На промышленных предприятиях образуются три вида сточных вод: производственные, хозяйственно-бытовые и атмосферные.Производственные стоки включают техническую и технологическую воду. Техническая вода является теплоносителем, охлаждающим продукты переработки, и средой, поглощающей растворенные примеси при мойке, обогащении и очистке сырья или продукта. Технологическая вода служит растворителем реагентов и участвует в химических и биохимических реакциях.
Для водоснабжения заводов используются реки, моря, озера, артезианские и подрусловые воды.Воды рек, озер и подземных источников характеризуются общим содержанием растворенных солей до 1 г/л. В засушливых районах имеются реки с более высоким содержанием минеральных солей. Концентрация растворенных в речной воде солей обратно пропорциональна расходу воды в реке и уменьшается во время весеннего половодья [4].
В водах, содержащих значительное количество различных ионов, возникают силы электростатического взаимодействия, которые ослабляют химическую и биохимическую активность ионов, что очень важно для жизнедеятельности бактерий. Например, присутствие соединений бора устраняет токсичность ионов меди, марганца, алюминия и других минеральных загрязнений [12].
Охлаждающая вода, циркулирующая в системах оборотного водоснабжения, подвергается очистке, стабилизационной и биоцидной обработке до определенных норм, которые регламентируются техническими условиями на биохимическую очистку [6]. То же относится и к сточной воде, поступающей на сооружения биохимической очистки [7 ]. Технические условия включают следующие показатели: индекс насыщения, общее содержание солей, щелочность, жесткость, насыщение кислородом, загрязненность соединениями алюминия, бора, железа, меди и др. (табл. 1.1).
Щелочность. Содержание гидроокисей, бикарбонатов, карбонатов и других солей слабых кислот определяет общую щелочность воды — важный критерий жизнедеятельности микроорганизмов [9 ].Различают три формы щелочности: бикарбонатную (НСОз), карбонатную (СО3-) и гидратную (ОН"). Щелочность технической пресной воды при pH меньше 8,3 определяется концентрацией иона HCOJ.
Скорость выделения или поглощения газов зависит от величины поверхности соприкосновения среды обитания микроорганизмов с атмосферой и возрастает при перемешивании. Эта закономерность важна для регулирования роста микроорганизмов и снабжения их кислородом. Растворимость кислорода в воде при 760 мм рт. ст. изменяется в зависимости от температуры. В 1 л йоды при 25 °С растворяется 8,3; при 30 °С 7,5; при 35 °С 7,0; при 40 °С 6,5; при 45 °С 6,0 мг кислорода. Недостаток кислорода замедляет процессы биохимического окисления загрязнений сточных вод.
Неорганические соединения серы. Сточные воды некоторых производств содержат значительные количества сероводорода, гидросульфидов и сульфидов.Образующаяся элементарная сера дает с водой тончайшую суспензию, заселяемую серными бактериями.
Бихромат калия наиболее полно окисляет вещества, содержащиеся в промышленных сточных водах, особенно при использовании серебра в качестве катализатора. В результате анализа определяется суммарное количество кислорода, которое затрачивается на окисление углеродсо ержащих веществ до двуокиси углерода, серусодержащих — до сульфатов, фосфорсодержащих — до фосфатов. Кислород, который содержится в составе некоторых органических соединений, в величину ХПК не входит.
Нефть и нефтепродукты содержатся в сточных водах в виде взвесей, эмульсий, коллоидных растворов, а также в растворенном состоянии. Основная часть взвешенных загрязнений, всплывающая на поверхность, удаляется на сооружениях механической и физикохимической очистки. Эмульгированные и растворимые нефтепродукты плохо очищаются методами основного нефтеулавливания (физико-механической очисткой), и основная их часть, с диаметром частиц от 2 до 60 мкм, поступает на сооружения биохимической очистки.
В табл. 1.2. приведены показатели биохимического окисления органических соединений различной природы, а также предельно допустимые концентрации загрязнений (ЦДК) в сточных водах, направляемых на биохимическую очистку.
В эту же группу стоков входят загрязнения дрожжевых, пивоваренных, крахмальных, сахарных заводов и других предприятий пищевой промышленности, а также хозяйственно-бытовые сточные воды. Органические загрязнения этой группы не токсичны для микроорганизмов и после механической и физико-химической очистки используются для разбавления стоков II и III групп.
Сточные воды установок перегонки нефти. Стоки установок по перегонке нефти (перегонка с водяным паром, перегонка при различном давлении) содержат парафиновые, циклопарафиновые и ароматические углеводороды, фенолы, а также поверхностно-активные вещества. Механическая очистка на сооружениях основного узла нефтеулавливания обеспечивает допустимые нормы загрязнений. Биохимическая характеристика стоков приведена в табл. 1.3.
Сточные воды установок гидрогенизационной очистки и плат-форминга. Стоки установок гидрогенизационной очистки и платфор-минга содержат парафиновые, циклопарафиновые, непредельные и ароматические углеводороды, фенолы, сероводород, сульфиды и аммиак.
Сточные воды установок гидратации непредельных углеводородов. Гидратация непредельных углеводородов обогащает стоки гли-колями, простыми и сложными эфирами и другими продуктами, например, побочными продуктами гидратации этилена являются диэтиловый эфир, ацетальдегид и смолоообразные продукты.
Сточные воды установок изомеризации углеводородов. За счет изомеризации углеводородов сточные воды обогащаются соединениями с разветвленными цепями (например, ди- и триметилбутаны, -пентаны, -гексаны и др.).
Сточные воды производства нафтеновых кислот. Загрязнения стоков содержат соединения кислого характера (карбоновые кислоты и их производные). Степень биохимического окисления зависит от природы карбоновой кислоты; так, карбоксильные производные моноциклических соединений с числом в цикле от 7 до 12 в большей степени подвержены микробиологическому окислению, чем бидикли-ческие производные [24].
Сточные воды установок пиролиза. Сточные воды пиролиза газообразного и жидкого нефтяного сырья загрязнены олефиновыми углеводородами. Смолы пиролиза, попадающие в канализацию, содержат значительное количество ароматических углеводородов (бензола, толуола, ксилолов, нафталина, антрацена). Основными источниками загрязнения стоков подсмольными водами являются вещества, поступающие из смолоотстойников и флорентины.
Сточные воды производств синтетических жирных кислот и синтетических жирозаменителей. В данной группе производств образуются концентрированные сточные воды, содержащие жирные карбоновые кислоты (от муравьиной до валериановой и капроновой), альдегиды, кетоны, лактоны, эфиры.
