Tratamento biológico de efluentes industriais. Instalações de tratamento biológico de águas residuais em refinarias Métodos bioquímicos e térmicos de tratamento de águas residuais

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Fundamentos bioquímicos dos métodos biológicos de tratamento de águas residuais

Os métodos biológicos de tratamento de águas residuais são baseados nos processos naturais da atividade vital de microrganismos heterotróficos. Sabe-se que os microrganismos possuem uma série de propriedades especiais, das quais existem três principais que são amplamente utilizadas para fins de limpeza:
1. A capacidade de consumir uma grande variedade de compostos orgânicos (e alguns inorgânicos) como fontes alimentares para obter energia e garantir o seu funcionamento.

2. Em segundo lugar, é a capacidade de se multiplicar rapidamente. Em média, o número de células bacterianas dobra a cada 30 minutos. De acordo com o prof. N.P. Blinov, se os microorganismos pudessem se multiplicar livremente, então com nutrição suficiente e condições apropriadas, em 5 a 7 dias, a massa de apenas um tipo de microorganismos encheria as bacias de todos os mares e oceanos. Isso, porém, não ocorre tanto pelas limitadas fontes de alimentos quanto pelo equilíbrio ecológico natural existente.

3. A capacidade de formar colônias e aglomerados, que podem ser separados com relativa facilidade da água purificada após a conclusão dos processos de remoção dos contaminantes nela contidos.

Em uma célula microbiana viva, dois processos ocorrem contínua e simultaneamente - a quebra de moléculas (catabolismo) e sua síntese (anabolismo), que compõem todo o processo metabólico - metabolismo. Em outras palavras, os processos de destruição dos compostos orgânicos consumidos pelos microrganismos estão indissociavelmente ligados aos processos de biossíntese de novas células microbianas, diversos produtos intermediários ou finais, que requerem a energia recebida pela célula microbiana como resultado do consumo de nutrientes. A fonte de nutrição para microrganismos heterotróficos são carboidratos, gorduras, proteínas, álcoois, etc., que podem ser decompostos por eles em condições aeróbicas ou anaeróbicas. Uma parte significativa dos produtos da transformação microbiana pode ser liberada pela célula no meio ambiente ou se acumular nele. Alguns produtos intermediários servem como reserva de nutrientes, que a célula utiliza após o esgotamento do alimento principal.

Todo o ciclo de relacionamento da célula com o meio ambiente no processo de remoção dela e transformação de nutrientes é determinado e regulado pelas enzimas apropriadas. As enzimas estão localizadas no citoplasma e em várias subestruturas construídas na membrana celular, são liberadas na superfície celular ou no meio ambiente. O conteúdo total de enzimas em uma célula atinge 40-60% do conteúdo total de proteína nela, e o conteúdo de cada uma das enzimas pode ser de 0,1 a 5% do conteúdo de proteína. Ao mesmo tempo, mais de 1000 tipos de enzimas podem ser encontrados nas células, e cada reação bioquímica realizada por uma célula pode ser catalisada por 50-100 moléculas da enzima correspondente. Algumas enzimas são proteínas complexas (proteínas) contendo, além da parte proteica (apoenzima), uma parte não proteica (coenzima). Em muitos casos, as coenzimas são vitaminas, às vezes complexos contendo íons metálicos.

As enzimas são divididas em seis classes de acordo com a natureza das reações que catalisam: processos oxidativos e de redução; transferência de vários grupos químicos de um substrato para outro; clivagem hidrolítica de ligações químicas de substratos; clivagem do substrato de um grupo químico ou adição de um; mudança dentro do substrato; conexão de moléculas de substrato usando compostos de alta energia.

Como a célula microbiana consome apenas substâncias orgânicas dissolvidas em água, a penetração na célula de substâncias insolúveis em água, como amido, proteínas, celulose etc., só é possível após sua preparação adequada, para a qual a célula libera as enzimas necessárias no líquido circundante para sua divisão hidrolítica em subunidades mais simples.

As coenzimas determinam a natureza da reação catalisada e são divididas em três grupos de acordo com suas funções:
1. Carregar íons ou elétrons de hidrogênio. Associado com enzimas redox - oxidorredutases.
2. Participando da transferência de grupos de átomos (ATP - ácido trifosfórico de adenosina, fosfatos de carboidratos, CoA - coenzima A, etc.)
3. Catalisar reações de síntese, decomposição e isomerização de ligações de carbono.

O mecanismo de remoção da solução e subseqüente dissimilação do substrato é muito complexo e de natureza multiestágio de reações bioquímicas inter-relacionadas e sequenciais determinadas pelo tipo de nutrição e respiração das bactérias. Basta dizer que muitos aspectos desse mecanismo ainda não estão totalmente claros, apesar de seu uso prático, tanto no campo da biotecnologia quanto no campo da purificação bioquímica da água de impurezas orgânicas em uma ampla gama de esquemas para seu design tecnológico.

O modelo mais antigo do processo de remoção bioquímica e oxidação de contaminantes baseava-se em três princípios principais: remoção por sorção e acúmulo da substância retirada na superfície celular; movimento de difusão através da membrana celular da própria substância, ou dos produtos de sua hidrólise, ou do complexo hidrofóbico formado pela substância hidrofílica penetrante e a proteína mediadora; transformação metabólica de nutrientes que entraram na célula, proporcionando penetração de difusão da substância na célula.

De acordo com esse modelo, acreditava-se que o processo de retirada dos nutrientes da água começa com a sorção e acúmulo deles na superfície celular, o que requer uma mistura constante da biomassa com o substrato, o que proporciona condições favoráveis para a “colisão” das células com as moléculas do substrato.

