О необходимости очистки сточных вод говорить банально и глупо. Каждый цивилизованный человек понимает важность этого процесса.
Далее приведена информация по биоочистке сточных вод, скорее с точки зрения микробиологии.
Общая характеристика методов.
По типу микроорганизмов (МО), участвующих в разложении органических веществ, биологические методы могут быть разделены на:
Кроме того, существуют отдельные штаммы организмов, для которых необходимо наличие в питательной среде азота.
Биологическая очистка сточных вод основана на применении особых бактерий, способных разлагать содержащиеся в сточных водах органические соединения на безопасные для жизни и здоровья человека компоненты.
Необходимо отметить, что биологическая очистка сточных вод является наиболее универсальной, и благодаря этому способу избавления от ненужных загрязнений достигается максимально возможная степень очистки.
При аэробном биоокислении глюкозы 59% энергии, содержащейся в ней, расходуется на прирост биомассы и 41% составляют тепловые потери. Этим обусловлен активный рост аэробных микроорганизмов.
Чем выше концентрация органических веществ в обрабатываемых стоках, тем сильнее разогрев, выше скорость роста микробной биомассы и накопления избыточного активного ила.
При анаэробной деградации глюкозы с образованием метана лишь 8% энергии расходуется на прирост биомассы, 3% составляют тепловые потери и 89% переходит в метан. Анаэробные микроорганизмы растут медленно и нуждаются в высокой концентрации субстрата.
Аэробное микробное сообщество представлено разнообразными микроорганизмами, в основном бактериями, окисляющими различные органические вещества в большинстве случаев независимо друг от друга, хотя окисление некоторых веществ осуществляется путем соокисления (кометаболизм). Аэробное микробное сообщество активного ила систем аэробной очистки воды представлено исключительным биоразнообразием. В последние годы с помощью новых мокулярно-биологических методов, в частности специфических РНК проб, в активном иле показано присутствие бактерий родов Paracoccus, Caulobacter, Hyphomicrobium, Nitrobacter, Acinetobacter, Sphaerotilus, Aeromonas, Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium, Flexibacter, Halisomenobacter, Artrobacter, Corynebacterium, Microtrix, Nocardia, Rhodococcus, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Staphylococcus.
Считается, однако, что к настоящему времени идентифицировано не более 5% видов микроорганизмов, участвующих в аэробной очистке воды. Следует отметить, что многие аэробные бактерии являются факультативными анаэробами. Они могут расти в отсутствии кислорода за счет других акцепторов электрона (анаэробное дыхание) или брожения (субстратное фосфорилирование). Продуктами их жизнедеятельности являются углекислота, водород, органические кислоты и спирты.
Преимуществом аэробной очистки является
Существенными недостатками, особенно при обработке концентрированных сточных вод, являются
Аэробный процесс используется при очистке бытовых, некоторых промышленных и свиноводческих сточных вод с ХПК не выше 2000.
Исключить указанные недостатки аэробных технологий может предварительная анаэробная обработка концентрированных сточных вод методом метанового сбраживания, которая не требует затрат энергии на аэрацию и более того сопряжена с образованием ценного энергоносителя – метана.
Преимуществом анаэробного процесса является также относительно незначительное образование микробной биомассы.
К недостаткам следует отнести невозможность удаления органических загрязнений в низких концентрациях.
Для глубокой очистки концентрированных сточных вод анаэробную обработку следует использовать в комбинации с последующей аэробной стадией. Выбор технологии и особенности обработки сточных вод определяются содержанием органических загрязнений в них.
Анаэробный процесс
Анаэробная деградация органических веществ, при метаногенезе осуществляется как многоступенчатый процесс, в котором необходимо участие по меньшей мере четырех групп микроорганизмов: гидролитиков, бродильщиков, ацетогенов и метаногенов.
В свою очередь метановые археи, используя вещества, продуцируемые первичными анаэробами, определяют скорость реакций, осуществляемых этими бактериями. Ключевую роль в анаэробной деградации органических веществ до метана играют метановые археи родов Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Мethanomicrobium и другие.
При их отсутствии или недостатке анаэробное разложение заканчивается на стадии кислотогенного и ацетогенного брожений, что приводит к накоплению летучих жирных кислот, в основном масляной, пропионовой и уксусной, снижению рН и остановке процесса.
Активный ил
В основе биологической очистки воды лежит деятельность активного ила (АИ) или биопленки, естественно возникшего биоценоза, формирующегося на каждом конкретном производстве в зависимости от состава сточных вод и выбранного режима очистки.
По внешнему виду ил представляет собой чёрную или тёмно-коричневую жидкую массу. Живые организмы вместе с твердым носителем образуют зооглей - симбиоз популяций микроорганизмов, покрытый общей слизистой оболочкой.
При отстаивании ил образует хлопья тёмно-коричневого или серого цвета. С биологической точки зрения, активный ил представляет скопление бактерий, образовавших колонии — зооглеи. Бактериальный состав микрофлоры прежде всего зависит от состава поступающих стоков, от питательной среды, находящейся в стоках.
Кроме бактерий, в биомассе могут присутствовать простейшие, микроскопические грибы, амебы, инфузории, коловратки. Простейшие поедают бактерии, это способствует омолаживанию популяции активного ила.
Существует 9 групп микроорганизмов:
Существенная роль в создании и функционировании активного ила принадлежит простейшим.
Функции простейших достаточно многообразны:
они сами не принимают непосредственного участия в потреблении органических веществ, но регулируют возрастной и видовой состав микроорганизмов в активном иле, поддерживая его на определенном уровне.
Поглощая большое количество бактерий, простейшие способствуют выходу бактериальных экзоферментов, концентрирующихся в слизистой оболочке и тем самым принимать участие в деструкции загрязнений.
В активных илах встречаются представители четырех классов простейших: саркодовые (Sarcodina), жгутиковые инфузории (Mastigophora), реснитчатые инфузории (Ciliata), сосущие инфузории (Suctoria).
Таким образом, простой, на наш взгляд процесс очистки, оказывается таким сложным и, чрезвычайно, важным для человека.