Биологические методы очистки сточных вод - файл n1.doc

приобрести
Биологические методы очистки сточных вод
скачать (842 kb.)
Доступные файлы (1):
n1.doc842kb.26.08.2012 14:48скачать

n1.doc

  1   2   3
Аннотация

В данной бакалаврской работе рассмотрены биологические методы очистки сточных вод. В частности были изучены процессы окисления органических загрязнений, протекающие в аэробных (в аэротенках, биофильтрах) и анэробных условиях (метантенках, септиктенках). Проведен термодинамический анализ реакции окисления глюкозы с помощью микроорганизмов в аэробных условиях, а также расчет и выбор типа биофильтра для данного процесса.

Полученные результаты доказывают что, процессы окисления активно протекает в биофильтрах, и при этом эффективно очищают сточные воды, БПК снизилась ниже предельно допустимого значения.

Работа содержит 79 страниц, 17 рисунков, 11 таблиц, 15 литературных ссылок.

Содержание

Аннотация__________________________________________________

Содержание_________________________________________________

Введение___________________________________________________

Раздел 1: Литературный обзор _________________________________

1.1 Классификация сточных вод_______________________________

1.2 Источники и виды загрязнений ____________________________

1.3 Экологическая значения и характеристика микроорганизмов окисляющих органические вещества, содержащиеся в сточных водах______________________________________________________

1.3.1 Роль микроорганизмов________________________________

1.3.2 Механизмы реакций окисления органических соединений с помощью микроорганизмов___________________________________

1.4 Путь реализации биологической очистки сточных вод_________

1.4.1 Аэробные процессы очистки сточных вод________________

1.4.2 Анаэробные очистки сточных вод_______________________

1.4.3 Биологические аспекты очистки сточных вод с помощью активного ила_______________________________________________

Раздел 2: Технологические схемы очистки сточных вод____________

2.1 Обобщенная технологическая схема очистки сточных вод______

2.2 Схемы биологической очистки сточных вод__________________

Раздел 3: Расчет биофильтров__________________________________

3.1 Расчет на ЭВМ высоконагруженного биологического фильтра__

3.1.1 Постановка задачи____________________________________

3.1.2 Таблица идентификаторов программы "Biofikr"___________

3.1.3 Результаты расчетов по программе "Biofltr'_______________

3.1.4 Вывод_______________________________________________

3.2 Термодинамический анализ_______________________________

3.2.1 Исходные данные для термодинамического анализа реакции____________________________________________________

3.2.2 Расчет термодинамических функций_____________________

3.2.3 Выводы термодинамического анализа____________________

3.3 Материальный баланс____________________________________

3.4 Определение тепловой нагрузки на биореактор_______________

Заключение_________________________________________________

Список использованной литературы____________________________


3

4

5

7

7

9


12

12
14

22

22

32
44

46

46

48

57

57

57

58

60

62

63
63

63

68

70

73

76

78


Введение

Современная химическая предприятия использует большое количество вод, измеряемое миллион м3 в сутки, так мощный электрический химический комбинат по производству продуктов хлорорганического синтеза потребляет столько же воды сколько город с населением 600000 человек. Наряду с этим, химические предприятия сбрасывают большое количество сильно загрязненных вод. Таким образом, рациональное комплексное использование водных ресурсов является крупной технологической, технической и экономической задачей.

В зависимости от назначения потребляемой воды условно подразделяется на промышленную и питьевую воды. В каждой из них содержание примесей фегламентирутся соответственно государственным стандартам. Питьевая вода в первую очередь освобождается от бактерий, к ней предъявляет особое требование в отношении вируса, цвета и запаха. Промышленная вода не должна содержать примеси больше допустимой нормы, которую устанавливали в зависимости от производства, на котором используется вода.