Esse modelo explicava o mecanismo de transferência de uma substância da superfície da célula para ela, seja pela fixação da substância penetrante a uma proteína transportadora específica, que é um componente da membrana celular, que, após a introdução da substância na célula, é liberada e retorna à sua superfície para realizar uma nova “captura” da substância e um novo ciclo de transferência, ou pela dissolução direta dessa substância na substância da parede e membrana citoplasmática, devido à qual se difunde para a célula. O processo de consumo estável da substância iniciou-se somente após certo “período de equilíbrio” da substância entre a solução e as células, o que foi explicado pela ocorrência do movimento de hidrólise e difusão da substância através da membrana celular até a membrana citoplasmática, onde várias enzimas estão concentradas. Com o início das transformações metabólicas, o equilíbrio de sorção é perturbado e o gradiente de concentração garante a continuidade da entrada adicional do substrato na célula.

No terceiro estágio, ocorrem todas as transformações metabólicas do substrato, em parte em produtos finais como dióxido de carbono, água, sulfatos, nitratos (o processo de oxidação de substâncias orgânicas), em parte em novas células microbianas (o processo de síntese de biomassa), se o processo de transformação de compostos orgânicos ocorrer em condições aeróbicas. Se a oxidação bioquímica ocorre sob condições anaeróbicas, então vários produtos intermediários (possivelmente de uma finalidade específica), CH4, NH3, H2S, etc., e novas células podem ser formados em seu processo.

Este modelo, no entanto, falhou em explicar algumas das características cinéticas dos processos de transporte de substrato e, em particular, o acúmulo de substrato na célula contra um gradiente de concentração, que é o resultado mais frequente desses processos e é chamado de transporte “ativo”, em contraste com o transporte por difusão. Uma característica dos processos de transporte ativo é sua estereoespecificidade, quando substâncias semelhantes em estrutura química competem por um transportador comum e não simplesmente se difundem na célula sob a influência de um gradiente de concentração.

À luz das visões modernas, o modelo de movimento do substrato através da membrana celular sugere a presença de um “canal” hidrofílico nela, através do qual os substratos hidrofílicos podem penetrar na célula. No entanto, em contraste com o modelo descrito acima, o movimento estereoespecífico ocorre aqui, o que provavelmente é alcançado devido à transferência de “corrida de revezamento” de moléculas de substrato de um grupo funcional para outro. Neste caso, o substrato, como chave, abre o canal correspondente à sua penetração (modelo do canal transmembrana).

O segundo modelo alternativo pode ser considerado como uma combinação dos dois primeiros usando suas propriedades positivas. Supõe a presença de um transportador de membrana hidrofóbico, que, através de sucessivas mudanças conformacionais causadas pelo substrato, o conduz do lado externo para o lado interno da membrana (modelo de translocação conformacional), onde o complexo hidrofóbico se decompõe. Nesta interpretação do mecanismo de transporte do substrato através da membrana celular, o termo “transportador” ainda é usado, embora seja cada vez mais substituído pelo termo “permease”, que leva em consideração a base genética de sua codificação como componente da membrana da célula com a finalidade de transferir a substância para dentro da célula.

Foi estabelecido que a composição dos sistemas de transporte de membrana geralmente inclui mais de um intermediário proteico, podendo haver uma separação de funções entre eles. Proteínas de “ligação” identificam o substrato no meio, fornecem e concentram-no na superfície externa da membrana e transferem-no para o “verdadeiro” transportador, ou seja, um componente que transporta o substrato através da membrana. Assim, proteínas envolvidas no “reconhecimento”, ligação e transporte de vários açúcares, ácidos carboxílicos, aminoácidos e íons inorgânicos nas células de bactérias, fungos e animais foram isoladas.

A transformação do processo de transferência de uma substância para uma célula em um processo unidirecional de transporte “ativo”, levando ao aumento do conteúdo de nutrientes na célula contra seu gradiente de concentração no meio, requer certos custos de energia da célula. Portanto, os processos de transferência do substrato do ambiente para a célula estão associados aos processos de liberação metabólica da energia contida no substrato ocorrendo no interior da célula. A energia no processo de transferência do substrato é gasta na modificação química do substrato ou do próprio transportador, a fim de excluir ou impedir a interação do substrato com o transportador e o retorno do substrato por difusão através da membrana de volta à solução.

Visões modernas sobre os processos de remoção bioquímica e oxidação de compostos orgânicos são baseadas em duas disposições fundamentais da teoria da cinética enzimática. A primeira proposição postula que a enzima e o substrato interagem entre si, formando um complexo enzima-substrato, que, como resultado de uma ou várias transformações, leva ao aparecimento de produtos que diminuem a barreira de ativação da reação catalisada pela enzima devido à sua fragmentação em uma série de estágios intermediários, cada um dos quais não encontra obstáculos energéticos para sua implementação. A segunda posição afirma que, independentemente da natureza dos compostos e do número de etapas no curso da reação enzimática catalisada pela enzima, ao final do processo a enzima sai inalterada e é capaz de interagir com a próxima molécula de substrato. Ou seja, já na fase de remoção do substrato, a célula interage com o substrato com a formação de um composto relativamente fraco denominado “complexo enzima-substrato”.

O acima é bem ilustrado pelo exemplo de extração de glicose de uma solução por vários microorganismos contendo a enzima glicose oxidase em um ambiente com oxigênio molecular. A glicose oxidase forma um complexo enzima-substrato - glicose - oxigênio - glicose oxidase, após a quebra da qual são formados produtos intermediários - gluconolactona e peróxido de hidrogênio, conforme mostrado esquematicamente na Fig. 11.1.

A gluconolactona formada como resultado da decomposição deste complexo sofre hidrólise com a formação de ácido glucônico.

Uma das propriedades mais importantes das enzimas é sua capacidade de serem sintetizadas na presença e sob a influência de uma determinada substância. Outra propriedade igualmente importante é a especificidade da ação da enzima tanto em relação à reação que ela catalisa quanto em relação ao próprio substrato.

Às vezes, uma enzima é capaz de atuar em um único substrato (especificidade absoluta), mas muito mais frequentemente uma enzima atua em um grupo de substratos semelhantes na presença de certos agrupamentos atômicos neles.

