книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

Можно предполагать, что затем происходит дезами­ нирование n-аминофенола, в результате которого обра­ зуется фенол.

Е. Миллс считает, что устойчивость аминов (увеличи­ вается по мере уменьшения числа атомов водорода, стоящих у атомов азота [149]. Экспериментально доказано, что путем направленной изменчивости можно воспи­ тать в бактериальном комплексе, выделенном из почвы, способность разрушать анилин; этот же комплекс окис­ лял о- и п-толуидины, о- и п-хлоранилины [4]. Биохими­ ческое разрушение анилина было успешно испытано в полупроизводственных условиях [49].

Исследование биохимического окисления о-, м- и n-фенилендиамиіна показывает, что присоединение вто­ рой аминогруппы к анилину делает это вещество более устойчивым к воздействию микроорганизмов [50]. В этой же работе отмечено, что введение в анилин одного ато­ ма хлора в любое положение (пара-, мета-, орто-) зна­ чительно увеличивает сопротивляемость его к биохими­

ческому окислению.

Подводя итоги приведенным данным, следует отме­ тить, что некоторые вещества настолько мало подверга­ ются биохимическому разложению, что биохимическая очистка их нецелесообразна. Среди них встречаются со­ единения с высоким молекулярным весом и третичноразветвленными структурами. Объяснить это явление можно наличием у этих соединений атомных групп, ко­ торые препятствуют ферментам приближаться к ним или сами не способны проникнуть через клеточную обо­ лочку.

ОРГАНИЗМЫ АКТИВНОГО ИЛА И БИОПЛЕНКИ

Активный ил представляет собой буровато-желтова­ тые, быстро оседающие комочки и хлопья размером 3—■ 150 мк. Микроскопия показывает, что он состоит из жи­

170

вых организмов и твердого субстрата (до 40%). Живые организмы активного ила — это скопление бактерий, об­ разующих слизистые капсулы, так называемые зооглеи, одиночные бактериальные клеши, простейшие, черви, а также в малом количестве грибы, главным образом плесневые, актиномицеты, дрожжи и изредка водоросли. Простейшие представлены различными инфузориями, черви — коловратками нескольких видов, нематодами, встречаются также личинки насекомых, рачки и другие

животные.

Все названные виды организмов имеют многочислен­ ные разновидности, здесь будут кратко описаны только основные виды, принимающие участие в очистке сточ­ ных вод.

Твердый субстрат — отмершая часть, служащая для прикрепления организмов активного ила, остатки водо­ рослей, различных водных организмов, органический де­ трит и др. Между хлопьями движутся организмы ила, некоторые из них с большой скоростью проносятся в поле зрения микроскопа.

Причина возникновения хлопьев активного ила до сих пор неизвестна. Из выдвинутых предположений представляется наиболее вероятной гипотеза Мак-Кин­ нея [78]. Он считает, что все бактерии обладают способ­ ностью к флокуляции при определенных условиях. Он объясняет создание хлопьев в аэрируемой сточной жид­ кости изменением заряда поверхности бактериальной клетки и отсутствием необходимой энергии для уравно­ вешивания взаимного притяжения клеток.

По мнению Мак-Киннея, вещества, входящие в со­ став слизи и капсулы бактерий, принимают участие в образовании хлопьев, так как от них зависит электри­ ческий заряд клеток.

Ц. И. Роговская моделировала образование хлопьев смесью культур гетеротрофных бактерий в лабораторных условиях. Ее экспериментальные данные показали, что

171

хлопья активного ила создают различные виды микро­ организмов [78], имеющие слизистую капсулу.

Биопленка растет на наполнителе биофильтра и внешне имеет вид слизистых обрастаний толщиной 1 ■ 3 мм и более, окраска ее меняется в связи с изменением состава сточных вод от серовато-желтой до темно-корич­ невой. Биопленка состоит из бактерий, грибов, дрожжей и других организмов. В ней встречаются более разно­ образные представители простейших, коловраток, чер­ вей, чем в активном иле. Так, наблюдается значительное обогащение биопленки ресничными и жгутиковыми ин­ фузориями, встречаются черви круглые — Nematoda и малощетинковые Ollgochaeta, из них чаще всего Aelosoma

и клещи поедают ил и биопленку. Их присутствие в био­ пленке необходимо, так как небольшое число этих орга­ низмов вызывает рыхление и отторжение биопленки в количествах, нужных для нормальной работы био­

фильтра.

Показателями хорошего состояния биолленки явля­ ется присутствие в ней инфузорий кругоресничных, на­ пример сувойек, брюхоресничных — Aspidisca costata и других, немного жпутиковых; червей Nematoda, щетин­ коногих, коловраток и пр. Примерно такой же состав организмов активного ила, только он беднее видами.

В процессе очистки сточных вод из биофильтра вме­ сте с очищенной сточной водой выносятся частицы био­ пленки. Они представляют собой кусочки слизистой кон­ систенции разной формы размером от 15 до 300 мкм, от

светло-желтого до коричневого цвета.

При изучении очистки сточных вод наблюдается та­ кая последовательность появления и участия микроор­ ганизмов в этом процеосе. Вначале в очищаемой сточ­ ной жидкости начинают развиваться бактерии. Их

172

размножению ничто не препятствует, питательных ве­ ществ много. Затем появляются инфузории, черви, ко­ ловратки и др. Бактерий становится меньше, так как их поедают другие организмы, главным образом, инфузо­ рии. Обратные соотношения количеств этих организмов

также закономерны, т. е. если количество бактерий уве­ личивается, то это указывает на уменьшение числа ин­ фузорий.

По литературным данным, бактерии в процессе жиз­ недеятельности выделяют вещества, стимулирующие размножение простейших [165].