В сточных водах содержаться очень разнообразные примеси, грубодисперсные, коллоидные частицы, минеральные, органические вещества и биологические микроорганизмы. В задаче очистки воды включаются следующие операции: осветление обеззараживание, умягчение, дегазация и дистилляции. Очистку сточных вод химических производств можно осуществлять различными методами: механическими, химическими, физико-химическими и биологическими. Кроме того, используют термические методы, приводящиеся к ликвидации сточных вод, а также методы закачки сточных в подземных горизонтах или их захоронении. Применяющие методы очистки сточных могут быть подразделяется на регенеративные связанные с извлечением примесей и деструктивные обуславливающие разрушением примесей. Важное место среди этих методов очистки промышленных и бытовых стоков занимает биологическая очистка. Этот метод основан на способности микроорганизмов утилизировать в качестве питательных веществ органические соединения, растворенные в сточных водах. Потребление органики может происходить как в присутствии кислорода (аэробная очистка), так и в его отсутствие (анаэробная очистка). Благодаря высокой эффективности данный метод очистки сточных вод получили наиболее широкое распространение.
Литературный обзор (Раздел 1)

Классификация сточных вод.(1.1)

Сточные воды, образующиеся на промышленных предприятиях, а также отводимые с их территории по составу можно разделить на три категории: производственные (использованные в технологическом процессе производства или образующиеся при добыче полезных ископаемых); бытовые (от санитарных узлов производственных и непроизводственных корпусов и зданий, а также от душевых установок, имеющихся на территории предприятия); атмосферные (дождевые и образующиеся от таяния снега).

В свою очередь, производственные сточные воды можно подразделить на два основных вида: загрязненные и незагрязненные.

Загрязненные производственные сточные воды могут содержать преимущественно органические, либо минеральные примеси. По содержанию примесей (в мг/л) производственные сточные воды подразделяют на четыре группы: от 1 до 500; 500-5000; 5000-30 000; более 30 000.

Производственные сточные воды можно различать также по физическим свойствам, например, по температуре кипения: кипящие при температуре ниже 120оС, при 120-250оС и выше 250оС (в зависимости от состава примесей). По степени агрессивности сточные воды могут быть слабоагрессивными (слабокислые с рН 6-6,5 и слабощелочные с рН 8-9), сильноагрессивными (сильнокислые с рН < 6 и сильнощелочные с рН > 9) и неагрессивными (с рН 6,5-8).

Незагрязненные производственные сточные воды поступают от холодильных, компрессорных, теплообменных аппаратов. Кроме того, они образуются при охлаждении технологического оборудования и продуктов производства.

По техническим процессам производственные сточные воды подразделяется на следующие виды:

- Реакционные воды характерны образоваться в результате процессов протекания с образованием воды. Они загрязнены как исходными веществами, так и продуктами реакции.

- Воды содержать в сырьё, они могут быть свободными или связанными и содержать во многих видах сырья. Они загрязнены все возможными органическими и неорганическими веществами

- Промывая вода широко использует для промывки сырья продуктов с целью повышения качества получаемых веществ. Они загрязнены органическими веществами и примесей.

- Маточные водные растворы образуются в результате проведения процессов в водных средах. Они сильно загрязнены примесями как органическими, так и неорганическими.

- Водные экстракты и абсорбционные жидкости. Особенно большое количество этих сточных вод образуется при мокрой очистки отходящих газов. Содержание состоит из значительного количества химических веществ.

- Другие виды сточных вод: воды образуются от ваккумнасосов, конденсации паров воды, от мойки оборудования, тары, помещения. Атмосферные осадки территории химическими веществами.

Источники и виды загрязнений (1.2)

Загрязнение природных вод наносит огромный ущерб, как природе, так и экономике страны. Загрязненные водоисточники становятся лишь ограниченно пригодными, а во многих случаях и совершенно непригодными для хозяйственно-питьевого и промышленного водоснабжения, орошения сельскохозяйственных угодий, рыбного хозяйства. Загрязненные реки и водоемы нельзя использовать для водных видов спорта и отдыха, они нередко становятся источниками инфекционных заболеваний. Примеси, поступающие в водные объекты со сточными водами химических предприятий, можно подразделить на минеральные, органические и биологические.