Arroz. 11.1. Esquema de “reconhecimento” de um substrato por uma enzima, formação de um complexo enzima-substrato e catálise

Muitas enzimas são inerentes à especificidade estereoquímica, consistindo no fato de que a enzima atua em um grupo de substratos (e às vezes em um) que diferem dos outros em um arranjo especial de átomos no espaço. O papel de cada enzima no processo de oxidação bioquímica de substâncias orgânicas é estritamente definido: catalisa a oxidação (isto é, adição de oxigênio ou eliminação de hidrogênio) ou redução (isto é, adição de hidrogênio ou eliminação de oxigênio) de compostos químicos bem definidos. Durante a desidrogenação, uma ou outra enzima pode separar apenas alguns átomos de hidrogênio que ocupam uma determinada posição espacial na molécula do substrato ou produto intermediário. Isso também se aplica a enzimas que catalisam outros processos metabólicos.

Os processos de oxidação bioquímica em microrganismos heterotróficos são divididos em três grupos, dependendo de qual é o aceptor final de átomos de hidrogênio ou elétrons separados do substrato oxidado. Se o aceptor for o oxigênio, esse processo é chamado de respiração celular ou simplesmente respiração; se o aceptor de hidrogênio for uma substância orgânica, então o processo de oxidação é chamado de fermentação; finalmente, se o aceptor de hidrogênio for uma substância inorgânica, como nitratos, sulfatos, etc., então o processo é chamado de respiração anaeróbica, ou simplesmente anaeróbico.

O mais completo é o processo de oxidação aeróbica, porque. seus produtos são substâncias que não são capazes de decomposição adicional na célula microbiana e não contêm um estoque de energia que poderia ser liberado por reações químicas comuns. As principais dessas substâncias, como já observado, são o dióxido de carbono (CO2) e a água (H20). Embora ambas as substâncias contenham oxigênio, a forma química de sua formação na célula pode ser diferente, pois o dióxido de carbono pode ser obtido como resultado de processos bioquímicos que ocorrem em um ambiente sem oxigênio sob a influência de enzimas - descarboxilases, que separam o CO2 do ácido do grupo carboxila (COOH). A água, como resultado da atividade vital da célula, é formada exclusivamente pela combinação do oxigênio do ar com o hidrogênio daquelas substâncias orgânicas das quais é separada no processo de oxidação.

A dissimilação aeróbica do substrato - carboidratos, proteínas, gorduras - tem o caráter de um processo de vários estágios, incluindo a divisão inicial de uma substância complexa contendo carbono em subunidades mais simples (por exemplo, polissacarídeos - em açúcares simples; gorduras - em ácidos graxos e glicerol; proteínas - em aminoácidos), que, por sua vez, passam por uma transformação sequencial posterior. Nesse caso, a disponibilidade do substrato para oxidação depende significativamente da estrutura do esqueleto de carbono das moléculas (reta, ramificada, cíclica) e do grau de oxidação dos átomos de carbono. Os açúcares, especialmente as hexoses, são considerados os mais prontamente disponíveis, seguidos pelos álcoois polihídricos (glicerol, manitol, etc.) e ácidos carboxílicos. O caminho final geral que completa o metabolismo aeróbico de carboidratos, ácidos graxos e aminoácidos é o ciclo do ácido tricarboxílico (TCA) ou o ciclo de Krebs, no qual essas substâncias entram em um estágio ou outro. Nota-se que em condições de metabolismo aeróbico, cerca de 90% do oxigênio consumido é utilizado para a via respiratória de obtenção de energia pelas células dos microrganismos.

A fermentação é um processo de separação incompleta de substâncias orgânicas, principalmente carboidratos, em condições sem oxigênio, que resulta na formação de vários produtos intermediários parcialmente oxidados, como álcool, glicerol, ácido fórmico, lático, ácido propiônico, butanol, acetona, metano, etc., que é amplamente utilizado em biotecnologia para obter produtos-alvo. Até 97% do substrato orgânico pode ser convertido nesses subprodutos e metano.

A degradação anaeróbica enzimática de proteínas e aminoácidos é chamada de putrefação.

Devido ao baixo rendimento energético durante o metabolismo do tipo fermentativo, as células microbianas que o realizam devem consumir uma quantidade maior do substrato (com menor profundidade de sua clivagem) do que as células que recebem energia da respiração, o que explica o crescimento celular mais eficiente em condições aeróbias em comparação com as anaeróbicas.

A célula recebe a maior quantidade de energia para o seu funcionamento como resultado da oxidação do hidrogênio pelo oxigênio, que é separado do substrato oxidado sob a ação das enzimas desidrogenases, que, de acordo com sua ação química, se dividem em nicotinamida (NAD) e flavina (FAD). As nicotinamidas desidrogenases são as primeiras a reagir com o substrato, removendo dois átomos de hidrogênio e adicionando-os à coenzima. Como resultado dessa reação, o substrato é oxidado e o NAD é reduzido a NAD'H2. Além disso, o FAD entra na reação, transferindo hidrogênio da coenzima nicotinamida para a coenzima flavina, como resultado do qual NAD'H2 é novamente oxidado a NAD e a coenzima flavina é reduzida a FADH2. Além disso, através de um grupo extremamente importante de enzimas redox-citocromos - o hidrogênio é transferido para o oxigênio molecular, que completa o processo de oxidação com a formação do produto final - a água.

Nessa reação, a maior parte da energia contida no substrato é liberada. Todo o processo de oxidação aeróbica pode ser representado pelo diagrama da Fig. 11.2.

A energia liberada no processo de oxidação microbiana de uma substância é acumulada pela célula com o auxílio de compostos macroérgicos. O acumulador universal de energia nas células vivas é o ácido adenosina trifosfórico - ATP (embora existam outras macroenergias).