В настоящее время большинство исследователей счи­ тают главным действующим началом активного ила и

173

биопленки бактерии, которые обладают развитыми фер­ ментными системами, легко приспособляющимися к ме­ няющимся условиям в активном иле во время очистки сточных вод. Зооглеи способствуют образованию и осе­ данию ила.

Простейшие, черви, в том числе коловратки, являются чувствительными индикаторными организмами, свиде­ тельствующими как о нормальной, так и о нарушении работы очистных сооружений. Кроме того, эти организ­ мы поглощают коллоидальные и взвешенные вещества сточных вод, что способствует их очистке [90]. Вопрос об участии простейших и червей в очистке сточных вод изучен еще недостаточно.

Изучение бактерий, составляющих значительную часть активного ила, показало, что в них преобладают грамотрицательные неспороносные палочки. Все штам­ мы бактерий, выделенные из разных илов, усваивают ту или иную форму минерального азота и многие из них обладают способностью денитрификации. Чаще всего наблюдаются такие роды бактерий: Pseudomonas, Bacil­ lus, Bacterium, Sarcina, Micrococcus и др. (табл. 23).

Наличие общих видов бактерий свидетельствует о том, что гетеротрофные * бактерии обладают разнооб­ разными типами обмена веществ, что и дает возможность активному илу быстро адаптироваться к очистке различ­ ных стоков.

В результате сравнения активного ила и биопленки в процесее очистки одной и той же сточной воды в аэро­ тенке и биофильтре установлено, что участвуют в нем одинаковые виды бактерий, т. е. качественный состав их однороден, зато количественный различный. В активном иле общее число бактерий значительно больше, чем в биопленке: в 1 м3 содержимого аэротенка — 2 • 1 0 м бак­

* Гетеротрофными являются бактерии, использующие для питания готовые органические соединения.

174

терий, а в 1 л 3 объема биофильтра — 1 • ІО12 (специали­ зированных, разрушающих именно эту сточную жид­ кость) .

Т а бли ц а 23

Производство ви­

нием минеральных солей). Было выяснено, что микро­ флора биопленки способна окислять эти соединения всей поверхностью биофильтра. При этом отмечалось, что специализированная микрофлора располагалась на раз­ личных уровнях биофильтра, разрушавших продукты распада альдегидов, налример, уксусная кислота окисля­ лась, главным образом, в поверхностном слое толщиной О—0,25 м, янтарная кислота — на уровне около 1,0 м, что усиливало активность разрушения органических за­ грязнений [79]. Нитрификаторы обнаруживались, глав­ ным образом, в нижних слоях биофильтра, где в

175

очищенной воде содержалось мало загрязнений, так как большая часть их разрушалась биопленкой верхних слоев. Нитрнфнкаторы, по данным Ц. И. Роговской, очень чувствительны к повышенным концентрациям за­ грязнения [78].

Число организмов биопленки, их состав и распреде­ ление по высоте биофильтра зависят от компонентов сточных вод и их концентрации. Сапрофитных аэробов меньше в биопленке, чем в активном иле, анаэробов в биопленке — 29%, а в активном иле — 0,01%, что ука­ зывает на недостаток кислорода в теле фильтра [78].

Нитрификация и денитрификация, которыми закан­ чивается распад органических загрязнителей сточных вод, осуществляются различными специальными бакте­ риями.

Процесс нитрификации состоит в том, что аммоний­

При этом 3 весовые части кислорода расходуются на со­ здание нитритов, а одна весовая часть — на создание нитратов. Эта реакция — экзотермическая. В процессе участвуют специальные бактерии, основными из них яв­ ляются Nltrosomonas, Nitrobacter. Они — автотрофы, об­ лигатные аэробы, ассимилирующие С02 с помощью энергии, освобождающейся при окислении азота [6 8 ]. Установлено, что около 5% азота используется микро­ организмами на построение новых клеток [134].

Нитрификация, по данным Н. А. Базякиной [5], на­ чинается после разрушения веществ, тормозящих жиз­ недеятельность нитрифицирующих бактерий, а не во время разрушения основной массы загрязнений. При нормальных условиях температуры и подачи воздуха нитрификацию можно оценивать как показатель доста-

176

точно полного распада легко окисляющихся органиче­ ских веществ.

Денитрификация — это течение реакций, обратных нитрификации, состоящее в том, что нитраты под влия­ нием бактерий восстанавливаются с образованием азо­ та. Она происходит согласно такой схеме [156]:

Это эндотермическая реакция.

Следует отметить, что аммиака и окислов азота об­ разуется немного.

В денитрификации принимает участие большинство бактерий, окисляющих органические загрязнения сточ­ ных вод; наиболее типичные денитрификаторы — В. tluoresccus, В. denitrificans, В. pyacvaneum и др. [106]. По­ чти все они способны использовать вместо растворенно­ го связанный нитратами и нитритами кислород как ак­ цептор водорода. При этом не имеет значения, находится ли восстанавливающее вещество вне клетки или в дыха­ нии принимают участие эндогенные (внутриклеточные) соединения.

Главным условием осуществления процесса денитри­ фикации является наличие доноров водорода, т. е. органичеоких загрязнений, второстепенными — затрудненный доступ кислорода, нейтральная или слабощелочная ре­ акция [47]. На последней ступени очистки распад азот­ содержащих органических веществ достигает 90%.

Денитрификацию в виде третьей ступени очистки, при которой удаляется и фосфор, рекомендуют в настоящее время при полной очистке бытовых сточных вод [77].

Изложенные закономерности получены при исследова­ нии процессов нитрификации и денитрификации бытовых

177

Рис. 42. S tylonichia m ytilus.