В значительно меньших количествах (0,01—0,5 мг/л) в сточных водах содержатся непредельные углеводороды С8—СХ1; кроме того, присутствуют различные алкильные и циклоалкиальные производные пиридина и хинолина [26 ].
Сточные воды коксохимических установок и заводов. Сточные воды установок гидрорезки кокса содержат циклопарафиновые и ароматические углеводороды, фенолы и азотсодержащие соединения. Содержание в стоках указанных загрязнений зависит от состава тяжелых нефтяных остатков: мазутов, гудронов, экстрактов селективной очистки масел и другого сырья.
Сточные воды производства присадок. Состав загрязнений установок по производству присадок зависит от их композиции, а также от технологии производства (детергентные, депрессорные, антиокис-лительные композиции). При фосфорилировании целевой фракции алкилфенолов и адсорбции сероводорода раствором щелочи в канализацию поступают щелочные стоки, загрязненные циклопарафиновыми и ароматическими углеводородами, фенолами. Сточные воды от лотков корпуса фосфорилирования, от центрифуг и сальников насосов содержат до 50 г/л углеводородов, до 1 г/л фенолов и до 0,1 г/л соединений цинка. При производстве двухкомпонентных алкилфенольных присадок в канализацию поступают продукты алки-лирования фенолов, продукты разгонки сырых алкифенолов, а также продукты цинкования, барирования и др.
Сточные воды установок алкилирова ния углеводородов. В процессе алкилирования углеводородов образуются алкилаты очень сложной структуры. Агентами алкилирования обычно служат оле-фины, циклоалканы, алкилгалогениды, алифатические спирты, эфиры. При алкилировании бензола стоки обогащаются алкилбензолами [этиленбензолом, изопропилбензолом (кумолом) ] и продуктами их превращения. Стоки цеха алкилирования бензола и ректификации кумола, в частности, содержат от 20 до 5000 мг/л бензола, от 15 до 2000 мг/л кумола и от 10 до 1000 мг/л полиалкилбензолов, а также гидроокись алюминия (10—80 мг/л).
Сточные воды установок дегидрирования углеводородов. Стоки установок дегидрирования к-бутана, изопентана, этилбензола загрязняются спиртами (табл. 1.8), альдегидами и кетонами, циклопарафиновыми и ароматическими углеводородами, фенолами, азотсодержащими веществами.
Сточные воды установок карбамидной депарафинизации дизельных топлив. Стоки таких установок содержат парафиновые, нафтеновые и ароматические углеводороды, алифатические спирты и азотистые основания.Состав стоков изменяется в зависимости от температуры и концентрации водно-спиртового раствора мочевины, длительности контакта с сырьем (депарафинизации) и концентрации карбамидного раствора. При этом образуется различное количество аммиака (35—40 мг/л), циануровой кислоты и других цианистых производных (5—80 мг/л), изопропилового спирта (200—1500-мг/л), мочевины (200—1000 мг/л).
Сточные воды производства сульфокислот. Сточные воды данного производства содержат аренсульфокислоты, ароматические карбоновые кислоты, сульфиды, дисульфиды, ароматические нитрилы, поверхностно-активные вещества. Натриевые соли сульфокислот (сульфонаты) отводятся на установку по производству ионогенного деэмульгатора НЧК (нейтрализованный черный контакт). НЧК, получаемый при сульфировании нефтепродуктов, содержит до 70% сульфокислот, до 20% свободной серной кислоты, около 10% неомыляемых компонентов, аммиака, сульфата аммония. При промывке водой и нейтрализации НЧК освобождают от избытка серной кислоты.
Сточные воды установок хлорирования ароматических углеводородов. Сточные воды данных установок содержат ароматические углеводороды, алкилгалогениды, изомерные хлорфенолы, хлортолуолы, хлоркрезолы и др. В канализацию поступают также абгазы, которые содержат хлористый водород, пары бензола и хлорбензола. Кислые стоки содержат 50—300 мг/л бензола и 400—800 мг/л хлорбензола. Стоки ловушек бензола, охлаждения и промывки полихлорпроиз-водных содержат 10—100 мг/л бензола, 30—150 мг/л хлорбензола.
Многокомпонентные сточные воды образуются в результате следующих технологических процессов: этерификации пентаэритрита, разложения цинковых мыл 3%-ной серной кислотой, отгонки непрореагировавших кислот с водяным паром, нейтрализации и промывки нейтрального эфира. Основными источниками загрязнений являются кислые промывные воды [образующиеся при промывке кислого эфира от избытка серной кислоты и солей цинка (катализатора)], стоки от барометрического ящика, щелочные промывные воды.
В летние месяцы концентрация основных компонентов хозяйственно-бытовых стоков неизменно меньше, чем в зимние. То же относится и к сточным водам городов южных промышленных районов (Приморский, Фергано-Маргеланский), где величина водопотреб-ления значительно больше, чем в северных районах. При повышении температуры интенсивность процессов биологического окисления усиливается. Хозяйственно-бытовые стоки — наиболее дешевый источник биогенных элементов для бактерий. Биохимическая характеристика хозяйственно-бытовых стоков также приведена в табл. 1.3.
Скорость биохимического окисления органических загрязнений возрастает при очистке стоков целых промышленных комплексов (например, Волжского, Тольяттинского, Приморского, Фергано-Маргеланского и др.) за счет разбавления и взаимного усреднения агрессивных и трудно ассимилируемых компонентов.
Качественная характеристика и количество микроорганизмов, заселяющих сточные воды, осадки и илы, зависит от условий образования и состава стоков, системы водоснабжения и канализации, технологии очистки воды, санитарного состояния очистных сооружений. Систематический контроль за количеством микроорганизмов в сточной и отработанной воде, в илах и осадках позволяет установить место и условия размножения бактерий и улучшить показатели работы очистных сооружений.
Скорость биохимического окисления загрязнений R и ПДК промышленных загрязнений на биоочистку зависят от преобладающей в активных илах и биопленке группировки бактерий. Наиболее изучена с этой точки зрения группа Pseudojnonas. Псевдомонады с одинаковой скоростью окисляют алканы, спирты, фенолы, альдегиды, жирные кислоты (см. табл. 2.2). С несколько меньшей интенсивностью окисляют углеводороды представители рода Bacterium. За ними следуют Actinomyces, Nocardia. Остальные группы бактерий изучены значительно меньше.
Микроорганизмы в зависимости от среды обитания разделяют на несколько групп: аэробов и анаэробов, термофилов и мезофилов, галофилов и галофобов (экологические группы); окисляющих углеводороды, аммонификаторов, нитрификаторов, денитрификаторов, серобактерий, десульфурирующих бактерий (физиологические группы). Разделение бактерий на указанные группы связано с приспособлением к условиям внешней среды (адаптацией).
