Лекция

Биотехнологические методы очистки и деградации токсикантов

1. Биологические методы очистки стоков

Сбрасываемые в природные водоёмы стоки существенным образом влияют на качество воды, нарушают биологическое равно­весие в водоёмах, тем самым затрудняют рациональное водопользо­вание, а в отдельных случаях полностью выводят водоёмы из строя Сброс неочищенных сточных вод отрицательно сказывается на со­держании в воде растворённого кислорода, её рН, прозрачности и цветности и т. д. Всё это отрицательно влияет на состояние компо­нентов водной экосистемы, снижает продуктивность и способность водоёмов к самоочищению.

Общие очистные сооружения включают несколько ступеней очистки: первичную (механическую), вторичную (биологическую), третичную (доочистку). Районные или общегородские сооружения очищают в основном бытовые стоки методами механической и био­логической очистки.

Биологический метод очистки основан на способности микроор­ганизмов использовать в качестве ростовых субстратов различные соединения, входящие в состав сточных вод. Достоинства данного метода заключаются в возможности удаления из стоков широкого спектра органических и неорганических веществ, простоте аппара­турного оформления и протекания процесса, относительно невысоких эксплуатационных расходах.

Для биологической очистки сточных вод применяют два типа процессов¹ аэробные, в которых микроорганизмы используют для окисления веществ кислород, и анаэробные, при которых микроор­ганизмы не имеют доступа ни к свободному растворённому кисло­роду, ни к предпочтительным акцепторам электронов типа нитрат - ионов.

При выборе между аэробными и анаэробными процессами предпочтение обычно отдают первым. Аэробные системы более надёжны, ста­бильно функционируют; они также больше изучены. Анаэробные процессы, существенно уступающие аэробным и скорости протека­ния процесса очистки, имеют ряд преимуществ:

1) масса образуе­мого в них активного ила практически на порядок ниже (0.1-0.2) по сравнению с аэробными процессами (1.0-1.5 кг/кг удалённого ВПК);

2) в них существенно ниже энергозатраты на перемешива­ние;

3) дополнительно образуется энергоноситель в виде биогаза. Вместе с тем анаэробные процессы очистки мало изучены и в силу низких скоростей протекания требуют для реализации дорогостоя­щих очистных сооружений больших объёмов.

1.Аэробные процессы очистки сточных вод

В аэробных процессах очистки часть окисляемых микроорганиз­мами органических веществ используется в процессах биосинтеза, Другая превращается в безвредные продукты — Н2О, СО2, NО2 и др.

Процесс удалении органиче­ских примесей складывается из нескольких стадий; массопередачи органических веществ и кислорода из жидкости к клеточной поверхности, диффузии веществ и кислорода внутрь клеток через мембрану и метаболизма, в ходе которого происходит прирост мик­робной биомассы с выделением энергии и углекислоты.

Когда в очищаемых сточных водах практически не остаётся органических веществ, наступает второй очистки — нитрификация. В ходе этого процесса азотсодержащие вещества стоков окисляются до нитритов и далее — до нит­ратов. Таким образом, аэробная биологическая очистка складывает­ся из двух этапов: минерализации — окисления углеродсодержащей органики — и нитрификации. Появление в очищаемых стоках нитратов и нитритов свидетельствует о глубокой степени очистки. Большинство биогенных элементов, необходимых для развития микроорганизмов (углерод, кислород, сера, микроэлементы), содер­жится в сточных водах. При дефиците отдельных элементов (азота, калия, фосфора) их в виде солей добавляют в очищаемые стоки.

В процессах биологической очистки принимает участие сложная биологическая ассоциация, состоящая не только из бактерий, но также включающая одноклеточные организмы — водные грибы, простейшие организмы (амёбы, жгутиковые и ресничные инфузо­рии), микроскопические животные (коловратки, круглые черви — нематоды, водные клещи) и др. Эта биологическая ассоциация в процессе биологической очистки формируется в виде активного ила или биоплёнки. Активный ил представляет собой буро-жёлтые хлопья размером 3-150 мкм, взвешенные в воде, он образован ко­лониями микроорганизмов, в том числе бактериями. Последние образуют слизистые капсулы — зооглеи. Биоплёнка — это слизис­тое обрастание материала фильтрующего слоя очистных сооруже­ний живыми микроорганизмами толщиной 1—3 мм.

Биологическая очистка стоков проводится в различных по кои струкции сооружениях — биофильтрах и аэротенках.