Закономерности распада органических веществ

● Для того чтобы происходил процесс биохимического окисления органических веществ, находящихся в сточных водах, они должны попасть внутрь клеток микроорганизмов. К поверхности клеток вещества поступают за счет конвективной и молекулярной диффузии, а внутрь клеток – диффузией через полупроницаемую цитоплазматическую мембрану, возникающей за счет разности концентрации веществ в клетке и вне нее.

● Однако большая часть веществ попадает внутрь клеток при помощи специфического белка – переносчика.

Образующийся растворимый комплекс «вещество-белок» диффундирует через мембрану вовнутрь.

Основную роль в процессе очистки сточных вод играют процессы превращения вещества, протекающие внутри клеток микроорганизмов. Эти процессы заканчиваются окислением вещества с выделением энергии и синтезом новых веществ.

Скорость биохимических реакций определяется активностью ферментов, которая зависит от температуры, pH и присутствия в сточной воде различных веществ. С повышением температуры скорость ферментативных про-цессов повышается.

Для разложения сложной смеси органических веществ необходимо 80-100 различных ферментов.

К числу веществ (активаторов), которые повышают активность ферментов, относятся многие витамины и катионы Ca²⁺, Mg²⁺, Mn²⁺.

В это же время соли тяжелых металлов, синильная кислота, антибиотики являются ингибиторами.

● Если в сточных водах находятся несколько веществ, то процесс окисления будет зависеть от содержания и структуры всех растворимых органических веществ. В первую очередь будут окисляться те вещества, которые необходимы для создания клеточного материала и для получения энергии.

Порядок окисления веществ сказывается на продолжительность очистки сточных вод.

3. Влияние различных факторов на скорость биохимического окисления

Скорость окисления зависит от концентрации органических веществ, равномерности поступления сточной воды на очистку и от содержания в ней примесей. При заданной степени очистки основными факторами, влияющими на скорость биохимических реакций, является концентрация потока, содержание кислорода в сточной воде, температура и pH среды, содержание биогенных элементов, а также тяжелых металлов и минеральных солей.

На этих и других факторах остановимся подробнее.

1. Турбулизация(перемешивание) сточных вод в очистных сооружениях способствует распаду хлопьев активного ила на более мелкие и увеличивает скорость поступления кислорода и питательных веществ к микроорганизмам.

2. Установлено, что с повышением температуры сточной воды скорость окисления повышается. Однако на практике ее поддерживают 20-30° С.

3. Наличие тяжелых металлов приводит к снижению скорости. При этом происходит вспухание ила за счет развития нитчатых бактерий. По степени токсичности тяжелые металлы располагают в следующем порядке:

Sв > Ag > Cu > Hg > CO > Ni > Pв > Cr³⁺ > V > Cd > Zm > Fe.

4. Адсорбция и потребление кислорода.

Для окисления органических веществ микроорганизмам необходим кислород, но они могут использовать его только в растворенном виде.

Для насыщения сточной воды кислородом проводят процесс аэрации, разбивая воздушный поток на пузырьки. Из пузырьков воздуха кислород адсорбируется водой, а затем переносится к микроорганизмам.

Перенос кислорода из газовой фазы к клеткам микроорганизмов идет в два этапа.

На первом этапе происходит перенос кислорода из воздушных пузырьков в основную массу жидкости, на втором – перенос адсорбированного кислорода из основной массы жидкости к клеткам микроорганизмов. Оба эти этапа связанны с преодолением диффузионных сопротивлений со стороны жидкости у пузырьков воздуха и у клеток хлопьев микроорганизмов, рис. 11.68 (слайд 53).

Количество адсорбированного кислорода может быть вычислено по уравнению массоотдачи:

M = β_vV(C_p-C),

где M - количество адсорбированного кислорода, кг/с;

β_v - объемный коэффициент массоотдачи, с^-1;

V - объем сточной воды, м³;

С_р, С – равновесная концентрация и концентрация кислорода в основной массе жидкости.

5. Для успешного протекания реакций биохимического окисления необходимо присутствие в сточных водах соединений биогенных элементов и микроэлементов: N, S, P, K, Mg, Ca, Na, Cl, Fe, Mn, Mo, Ni, Co, Zn.

Среди этих элементов основными являются N, P, K.