В промышленных стоках распространены эвритермные и термотолерантные формы, стенотермные микроорганизмы встречаются относительно редко. Резкой границы между мезофильными и термофильными формами провести нельзя. Естественные группировки микроорганизмов (биоценозы) состоят из мезофилов и термофилов.
Общая населенность активных илов микроорганизмами понижалась за счет наиболее продуктивных форм (Pseudomonas, Bacterium, Arthrobacter). Это могло быть одной из причин снижения скорости биохимического окисления стоков II и III групп (см. табл. 1.3). Бактерии, адаптированные к низкому биохимическому показателю (галофилы, капнеические аэробы), отличались пониженным экономическим коэффициентом (см. стр. 69) [7 ].
Процессы окисления углеводородов и других химических соединений в клетке регулируются конститутивными и адаптивными ферментами. С. Зобелл [5] различает три этапа ферментативной индукции: проникновение химических соединений в клетку, начало и затем развертывание синтеза соответствующих ферментов.
В активных илах, заселенных бактериями, обнаружены различные группы ферментов (табл. 2.4).Для того чтобы использовать сложную смесь химических соединений, присутствующих в сточных водах, биоценозу бактерий необходимо, по меньшей мере, 80—100 различных ферментов. Каждый фермент солективно взаимодействует только с одним соединением загрязнения и катализирует одно из многочисленных превращений, которым подвергается данное соединение. При изменении состава и концентрации загрязнений меняется и набор атакующих клеток и систем ферментов.
Гидролазы. Илы, очищающие промышленные сточные воды, отличаются высокой гидролазной активностью (от 40 до 80 относительных единиц, см. табл. 2.4). Гидролазы катализируют’расщепление связей между атомами (или группировками) с участием молекулы воды.
Оксидазы. Оксидазы активируют различные реакции окисления. Деятельность оксидаз в бактериальных илах тормозится в присутствии ряда соединений, например дихлорэтилена, хлорфенолов, акрилонитрила, метилфенилового эфира, под действием сульфатных щелоков. К последним особенно чувствительна тирозиназа [12 ]. Различные виды и группы микроорганизмов значительно отличаются по оксидазной активности; то же относится и ко времени оксидазной адаптации при окислении аренов и поверхностно-активных веществ (ПАВ). Так, бактерии, окисляющие арены, не могут развиваться на среде, содержащей ПАВ, из-за отсутствия у них соответствующей адаптивной ферментативной системы.
Гидрогеназы. С помощью гидрогеназ водородные бактерии активируют молекулярный водород и используют его для получения энергии и восстановления никотинамидадениндинуклеотида.Водород образуется при бактериальном брожении в результате расщепления р-кетокарбоновых кислот под действием ферредоксин-гидрогеназы. У многих штаммов сульфатредуцирующих бактерий имеется конститутивная гидрогеназа, с помощью которой в дыхательную цепь включается молекулярный водород. В качестве доноров водорода они используют органические кислоты, спирты и молекулярный водород.
Дегидрогеназы. Аэробные дегидрогеназы катализируют «удаление» из субстрата водорода под действием кислорода. Все группы ■бактерий, окисляющих углеводороды, обладают высокой дегидро-геназной активностью, исключение составляют специфические группы, окисляющие моно- и бициклические циклоалканы и арены. У многих штаммов Actinomyces, окисляющих ароматические углеводороды, дегидрогеназная активность не обнаружена [9 ]. Жирные кислоты, этилформиат, диэтиловый эфир не угнетают активности аэробных дегидрогеназ. Тетраэтиленгликоль даже стимулирует их -активность в белковом обмене клетки.
Пероксидазы. Пероксидазы катализируют окисление субстратов за счет перекиси водорода. Их деятельность обратимо тормозится сероводородом, аренсульфонатами (особенно трет-б утилбензол-. сульфонатом), лаурилсульфатом. Пероксидазной активностью обладают только аэробные илы. Анаэробные илы лишены пероксидазной активности.
Накопление экзоферментов в активном иле дает им возможность самостоятельно влиять на субстрат. А. А. Имшенецкий рассматривает действие ферментов в этом случае как процесс, протекающий независимо от бактерий [10 ].
Клеточная стенка микробов вполне проницаема для большинства соединений, присутствующих в сточных водах. Основным барьером между химическими соединениями стоков и метаболическим аппаратом микробной клетки является цитоплазматическая мембрана. Прохождение через мембрану большинства молекул химических веществ осуществляется благодаря участию молекул-переносчиков — специальных коферментов или пермеаз.
Первой ступенью метаболизма таких эфиров является их гидролиз до соответствующей кислоты и спирта (в частности, глицерина); гидролиз катализируется внутриклеточными и внеклеточными ферментами. Метаболизм алифатических карбоновых кислот состоит, в свою очередь, из ряда последовательных превращений, протекающих с участием коэнзима А и приводящих к соединениям более простой структуры (по сравнению с исходной карбоновой кислотой).
Метаболизм алифатических углеводородов с длинной цепью.В разложении алифатических углеводородов с длинной цепью участвуют псевдомонады, бактерии, микобактерии, актиномицеты. По мере удлинения цепи растет число видов, использующих эти соединения, а также активность ферментов [12]. Окисление парафинов в основном протекает по цепи: углеводород—спирт—альдегид—карбоновая кислота й далее по отмеченному выше пути с участием коэнзима А до более простых продуктов. В первичном воздействии на углеводородную цепочку участвует молекулярный кислород; окисление катализируется алканоксигеназой.
Пути распада ароматических соединений чрезвычайно многообразны; для разрыва кольца бактериям требуется кислород.Подготовка к разрыву ароматического кольца состоит в гидр-оксилировании под действием монооксигеназ. Донорами водорода при этом могут быть пиридиннуклеотиды или сами гидроксилиро-ванные ароматические соединения.
Серные бактерии окисляют сероводород, тиосульфата, политио-наты, различные серусодержащие соединения и элементарную серу до серной кислоты и сульфатов. При этом происходит понижение pH среды до 4,4, что подавляет развитие других микроорганизмов, ведущих процесс очистки.
Восстановление сульфатов. Наряду с бактериями, окисляющими серусодержащие соединения до сульфатов, различают бактерии, восстанавливающие сульфаты до сульфидов, — сульфатредуциру-ющие бактерии. Восстановление сульфатов идет при сопряженном окислении других органических соединений и имеет значение для баланса энергии клетки. Данные бактерии строгие анаэробы. Как источник углерода некоторые виды используют органические кислоты, нефть, нафталин и др.; парафиновые углеводороды превращаются при этом в циклические [13 ].