Минеральные загрязнения: к минеральным загрязнениям относятся песок, глина, зола и шлаки, растворы и эмульсии солей, кислот, щелочей и минеральных масел, другие неорганические соединения. Они ухудшают физико-химические и органолептические свойства воды, отравляют фауну водоемов. Менее опасны минеральные загрязнения без специфического токсического действия: взвешенные частицы песка, глины, других пород, но и они ухудшают свойства воды и способствуют заиливанию водоемов. Весьма неблагоприятное воздействие на водоемы и водотоки оказывают сточные воды, содержащие значительные количества ртути и мышьяка. Они поступают с предприятий, производящих пестициды, и с некоторых других производств. Сильными токсическими свойствами обладают соединения ртути и кадмия. Многие составляющие промышленных стоков вообще не поддаются разложению под действием биохимических процессов, протекающих в водоемах, и накапливаются в них, вызывая резкие изменения состава и свойств природных вод, а нерастворимые в воде отходы ряда химических производств легко проникают в биологические системы и накапливаются в трофических цепях.

К органическим загрязнениям относятся смолы, фенолы, красители, спирты, альдегиды, нафтеновые кислоты, серо- и хлорсодержащие органические соединения, различные пестициды, смываемые в водоемы с сельскохозяйственных угодий, синтетические поверхностно-активные вещества и др. На поверхностные и подземные воды отрицательно влияют нефть и нефтепродукты. На поверхности рек и водоемов образуются пленки, а на дне - отложения. Даже при незначительном (0,2-0,4 мг/л) содержании нефти вода приобретает специфический запах, который не исчезает после хлорирования и фильтрования. Присутствие нефтепродуктов особенно пагубно для рыб. Наличие в воде более 0,1 мг/л нефти придает мясу рыб не устраняемые никакой технологической обработкой привкус и специфический запах. Большую опасность представляют фенольные соединения, содержащиеся в сточных водах предприятий лесохимической, коксохимической, сланцевой, анилинокрасочной промышленности, а также различных заводов, вырабатывающих вещества для химической обработки сельскохозяйственного сырья. Обладая сильными антисептическими свойствами, эти соединения нарушают биологические процессы в водоемах; вода приобретает резкий неприятный запах, ухудшаются условия для воспроизводства рыбы. В последние годы наблюдается загрязнение природных вод синтетическими поверхностно-активными веществами (ПАВ), которые содержатся в сточных водах некоторых производств. ПАВ придают воде привкусы и запахи, образуют стойкие скопления пены, снижают способность воды к биохимической очистке. Даже при небольших концентрациях ПАВ в воде прекращается рост какой бы то ни было растительности.

Биологические загрязнения: биологические загрязнения - это болезнетворные бактерии и вирусы, возбудители инфекций; они попадают в водоемы с бытовыми сточными водами, а также со сточными водами некоторых производств (главным образом химических). Использование такой воды в качестве питьевой и для бытовых нужд провоцирует серьезные заболевания: холеру, инфекционный гепатит, дизентерию, брюшной тиф, заражение различными видами гельминтов (гельминтоз) и т.д.

Другие виды загрязнений: выпуск в природные водоемы теплых вод от различных энергетических установок усиливает испарение, сопровождающееся увеличением минерализации воды. Это приводит к уменьшению количества растворенного кислорода в воде, что отрицательно влияет на растительность и живые организмы. Наибольшую опасность для природных вод, здоровья людей, обитания животных и рыб представляют различные радиоактивные отходы. Мелкие организмы, усваивающие эти вещества в небольших дозах, поглощаются более крупными, в которых радиоактивные элементы накапливаются до опасных концентраций. Именно поэтому отдельные особи пресноводных рыб оказывается во много раз «радиоактивнее» той водной среды, в которой они обитают.

Соотношение между отдельными видами загрязняющих примесей в различных водоемах зависит от объемов и специфики, поступающих в них сточных вод, характера и степени загрязненности атмосферы и проводимых воздухо- и водоохранных мероприятий.