Esta reação de fosforilação, como pode ser visto em (11.9), necessita de energia, cuja fonte neste caso é a oxidação. Portanto, a fosforilação do ADP está intimamente associada à oxidação, em conexão com a qual esse processo é chamado de fosforilação oxidativa. No processo de fosforilação oxidativa durante a oxidação de, por exemplo, uma molécula de glicose, são formadas 38 moléculas de ATP, enquanto na etapa de glicólise, apenas 2. Deve-se notar que a etapa de glicólise ocorre exatamente da mesma maneira, tanto em condições aeróbicas quanto anaeróbicas, para a formação de ácido pirúvico (PVA), e 2 de 4 moléculas de ATP formadas são gastas em seu curso.

As formas de transformação adicional do PVC em condições aeróbicas e anaeróbicas divergem.

A transformação aeróbica da glicose pode ser representada pelo seguinte esquema:
1. Glicólise: С6Н12Оb + 2FK-+2PVK + 2NADH2 + 4ATP (11.10)
2. Transformação de ácido pirúvico (PVA): 2PVA-*2CO2 + 2 Acetil CoA + 2NADH2
3. Ciclo do ácido tricarboxílico (ciclo de Krebs): Acetil CoA -> 4C02 + 6NADH2 + 2FADH2 + 2ATP (11.12) ECbH12Ob -> 6C02 + 10NADH2 + 2FADH2 + 4ATP (11.13) onde FAD é uma flavoproteína.

A oxidação de NADH2 no sistema de transporte de elétrons dá zatp em
1 mole; oxidação de 2FADH2 dá 4ATP,
então: SbH1206 + 602 -> 6C02 + 6H20 + 38ATP

Sob condições de conversão anaeróbica de carboidratos, a primeira etapa é a fosforilação da glicose, realizada com a ajuda do ATP sob a influência da enzima hexoquinase, ou seja,
Glicose + A TF-hexoquinase > glicose _ b - fosfato + ADP
Após a conclusão do estágio de glicólise e formação do PVC, o curso da conversão posterior do PVC depende do tipo de fermentação e de seu agente causador. Os principais tipos de fermentação: álcool, ácido lático, ácido propiônico, butírico, metano.

A fosforilação oxidativa também pode ser realizada sob a influência de uma enzima sintetizando ATP no nível do substrato. No entanto, essa formação de ligações macroérgicas é muito limitada e, na presença de oxigênio, as células sintetizam a maior parte de seu ATP por meio do sistema de transporte de elétrons.

O acúmulo da substância liberada no processo de dissimilação em condições aeróbicas ou anaeróbicas com a ajuda de compostos macroérgicos (e principalmente ATP) permite eliminar a discrepância entre a uniformidade dos processos de liberação de energia química do substrato e os processos desiguais de seu gasto, inevitáveis nas condições reais de existência celular.

Simplificado, todo o processo de decomposição de substâncias orgânicas no decorrer das transformações aeróbicas pode ser representado pelo diagrama mostrado na Fig. 11.3. O esquema das transformações anaeróbicas do PVC após a etapa da glicólise é mostrado na Fig. 11.4.

Estudos descobriram que o tipo de metabolismo geralmente não depende tanto da presença de oxigênio no ambiente, mas da concentração do substrato.

Isso indica que, dependendo das condições específicas de funcionamento da biomassa no ambiente, podem ocorrer simultaneamente processos aeróbicos e anaeróbios de transformação de compostos orgânicos, cuja intensidade também dependerá da concentração tanto do substrato quanto do oxigênio.

Deve-se notar aqui que na biotecnologia industrial, culturas puras são usadas para obter vários produtos de origem microbiana (forragem ou fermento de padeiro, vários ácidos orgânicos, álcoois, vitaminas, drogas). microrganismos de uma espécie são frequentemente selecionados, com estrita manutenção da composição das espécies, condições nutricionais adequadas, temperatura, reação ativa do ambiente, etc., excluindo o surgimento e desenvolvimento de outros tipos de microrganismos, o que pode levar a um desvio na qualidade do produto resultante dos padrões estabelecidos.

Ao tratar efluentes contendo uma mistura de contaminantes quimicamente diversos, que às vezes são até muito difíceis de identificar por métodos analíticos, a biomassa que realiza o tratamento também é uma mistura, ou melhor, uma comunidade de vários tipos de microrganismos e protozoários com relações complexas entre eles. Tanto as espécies quanto a composição quantitativa da biomassa das estações de tratamento dependerão do método específico de tratamento biológico e das condições para sua implementação.

De acordo com os cálculos de alguns especialistas, quando a concentração de contaminantes orgânicos dissolvidos, estimada pelo índice BKP0Ln, é de até 1000 mg/l, o uso de métodos de limpeza aeróbicos é mais benéfico. Em concentrações de BPCFol de 1.000 a 5.000 mg/l, os indicadores econômicos dos métodos aeróbicos e anaeróbicos serão quase os mesmos. Em concentrações acima de 5000 mg/l, os métodos anaeróbicos seriam mais apropriados. No entanto, neste caso, deve-se levar em consideração não apenas a concentração de poluentes, mas também os custos com águas residuais, bem como o fato de que os métodos anaeróbicos levam à formação de produtos finais como metano, amônia, sulfeto de hidrogênio etc. Portanto, em altas concentrações de contaminantes, uma combinação de métodos anaeróbicos é usada no primeiro estágio (ou primeiros estágios) de purificação e métodos aeróbicos no último estágio de purificação. Deve-se enfatizar que as águas residuais municipais e municipais, ao contrário das águas residuais industriais, não contêm concentrações de contaminantes que justifiquem o uso de métodos anaeróbios e, portanto, esses métodos de tratamento não são considerados neste capítulo.