Метаболизм соединений азота. При аэробном и анаэробном разложении азотсодержащих соединений происходит выделение азота в виде аммиака. Процесс аммонификации происходит в несколько этапов в результате жизнедеятельности различных групп микроорганизмов.
С образованием выпадающей в осадок гидроокиси железа (III) связано образование ржаво окрашенных сточных вод.Марганец встречается в сточных водах в виде соединений Мп (И), (III) и (IV). Процессы окисления соединений марганца микроорганизмами приводят к накоплению соединений Мп (IV), а восстановления — к накоплению соединений Мп (II) [15 ].
Биодинамика образования хлопка варьировала в зависимости от состава сточных вод, поступавших в микроаэратор, и состава бактериальной взвеси. В илах с вялой биодинамикой преобладали биохимически менее активные штаммы бактерий. Наоборот, штаммы, интенсивно образующие бактериальный хлопок, обусловливали высокую биохимическую активность биоценоза [19 ].
В активных илах и биопленке бактерии встречаются в виде скоплений различной формы и консистенции, окруженных слизистым слоем. Такие слизистые группы бактерий называют зооглеями [21 ]. Зооглейные илы обладают хорошими физическими характеристиками (структура, оседание, уплотняемость), высокой ферментативной активностью и интенсивностью окисления загрязнений.
Алкилбензолсульфонаты или алифатические спирты с достаточно длинной углеводородной цепочкой, понижающие поверхностное натяжение, токсичны для микроорганизмов. Снижение поверхностного натяжения, кроме того, усиливает токсичность фенолов, крезолов и других загрязнений; в результате бактерицидный эффект этих веществ в присутствии ПАВ резко усиливается [17]. Снижение поверхностного натяжения окружающей бактерии среды приводит к изменению физиологических процессов в клетке и сказы-вается> на образовании капсул и слизи.
Величина кг и осмотическое давление иловой жидкости. Большое влияние на . интенсивность образования зооглей оказывает концентрация растворенных в иловой жидкости соединений. При оптимальной для данного вида бактерий концентрации вещества создаются более благоприятные условия для накопления слизи и образования зооглейных скоплений. В определенных пределах увеличение концентрации вещества стимулирует капсулообразование (табл. 2.7).
В стоках с более низким биохимическим показателем «0,1) количество термофилов было больше, но возрастало и число нитчатых бактерий (соответственно снижался и к2). Следовательно, величина кг меняется с изменением температуры, однако прямой зависимости между ними нет. Наибольшее значение кг (14) отмечено при очистке стоков установки гидратации (температура 40—45 °С, соотношение термофилов и мезофилов 1:5). Наиболее низкое значение кг наблюдалось при очистке стоков крекинга, коксования и производства ПАВ. В этих вариантах отмечено и наибольшее количество нитчатых бактерий.
Значения к используются как критерий пригодности микроорганизмов для биохимической очистки различных загрязнений промышленных сточных вод.
Уровень насыщенности клетки химическими соединениями связан с активностью и локализацией окислительно-восстановительных ферментных систем клетки, нагрузкой и перегрузкой этими соединениями отдельных компонентов клетки и влиянием такой перегрузки на общее состояние и физиологические процессы в микробной клетке [11 ]. Уровень насыщенности клетки и нагрузка загрязнений на микробную клетку подвергаются направленным изменениям при адаптации, входят в число селекционных признаков штамма и подлежат отбору.
Простейшие организмы. Вопрос о роли и функциях простейших организмов в биоценозах, очищающих промышленные сточные воды, является дискуссионным. Многие селекционные активные илы не содержат простейших; тем не менее очистка сточных вод протекает вполне удовлетворительно. Фагоцитарную функцию выполняют в этом случае бактерии-хищники, которые также селекционируются искусственным путем [32].
Дрожжи встречаются в активном иле и биопленке в незначительном количестве. Некоторые из них образуют мицелий; большинство размножается исключительно почкованием. К аспорогенным дрожжам причисляют роды Candida, Torulopsis, Cryptococcus, Rhodotorula. Оболочка клетки у некоторых видов дрожжей может в той или иной степени ослизняться, что увеличивает коэффициент зооглейности биопленки [28]. Такие клетки склеиваются друг с другом, образуя быстро оседающие хлопья активного ила. Основным фактором, улучшающим флокуляцию, считают изменение зарядов на поверхности клеток аспорогенных дрожжей [28]. В аэробных условиях дрожжи хорошо развиваются на жирных кислотах [17 ].
Водоросли. В биоценозах биологических окислителей (биофильтры, земледельческие поля орошения) встречаются представители трех групп водорослей: зеленых, сине-зеленых и диатомовых. Водоросли выполняют две основные функции: выделение кислорода и фитонцидную. Первая протекает в процессе фотосинтеза, вторая функция заключается в выделении фитонцидов и других физиологически активных веществ в окружающую среду. Влияние водорослей благоприятно сказывается на жизнедеятельности биоценозов биопленки (табл. 2.14).
Особенно большое значение для получения высокоактивных культур бактерий-деструкторов имеют ростовые вещества. При помощи ростовых веществ управляют составом населения естественных и селекционных ценозов [37 ]. Вырождение субстратных культур и лабораторных активных илов часто бывает связано с недостаточным содержанием и изменением состава ростовых веществ в аэро-тенках. При помощи ростовых веществ субстратная культура создает благоприятную обстановку для своего существования в ассоциации и устраняет конкурентов.
Температурный режим. При анализе обеспеченности теплом микроорганизмов следует помнить, что основная роль в процессах биологической очистки принадлежит их термотолерантной группировке. По данным Е. Н. Мишустина, на температурный режим почвы влияет ее способность поглощать тепловые лучи, теплоизлучение, характер растительности и др. [30 ]. Все эти факторы проявляются на земледельческих полях орошения (ЗПО). Поэтому в одних и тех же климатических условиях различные ЗПО отличаются по своим тепловым свойствам.
Витамины и ростовые вещества. Из группы витаминов большое значение для микроорганизмов имеет тиамин (витамин В,). Некоторые виды актиномицетов накапливают в клетках значительные количества тиамина. Другие микроорганизмы, например микобактерии, нуждаются в витамине В2 (рибофлавине). Для развития многих бактерий и плесневых грибов требуется наличие в среде витаминов группы В6. Проактиномицеты (Nocardia) могут накапливать в определенных количествах ниацин (амид никотиновой кислоты).
