Аэробная переработка отходов

Аэробная переработка стоков – это самая обширная область контролируемого использования микроорганизмов в биотехно­логии. Она включает следующие стадии:

1) адсорбция субстра­та на клеточной поверхности;

2) расщепление адсорбированно­го субстрата внеклеточными ферментами;

3) поглощение рас­творенных веществ клетками;

4) рост и эндогенное дыхание;

5) высвобождение экскретируемых продуктов;

6) «выедание» первичной популяции организмов вторичными потребителями.

В идеале это должно приводить к полной минерализации от­ходов до простых солей, газов и воды. Эффективность пере­работки пропорциональна количеству биомассы и времени контактирования ее с отходами.

Системы аэробной переработки можно разделить на систе­мы с перколяционными фильтрами и системы с использовани­ем активного ила.

Перколяционные фильтры.Перколяционный фильтр был самой первой системой, приме­ненной для биологической переработки отходов, причем его конструкция фактически не изменилась со временени создания в 1890 г. Эта система используется в 70% очистных сооруже­ний Европы и Америки и обладает рядом преимуществ, кото­рые состоят в простоте, надежности, малых эксплуатационных расходах, образовании небольших излишков биомассы и воз­можности длительного использования установки (в течение 30-50 лет).

Основной недостаток перколяционного фильтра – избыточ­ный рост на нем микроорганизмов; это ухудшает вентиляцию, ограничивает протекание жидкости и приводит, в конечном сче­те, к засорению фильтра и выходу его из строя. Одна из недав­них модификаций установки состоит в использовании чередую­щегося двойного фильтрования (ЧДФ), когда фильтры, на которые сначала поступает поток жидкости, периодически ме­няют местами с другими фильтрами. ЧДФ особенно ценно при очистке промышленных стоков. Для разрушения грязи в фильтрах используют обратную циркуляцию и пульсирующую подачу. Это улучшает величину биохимической потребности в кислороде (БПК), но снижает нитрифицирую­щую активность. Другие модификации в конструкции и работе установок с перколяционными фильтрами состоят в уменьше­нии скорости поступления жидкости для более равномерного распределения биомассы, а также в использовании прямой двойной фильтрации с большим объемом среды, когда на первый фильтр поступает больший объем среды и тем самым увеличивается его загрузка.

В 1970 г. на смену клинкеру, камню или гравию в системах с перколяционными фильтрами пришли пластмассы. Это позво­лило применять такие системы для переработки некоторых про­мышленных стоков высокой концентрации. Другим важным преимуществом явилось то, что пластмассы — легкий материал, и это позволяет строить высокие, не занимающие много места очистные сооружения. Для создания оптимальной поверхност­ной площади, вентиляции и пористости пластмассы размалы­вают.

Основное изменение в конструкцию очистных сооружений в Англии было внесено в 1973 г., когда был создан вращаю­щийся биологический реактор. Он представляет собой враща­ющиеся «соты» из пластиковых полос, попеременно погружае­мые в сточные воды и поднимаемые на поверхность. При таком способе увеличивается площадь поверхности, с которой может контактировать биомасса, и улучшается аэрация.

Среда, в которой находится перколяционный фильтр, не является водной в прямом смысле, поскольку это всего лишь тонкая водная пленка над слоем биомассы. Определить, какие именно микроорганизмы присутствуют в среде, довольно труд­но из-за сложности и гетерогенности биомассы. По-видимому, основной активной группой бактерий, участвующих в перера­ботке сточных вод, служат Zoogloea, хотя определенную роль играет и ряд других бактерий. В очистных сооружениях отме­чается также активный рост некоторых видов нитчатых бакте­рий и грибов. Из водорослей чаще всего присутствуют сине-зе­леные (Cyanophyceae) и Chlorophyceae. Встречаются и много­численные Metazoa, в том числе земляные черви, насекомые и ракообразные. Мухи и черви очень важны для регуляции раз­вития пленок.

Активный ил.Переработка отходов с помощью активного ила, осуществляе­мая сложной смесью микроорганизмов, была предложена в1914 г. Этот процесс более эффективен, чем фильтрация, и по­зволяет перерабатывать сточные воды в количестве, в десять раз превышающем объем реактора. Однако он обладает рядом недостатков:

- более высокими эксплуатационными расходами из-за необходимости перемешивания и аэрации;

- большими трудностями в осуществлении и поддержании процесса;

- образо­ванием большого избытка биомассы.

Несмотря на все это, процесс, использующий активный ил, остается наиболее рас­пространенным методом переработки сточных вод в густонасе­ленных районах, поскольку требует меньших площадей, чем эквивалентная фильтрационная система.

Как и в фильтрационные системы, в систему с активным илом были внесены следующие изменения. Они связаны с аэрацией.

1. Градиентная аэрация, приводящая интенсивность аэрации
m соответствие с потребностью в кислороде, которая на входе
больше, чем на выходе.

2. Ступенчатая аэрация, при которой по всей длине тэнка
сточные воды поступают с интервалами.

3. Контактная стабилизация, при которой повторно исполь­зуемый ил аэрируется, что способствует более полной утилиза-­
ции микроорганизмами любых доступных питательных компо-­
нентов. Это приводит к более полной ассимиляции отходов при
возврате в основные рабочие тэнки. В результате объем ила
на стадии аэробного разложения уменьшается, и поэтому
в принципе это аналогично увеличению аэрации.

4. Использование чистого кислорода в закрытых тэнках, ко-­
торые поэтому могут работать при более высоких концентраци­
ях биомассы; таким образом уменьшается время пребывания
сточных вод в тэнке и, кроме того, решается проблема «разбу-­
хания» (избыточного роста нитчатых бактерий и грибов, пре­
пятствующего оседанию ила).

5. Разработка колонного эрлифтного ферментера компанией ICI в 1974 г. (слайд 3). Он более экономичен, чем обычный, благодаря уменьшению времени пребывания сточных вод в тэнке и снижению эксплуатационных расходов.

Вопросы :

1) Ключевую роль в анаэробной деградации органических веществ до метана

2) Анаэробный способ очищения сточных вод является на сегодняшний день

Литературы:

1) Форстер К. Экологическая биотехнология. - Л., 1990.

2) Форстер К. Экологическая биотехнология. - Л., 1990

3) Кенесарина Н.Ә. Өсімдіктер физиологиясы – Алматы, 1987; Егоров Н.С. и др. Биотех-нология. - М., 1987. 4. Закон РК «Об охране атмосферного воздуха» от 13.02.2002.

4) Егоров Н.С. и др. Биотехнология. Серия 1: Проблемы и перспективы.

№ 4 ЛЕКЦИЯ

Тема лекций: Гомогенные биореакторы. Реакторы с неподвижной биопленкой. Предварительная очистка сточных вод.