Arroz. 11.3. Esquema simplificado da quebra em três estágios de moléculas de nutrientes (B. Alberte et al. 1986)

Arroz. 11.4. A conversão de ácido pirúvico por microorganismos anaeróbicos em vários produtos

Métodos bioquímicos (biológicos) são usados para tratar águas residuais domésticas e industriais de muitas substâncias orgânicas dissolvidas e algumas inorgânicas (sulfeto de hidrogênio, sulfetos, amônia, nitritos). O processo de purificação baseia-se na capacidade dos microorganismos de utilizar essas substâncias para nutrição no processo da vida, uma vez que as substâncias orgânicas são uma fonte de carbono para os microorganismos.

Oxidação bioquímica

Ao entrar em contato com substâncias orgânicas, os microorganismos as destroem parcialmente, convertendo em água os íons dióxido de carbono, nitrito e sulfato, etc.. Outra parte da substância vai para a formação de biomassa. A destruição da matéria orgânica é chamada de oxidação bioquímica.

A oxidação bioquímica é realizada por uma comunidade de microorganismos (biocenose), que inclui muitas bactérias diferentes, protozoários e vários organismos altamente organizados - algas, fungos, etc., interconectados em um único complexo por relações complexas (metabolismo, simbiose e antagonismo). O papel dominante nesta comunidade pertence às bactérias, cujo número varia de 10 6 a 10 14 células por 1 g de massa biológica seca (biomassa). O número de gêneros de bactérias pode chegar a 5 ... 10, o número de espécies - várias dezenas e até centenas. A comunidade de microorganismos é representada por bactérias apenas se a purificação for realizada em condições anaeróbicas (na ausência de oxigênio dissolvido em água). Até 30 espécies de bactérias são encontradas em águas residuais industriais. Essas bactérias assimilam óleo, parafinas, naftenos, fenóis e outros compostos.

Heterotróficos e autótrofos coexistem entre bactérias em estações de tratamento de esgoto, e um ou outro grupo se desenvolve predominantemente dependendo das condições de operação do sistema. Esses dois grupos de bactérias diferem em sua relação com a fonte de nutrição de carbono. Os heterotróficos usam substâncias orgânicas prontas como fonte de carbono e as processam para obter energia e biossíntese celular. Organismos autotróficos consomem carbono inorgânico para a síntese celular, e a energia é obtida através da fotossíntese usando energia luminosa, ou quimiossíntese pela oxidação de certos compostos inorgânicos (por exemplo, amônia, nitritos, sais ferrosos, sulfeto de hidrogênio, enxofre elementar, etc.).

Os microrganismos são capazes de oxidar muitas substâncias orgânicas, mas isso requer diferentes tempos de adaptação. Ácido benzóico, álcoois etílico e amílico, glicóis, clorohidretos, acetona, glicerina, anilina, ésteres são facilmente oxidados.

As substâncias que estão nas águas residuais em um estado coloidal ou finamente disperso oxidam a uma taxa mais lenta do que as substâncias dissolvidas na água.

O efluente encaminhado para tratamento bioquímico é caracterizado pelo valor de WPC e COD.

DBO - demanda bioquímica de oxigênio, ou a quantidade de oxigênio utilizada em processos bioquímicos de oxidação de substâncias orgânicas (não incluindo processos de nitrificação) por um determinado tempo de incubação da amostra (2, 5, 8, 10, 20 dias), mg O 2 / mg de substância. Por exemplo, DBO 5 - demanda bioquímica de oxigênio por cinco dias; DBO n é a demanda bioquímica total de oxigênio antes do início dos processos de nitrificação, ou seja, antes do aparecimento de nitritos na quantidade de 0,1 mg/l (aproximadamente 20 dias), mg O 2 /mg substância;

DQO - demanda química de oxigênio, determinada pelo método do bicromato, ou seja, a quantidade de oxigênio equivalente à quantidade de oxidante consumido necessária para a oxidação de todos os agentes redutores contidos na água, mg Og/mg de substância.

A atividade bioquímica dos microorganismos é chamada de atividade bioquímica associada à destruição da poluição orgânica das águas residuais. A possibilidade de oxidação bioquímica (biodegradabilidade das águas residuais) é caracterizada por um indicador bioquímico, ou seja, relação ΒΠΚ total /ΧΠΚ. Seu valor varia amplamente para diferentes grupos de águas residuais: águas residuais industriais têm baixo índice bioquímico (0,05 ... 0,3), águas residuais domésticas - acima de 0,5. Com uma relação (BOD/COD) de 100% = 50% da substância é passível de oxidação bioquímica. Ao mesmo tempo, é necessário que as águas residuais não contenham substâncias tóxicas e impurezas de sais de metais pesados. Um indicador bioquímico é necessário para o cálculo e operação de estações de tratamento de águas residuais.

Para a possibilidade de fornecer águas residuais para tratamento bioquímico, são estabelecidas concentrações máximas de substâncias tóxicas que não afetam os processos de oxidação bioquímica (MK 6) e a operação das instalações de tratamento (MK b.o.s.). Para substâncias inorgânicas que praticamente não são passíveis de oxidação bioquímica, também são definidas concentrações máximas, acima das quais a água não pode ser submetida à purificação bioquímica.

A temperatura ótima para os processos aeróbios que ocorrem nas estações de tratamento de águas residuais é considerada de 20 a 30°C, enquanto a biocenose, em outras condições favoráveis, é representada pelos mais diversos e bem desenvolvidos microrganismos. Os microrganismos se desenvolvem bem em temperaturas ideais e mantêm sua viabilidade com flutuações de temperatura em faixas significativas.

A concentração de íons de hidrogênio afeta significativamente o desenvolvimento de microorganismos. Uma parte significativa das bactérias se desenvolve melhor em um ambiente neutro ou próximo a ele, no entanto, existem espécies que se desenvolvem bem em um ambiente ácido com pH de 4 ... 6 (fungos, leveduras) ou, inversamente, em um ambiente levemente alcalino (actinomicetos). O tratamento biológico é mais eficaz se o valor do pH não ultrapassar 5...9, um ambiente com um pH de 6,5...7,5 é considerado ideal. O desvio do pH além de 5...9 reduz a taxa de desenvolvimento.