Потребность бактерий в нафтенатах марганца сильно варьирует в зависимости от присутствия других ростовых веществ, каждое из которых специфично для определенного вида или штамма микроорганизмов.Активное влияние на образование кобальтовых производных (к которым, в частности, относится витамин В12) в активных илах оказывают нафтенаты кобальта [43]. Явления кобальтовой недостаточности в активных илах отрицательно сказываются на синтезе витамина В12, усиливается антагонизм между соединениями кобальта и магния; кадмия, цинка и марганца, уменьшается потребление клетками углеродных соединений.
Основные задачи, которые ставятся при моделировании процессов биохимической очистки промышленных сточных вод, связаны с изучением: 1) биоценозов активного ила и селекционных культур бактерий-деструкторов; 2) биохимической активности микроорганизмов; 3) условий среды, определяющих развитие микробных ценозов.
Усвоение органических загрязнений (например, нефтепродуктов) зависит от способности микрофлоры адаптироваться к поступающим концентрациям загрязнений и активности ферментов, необходимых для окисления загрязнений. Если в аэротенках, первичных отстойниках и других сооружениях эти условия будут нарушены, то возникает угроза для срыва всего комплекса сооружений биологической очистки. Сохранение постоянства условий для жизнедеятельности организмов определяется многосторонними ассоциативными связями, которые также подлежат моделированию.
Аэробные методы очистки сточных вод основаны на использовании аэробных, групп микроорганизмов, для жизнедеятельности которых необходим постоянный приток кислорода и температура 20—30 °С (мезофильное окисление) или 30—40 °С (термофильное окисление). Ниже 20 °С развиваются психрофильные микроорганизмы с пониженным коэффициентом полезного действия. Психрофильные микроорганизмы мало активны и размножаются крайне медленно, но нашли применение для очистки некоторых промышленных стоков [4 ].
Скорость деления клеток термофилов возрастает при повышении температуры до 45 °С, а затем также замедляется. Так, при 30 °С время деления клеток равно 60 мин, при 45 СС оно сокращается до 4 мин. Следовательно, использование термофильной микрофлоры для очистки сточных вод может увеличить окислительную мощность очистных сооружений (см. табл. 3.1).
Кроме органического вещества для метаболизма микробов требуются биогенные элементы (в виде соединений), микроэлементы и факторы роста. Соединения биогенных элементов (К, Б, Р, К, Мд, Са, N3, С1, Ре и др.), а также микроэлементов являются необходимыми для успешного протекания реакций конструктивного и энергетического обмена в микробных клетках.
Биохимические процессы при анаэробном брожении протекают в две фазы — с образованием продуктов и кислой и щелочной природы. При кислом брожении загрязнения разлагаются до жирных кислот, которые в свою очередь расщепляются до водорода, углекислого газа, аммиака и др. При щелочном брожении процессы распада органических веществ происходят значительно интенсивнее, чем при кислом. Образовавшиеся жирные кислоты, распадаясь, образуют газы (углекислый газ, водород, метан). Количество образовавшегося метана столь велико, что щелочную фазу анаэробного распада органического вещества часто называют «метановым брожением».
Для оптимизации биохимических процессов важное значение приобретает непрерывное и регулируемое поступление субстрата (промышленных загрязнений), постоянная интенсивность аэрации и pH сточных вод, полный контроль газообмена. Для изучения микробиологических процессов в биопленке, активном и септическом иле, «активном слое» почвы земледельческих нолей орошения применим метод непрерывного культивирования, распространенный в технической микробиологии [17].
Наиболее важными параметрами микробиологических процессов являются следующие: 1) интенсивность окисления специфических загрязнений (алканов, нафтенов) и сопряженные изменения ХПК, ВПК и биохимического показателя; 2) прирост сульфатной и сульфидной серы; 3) изменение содержания углерода и азота в активном иле; 4) накопление биомассы бактерий и прирост в ней азота; 5) суммарная интенсивность окисления нефтесодержащих осадков и илов.
Земледельческие поля орошения и поля фильтрации. Земледельческие поля орошения (ЗПО) — это вид очистных сооружений, основанных на очищающих свойствах почвы и почвенной микрофлоры, воздействии солнца, воздуха и жизнедеятельности растений.
Минерализацию воды оценивают также по электропроводности, выраженной в Ом 1: 110—200 Ом-1 (слабосоленые); 250—750 Ом"1 (среднесоленые); 750—2250 Ом 1 (сильносоленые); 2250 Ом 1 и более (очень соленые). Воды, имеющие электропроводность более 2250 Ом-1, не пригодны для орошения.
Потоки: I — сточные воды; II — очищенные сточные воды; III — поливные воды.Преобладание одновалентного катиона над двухвалентными (соотношение Na+/Ca2+ = 1,1) делает в данном случае воду непригодной для орошения и требует гипсования (обработки гипсом) для доведения соотношения Na+/Ca2+ до единицы.
Население активного слоя почвы. В активном слое почвы микроорганизмы, поступающие со сточными водами, приходят в соприкосновение с коренным населением почвы. Коренное население почвы состоит из бактерий, актиномицетов, дрожжей, грибов, водорослей, простейших и беспозвоночных животных. Сточные воды населены, главным образом, бактериями. Количество бактерий довольно велико. За один сезон орошения суммарное бактериальное население сточных вод может превысить (численно) население коренных обитателей почвы в несколько раз. В смешанных биоценозах активного слоя почвы возникают сложные взаимоотношения микроорганизмов симбиотического и конкурентного порядка [26 ].
Каждая группа гидробионтов несет определенную очистную ■функцию и участвует в общем процессе самоочищения воды, К распространенным видам водорослей относится хлорелла. Плотность населения хлореллы достигает 1 107—1-108 клеток на 1 л. Некоторые виды водорослей могут усваивать растворенные газы, в том числе аммиак. Качественный и количественный состав гидрофлоры и гидрофауны зависит от кислородного режима пруда и загрязненности сточных вод.
Аэротенки. Аэротенками называют железобетонные аэрируемые резервуары, имеющие объем обычно 100 [30 ], 10 [5 ] или 5 [31 м3. Биохимические процессы в аэротенках, имитирующие окисление в биологических прудах, протекают с большой интенсивностью (табл. 3.10).
Биофильтры. Биологические фильтры устроены по принципу естественной очистки сточных вод на полях орошения. При помощи неподвижных или движущихся оросителей сточные воды распределяются по площади биофильтра и фильтруются через загрузочный слой: гравий, щебень, керамзит, пластмассу и др. На поверхности загрузки образуется биопленка, состоящая из аэробных и анаэробных бактерий, простейших, водорослей и других представителей гидрофлоры и гидрофауны. Биопленка адсорбирует и окисляет растворенные и взвешенные органически вещества, содержащиеся в сточной воде, непрерывно протекающей через загрузку фильтра.