Экологическая значения и характеристика микроорганизмов окисляющих органические вещества, содержащиеся

в сточных водах (1.3)

Роль микроорганизмов(1.3.1)

Микроорганизмы распространены во всех частях биосферы (в воде, воздухе и в почве); в 1 см3 почвы, например, их содержится до 100 миллионов. Этот факт уже сам по себе свидетельствует о той важной роли, какую играют микроорганизмы в биосфере и в человеческой деятельности. Роль микроорганизмов заключается в их способности осуществлять биохимические превращения почти всех органических веществ естественного происхождения, включая и те, которые находятся в растворенном состоянии в воде. Эти превращения связаны в один комплекс со сложными последовательными реакциями, протекающими при участии специфических катализаторов белковой природы - ферментов. С биохимической точки зрения ферментация - особая категория биохимических превращений органических веществ (субстратов), совершаемых в результате жизнедеятельности микроорганизмов.

При подходящих условиях микроорганизмы растут, размножаются, перерабатывают органические вещества, используя их в качестве пищи, и выделяют в окружающую среду разнообразные конечные продукты. Процессы минерализации органической материи (превращения ее в неорганические вещества) в зависимости от условий и вида микроорганизмов разделяются на две большие группы - аэробные и анаэробные. По этому же принципу подразделяются на два вида и способы биологической очистки сточных вод.

Промышленное применение микроорганизмов заключается в управлении процессом биохимического превращения органических веществ при участии микроорганизмов и ферментов.

Одним из наиболее типичных примеров промышленного применения микроорганизмов - биохимическая очистка сточных вод. Органические вещества, содержащиеся в бытовых и промышленных сточных водах, являются благоприятной средой для микроорганизмов, которые в ней быстро размножаются, используя часть пищи для синтеза новых клеток, а другую перерабатывая в простые минеральные продукты – СО2, Н2О и др. Этот процесс, протекающий в присутствии кислорода (воздуха), называется «биохимическим» окислением.

До биохимического окисления сточные воды подвергаются механическому очищению (осаждению). В осадках, образующихся в результате механического и биохимического очищения сточных вод, органические вещества минерализуются затем чаще всего за счет анаэробных биохимических процессов.

Механизм изъятия органических веществ из сточных вод и их переработки микроорганизмами очень сложен и полностью не изучен. Согласно современным теориям его можно описать тремя последовательными стадиями:

- массообмен и сорбция субстрата на поверхности микроорганизмов;

- диффузия субстрата через клеточную мембрану микроорганизмов;

- метаболизм субстрата в клетках.

Суспендированные вещества и крупные молекулы в растворе надо заранее разрушить, чтобы они могли легко проходить сквозь клеточную оболочку. Это разрушение происходит при помощи ферментов, выделяемых бактериями.

Возможны два пути переноса вещества от поверхности внутрь клетки:

- последовательное растворение вещества в оболочке клетки и цитоплазматической мембране, благодаря чему оно диффундирует внутрь клетки;

- присоединение транспортируемого вещества к специфическому белку-переносчику, находящемуся в мембране; дальнейшее превращение комплекса вещество-переносчик в растворимое состояние; диффузия комплекса через мембрану в клетку, где комплекс распадается, и белок-переносчик высвобождается для совершения нового цикла.

Основную роль в очистке сточных вод играют процессы превращения вещества, происходящие в клетках микроорганизмов, а именно окисление вещества, сопровождающееся выделением энергии, и синтез новых белковых веществ, протекающий с затратой энергии.

При потреблении микроорганизмами питательных веществ, содержащихся в сточных водах, в микробной клетке одновременно протекают два взаимосвязанных процесса - синтез протоплазмы и окисление органических веществ (на окисление клетка потребляет кислород, растворенный в сточной жидкости).

Скорость потребления кислорода активным илом зависит от многих взаимосвязанных факторов: концентрации микроорганизмов и простейших в активном иле, скорости их роста и физиологической активности; концентрации и состава питательных веществ, поступающих с загрязненным потоком, а также от содержания кислорода в среде и условий аэрации в аэротанке.

В процессе биоокисления органических веществ микроорганизмами важнейшую роль играет транспорт кислорода в системе газ-жидкость-клетка, в связи, с чем процессы массопередачи и гидродинамики в аэротенках являются основополагающими.