Para um processo normal de síntese de substâncias celulares e, consequentemente, para um processo eficaz de tratamento de águas residuais, o meio deve ter uma concentração suficiente de todos os principais nutrientes - carbono orgânico (BOD), nitrogênio e fósforo. Além dos principais elementos da composição da célula (C, N, O, H), outros componentes também são necessários em pequenas quantidades para sua construção. A suficiência de nutrientes para bactérias em águas residuais é determinada pela proporção de DBO:N:P (nitrogênio de sais de amônio ou proteína e fósforo na forma de fosfatos dissolvidos).

As substâncias orgânicas e inorgânicas podem ter um efeito tóxico nos processos biológicos. O efeito tóxico pode ser microbostático, se o crescimento e desenvolvimento de microorganismos for retardado, e matar (microbicida). A maioria das substâncias exibe um ou outro efeito dependendo de sua concentração na mistura que está sendo purificada.

Quando são fornecidas condições que aumentam a atividade do processo de destruição microbiana de hidrocarbonetos (presença de água e mistura ativa, aeração e fornecimento da quantidade necessária de sais minerais), o tratamento bioquímico de águas residuais contendo óleo e derivados em concentrações correspondentes aos limites de solubilidade e ainda maiores (até 50 mg/l)g pode ser realizado em aerotanques ou, sob condições locais favoráveis, para estruturas mais simples - lagoas biológicas aeradas.[ ...]

Sob condições apropriadas (presença de oxigênio, temperatura acima de 4 ° C, etc.), sob a ação de microorganismos aeróbicos (bactérias nitrificantes), o nitrogênio dos sais de amônio é oxidado, como resultado dos quais sais de ácido nitroso, ou nitritos, são formados primeiro e, com oxidação posterior, sais de ácido nítrico ou nitratos, ou seja, ocorre o processo de nitrificação. Este processo bioquímico foi descoberto na década de 70 do século XIX. Mas apenas no final do século XIX. O microbiologista russo S. N. Vinogradsky conseguiu isolar uma cultura pura de bactérias nitrificantes. Um grupo dessas bactérias oxida amônia em ácido nitroso (bactérias nitrito), o segundo grupo oxida ácido nitroso em ácido nítrico (bactérias nitrato). A nitrificação é de grande importância no tratamento de águas residuais, pois desta forma acumula-se um suprimento de oxigênio, que pode ser utilizado para a oxidação de substâncias orgânicas isentas de nitrogênio, quando todo o oxigênio livre (dissolvido) já foi totalmente utilizado para este processo. O oxigênio ligado é separado dos nitritos e nitratos sob a ação de microorganismos (bactérias desnitrificantes) e é reaproveitado para a oxidação da matéria orgânica. Este processo é chamado de desnitrificação. É acompanhado pela liberação de nitrogênio livre para a atmosfera na forma de um gás.[ ...]

Purificação bioquímica. O método é baseado na capacidade dos micróbios de usar vários compostos orgânicos solúveis e inorgânicos não oxidados (por exemplo, Cr6+, amônia, nitritos, sulfeto de hidrogênio) no curso de sua atividade vital. Portanto, o uso do método bioquímico possibilita a remoção de vários compostos orgânicos e inorgânicos tóxicos das águas residuais. Se a taxa do processo bioquímico for determinada pelas condições de suprimento de oxigênio e pela superfície dos corpos microbianos (fatores de difusão), eles usam aerotanques - misturadores com aeração pneumática ou mecânica. Com aeração pneumática, alguns dos compostos orgânicos podem ser dessorvidos na atmosfera. Se a velocidade de um processo bioquímico depende apenas de fatores cinéticos e praticamente não depende da presença de oxigênio e do número de corpos microbianos, então são utilizados biofiltros, lagoas oxidantes e reservatórios.[ ...]

A purificação bioquímica da água a partir de impurezas orgânicas é um processo bem desenvolvido e confiável. Este processo baseia-se na atividade vital de microrganismos que utilizam substâncias orgânicas e minerais contidas nas águas residuais como nutrientes e fontes de energia. Esses processos são semelhantes aos processos que ocorrem durante a autodepuração dos corpos d'água.[ ...]

O tratamento de águas residuais de sulfeto de hidrogênio, bem como outras impurezas (formol até 90 mg/l, formaldeído até 16 mg/l) é realizado em tanques de aeração em uma das empresas em Kazan. Deve-se notar que o processo bioquímico é inibido em uma concentração de formaldeído de 1000 mg/l. O valor de pH dos efluentes é mantido na faixa de 6,5-7,5, COD (demanda química de oxigênio) é de 100-170 mg/l 02. Durante 15 horas de aeração nos aerotanques, o teor de sulfeto de hidrogênio diminui de 20 para 2 mg/l. Quando o pH do efluente cai abaixo de 6, o processo de purificação do sulfeto de hidrogênio piora, e em pH [...]

Processos bioquímicos de divisão seguidos de mineralização de compostos orgânicos podem ocorrer tanto em condições aeróbicas quanto anaeróbicas. Ao avaliar o possível impacto dos surfactantes nos processos de tratamento de águas residuais, o estado dos corpos d'água e determinar a eficácia de sua remoção, as condições aeróbicas são de importância decisiva, características tanto dos corpos d'água quanto dos tipos de instalações de tratamento predominantes (aerotanques, biofiltros).[ ...]

O tratamento bioquímico de efluentes pode ser realizado em aerotanques, que são um reservatório ou uma piscina aberta, onde o tratamento de efluentes ocorre sob a influência de microrganismos ativos ou na presença de oxigênio atmosférico. Para intensificar os processos de tratamento biológico de efluentes, foi revelada a conveniência de fornecer 90% de oxigênio técnico aos aerotanques em vez de ar. Ao mesmo tempo, o processo de tratamento de águas residuais é acelerado em 4-5 vezes.[ ...]