Анаэробное сбраживание используется как предварительная ступень обработки концентрированных сточных вод (ХПК — 30—40 г/л) перед последующей их дальнейшей доочисткой в аэробных условиях.
Для анаэробного сбраживания сточных вод используются двухступенчатые метантенки. Одноступенчатые метантенки используются для обработки осадка из сточной жидкости и избыточного активного ила. Твердая фаза (осадок) смеси промышленных и хозяйственнобытовых сточных вод содержит 95—96% воды; оставшиеся 4—5% представлены углеводородами, жироподобными веществами, белками, целлюлозоподобными веществами и т. д. Задачей переработки в метан-тенках является: изменение физической структуры осадка для превращения его в легко подсыхающее, удобное для утилизации вещество; уменьшение массы путем выделения газов и обеззараживание осадка (от патогенных микроорганизмов).
На рис. 1.2 (гл. I) приведена схема водоснабжения и канализации нефтехимических предприятий. Перед поступлением на сооружения биохимической очистки сточные воды последовательно проходят аварийный амбар, песколовки, нефтеловушки, пруды дополнительного отстоя, песчаные фильтры или флотаторы и т. д. Задачей этих сооружений является по возможности более полное удаление загрязнений до предельно допустимых для биохимической очистки концентраций. В случае несовершенной работы указанных сооружений и поступления загрязнений в более высоких концентрациях работа узла биохимической очистки будет нарушена.
Парафиновые (алканы) и нафтеновые углеводороды (циклоал-каны) составляют от 56 до 92% нефтепродуктов, загрязняющих стоки первой и второй системы канализации.. Основными загрязнителями являются установки перегонки нефти, крекинга, гидро-генизационной очистки, риформинга. Состав парафиновых и нафтеновых углеводородов очень разнообразен и зависит от месторождения перерабатываемой нефти. Нефти восточных районов СССР содержат больше парафиновых углеводородов, бакинские — больше нафтеновых [1 ]. Столь же разнообразен состав биологических окислителей, заселяющих активные илы. В составе биоценозов преобладают бактерии и псевдомонады, коринебактерии, микобактерии, актиномицеты и бациллы. Бактерии и микрококки чаще всего заселяют биоценозы активных илов аэротенков, псевдомонады — биопленку биофильтров, коринебактерии — активный слой почвы земледельческих полей орошения, бациллы — септический ил метан-тенков.
В процессе микробиологической ассимиляции углеводородов микроорганизмы используют энергетический эффект реакции взаимодействия кислорода с молекулами органических соединений, при этом за счет энергии разрыва связей С—С, С—Н, С—Э и С—N образуются новые связи С—О, Н—О. В результате такой перестройки выделяется определенное количество энергии. Различные виды микроорганизмов используют и различные окислительные реакции (02-аэробы, 80 2- и N О-анаэробы). Анаэробные и факультативно анаэробные виды микроорганизмов осуществляют разрыв связей в сульфатах и нитратах, сопровождающийся выделением кислорода в активной форме и образованием новых связей С—О и Н-0 [2].
Отработка технологических режимов биохимической очистки проводилась при различном составе стоков и соотношении производственных и хозяйственно-бытовых сточных вод. Нефтесодержащие стоки с 15%-ной. добавкой (по объему) хозяйственно-бытовых сточных вод, поступающие на биологическую очистку, содержали 80—100 мг нефтепродуктов в 1 л. Бихроматная окисляемость (ХПК) таких стоков составляла в среднем 750 мг 02/л, БПК5 86 мг 02/л, БПКполн 245 мг 02/л, биохимический показатель 0,32.
Нормирование содержания солеи. При постоянном увеличении содержания солей в сточных водах с 1 до 15 г/л негалофильные формы микроорганизмов приспосабливаются к высокой солености. В процессе адаптации изменяется и состав микробных ценозов (табл. 4.4).
Изменение активности ферментов. Накопление внеклеточных ферментов в активном иле повышает скорость биохимического окисления углеводородов. Засоленность стоков и их разбавление хозяйственно-бытовыми сточными водами оказывают большое влияние на активность протеаз (табл. 4.5), дегидрогеназ (табл. 4.6), каталаз (табл. 4.7), оксидаз и ряда других ферментов.
По сравнению с псевдомонадами бактерии накопляли биомассу менее интенсивно. По активности внеклеточных ферментов они также уступали Pseudomonas. Количество химических загрязнений, окисленных внеклеточными ферментами, составляло 1% к сухому веществу активного ила. Длительность процесса окисления углеводородов увеличивалась на двое суток. Длительность процесса окисления составляла 9 суток, экономический коэффициент 30%, количество загрязнений, окисляемых внутриклеточными ферментами, составляло 1,5%, внеклеточными — 0,9% к массе сухого вещества активного ила. Капнеические и факультативно-анаэробные формы составляли 25% от общей численности бактерий; интенсивность аэрации 3,8 м3/(м2-ч).
Биохимическая очистка промышленных сточных вод не ограничивается процессами аэробного бактериального разрушения органических загрязнений. Определенные преимущества, особенно для очистки концентрированных стоков, имеет метод анаэробного брожения, рекомендуемый Н. А. Базякиной [23 ].
Бактерии Bad. benzoli окисляют моноциклические арены при участии бензолоксидазы. В числе продуктов окисления находят фенол и пирокатехин. Различные штаммы Bad. benzoli отличаются по активности кислородтрансфераз, катализирующих разрыв ароматического кольца.
Отработка технологических режимов биохимической очистки сточных вод от ароматических углеводородов проводилась при различном составе сточных вод и соотношении производственных и хозяйственно-бытовых стоков.
Нормирование содержания солеи.На рис. 5.2 представлена карта популяций активного ила, ведущих окисление ароматических углеводородов.Отдельные виды Bacillus и Nocardia хорошо приспосабливались к высокому содержанию солей в сточных водах. Из 62 видов микроорганизмов, составляющих биоценоз активного ила, в начале опыта к галофильным условиям приспособилось 45 видов (табл. 5.3). Плотность бактериального населения в процессе адаптации уменьшалась в три раза и составляла около 250 мл./мл, в том числе Nocardia 100 млн., Bacillus 100 млн., Mycobacterium 60 млн. на 1 мл. Микроорганизмы, окисляющие арены, лучше других видов приспосабливались к галофильным условиям; количество видов этой физиологической группы увеличилось с 17 до 21.
