสารเชิงซ้อนที่ไม่ชอบน้ำจะสลายตัว ในการตีความกลไกการเคลื่อนย้ายสารตั้งต้นผ่านเยื่อหุ้มเซลล์นี้ คำว่า "พาหะ" ยังคงใช้อยู่ แม้ว่าจะถูกแทนที่ด้วยคำว่า "เพอร์มีเอส" มากขึ้นเรื่อยๆ ซึ่งคำนึงถึงพื้นฐานทางพันธุกรรมของการเข้ารหัสของมันในฐานะส่วนประกอบของเมมเบรน ของเซลล์เพื่อลำเลียงสารเข้าสู่เซลล์
เป็นที่ยอมรับกันว่าระบบการขนส่งเมมเบรนมักจะมีตัวกลางโปรตีนมากกว่าหนึ่งตัว และอาจมีการแบ่งหน้าที่ระหว่างกัน โปรตีน "การจับ" จะระบุซับสเตรตในตัวกลาง จ่ายและวางมันไว้ที่พื้นผิวด้านนอกของเมมเบรน และถ่ายโอนไปยังตัวขนส่ง "จริง" กล่าวคือ ส่วนประกอบที่ลำเลียงสารตั้งต้นผ่านเมมเบรน ดังนั้นโปรตีนที่เกี่ยวข้องกับ "การรับรู้" การจับและการขนส่งน้ำตาลกรดคาร์บอกซิลิกกรดอะมิโนและไอออนอนินทรีย์จำนวนหนึ่งเข้าไปในเซลล์ของแบคทีเรียเชื้อราและสัตว์จึงถูกแยกออก
การเปลี่ยนกระบวนการถ่ายโอนสารเข้าสู่เซลล์ให้เป็นกระบวนการขนส่งแบบ "แอคทีฟ" ทิศทางเดียว ซึ่งส่งผลให้ปริมาณสารอาหารในเซลล์เพิ่มขึ้นเมื่อเทียบกับการไล่ระดับความเข้มข้นในสิ่งแวดล้อม ต้องใช้ต้นทุนพลังงานบางอย่างจากเซลล์ ดังนั้นกระบวนการถ่ายโอนสารตั้งต้นจากสิ่งแวดล้อมเข้าสู่เซลล์จึงสัมพันธ์กับกระบวนการเผาผลาญพลังงานที่มีอยู่ในสารตั้งต้นที่เกิดขึ้นภายในเซลล์ พลังงานในกระบวนการถ่ายโอนซับสเตรตถูกใช้ไปกับการดัดแปลงทางเคมีของซับสเตรตหรือตัวพาเอง เพื่อกำจัดหรือขัดขวางทั้งปฏิกิริยาระหว่างซับสเตรตกับตัวพาและการคืนตัวของซับสเตรตโดยการแพร่กระจายผ่านเมมเบรนกลับเข้าไปในสารละลาย .