Пути реализации биологической очистка сточных вод.

Для очистки сточных вод широко используются два типа биологических процессов: аэробные (в которых микроорганизмы используют растворенный в сточных водах) и анаэробные (в которых микроорганизмы не имеют доcтупа ни к свободными растворенному кислороду ни к другим, предпочтительным в энергических отношениях акцепторам электронов).

Механизмы реакций окисления органических соединений с помощью микроорганизмов(1.3.2.)

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 с затратой энергии.

Скорость биохимических реакций определяется активностью ферментов, которая зависит от температуры, рН и присутствия в сточной воде различных веществ. С повышением температуры скорость ферментативных процессов повышается, но до определенного предела. Для каждого фермента имеется оптимальная температура, выше которой скорость реакции падает. Для разрушения сложной смеси органических веществ необходимо 80— 100 различных ферментов.

К числу веществ (активаторов), которые повышают активность ферментов, относятся многие витамины и катионы Са2+, Mg2+, Mn2+. В то же время соли тяжелых металлов, синильная кислота, антибиотики являются ингибиторами. Они блокируют активные центры фермента, препятствуя его реакции с субстратом, т. е. резко снижают активность. Скорость образования и распада ферментов зависит от условий роста микроорганизмов и определяется скоростью поступления в клетку веществ, ингибирующих и активирующих биохимические процессы.

Если в сточных водах находится несколько веществ, то процесс окисления будет зависеть от содержания и структуры всех растворенных органических веществ. В первую очередь будут окисляться те вещества, которые необходимы для создания клеточного материала и для получения энергии. Другие вещества потребляются микроорганизмами в зависимости от набора ферментов с равными или разными скоростями окисления одновременно или последовательно. Порядок окисления вещества сказывается на продолжительности очистки сточных вод. При последовательном окислении вещества продолжительность очистки определяется суммой длительности окисления каждого вещества в отдельности.

Внутри клетки химические соединения подвергаются различным анаболическим и катаболическим превращениям. Анаболические превращения приводят к синтезу новых клеточных компонентов, а катаболические являются источниками необходимой: для клетки энергии. Суммарные реакции биохимического окисления в аэробных условиях схематично можно представить в следующем виде



Реакция показывает характер окисления вещества для удовлетворения энергетических потребностей клетки, вторая реакция — для синтеза клеточного вещества. Затраты кислорода на эти реакции составляют БПКполн сточной воды. Если процесс окисления проводить дальше, то начинается превращение клеточного вещества. Общий расход кислорода на четыре реакции приблизительно вдвое больше, чем на эти реакции. Как видно из реакций, химические превращения являются источником необходимой для микроорганизмов энергии. Живые организмы способны использовать только связанную химическую энергию. Универсальным переносчиком энергии в клетке является аденозинтрифосфорная: кислота (АТФ), которая образуется в ходе реакции присоединения остатка фосфорной кислоты к молекуле аденозиндифосфорной кислоты (АДФ):

АДФ + Н3РО4 ?АТФ + Н2О

Большое число биохимических реакций осуществляется с участием кофермента А. Кофермент А (или КоА, КоА — SH кофермент ацилирования) является производным ?-меркаптоэтиламида пантотеновой кислоты и нуклеотида — аденозин-3,5-дифосфата (C21H­36O167P3S). Его молекулярная масса 767,56. Чистый КоА — белый аморфный порошок, хорошо растворимый, в воде, является сильной кислотой, с тяжелыми металлами образует нерастворимые в воде меркаптиды, легко окисляется (I2, Н2О2, КМпО4, а также кислородом воздуха) с образованием дисульфидов, особенно в присутствии следов тяжелых металлов. КоА активирует карбоновые кислоты, образуя с ними промежуточные соединения, ацилпроизводные КоА.