Число видов при различном содержании солей.Дегидрогеназная активность клеток микроорганизмов, окисляющих арены, достигала в первой серии 30 мин, культуральных жидкостей 50 мин (ср. стр. 140, табл. 4.6), Засоление стоков у большинства видов замедляло дегидрирование субстрата до 80 мин. Каталазная активность микроорганизмов, окисляющих арены, менялась в пределах, указанных в табл. 4.7.
Коэффициент использования кислорода в серии 1 составлял 10%, длительность окисления 6 суток. Количество клеток Nocardia в серии 1 составляло 55% всего населения биоценоза; 35% микробного населения приходилось на роды Bacterium, Micrococcus.
Повышение интенсивности биологической очистки сточных вод от ароматических углеводородов достигается путем использования метода термофильного анаэробного брожения. Метод анаэробноаэробной очистки рекомендуют для стоков, не содержащих многокомпонентных загрязнений [12]. Мезофильное анаэробное сбраживание загрязнений, содержащих ароматические углеводороды, оказалось неперспективным [13].
В балансовой схеме загрязнений нефтехимических производств все больший удельный вес приобретают низшие алифатические спирты. Последнее относится в первую очередь к загрязнениям производства синтетического каучука, синтетических спиртов и исходных продуктов органического синтеза.
Биоценозы активных илов, окисляющих алифатические спирты, состоят из псевдомонад, актиномицетов и бактерий. Псевдомонады преобладают в активных илах, очищающих стоки пиролиза, углеводородов, товарных парков производства синтетических спиртов, актиномицеты — цехов гидратации этилена, бактерии — цехов изомеризации углеводородов.
Неполная биохимическая очистка в одну ступень, при периоде аэрации 8—10 ч и концентрации активного ила 3 г/л, снизила ХПК на 80%, содержание низших алифатических спиртов — на 70%, БПКполн — на 84%.На рис. 6.5 представлена карта популяций микроорганизмов активного ила, ведущих окисление алифатических спиртов. Биоценоз активных илов, окисляющих алифатические спирты, состоял из 75 видов микроорганизмов, из которых 38 видов отнесены к роду Рэеийотопаз (табл. 6.3).
Изменение активности ферментов. Микроорганизмы, окисляющие спирты, отличались высокой активностью внеклеточных ферментов, особенно протеолитических. Микробные протеазы являются, как правило, внеклеточными ферментами и, как видно из данных табл. 5.4 и 6.5, обладают широкой видовой специфичностью. Внеклеточные и внутриклеточные протеазы микроорганизмов, окисляющих алканы, нафтены и арены, отличались различной активностью. У большинства исследованных нами видов и физиологических групп бактерий (см. табл. 4.5 и 5.4) протеазная активность в клетках выше, чем в культуральной жидкости. С другой стороны, активность клеточных протеаз более стабильна, чем в культуральной жидкости, и меньше подвержена влиянию внешних воздействий, включая и действие высоких концентраций солей. В отличие от этого протеазная активность культуральной жидкости микроорганизмов, окисляющих спирты, превышала активность клеточных ферментов (табл. 6.5).
Параметры математической модели. Исследованные нами три серии отличались по биогенности и групповому составу биоценозов. В серии 1 преобладала группа Pseudomonas, в серии 2 — Actinomyces, в серии 3 — Nocardia. Длительность процесса окисления спиртов составляла 6—10 суток, экономический коэффициент 80— 50%. Количество спиртов, окисленных внеклеточными ферментами, составляло 1,5—2% к сухому веществу активного ила (80% всех поступающих загрязнений).
Термофильная анаэробная очистка сточных вод от низших алифатических спиртов не получила широкого применения. Для анаэробного сбраживания в метантенках используются осадки и илы от смеси производственных (содержащих спирты) и хозяйственнобытовых сточных вод. Состав осадков смеси стоков производства синтетических спиртов и хозяйственно-бытовых сточных вод (соотношение 10 : 1) приведен в табл. 6.6.
При биохимической очистке сточных вод одноатомные фенолы (сам фенол, крезолы) легко окисляются до углекислого газа и воды. В отличие от этого окисление фенолов более сложного строения, а также нафтолов, антролов и особенно двух- и многоатомных фенолов (например, гидрохинона, пирокатехина) протекает значительно труднее и сопровождается образованием целого ряда биохимически стабильных органических продуктов [1 ].
Неполная биохимическая очистка в одну ступень при периоде аэрации 6—8 ч и концентрации активного ила 3 г/л снизила ХПК на 80%, содержание фенолов на 76%, БПК5 на 90%, БПКполн на85%.Полная биохимическая очистка в две ступени при продолжительности аэрации 6 ч и содержании активного ила (на второй ступени) 3 г/л снизила ХПК на 92%, содержание фенола на 94%, БПК5 на 98%, БПКполн на 96%. Температура воды изменялась в пределах 15—30 °С, соотношение термофилов и мезофилов 1:5, 1:8. В этих условиях аэробное окисление характеризовалось определенными закономерностями (табл. 7.1).
Кривые переходных режимов функционирования модели экосистемы биохимического окисления фенолов при значениях в ход-ных параметров серии 1 (рис. 7.2) носят вибрирующий характер. Вершины кривых сдвинуты влево по сравнению с данными рис. 5.3.
Термофильное анаэробное сбраживание фенолсодержащих сточных вод находит ограниченное применение для очистки сточных вод ряда производств химической промышленности [16]. Практическое значение получило анаэробное сбраживание осадков из первичных отстойников и избыточного активного ила смеси фенолсодержащих сточных вод нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышлейности и хозяйственно-бытовых сточных вод. Состав таких илов и осадков (соотношение сточных вод соответственно 5 :[1), поступающих в метантенки, приведен в табл. 7.5.
Первичная очистка сточных вод от альдегидов и кетонов, и в частности от формальдегида, имеет большое значение, так как, например, тот же формальдегид из-за его высокой токсичности губительно влияет на жизнедеятельность микроорганизмов.
Окисление альдегидов микроорганизмами может протекать через стадию дегидрирования [3 ] с участием соответствующих дегидрогеназ, несущих ЭН-группу, с последующим гидролизом. Однако известны и другие пути [4 ], в частности для биохимического окисления ацетальдегида, пропионового и ряда других алифатических альдегидов. Ароматические альдегиды (бензойный, салициловый) окисляются в альдегидмутазном комплексе без участия сульфгид-рильных групп [5 ].
Увеличение содержания грамотрицательных бактерий связывают с последействием искрового р.азряда, разрушающего РНК [5].Неполная биохимическая очистка в одну ступень при периоде аэрации 4—5 ч и концентрации активного ила 4 г/л снизила ХПК на 65%, содержание формальдегида — на 70%, БПКполн — на 70%.
