Главная | Обратная связь

Биологические методы очистки сточных вод. Анаэробная очистка.

Для очистки сточных вод широко используются два типа биологических процессов: 1) аэробные процессы, в которых микроорганизмы используют кислород, растворенный в сточных водах; 2) анаэробные процессы, в которых микроорганизмы не имеют доступа ни к свободному растворенному кислороду, ни к другим, предпочтительным в энергетическом отношении акцепторам электронов, таким как нитрат-ион. В этих условиях микроорганизмы могут использовать углерод, входящий в состав органических молекул, в качестве акцептора электронов. Аэробный процесс: С6Н12О6+6О2–>6СО2 +6Н2О+ микробная биомасса + тепло. Анаэробный процесс: С6Н12О6–>3СН4 +3СО2+ микробная биомасса + тепло.

При очистке сточных вод наиболее широко применяемым анаэробным процессом является сбраживание ила, однако самые совершенные аппараты уже используются для очистки сельскохозяйственных и промышленных стоков и разрабатываются для очистки бытовых стоков. При выборе между аэробными и анаэробными процессами обычно склоняются в сторону первых, т.к эти системы признаны более надежными, стабильными и лучше изученными. Однако анаэробные процессы имеют несколько несомненных преимуществ. 1. В анаэробных процессах образуется меньше ила, чем в аэробных. Стоимость переработки ила может быть весьма большой из-за его высокой влажности. (90-99,7%). В аэробных процессах образуется от 1 до 1,5 кг биомассы (ила), в то время как в анаэробных – только 0, 1-0,2 кг на каждый удаленный килограмм БПК. 2. В анаэробных процессах образуется метан, который может использоваться как горючее. 3. Даже без учета использования метана в качестве источника энергии, потребность в энергии на аэрацию в аэробных процессах повышает потребность в энергии на перемешивание при анаэробных процессах.

Анаэробный процесс очистки сточных вод-- процесс разрушения органических веществ микроорганизмами при отсутствии кислорода воздуха. При анаэробном преобразовании органических субстратов в метан под воздействием микроорганизмов (бактерии, анаэробный ил) должны быть последовательно реализованы 4 стадии разложения:1) гидролиза ( гидролитики) отдельные группы орган. загрязнений (углеводы, протеины, липиды/ жиры) преобразуются сначала в соответствующие мономеры (сахара, аминокислоты, жирные кислоты) Разложение белков, жиров и углеводов происходит не полностью, а до определенного предела, обусловленного составом сложного субстрата. 2) ацидогенез ( бродильщики)-- далее эти мономеры в ходе ферментативного разложения преобразуются в короткоцепочечные органические кислоты, спирты и альдегиды. 3) ацитогенез (ацетогены) -образованные продукты затем окисляются дальше в уксусную кислоту при этом выделятся водород. 4) метаногенез (метаногены) - завершающая стадия, где образуется метан и выделяется побочный продукт углекислый газ (CO2). Соотношение промежуточных и конечных продуктов в процессе метанового брожения зависит от состава среды, условий ферментации и присутствующей микрофлоры.

Стадия кислотообразования. В стадии кислого брожения в метантенке обнаруживаются разнообразные бактерии (Bac. subtilis, Pseudomonas aeruginosa, Micrococcus), грибы (Penicillium, Fuzarium, Mucor и др.) и даже простейшие (жгутиковыми, корненожками и ресничными инфузориями), поступающие в метантенк с активным илом.

Стадия газообразования. Образовавшиеся на первой стадии продукты неполного окисления, такие, как низшие жирные кислоты и низшие спирты, подвергаются дальнейшим превращениям, в результате которых в значительном количестве образуются метан и двуокись углерода. Вследствие разрушения органических кислот реакция среды становится щелочной, и поэтому вторую стадию в метантенке называют щелочным брожением, или стадией газообразования. Основную роль на стадии газообразования играют метановые или метанобразующие бактерии. Метановые бактерии относятся к строгим анаэробам (Metanobacterium, Methanosarcina, Methanococcus) Процессы брожения осуществляются в специальных аппаратах - метатенках.. В отличие от аэротенков в них поступает, как правило, не сама сточная жидкость, а концентрированный осадок, выпадающий в отстойниках. Метантенки- это емкости с газонепроницаемой крышей. В метантенке органическая масса перемешивается механическими мешалками и поддерживается необходимая температура (около 30º для мезофильного и 55º для термофильного режима)

Сверху в метантенк по трубе поступает осадок и активный ил. Для ускорения процесса брожения метантенк подогревают, а содержимое перемешивают. В условиях отсутствия кислорода из органических веществ (жиров, белков и т. д.) образуются жирные кислоты, из которых при дальнейшем брожении образуется метан и углекислый газ. Сброженный ил высокой влажности удаляется из нижней части метантенка и направляется на сушку (например, иловые площадки). Образовавшийся газ отводится через трубы в кровле метантенка. Из одного кубического метра осадка в метантенке получается 12—16 кубометров газа, в котором около 70 % составляет метан.

Метаногенез зависит в большой степени от химического состава среды и физических факторов.

Конечным результатом реакции являются уксусная кислота и газ метан. Аэробная и анаэробная система очистки стоков в метантенках позволяет получать большое количество природного газа метана, который может использоваться в качестве топлива.

11. Дисциплина: Пищевая биотехнология