O tratamento bioquímico de efluentes industriais é possível nos casos em que contenham: substâncias orgânicas que possam ser oxidadas como resultado de processos bioquímicos em quantidade que permita o tratamento biológico (de acordo com o complexo industrial militar); nutrientes (nitrogênio, fósforo, potássio, etc.) em quantidade suficiente para a atividade vital dos microorganismos durante o tratamento de águas residuais; concentração admissível de substâncias nocivas, na qual a atividade vital dos microorganismos não é perturbada e tem uma reação aceitável do meio ambiente.[ ...]

No tratamento de águas residuais, é importante a oxidação de substâncias orgânicas e outros agentes redutores nelas contidos, pois essas substâncias, ao entrarem no reservatório, sofrem oxidação química e bioquímica no mesmo devido ao oxigênio dissolvido na água, vital para a fauna e flora aquáticas. Portanto, é melhor realizar o processo de oxidação antes que o esgoto seja lançado no reservatório.[ ...]

As águas residuais são enviadas para biofiltros após a clarificação em decantadores primários. Ao filtrar águas residuais através da camada de carregamento, o filme biológico adsorve substâncias finamente dispersas que permanecem no líquido após os tanques de decantação primários, bem como substâncias coloidais e dissolvidas. A parte orgânica dos poluentes retidos pelo biofilme sofre oxidação bioquímica (mineralização) com a ajuda de bactérias aeróbicas. O oxigênio necessário para a vida das bactérias entra no corpo do biofiltro através de sua ventilação natural ou artificial. A carga nos biofiltros de gotejamento é determinada pelo seu poder oxidante (OM). O poder oxidante é a quantidade de oxigênio obtida de 1 m3 de material filtrante por dia para reduzir a DBO enviada aos biofiltros de águas residuais. A essência do processo de tratamento biológico de águas residuais em biofiltros não difere do processo de tratamento em campos de irrigação e campos de filtração. No entanto, devido às condições favoráveis criadas artificialmente para a atividade vital de microorganismos aeróbicos, o processo de oxidação bioquímica em biofiltros ocorre com muito mais intensidade do que em campos de irrigação e campos de filtração. Portanto, o tamanho das estruturas para tratamento biológico de águas residuais em condições criadas artificialmente é muitas vezes menor do que as estruturas em condições naturais.[ ...]

O processo bioquímico de oxidação de substâncias orgânicas de águas residuais (oxidação bioquímica) ocorre com a ajuda de microrganismos mineralizadores em duas fases: na primeira fase, substâncias orgânicas contendo principalmente carbono são oxidadas e substâncias contendo nitrogênio são oxidadas antes do início da nitrificação. Portanto, a primeira fase é freqüentemente chamada de carbonácea. A segunda fase inclui o processo de nitrificação, ou seja, a oxidação do nitrogênio do sal de amônio em nitritos e nitratos. A segunda fase dura cerca de 40 dias, ou seja, bem mais lenta que a primeira fase, que dura cerca de 20 dias, e requer muito mais oxigênio. A demanda bioquímica de oxigênio (DBO) leva em consideração apenas a primeira fase da oxidação. Na natureza, porém, é difícil separar as duas fases de oxidação, pois elas ocorrem quase simultaneamente. Ao calcular a capacidade de autolimpeza dos corpos d'água, para resolver a questão do grau de tratamento necessário dos efluentes antes de serem lançados no corpo d'água, apenas a primeira fase de oxidação é levada em consideração, pois é praticamente difícil obter dados para a segunda fase.[ ...]

O processo de tratamento das águas residuais ao filtrá-las através do solo “em campos de filtração e campos de irrigação é uma combinação de complexos processos físico-químicos e bioquímicos. Sua essência reside no fato de que, quando as águas residuais passam pelo solo, substâncias suspensas e coloidais são retidas em sua camada superior, formando um filme densamente povoado por microorganismos na superfície das partículas do solo. Este filme adsorve substâncias orgânicas em sua superfície e as converte em um estado solúvel. Usando o oxigênio que penetra nos poros do solo, os microrganismos processam substâncias orgânicas solúveis em compostos minerais. Assim, a presença de ar no solo e, conseqüentemente, sua soltura são condições necessárias para o andamento normal do processo de limpeza. As camadas superiores do solo (0,2-0,3 m) estão em condições mais favoráveis \u200b\u200bdo regime de oxigênio, portanto, a oxidação de substâncias orgânicas nelas, bem como o processo de nitrificação, ocorre com mais intensidade. A aptidão dos solos para campos de filtração e, conseqüentemente, as cargas sobre eles são determinadas por sua composição granulométrica e capacidade de umidade. Para aumentar a produtividade dos campos de filtração, eles são frequentemente abastecidos com águas residuais pré-clarificadas (decantadas).[ ...]

No tratamento bioquímico de águas residuais, o nitrogênio é um elemento biogênico essencial. O aparecimento de nitritos e nitratos na água tratada indica um alto grau de mineralização de contaminantes orgânicos. Com o tratamento profundo de águas residuais, o nitrogênio passa para nitratos e nitrogênio molecular, que é liberado na atmosfera - ocorre o processo de desnitrificação das águas residuais.[ ...]

A destruição bioquímica de substâncias orgânicas pode ser realizada em condições anaeróbicas e aeróbicas. O tratamento anaeróbico de águas residuais é realizado com o auxílio de microrganismos-mineralizadores anaeróbios, ou seja, não necessitam de oxigênio. Os produtos finais da decomposição anaeróbica (fermentação) de substâncias orgânicas são os gases CH4 (metano), CO2 (dióxido de carbono, dióxido de carbono), W (hidrogênio), N2 (nitrogênio), Hg5 (sulfeto de hidrogênio). Além disso, uma certa quantidade de ácidos graxos, sulfetos, substâncias húmicas e outros compostos dificilmente decomponíveis permanecem na água. O processo anaeróbico ocorre em duas faixas de temperatura características: 20-35°C (fermentação mesófila) e 45-55°C (fermentação termofílica). Durante o processo termofílico, a taxa de mineralização (fermentação) aumenta e ocorre uma decomposição mais profunda das substâncias orgânicas. O método anaeróbico é usado em uma concentração muito alta de substâncias orgânicas em águas residuais industriais, mais frequentemente para a mineralização de lodo orgânico de esgoto.[ ...]