Кривые переходных режимов функционирования модели экосистемы биоокисления альдегидов и кетонов (см. рис. 8.1, 8.2, 8.3) носят пульсирующий характер. В начальный период (до 51) нарастает биомасса V х. Изменения содержания альдегидов Аеп следуют за ходом кривых биомассы бактерий.
Термофильное анаэробное сбраживание сточных вод, содержащих альдегиды и кетоны, имеет ограниченное применение в промышленности [6]. Значительно шире используется сбраживание осадков из первичных отстойников и илов [7 ].
Алифатические карбоновые (жирные) кислоты, попадая в водоемы из различных стоков органических производств, резко ухудшают санитарное состояние этих водоемов. Вредное действие жирных кислот проявляется даже при концентрациях, измеряемых миллиграммами или долями миллиграмма на литр воды. Степень и характер вредного действия различных жирных кислот в значительной степени зависят от их молекулярного веса. Устойчивость запаха увеличивается с ростом концентрации и молекулярного веса кислот. То же относится и к биологическому потреблению кислорода: ХПК отдельных потоков сточных вод производства СЖК достигает 274 г/л.
Биохимическое окисление жирных кислот включается в общую схему процесса окисления углеводородов [3 ]. Среди промежуточных продуктов окисления кислот как предельного, так и непредельного ряда отмечено образование соответствующих окси- и кетокислот, которые в конечном счете все разрушаются до С02 и воды.
Неполная биохимическая очистка в одну ступень при периоде аэрации 10—12 ч и концентрации активного ила 3,5 г/л снизила ХПК на 70%, содержание жирных кислот — на 56%, БПК5 — на 80%, БПКполн — на 70%.Полная биохимическая очистка в две ступени при продолжительности аэрации 8 ч и концентрации активного ила (на второй ступени) 3,5 г/л снизила ХПК на 95%, БПКполн — на 96%. Температура воды изменялась в пределах 18—28 °С, соотношение термофилов и мезофилов 1 : 4 и 1 : 8. В этих условиях аэробное двухступенчатое окисление характеризовалось определенными закономерностями (табл. 9.1).
Размах колебаний прироста биомассы бактерий, окисляющих жирные кислоты (Рэеийотопаз), столь же значителен, как и для бактерий, окисляющих спирты. Содержание жирных кислот в поступающих сточных водах колеблется в противофазе с колебаниями биомассы бактерий. Совпадение во времени подъемов и падений расхождение кривых) соответствует положению о комплексной характеристике процессов биосинтеза в биоценозе (рис. 9.2).
Сравнивая данные табл. 9.1 и 9.4, можно заключить, что метановое брожение муравьиной кислоты происходит в 10 раз медленнее аэробного окисления; ХПК сточных вод снижается в 5 раз медленнее, чем при аэробном окислении.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), обладая смачивающей, эмульгирующей и моющей способностью, широко применяются в промышленности и, как следствие этого, содержатся в сточных водах соответствующих производств.
Процесс окисления алкилбензолсульфонатов складывается и» нескольких стадий. Вначале под влиянием ферментов происходит окисление наиболее удаленной от бензольного кольца метильной группы алкильной цепи. Образующаяся в результате окисления карбоновая кислота подвергается затем р-окислению.
Изменение активности ферментов. Протеазная активность иловой микрофлоры при окислении ПАВ была наиболее низкой в условиях серии 1, а самой высокой при условиях серии 3 (табл. 10.4).ПАВ при значениях входных параметров серии 1.
Параметры математической модели. В условиях серии 1 в биоценозе преобладали микобактерии; длительность процесса окисления 200 суток. Концентрация биомассы в начале опыта составляла 0,01 г/л, в конце опыта 0,2 г/л; экономический коэффициент 20%. Количество загрязнений, окисляемых внеклеточными ферментами, составляло 0,25% к сухому веществу активного ила.
Анаэробная очистка сточных вод от алкилбензолсульфонатов и других детергентов изучалась в мезофильных и термофильных условиях [10]. Концентрация ПАВ в метантенках при этом повышалась от 200 до 1000 мг/л. Анаэробное разложение ПАВ исследовалось в метантенках I и II ступени [9, 111.
Концентрация активного ила и и отношение ки = и/В, так называемый коэффициент концентрации активного ила, связаны также с величиной- биохимического показателя сточных вод. Для установок и производств I группы ки равно 1,5—2,5, для производств II группы соответственно 1,5—1,8, III группы — 1—1,2. Различные классы химических загрязнений располагаются в следующий ряд по снижению ки: спирты > фенолы > альдегиды и кетоны > жирные кислоты >• алканы > арены > ПАВ [4 ].
В работах сторонников эвритермной очистки [7 ] приводится очень мало данных по применению термотолерантных бактерий. Имеются указания [8], что биохимическая активность отдельных видов термотолерантов не только уступает эвритермным формам, но и превосходит ее. При определенных условиях для выбора наиболее оптимального способа очистки необходимо параллельно испытывать все указанные формы микроорганизмов для очистки различных сточных вод.
Одним из основных факторов, определяющих жизнедеятельность -уплотненных ценозов, является их кислородный баланс. В процессе уплотнения активного ила скорость растворения кислорода уравнивается со скоростью потребления его микроорганизмами только до определенного предела концентрации активного ила. Предел этой концентрации зависит, в частности, от состава и биохимического показателя сточных вод, поступающих на очистные сооружения. При дальнейшем уплотнении активного ила трудно избежать местного или временного кислородного голодания, что приводит к нарушению метаболизма клеток и снижёнию скорости окисления загрязнений. Скорость потребления кислорода в уплотненных илах не зависит от концентрации растворенного кислорода, пока последняя остается выше некоторой критической величины.
Для интенсификации биохимической очистки предложена новая конструкция аэротенка, получившая название окситенка [10]. Принцип работы окситенка аналогичен работе респирометра; для пополнения поглощаемого при окислении кислорода в систему извне подается кислород. Кинетика растворения и диффузии кислорода определяется законом Фика [6].
Кроме перечисленных параметров технологического режима очистки существуют и десятки других, рассматриваемых в специальных руководствах [15—16]; на них мы не станем останавливаться. Для выполнения перечисленных задач рекомендуется также [14] проектировать соответствующее количество локальных систем автоматического регулирования (САР) для контроля и управления отдельных параметров или нескольких вместе при поддержании заданного соотношения между ними. При проектировании локальных САР предусматривается возможность автоматического или дистанционного изменения датчиков регуляторов локальных САР по данным вычислительного устройства. В вычислительное устройство помимо информации о состоянии регулируемых технологических параметров биохимической очистки должны поступать и данные о состоянии водоема, принимающего очищенные стоки.