1. “Участь мікроорганізмів в очищенні стічних вод”
Стабніков Віктор Петрович
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
2. Участь мікроорганізмів в аеробному очищенні стічних вод
2,2 мільйонів дітей віком до 5
років щорічно помирає із-за
паганих санітарних умов. Тисячі риб, постраждалих із-за
забрудненої води в лагуні в Ріо-
де-Жанейро.
Стічні води – це комунальні та промислові стоки населених місць, використані
людиною і відведені після користування. Методи біологічного
очищення застосовуються для оброблення господарсько-побутових стічних вод
населених пунктів, а також промислових підприємств. Вони основані на здатності
мікроорганізмів використовувати в процесі життєдіяльності багато органічних і
неорганічних сполук і видаляти їх із стічних вод.
3. Стічні води проходять сперше механічне очищення:
•проціджування через решітки для ви-лу-чен-ня круп-них твер-дих нероз-чи-не-них
ча-сти-нок;
•відстоювання - про-цес осідання твер-дих ча-сти-нок у рідині;
• фільтру-ван-ня для очи-щен-ня стічних вод від дріб-нодисперсних твер-дих
домішок з неве-ли-кою кон-цен-трацією.
Участь мікроорганізмів в аеробному
очищенні стічних вод
Очищення побутових вод проводять у аеротенках. Цей
метод застосовується коли об’єм стічних вод велик, а
концентрація забруднівачів низька. В аеротенки стічна
аода поступає після механічного очищення.
4. У аеротенки подається повітря. В процесі аеробної
обробки відбувається окислення органічних речовин
до CO2, H2O, NH3 та утворення нової клітинної
біомаси. Перетворення органіки відбувається під дією
так званого «активного мулу» (активний у видаленні
розчинених органічних речовин).
На вигляд мул є чорною або темно-коричневою
рідкою масою, що має землистий запах. При
відстоюванні мул утворює пластівці темно-
коричневого або сірого кольору.
З біологічної точки зору, активний мул представляє
скупчення бактерій, що утворили зооглеї - колонії
мікроорганізмів, що мають
загальну слизову капсулу.
Окрім бактерії, у біомасі можуть бути присутніми
простіші, мікроскопічні гриби, амеби, інфузорії,
коловертки. Простіші поїдають бактерії, це сприяє
омолоджуванню популяції активного мулу.
Активний мул
Аеротенк з активним
мулом
5. Мікроорганізми, виділені з активного мулу, відносяться до різних родів:
Actіnomyces, Arthrobacter, Bacіllus, Corynebacterіum, Desulfotomaculum, Mіcrococcus,
Pseudomonas, Sarcіna і ін.
Найбільш численні бактерії роду Pseudomonas.
Широко представлені в активному мулі і бактерії родов Flavobacterіum,
Achromobacter, Mycobacterіum.
Особливий інтерес в активному мулі представляють
нитчасті бактерії Sphaerotilus dichotoma, що
викликають його спухання при надмірному розвитку.
Вспухання мулу визвано порушенням співвідношень
між концентрацією активного мулу, поживними
речовинами і киснем.
Нитчасті бактерії
в активному мулі
Видалення із стічних вод амонійного азоту відбувається в результаті процесу
нітрифікації, яка здійснюється автотрофними бактеріями, що використовують
для живлення неорганічний вуглець (вуглекислоту, карбонати, бікарбонати).
На першій стадії процесу бактерії роду Nitrosomonas окислюють азот
амонійний до нітриту:
NH4+
+ 3O2 → 2 NO2-
+ 2H2O + 4H+
На другій стадії бактерії роду Nitrobacter окислюють нітрит до нітратів:
2 NO2-
+ О2 → 2 NО3-
Поява в очищуваних стічних водах нітрит і нітрат-іонів свідчить про високий
6. Простіші активного мулу (зліва – направо): простіший з джгутиком, амеба,
інфузорія Blepharisma , інфузорія Vorticella sp.
Простіші найчастіше прикріплені до поверхні зооглей та поглинають бактерії,
завдяки чому відбувається зменшення патогенів в процесі аеробного очищення.
7. Участь мікроорганізмів в анаеробному очищенні стічних вод
Анаеробний процес використовується для очищення висококонцентрованих
стічних вод (в якості першого ступеня біологічної очистки) та для обробки та
стабілізації аеробного мулу, що утворюються на стадії аеробного очищення
стічних вод. Основною спорудою служать метантенки.
Мікробіологія процесу анаеробного очищення стічних вод.