มุมมองสมัยใหม่เกี่ยวกับกระบวนการกำจัดทางชีวเคมีและออกซิเดชันของสารประกอบอินทรีย์นั้นมีพื้นฐานอยู่บนบทบัญญัติสำคัญสองประการของทฤษฎีจลนพลศาสตร์ของเอนไซม์ ตำแหน่งแรกสมมุติฐานว่าเอนไซม์และสารตั้งต้นมีปฏิกิริยาต่อกัน ก่อตัวเป็นสารเชิงซ้อนของเอนไซม์-สารตั้งต้น ซึ่งเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงหนึ่งครั้งหรือหลายครั้ง ทำให้เกิดรูปลักษณ์ของผลิตภัณฑ์ที่ลดอุปสรรคในการกระตุ้นปฏิกิริยาที่ถูกเร่งปฏิกิริยาโดย เอนไซม์เนื่องจากการแตกตัวเป็นขั้นตอนกลางหลายขั้นตอน ซึ่งแต่ละขั้นตอนไม่พบอุปสรรคอันทรงพลังในการนำไปใช้งาน ตำแหน่งที่สองระบุว่าโดยไม่คำนึงถึงธรรมชาติของสารประกอบและจำนวนขั้นตอนระหว่างปฏิกิริยาของเอนไซม์ที่ถูกเร่งปฏิกิริยาโดยเอนไซม์ เมื่อสิ้นสุดกระบวนการ เอนไซม์ออกมาไม่เปลี่ยนแปลงและสามารถโต้ตอบกับโมเลกุลถัดไปของสารตั้งต้นได้ . กล่าวอีกนัยหนึ่ง อยู่ในขั้นตอนการถอนตัวของสารตั้งต้น เซลล์จะมีปฏิกิริยากับสารตั้งต้นเพื่อสร้างการเชื่อมต่อที่ค่อนข้างอ่อนที่เรียกว่า “เอนไซม์-สารตั้งต้นที่ซับซ้อน”
ข้อมูลข้างต้นแสดงให้เห็นอย่างชัดเจนด้วยตัวอย่างการสกัดกลูโคสจากสารละลายโดยจุลินทรีย์ต่างๆ ที่มีเอนไซม์กลูโคสออกซิเดสในสภาพแวดล้อมที่มีโมเลกุลออกซิเจน กลูโคสออกซิเดสก่อให้เกิดเอนไซม์ - สารตั้งต้นที่ซับซ้อน - กลูโคส - ออกซิเจน - กลูโคสออกซิเดสหลังจากการสลายซึ่งผลิตภัณฑ์ระดับกลางเกิดขึ้น - กลูโคโนแลกโตนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ดังแสดงแผนผังในรูปที่ 11.1.
กลูโคโนแลคโตนที่เกิดขึ้นจากการสลายของสารเชิงซ้อนนี้ผ่านการไฮโดรไลซิสเพื่อสร้างกรดกลูโคนิก
คุณสมบัติที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของเอนไซม์คือความสามารถในการสังเคราะห์ต่อหน้าและภายใต้อิทธิพลของสารบางชนิด คุณสมบัติที่สำคัญไม่แพ้กันอีกประการหนึ่งคือความจำเพาะของการทำงานของเอนไซม์ทั้งในด้านปฏิกิริยาที่กระตุ้นและสัมพันธ์กับสารตั้งต้นด้วย
บางครั้งเอนไซม์สามารถออกฤทธิ์กับสารตั้งต้นเดียวได้ (ความจำเพาะสัมบูรณ์) แต่บ่อยครั้งที่เอนไซม์ออกฤทธิ์กับกลุ่มของสารตั้งต้นที่คล้ายกันเมื่อมีกลุ่มอะตอมของสารตั้งต้นบางกลุ่ม
ข้าว. 11.1. โครงการ "การรับรู้" ของสารตั้งต้นโดยเอนไซม์ การก่อตัวของเอนไซม์ - สารตั้งต้นที่ซับซ้อน และการเร่งปฏิกิริยา