Микроорганизмы способны окислять многие органические вещества, но для этого требуется разное время адаптации. Легко окисляются бензойная кислота, этиловый и амиловый спирты, гликоли, хлоргидриды, ацетон, глицерин, анилин, сложные эфиры и др. Так, одно-, двух- и трехатомные спирты, а также вторичные спирты хорошо окисляются, а третичные спирты окисляются с небольшой скоростью. Различной скоростью окисления обладают хлорпроизводные органические соединения, а нитросоединения плохо окисляются. Наличие функциональных групп увеличивает способность к биологическому разрушению соединений в такой последовательности: —СН3, —ООССН3 , —СНО, —СН2ОН, —СНОН, —СООН, —CN, —NH2, —ОНСООН, —SO3H.

Наличие двойной связи в некоторых случаях облегчает биологическое разложение соединений. С увеличением молекулярной массы вещества скорость биологического окисления уменьшается. Поверхностно-активные вещества окисляются с разной скоростью. Биологически «жесткие» ПАВ — трудноокисляемые„ а «мягкие» — легкоокисляемые. Таким образом, не все вещества окисляются с одинаковой скоростью.

Установлено, что вещества, находящиеся в сточных водах: в коллоидном или мелкодисперсном состоянии, окисляются с меньшей скоростью, чем вещества, растворенные в воде. Сначала в сточных водах из смеси веществ в первую очередь окисляются те вещества, которые лучше усваиваются микроорганизмами.

Окисление органических веществ до СО2 и Н2О происходит в несколько стадий. Окисление углеводов описывается сложной схемой:



Цикл трикарбоновых кислот (цикл Кребса, цикл лимонной кислоты, ЦТК) состоит из серии последовательных реакций, катализируемых десятью различными ферментами. Последовательность реакций описана ниже.

Ацетил-КоА под действием фермента конденсируется с щавелево-уксусной кислотой, образуя лимонную кислоту, которая под действием фермента изомеризуется в цисаконитовую кислоту, а затем в изолимонную кислоту,, которая подвергается окислительному декарбоксилированию. Этот процесс протекает в две стадии: сначала происходит дегидрирование изолимонной: кислоты с образованием щавелево-янтарной кислоты, которая затем декарбоксилируется, превращаясь в кетоглутаровую кислоту. Далее происходит окислительное декарбоксилирование кетоглутаровой кислоты и образуется сукцинил-КоА, который превращается в свободную янтарную кислоту. Далее идет дегидрирование янтарной кислоты с образованием фумаровой кислоты, которая превращается в яблочную кислоту. После дегидрирования возникает щавелево-уксусная кислота, которая может вновь конденсироваться с ацетил-КоА (СН3—СО—S—КоА).

Окисление метана и этанола. Метан окисляется по схеме:

СH4 ? CH3OH ? HCHO ? HCOOH ? CO2

Микроорганизмы превращают в уксусную кислоту, которая после реакции с ацетил-КоА включается

CH3CH2OH ? CH3CHO ? CH3COOH? ацетил-КоА ? ЦТК

Пути метаболизма ароматических соединений очень многообразны. Распад этих соединений связан с разрывом кольца. На это бактериям требуется кислород. Различают три типа разрыва ароматического кольца. По первому типу кольцо разрывается между двумя соседними гидроксилированными атомами углерода. Например, под действием фермента разрыв кольца пирокатехина приводит к образованию цис,цис-нуконовой кислоты. По этому пути распадаются фенол, бензойная кислота, нафталин, фенантрен, антрацен и др.

Окисление фенола начинается с его гидроксилирования в орто-положении, при этом образуется пирокатехин (дифенол).

Большинство ароматических соединений образует сначала пирокатехин (или пирокатехиновую кислоту), который преобразуется в р-кетоадипиновук кислоту. Эта кислота с участием КоА включается в цикл трикарбоновых кислот.

Второй путь разрыва кольца ароматических соединений — это разрыв связи между гидроксилированцым и негидроксилированным углеродными атомами. В этом случае под действием фермента пирокатехин распадается на полуальдегид 2-оксимуконовой кислоты, который далее превращается в уксусную, щавелево-уксусную, муравьиную кислоты или ацетальдегид.

Третий путь характеризуется разрывом кольца между гидроксилированным атомом углерода и атомом углерода, к которому присоединена карбоксильная или другая группа.