Анаеробне ферментаційне перетворювання органічних речовин складається з
серії мікробіологічних процесів, які перетворюють органічні речовини на метан,
діоксид вуглецю, водень, аміак, фосфат та сірководень:
Органічні речовини → СH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S
Бактерії є домінуючими мікроорганізмами в анаеробному реакторі. В
трансформації комплексного матеріалу у прості молекули, такі як метан і діоксид
вуглецю, приймають участь анаеробні бактерії та архае:
•Гідролітичні бактерії перетворюють складні біополімери (білки, крохмаль,
целюлозу, РНК та ДНК), а також жири, в розчинені мономолекулярні сполуки:
амінокислоти, глюкозу, нуклеотиди, жирні кислоти та гліцерін. Гідроліз
біополімерів та жирів каталізується екстрацелюлярними ферментами, такими як
протеази, нуклеази, амілази, целюлази та ліпази.
8. 2. Ферментуючі кислотоутворюючі (ацидогенні) бактерії перетворюють цукри,
амінокислоти та нуклеотиди в органічні кислоти (мурашкову, оцтову,
пропіонову, молочну та інші), спірти і кетони (етанол, метанол, гліцерол),
вуглекислий газ, аміак і водень. Велика кількість анаеробних бактерій родів
Bacteroides, Bifidobacterium, Clostridium та інших приймають участь у гідролізі
біополімерів та ферментації мономерів.
3. Ацетоутворюючі бактерії утворюють із жирних кислот та спиртів ацетат, водень
та вуглекислий газ, які використовується метаногенами.
СH3СH2OH + H2O → СH3СOOH + 2H2
етанол оцтова кислота
СH3СH2СОOH + 2H2O → СH3СOOH + 3H2 + CO2
пропіонат
СH3СH2СH2СОOH + 2H2O → 2СH3СOOH + 2H2
бутірат
9. 4. Метаногени поділяються на воденьспоживаючі метаногени, які
перетворюють водень та діоксид вуглецю на метан:
СO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O
та ацетотрофні метаногени, що утворюють метан та вуглекислий газ із ацетату:
CH3COOH → CH4 + СO2
Метаногени є представниками групи Archaea (архебактерії). Це група
прокаріот, яка відрізняються від бактерій хімічним складом мембран та
специфічними коензімами. Метаногени - облігатні анаероби. Вони
розмножуються дуже повільно, час генерації у них варує від 3 діб при 35°C
до 50 днів при 10°C.
Архебактерії мають різноманітні форми:
Methanobacterium
thermoautotrophicum
Methanosarcina
barkeri
Methanobrevibacter
ruminatium
Methanospirillum
hungatei
10. Мікобні групи, що прймаютьучасть в анаеробній
ферментації
Мономери (глюкоза, амінокислоти,
жирні кислоти)
Ферментуючі ацидогенні
бактерії
Складні органічні матеріали
(поліцукриди, білки, жири)
Огранічні кислоти, спирти, кетони
Ацетат (CH3COOH), CO2 , H2
Метан (CH4)
Гідролітичні бактерії
Ацетогенні бактерії
Метаногени
11. Перевагами анаеробного методу в порівнянні з аеробним способом
очищення стічних вод є
1)низька енергозатратність (енергоспоживання процесів анаеробного
очищення становить ~ 10% від енергоспоживання аеробного очищення),
оскільки процес не потребує аерації;
2)анаеробнє очищення можна застосовувати для обробки сильнозабруднених
промислових відходів;
3)одержання метану як енергоносія;
4) утворення невеликої кількості надлишкового мулу (в процесі анаеробного
очищення утворює в 3 – 10 разів меньш біомаси (анаеробного мулу), ніж при
аеробній обробці);
5) невеликі площі для споруд;
6)можливість застосування модулів доочищення;
вартість анаеробного очищення у 13 разів менша, ніж аеробного.
Недоліки анаеробного процесу:
1) протікає значно повільніше, ніж аеробний;
2) більш чутливий до дії токсичних речовин;
12. Стічна вода, що пройшла аеробну обробку, подається в осаджувач, де мул
відділяється від обробленої стічної води. Частина мулу повертаєтьс в
аеробнй реактор, а налишковий мул передається в анаеробний реактор
для подальшої обробки.
13. Одностадійний анаеробний реактор –
метантенк – це реактор з пристріями для
механічного перемішування, підігріву,
збору біогазу, завантаження активного
мулу, видалення анаеробного мулу та
рідинної фракції.
Накопичення біогазу в сборниках