เอนไซม์หลายชนิดมีลักษณะเฉพาะด้วยความจำเพาะทางสเตอริโอเคมี ซึ่งประกอบด้วยข้อเท็จจริงที่ว่าเอนไซม์ทำหน้าที่กับกลุ่มของสารตั้งต้น (และบางครั้งก็เป็นสารตั้งต้น) ซึ่งแตกต่างจากสารอื่นในการจัดเรียงอะตอมแบบพิเศษในอวกาศ บทบาทของเอนไซม์แต่ละตัวในกระบวนการออกซิเดชันทางชีวเคมีของสารอินทรีย์มีการกำหนดไว้อย่างเคร่งครัด: โดยจะเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน (เช่น การเติมออกซิเจนหรือการกำจัดไฮโดรเจน) หรือการลดลง (เช่น การเติมไฮโดรเจนหรือการกำจัด ออกซิเจน) ของสารประกอบเคมีที่กำหนดไว้อย่างดี ในระหว่างการดีไฮโดรจีเนชัน เอนไซม์เฉพาะสามารถกำจัดอะตอมไฮโดรเจนบางอะตอมที่มีตำแหน่งเชิงพื้นที่ในโมเลกุลของสารตั้งต้นหรือผลิตภัณฑ์ขั้นกลางเท่านั้น เช่นเดียวกับเอนไซม์ที่กระตุ้นกระบวนการเผาผลาญอื่นๆ
กระบวนการออกซิเดชันทางชีวเคมีในจุลินทรีย์เฮเทอโรโทรฟิคแบ่งออกเป็นสามกลุ่มขึ้นอยู่กับว่าตัวรับสุดท้ายของอะตอมไฮโดรเจนหรืออิเล็กตรอนที่ถูกลบออกจากสารตั้งต้นที่ถูกออกซิไดซ์คืออะไร หากตัวรับเป็นออกซิเจน กระบวนการนี้เรียกว่าการหายใจระดับเซลล์หรือการหายใจเพียงอย่างเดียว ถ้าตัวรับไฮโดรเจนเป็นสารอินทรีย์ กระบวนการออกซิเดชันจะเรียกว่าการหมัก ในที่สุด หากตัวรับไฮโดรเจนเป็นสารอนินทรีย์ เช่น ไนเตรต ซัลเฟต ฯลฯ กระบวนการนี้เรียกว่าการหายใจแบบไม่ใช้ออกซิเจน หรือเรียกง่ายๆ ว่าแบบไม่ใช้ออกซิเจน
กระบวนการที่สมบูรณ์ที่สุดคือการออกซิเดชั่นแบบแอโรบิกเพราะว่า ผลิตภัณฑ์ของบริษัทเป็นสารที่ไม่สามารถสลายตัวต่อไปในเซลล์จุลินทรีย์ได้ และไม่มีพลังงานสำรองที่อาจปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาเคมีทั่วไป ส่วนประกอบหลักของสารเหล่านี้ตามที่ระบุไว้แล้วคือคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) และน้ำ (H20) แม้ว่าสารทั้งสองนี้จะมีออกซิเจน แต่เส้นทางทางเคมีของการก่อตัวในเซลล์อาจแตกต่างกันเนื่องจากสามารถผลิตคาร์บอนไดออกไซด์ได้อันเป็นผลมาจากกระบวนการทางชีวเคมีที่เกิดขึ้นในสภาพแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์ - ดีคาร์บอกซิเลสซึ่งกำจัด CO2 จากกลุ่มคาร์บอกซิล (COOH) ของกรด อันเป็นผลมาจากกิจกรรมที่สำคัญของเซลล์ น้ำถูกสร้างขึ้นโดยการรวมออกซิเจนในอากาศเข้ากับไฮโดรเจนของสารอินทรีย์เหล่านั้นเท่านั้น ซึ่งจะถูกแยกออกในกระบวนการออกซิเดชัน
การสลายตัวแบบแอโรบิกของสารตั้งต้น - คาร์โบไฮเดรต โปรตีน ไขมัน - เป็นกระบวนการหลายขั้นตอน รวมถึงการสลายเบื้องต้นของสารที่มีคาร์บอนเชิงซ้อนให้เป็นหน่วยย่อยที่ง่ายกว่า (เช่น โพลีแซ็กคาไรด์ - เป็นน้ำตาลอย่างง่าย ไขมัน - เป็นกรดไขมันและกลีเซอรอล ; โปรตีน - เป็นกรดอะมิโน) ซึ่งได้รับการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกันต่อไป ในกรณีนี้การเข้าถึงสารตั้งต้นต่อการเกิดออกซิเดชันขึ้นอยู่กับโครงสร้างของโครงกระดูกคาร์บอนของโมเลกุล (ตรง, แตกแขนง, ไซคลิก) และระดับของการเกิดออกซิเดชันของอะตอมคาร์บอน น้ำตาล โดยเฉพาะเฮกโซส ถือเป็นน้ำตาลที่หาได้ง่ายที่สุด รองลงมาคือโพลีไฮดริกแอลกอฮอล์ (กลีเซอรอล แมนนิทอล ฯลฯ) และกรดคาร์บอกซิลิก