Нитрификация и денитрификация. При очистке сточных вод под действием нитрифицирующих бактерий протекают процессы нитрификации и денитрификации. Нитрифицирующие бактерии окисляют азот аммонийных соединений сначала до нитритов, а потом до нитратов. Этот процесс называется нитрификацией и протекает в две стадии. Он является конечной стадией минерализации азотсодержащих органических веществ. Присутствие нитратионов в очищенной сточной воде является одним из показателей полноты очистки:



Количество активного ила, необходимого для нитрификации, рассчитывают, исходя из содержания органических веществ, концентрации азота и аммиака в сточных водах, активности ила. Учитывают также способность роста и размножения микроорганизмов активного ила в условиях изменения нагрузки и окислительно-восстановительного потенциала ила.

Под действием денитрифицирующих бактерий связанный кислород отщепляется от нитритов и нитратов и вновь расходуется на окисление органических веществ. Этот процесс называется денитрификацией. Условиями осуществления процесса денитрификации являются: наличие органических веществ, небольшой доступ кислорода, нейтральная или слабощелочная реакция.

Денитрификация — процесс многостадийный и может протекать с образованием аммиака, молекулярного азота либо оксидов азота. При очистке

Азотсодержащие соединения разлагаются с выделением азота в виде аммиака. Например, карбамид (мочевина) разлагается по уравнению

CO(NH2) 2+2H2O —> (NH4) 2CO3 ? 2NH3+CO2+H2O.

Разложение органических соединений может происходить через образование аминокислот, которые далее выделяют аммиак при протекании различных процессов.

Окисление серосодержащих веществ. Серу, сероводород,, тиосульфаты, политионаты и другие серосодержащие соединения серные бактерии окисляют до серной кислоты и сульфатов. Наличие в сточной воде азота, фосфора, калия и небольших количеств железа, магния, меди, цинка, бора, марганца и других веществ в некоторых случаях сильно интенсифицирует развитие серных и тионовых бактерий. Тионовые бактерии разлагают сероводород, серу, тиосульфат и др. Конечный продукт окисления — серная кислота или сульфаты.

Процесс окисления сернистых соединений тионовыми бактериями может быть приведены следующими схемами:

HS-? S ? S2O32-? S4O62-? SO42- или

HS-? S2O22- ? S2O32- ? S2O52- ? S2O72- ? SO42-

Установлено, что окисление сульфида кальция идет быстрее, чем сульфида натрия.

При окислении сероводорода сначала образуется сера, которая накапливается в клетках в виде запасного вещества:

2H2S+O2 —- 2H2O+2S

Затем при недостатке H2S идет реакция

2S+3O2+2H2O ? H2SO4

Восстановление сульфатов - основной путь образования сероводорода в природе. Восстанавливаются и органические соединения:

4CH3COCOOH+H2SO4 ? 4CH2COOH+4CO2+H2S.

При окислении тиоцианатов (роданидов) вначале образуются сульфиды и цианаты. Цианаты далее гидролизуются до СО2 и NH3, а сульфиды окисляются до сульфатов:

CHNS + H2O? HONC+H2S

HONC+ H2O? CO2+NH3,

CHNS+2H2O ? H2S+CO2+NH3.

Окисление железа и марганца. Железобактерии получают энергию в результате окисления солей двухвалентного железа до соединения, трехвалентного железа:

4FeCO3+CO2+6H2O —» 4Fe(OH) 3 + 4CO2

Имеются микроорганизмы, которые восстанавливают Fe3+ до Fe2+:

2FeS2 + 7O2 + H2O ? 2FeSO4+2H2SO4,

4FeSO4+O2+2H2SO4 ? 2Fe2(SO4) 3+2H2O,

Fe2(SO4)3+6H2O ? 2Fe(OH)3+3H2SO4.

Двухвалентный марганец окисляется в четырехвалентный:

Mn2+ + 1/2O2 + 2HO- ? MnO2 + H2O

Соли тяжелых металлов губительно влияют на бактерии, но есть такие, которые отличаются устойчивостью и адаптируются.

  1   2   3


Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации