Анаэробная биологическая очистка
Анаэробное разложение органических загрязнений сточных вод, в отличие от аэробного, проходит без участия кислорода. Фактически это процесс брожения, или ферментации, в конечной стадии которого происходит выделение метана. В природе такое брожение можно наблюдать на болоте, где органические останки животных и растений разлагаются с образованием «болотных газов», основную долю которых составляет метан, самый простейших из углеводородов. Поэтому он и является своего рода «конечным пунктом» биологического разложения сложной органики, идущего в изоляции от воздушной среды.
Распад органических загрязнений в этом случае проходит в несколько стадий, при участии микроорганизмов с разным механизмом воздействия. Условно они группируются в четыре основных фазовых процесса, по веществам, выделяющимся на каждой из стадий разложения и видам бактерий, участвующих на каждом этапе анаэробного брожения.
Первая, гидролизная фаза, заключается в разложении сложных углеводородов на более простые их составляющие и воду. В результате «работы» соответствующих бактерий белки распадаются на аминокислоты, из углеводов образуется сахар, жиры преобразуются в жирные кислоты. Фаза промежуточного окисления, вторая по очереди, ведет к следующему в этой цепочке преобразованию сложных органических соединений на более простые, к которым относятся спирты, альдегиды и органические кислоты. Окончательное окисление всех продуктов до уксусной кислоты и выделением водорода протекает в течение третьей фазы анаэробного процесса. Участие метанобразующих бактерий определяет четвертую фазу и заключается в питании продуктами предыдущих стадий распада, с образованием метана и углекислого газа. При этом основная часть выделяющейся энергии идет на образование метана, поэтому и наблюдается лишь незначительный прирост илистой массы.
Особенность анаэробной биологической очистки
Особенность анаэробной биологической очистки заключается в тесной взаимосвязи между всеми четырьмя фазами разложения и последовательностью их протекания. Нарушение течения одной из них может привести к дестабилизации всего процесса анаэробного разложения загрязненных стоков. Причиной этого является специфика развития микроорганизмов, благодаря которым происходит окончательное разложение до метана, поскольку их питательной средой являются вещества, произведенные бактериями на предыдущих стадиях распада загрязняющих органических веществ. Поэтому особое внимание следует уделять определению качественного состава органики, входящей в состав очищаемых стоков. Это связано с разной скоростью протекания процессов разложения белков, жиров и углеводов, и выделением отличающихся объемов метана. Для повышения эффективности анаэробной очистки следует обеспечивать одновременное протекание разложения веществ, содержащихся в стоках, проходящее в первой фазе, на стадии гидролиза, что достигается их разделением. Если обработке подвергаются сточные воды однородного состава, то определение пути, по которому пойдет разложение исходного загрязняющего материала, проходит на этапе приспособления биомассы к этому источнику питания.
Все же основной фазой, определяющей скорость и общее течение процесса, является третья, на которой происходит окисление до уксусной кислоты, поскольку она является основной «пищей» для метанобразующих микроорганизмов. И чем быстрее будет идти ее образование, тем выше скорость протекания анаэробного процесса в целом.
Факторы, влияющие на эффективность анаэробной биологической очистки
К негативному влиянию, которое существенно снижает скорость протекания двух последних стадий, относится повышенное содержание органических кислот, что увеличивает кислотность водной среды, ведущую к подавлению деятельности семейств анаэробных бактерий. А это может привести к тому, что процесс разложения органики остановится на второй стадии окисления, идущей до карбоновых кислот, альдегидов и спиртов, являющихся еще достаточно токсичными веществами.
В отличие от аэробного процесса, анаэробная биологическая очистка эффективна при больших концентрациях загрязняющих веществ. Это связано с тем, что процессы биологической очистки, проходящие при участии анаэробных бактерий, не нуждаются в присутствии растворенного в воде кислорода. Поэтому с их участием проводится эффективная очистка стоков с высокими значениями ХПК (химической потребности в кислороде) и БПК (химической потребности в кислороде), невозможная для аэробных микроорганизмов. Кроме того, анаэробные бактерии, в отличие от аэробных собратьев, не чувствительны к действию поверхностно-активных веществ и прекрасно очищают содержащие их стоки. Помимо этого при их действии наблюдается высокая скорость снижения концентрации загрязняющих веществ, что связано с действием активного анаэробного ила, как биофлокулянта. Но при снижении концентрации загрязнений эффективность такой очистки, идущей с помощью анаэробной биомассы, заметно падает. Поэтому очень часто всего анаэробное и аэробное разложение органических загрязнений сточных вод используются в комплексе, позволяя достичь высоких степеней очистки.