เส้นทางสุดท้ายโดยทั่วไปที่ทำให้กระบวนการเมตาบอลิซึมแบบแอโรบิกของคาร์โบไฮเดรต กรดไขมัน และกรดอะมิโนเสร็จสมบูรณ์คือวงจรกรดไตรคาร์บอกซิลิก (วงจร TCA) หรือวงจรเครบส์ ซึ่งสารเหล่านี้จะเข้าสู่ขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่ง มีข้อสังเกตว่าภายใต้สภาวะของการเผาผลาญแบบแอโรบิก ประมาณ 90% ของออกซิเจนที่ใช้ไปจะถูกใช้ในระบบทางเดินหายใจเพื่อผลิตพลังงานโดยเซลล์จุลินทรีย์
การหมักเป็นกระบวนการสลายสารอินทรีย์ที่ไม่สมบูรณ์ ซึ่งส่วนใหญ่เป็นคาร์โบไฮเดรต ภายใต้สภาวะที่ไม่มีออกซิเจน ซึ่งส่งผลให้เกิดผลิตภัณฑ์ขั้นกลางที่ถูกออกซิไดซ์บางส่วน เช่น แอลกอฮอล์ กลีเซอรีน ฟอร์มิก กรดแลกติก กรดโพรพิโอนิก บิวทานอล อะซิโตน มีเทน ฯลฯ ซึ่งใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านเทคโนโลยีชีวภาพเพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์เป้าหมาย สารตั้งต้นอินทรีย์มากถึง 97% สามารถแปลงเป็นผลพลอยได้และมีเทนดังกล่าวได้
การสลายโปรตีนและกรดอะมิโนแบบไม่ใช้ออกซิเจนของเอนไซม์เรียกว่าการเน่าเปื่อย
เนื่องจากพลังงานที่ส่งออกต่ำในระหว่างกระบวนการเมแทบอลิซึมแบบหมัก เซลล์จุลินทรีย์ที่ทำหน้าที่ดังกล่าวต้องใช้สารตั้งต้นจำนวนมาก (ที่ระดับความลึกที่ต่ำกว่าของการสลาย) มากกว่าเซลล์ที่ได้รับพลังงานผ่านการหายใจ ซึ่งอธิบายการเจริญเติบโตที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น ของเซลล์ในสภาวะแอโรบิกเมื่อเปรียบเทียบกับสภาวะแอนแอโรบิก
เซลล์ได้รับพลังงานจำนวนมากที่สุดสำหรับการทำงานของมันอันเป็นผลมาจากการเกิดออกซิเดชันของไฮโดรเจนโดยออกซิเจนซึ่งแยกออกจากสารตั้งต้นที่ถูกออกซิไดซ์ภายใต้การกระทำของเอนไซม์ดีไฮโดรจีเนสซึ่งตามการกระทำทางเคมีของพวกมันจะถูกแบ่งออกเป็นนิโคตินาไมด์ (NAD) ) และฟลาวิน (FAD) นิโคตินาไมด์ดีไฮโดรจีเนสเป็นสารกลุ่มแรกที่ทำปฏิกิริยากับสารตั้งต้น โดยกำจัดอะตอมไฮโดรเจน 2 อะตอมออกจากสารนั้นและเพิ่มเข้าไปในโคเอ็นไซม์ จากผลของปฏิกิริยานี้ สารตั้งต้นจะถูกออกซิไดซ์และ NAD จะลดลงเหลือ NAD'H2 จากนั้น FAD จะทำปฏิกิริยาโดยถ่ายโอนไฮโดรเจนจากโคเอ็นไซม์นิโคตินาไมด์ไปยังโคเอ็นไซม์ฟลาวิน ซึ่งส่งผลให้ NAD'H2 ถูกออกซิไดซ์เป็น NAD อีกครั้ง และโคเอ็นไซม์ฟลาวินลดลงเหลือ FADH2 นอกจากนี้ผ่านกลุ่มเอนไซม์รีดอกซ์ที่สำคัญอย่างยิ่ง - ไซโตโครม - ไฮโดรเจนจะถูกถ่ายโอนไปยังโมเลกุลออกซิเจนซึ่งทำให้กระบวนการออกซิเดชั่นเสร็จสมบูรณ์ด้วยการก่อตัวของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย - น้ำ
ในปฏิกิริยานี้ พลังงานส่วนที่ใหญ่ที่สุดที่มีอยู่ในสารตั้งต้นจะถูกปล่อยออกมา กระบวนการออกซิเดชันแบบแอโรบิกทั้งหมดสามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพในรูปที่ 1 11.2.
พลังงานที่ปล่อยออกมาระหว่างการออกซิเดชันของจุลินทรีย์ของสารจะถูกสะสมโดยเซลล์ด้วยความช่วยเหลือของสารประกอบพลังงานสูง แหล่งสะสมพลังงานสากลในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตคือกรดอะดีโนซีนไตรฟอสฟอริก - ATP (แม้ว่าจะมีพลังงานมหภาคอื่น ๆ ก็ตาม)
ปฏิกิริยาฟอสโฟรีเลชั่นนี้ดังที่เห็นได้จาก (11.9) ต้องใช้พลังงาน ซึ่งในกรณีนี้คือการเกิดออกซิเดชัน ดังนั้นฟอสโฟรีเลชั่นของ ADP จึงมีความสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับการเกิดออกซิเดชัน และกระบวนการนี้เรียกว่าออกซิเดทีฟฟอสโฟรีเลชั่น ในกระบวนการออกซิเดชั่นฟอสโฟรีเลชั่นในระหว่างการออกซิเดชั่นเช่นหนึ่งโมเลกุลของกลูโคสจะมีการสร้าง ATP 38 โมเลกุลในขณะที่อยู่ในขั้นตอนของไกลโคไลซิสเพียง 2 ควรสังเกตว่าขั้นตอนของไกลโคไลซิสดำเนินไปเหมือนกันทุกประการ ทั้งในสภาวะแอโรบิกและแอนแอโรบิก เช่น ก่อนการก่อตัวของกรดไพรูวิก (PVA) และ 2 ใน 4 ของโมเลกุล ATP ที่เกิดขึ้นจะถูกนำมาใช้กับการเกิดขึ้น
เส้นทางสำหรับการเปลี่ยนแปลงต่อไปของ PVC ภายใต้สภาวะแอโรบิกและแอนแอโรบิกนั้นแตกต่างกัน
การเปลี่ยนแปลงแอโรบิกของกลูโคสสามารถแสดงได้ตามรูปแบบต่อไปนี้:
1. ไกลโคไลซิส: SbH12Ob + 2FA-+2PVK + 2NADH2 + 4ATP (11.10)
2. การเปลี่ยนแปลงของกรดไพรูวิก (PVA): 2PVA-*2C02 + 2 Acetyl CoA + 2NADH2
3. วงจรกรดไตรคาร์บอกซิลิก (วงจร Krebs): Acetyl CoA -> 4C02 + 6NADH2 + 2FADH2 + 2ATP (11.12) ECbH12Ob -> 6C02 + 10NADH2 + 2FADH2 + 4ATP (11.13) โดยที่ FAD คือฟลาโวโปรตีน
ออกซิเดชันของ NADH2 ในระบบขนส่งอิเล็กตรอนทำให้เกิด ZATP ที่
1 โมล; ออกซิเดชันของ 2FADH2 ทำให้เกิด 4ATP
จากนั้น: SbN1206 + 602 -> 6C02 + 6H20 + 38ATP
ภายใต้เงื่อนไขของการเปลี่ยนแปลงแบบไม่ใช้ออกซิเจนของคาร์โบไฮเดรตขั้นตอนแรกคือฟอสโฟรีเลชั่นของกลูโคสซึ่งดำเนินการด้วยความช่วยเหลือของ ATP ภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์เฮกโซไคเนสเช่น
กลูโคส + A TF-hexokinase > กลูโคส _ b – ฟอสเฟต + ADP
หลังจากเสร็จสิ้นระยะไกลโคไลซิสและการก่อตัวของพีวีซี ขั้นตอนการเปลี่ยนแปลงเพิ่มเติมของพีวีซีจะขึ้นอยู่กับชนิดของการหมักและสาเหตุที่ก่อให้เกิดการหมัก ประเภทหลักของการหมัก: แอลกอฮอล์, กรดแลคติค, กรดโพรพิโอนิก, กรดบิวริก, มีเทน
ฟอสโฟรีเลชั่นแบบออกซิเดชันยังสามารถเกิดขึ้นได้ภายใต้อิทธิพลของเอนไซม์ที่สังเคราะห์ ATP ที่ระดับสารตั้งต้น อย่างไรก็ตาม การก่อตัวของพันธะพลังงานสูงนี้มีจำกัดมาก และเมื่อมีออกซิเจน เซลล์จะสังเคราะห์ ATP ส่วนใหญ่ที่มีอยู่ผ่านระบบขนส่งอิเล็กตรอน
การสะสมของสารที่ปล่อยออกมาในระหว่างกระบวนการสลายตัวภายใต้สภาวะแอโรบิกหรือแบบไร้ออกซิเจนด้วยความช่วยเหลือของสารประกอบพลังงานสูง (และ ATP เป็นหลัก) ทำให้สามารถกำจัดความแตกต่างระหว่างความสม่ำเสมอของกระบวนการปล่อยพลังงานเคมีจากสารตั้งต้น และความไม่สม่ำเสมอของกระบวนการบริโภค ซึ่งหลีกเลี่ยงไม่ได้ในสภาวะที่แท้จริงของการดำรงอยู่ของเซลล์
ด้วยวิธีที่เรียบง่าย กระบวนการทั้งหมดของการสลายตัวของสารอินทรีย์ระหว่างการเปลี่ยนรูปแบบแอโรบิกสามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพที่แสดงในรูปที่ 1 11.3. แผนภาพของการเปลี่ยนแปลงแบบไม่ใช้ออกซิเจนของ PVC หลังจากระยะไกลโคไลซิสแสดงไว้ในรูปที่ 1 11.4.
การวิจัยพบว่าบ่อยครั้งประเภทของการเผาผลาญไม่ได้ขึ้นอยู่กับการมีออกซิเจนในสิ่งแวดล้อมมากนัก แต่ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของสารตั้งต้น
สิ่งนี้บ่งชี้ว่าทั้งกระบวนการแอโรบิกและแอนแอโรบิกในการเปลี่ยนแปลงของสารประกอบอินทรีย์สามารถเกิดขึ้นได้พร้อมกันทั้งนี้ขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานเฉพาะของชีวมวลในสิ่งแวดล้อม ความเข้มจะขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของทั้งสารตั้งต้นและออกซิเจนด้วย
ควรสังเกตว่าในเทคโนโลยีชีวภาพอุตสาหกรรมมีการใช้วัฒนธรรมบริสุทธิ์เพื่อให้ได้ผลิตภัณฑ์ต่างๆ ที่มีต้นกำเนิดจากจุลินทรีย์ (ยีสต์อาหารสัตว์หรือขนมปัง กรดอินทรีย์ต่างๆ แอลกอฮอล์ วิตามิน ยา) เช่น มักจะเลือกจุลินทรีย์ชนิดใดชนิดหนึ่ง โดยต้องรักษาองค์ประกอบของชนิดพันธุ์อย่างเข้มงวด สภาพโภชนาการที่เหมาะสม อุณหภูมิ ปฏิกิริยาออกฤทธิ์ของสิ่งแวดล้อม ฯลฯ ไม่รวมลักษณะที่ปรากฏและการพัฒนาของจุลินทรีย์ชนิดอื่นซึ่งอาจนำไปสู่การเบี่ยงเบนใน คุณภาพของผลิตภัณฑ์ที่ได้มาจากมาตรฐานที่กำหนด
เมื่อบำบัดน้ำเสียที่มีส่วนผสมของสารปนเปื้อนจากองค์ประกอบทางเคมีต่างๆ ซึ่งบางครั้งอาจระบุได้ยากด้วยวิธีการวิเคราะห์ ชีวมวลที่ดำเนินการทำให้บริสุทธิ์ก็เป็นส่วนผสมเช่นกัน หรือค่อนข้างจะเป็นชุมชนของจุลินทรีย์และโปรโตซัวประเภทต่างๆ ที่มี ความสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างพวกเขา ทั้งชนิดและองค์ประกอบเชิงปริมาณของชีวมวลจากโรงบำบัดน้ำเสียจะขึ้นอยู่กับวิธีการบำบัดทางชีวภาพเฉพาะและเงื่อนไขของการดำเนินการ
จากการคำนวณของผู้เชี่ยวชาญบางคน เมื่อความเข้มข้นของสารมลพิษอินทรีย์ที่ละลายซึ่งประเมินโดยดัชนี BPKP0Ln สูงถึง 1,000 มก./ลิตร การใช้วิธีทำความสะอาดแบบแอโรบิกจะมีประโยชน์มากที่สุด ที่ความเข้มข้นของ BPKPOLn ตั้งแต่ 1,000 ถึง 5,000 มก./ลิตร ตัวชี้วัดทางเศรษฐกิจของวิธีแอโรบิกและแอนแอโรบิกจะเกือบจะเหมือนกัน ที่ความเข้มข้นสูงกว่า 5,000 มก./ลิตร การใช้วิธีแบบไม่ใช้ออกซิเจนจะเหมาะสมกว่า อย่างไรก็ตาม จำเป็นต้องคำนึงถึงไม่เพียงแต่ความเข้มข้นของมลพิษเท่านั้น แต่ยังรวมถึงปริมาณการใช้น้ำเสียด้วย ตลอดจนข้อเท็จจริงที่ว่าวิธีแบบไม่ใช้ออกซิเจนนำไปสู่การก่อตัวของผลิตภัณฑ์ขั้นสุดท้าย เช่น มีเทน แอมโมเนีย ไฮโดรเจนซัลไฟด์ เป็นต้น และ ไม่อนุญาตให้ได้คุณภาพน้ำบริสุทธิ์ เทียบได้กับคุณภาพการทำความสะอาดด้วยวิธีแอโรบิก ดังนั้น ที่ความเข้มข้นของสารปนเปื้อนสูง จึงมีการใช้วิธีไม่ใช้ออกซิเจนร่วมกันในขั้นตอนแรก (หรือขั้นตอนแรก) ของการทำให้บริสุทธิ์ และวิธีการใช้ออกซิเจนในขั้นตอนสุดท้ายของการทำให้บริสุทธิ์ ควรเน้นย้ำว่าน้ำเสียในครัวเรือนและน้ำเสียในชุมชนไม่เหมือนกับน้ำเสียอุตสาหกรรม ไม่มีความเข้มข้นของสารปนเปื้อนที่สมเหตุสมผลในการใช้วิธีแบบไม่ใช้ออกซิเจน ดังนั้นวิธีบำบัดเหล่านี้จึงไม่ได้กล่าวถึงในบทนี้
ข้าว. 11.3. แผนภาพอย่างง่ายของการแจกแจงสามขั้นตอนของโมเลกุลสารอาหาร (B. Alberte et al. 1986)
ข้าว. 11.4. การเปลี่ยนกรดไพรูวิกโดยจุลินทรีย์ไร้ออกซิเจนให้เป็นผลิตภัณฑ์ต่างๆ