3. Анаэробное биохимическое окисление

Анаэробное биохимическое окисление органических веществ протекает без доступа кислорода с помощью анаэробных бактерий в процессах брожения. В зависимости от образующихся продуктов различают несколько видов брожения: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами брожения являются спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (СО₂, Н₂, СН₄).

В практике обработки загрязненных органическими веществами вод широко используют метановое брожение. Этот процесс очень сложный и окончательно не изучен. Принимают, что метановое брожение состоит из двух последовательных фаз:

1. кислая фаза, когда из сложных органических веществ образуются более простые вещества: жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, глицерин, ацетон, сероводород, диоксид углерода, водород;

2. щелочная (метановая) фаза, когда из этих промежуточных продуктов образуется метан и углекислота.

Основная реакция образования метана записывается следующим уравнением:

4Н₂А + СО₂  СН₄ + 4А + 2Н₂О, (202)

где Н₂А – исходное органическое вещество, содержащее водород.

Имеют место и другие реакции при наличии водорода:

3Н₂ + СО  СН₄ + Н₂О (203)

или в отсутствии водорода:

4СО + 2Н₂О  3СО₂ + СН₄ . (204)

Кроме того при распадении уксусной кислоты метан образуется по следующим реакциям:

СН₂СООН  СН₄ + СО₂ , (205)

СО₂ + 4Н₂  СН₄ + 2Н₂О. (206)

При наличии в среде сульфатсодержащих веществ имеет место процесс с участием сульфатвосстанавливающих микроорганизмов:

. (207)

Конечными продуктами брожения в анаэробных условиях могут быть азот или аммиак. Например, реакция денитрификации:

. (208)

Основными параметрами, контролирующими процессы сбражи-вания, являются температура, содержание органического вещества в среде, перемешивание среды. Высокую степень анаэробного сбражи-вания можно достичь при более высокой температуре процесса, с кон-центрацией беззольного вещества более 15 г/л при интенсивном пере-мешивании и рН среды 6,8–7,2. Обычно сбраживание проводят в мезо-фильных (30–35 С) и термофильных (50–55 С) условиях. Эффектив-ность сбраживания тормозится присутствием катионов тяжелых металлов (меди, никеля, цинка), избытка ионов , сульфидов и другое.

Контрольные вопросы

1. Объясните механизм биохимического окисления органичес-ких веществ в водной среде.

2. На какие группы делятся микроорганизмы относительно потребления кислорода среды? Их характерные особенности.

3. Объясните закономерности распада органических веществ в процессах их биохимического окисления.

4. Охарактеризуйте цикл превращения азота при биохими-ческом окислении. Приведите основные реакции.

5. Объясните динамику роста биомассы в процессах биохими-ческого окисления органических веществ.

6. Охарактеризуйте влияние отдельных факторов среды на скорость биохимического окисления.

7. Объясните сущность механизма потребления кислорода микроорганизмами в водной среде.

8. Объясните механизм биохимического окисления в анаэроб-ных условиях. Приведите примеры реакции.

Библиографический список

1. Абрамов Н. Н. Водоснабжение / Н. Н. Абрамов. – М. : Стройиздат, 1974.

2. Бертокс П. Стратегия защиты окружающей среды от загрязнений / П. Бертокс, Д. Радд. – М. : Мир, 1988.

3. Ионный обмен / под ред. Я. Маринского. – М.: Мир, 1968.

4. Киреев В. А. Краткий курс физической химии / В. А. Киреев. – М. : Госнаучтехиздат химической литературы, 1962.

5. Логинов Н. Я. Аналитическая химия. Учебное пособие для студентов химико-биологической и биолого-химической специальнос-тей пед. институтов / Н. Я. Логинов, А. Г. Воскресенский, И. С. Солодкин. – М. : Просвещение, 1975.

6. Неницеску К. Общая химия / К. Неницеску. – М.: Мир, 1968.

7. Охрана окружающей среды / под ред. проф. С. В. Белова. –М. : Высшая школа, 1991.

8. Родионов А. И. Технологические процессы экологической безопасности / А. И. Родионов, В. Н. Клушин, В. Г. Систер. – Калуга, 2000.

9. Стырикович М. А. Процессы генерации пара на электростан-циях / М. А. Стырикович, О. И. Мартынова, З. Л. Миропольский; под общ. ред. акад. М. А. Стыриковича. – М. : Энергия, 1969.

10. Фриш С. Э. Курс общей физики. Физические основы механики, молекулярная физика, колебания и волны. Том 1 / С. Э. Фриш, А. В. Тиморева. – М., 1962.

11. Яковлев С. В. Водоотводящие системы промышленных пред-приятий / С. В. Яковлев, Я. А. Карелин, Ю. М. Ласков, Ю. В. Воронин. – М. : Стройиздат, 1990.

.

Учебное издание