Tratamento bioquímico de águas residuais P sistemas de esgoto. O alto teor de sais não permite levar efluentes EL0U para o sistema de abastecimento de água circulante como reposição. Assim, os efluentes passam por tratamento bioquímico antes de serem lançados em um reservatório. O tratamento bioquímico de águas residuais pode ser realizado separadamente ou misturado com águas residuais domésticas que tenham sofrido tratamento mecânico e físico-químico. Aplique a purificação bioquímica de um e dois estágios (Fig. 36). O edifício principal onde ocorre o processo bioquímico é o aerotanque. O processo de tratamento de águas residuais EL0U no aerotank pode ocorrer em uma ou duas etapas. Com tratamento de estágio único no tanque de aeração, a duração da aeração é de 6 a 8 horas, o consumo específico de ar é de 20 a 25 m9/m do consumo de águas residuais.[ ...]

Ao tratar efluentes industriais, é difícil escolher seu pós-tratamento subsequente. O tratamento bioquímico é eficaz apenas quando as águas residuais estão contaminadas com surfactantes “biologicamente suaves”, enquanto a indústria usa surfactantes bioquimicamente mal oxidados em uma quantidade bastante grande em seus processos tecnológicos. Nesse caso, tem-se que contar com métodos destrutivos, em especial a ozonização, que além de complicar, aumenta muito o custo do tratamento de efluentes.[ ...]

O tratamento bioquímico é um dos principais métodos de tratamento de efluentes de refinarias, tanto quando são reutilizados em sistemas de abastecimento de água circulante, quanto quando são descartados em um reservatório. Atualmente, a principal instalação de tratamento bioquímico de efluentes é o aerotanque. No entanto, a longa duração do tratamento de efluentes em aerotanques, a significativa capacidade das instalações, o alto consumo de ar e eletricidade tornam necessário buscar formas de intensificar esse processo para reduzir os custos de capital e operação.[ ...]

Ao filtrar através de filtros, sólidos em suspensão, consistindo quase inteiramente em lodo ativado, obstruem as camadas superiores da carga e, portanto, a perda de pressão nesses filtros não aumenta em linha reta (como nos filtros de água), mas em uma curva parabólica. A experiência dos filtros da estação Zelenogradskaya mostra que, entrando nas camadas mais profundas da carga, os organismos de lodo ativado começam a crescer, o que cria perdas de pressão adicionais. Esta é uma das principais características do funcionamento dos filtros granulares no tratamento de efluentes. Os microorganismos acumulados na carga do filtro também realizam o processo bioquímico de decomposição da matéria orgânica do efluente, portanto, ao filtrar o efluente tratado biologicamente, uma parte significativa do oxigênio dissolvido (cerca de 30%) é perdida.[ ...]

No processo de tratamento de efluentes nas refinarias, são gerados principalmente dois tipos de resíduos: borra de óleo de instalações de tratamento mecânico e físico-químico e lodo ativado de instalações de tratamento bioquímico. Com o sistema de esgoto de borra de óleo existente na refinaria, cerca de 5.000 toneladas de borra são formadas por ano para cada 1 milhão de toneladas de óleo processado. Ao calcular, a seguinte composição do lodo é tomada, %; derivados de petróleo - 20, impurezas mecânicas - 5, água - 75.[ ...]

O controlo dos processos de desnitrificação bioquímica é feito de forma semelhante ao controlo dos processos biológicos de tratamento de águas residuais em instalações de arejamento, sendo dada especial atenção à avaliação das formas e concentrações dos compostos azotados.[ ...]

A essência do processo de tratamento biológico de efluentes no campo é que, no processo de filtragem pelo solo, os contaminantes orgânicos do esgoto permanecem nele, formando um filme biológico habitado por um grande número de microorganismos. O filme adsorve substâncias coloidais e dissolvidas, suspensão fina, e com a ajuda de bactérias aeróbicas, na presença de oxigênio atmosférico, passam para compostos minerais. O ar atmosférico penetra bem no solo até uma profundidade de 0,2-0,3 m, onde ocorre a oxidação bioquímica mais intensa.[ ...]

A taxa de processos bioquímicos de tratamento de águas residuais depende em grande parte da temperatura do ambiente. A uma temperatura das águas residuais inferior a 6 ° C, a atividade vital dos microorganismos e, consequentemente, a sua atividade, é drasticamente reduzida; em temperaturas acima de 37 ° C, a taxa de nitrificação diminui visivelmente devido à diminuição do oxigênio dissolvido na água. A temperatura ótima é de 20-28 °C (na presença de bactérias termofílicas, um processo aeróbico pode ocorrer mesmo a 67 °C). Ao mesmo tempo, o maior número de espécies microbianas é encontrado no lodo ativado. Com o aumento da temperatura da água purificada até 37°C, é necessário aumentar a alimentação de ar em 1,2 vezes para aeração.[ ...]

Tratamento local de águas residuais a partir de emulsificantes que não são capazes de decomposição bioquímica. Amplamente utilizado na indústria como emulsificante, o nekal não é destruído no processo de tratamento bioquímico de efluentes e, em concentrações conhecidas, inibe os processos de nitração e oxidação de outros compostos orgânicos. Além disso, a presença de nekal na água prejudica significativamente suas propriedades organolépticas. A possibilidade de usar o método de troca iônica para extrair nekal da água de lavagem é baseada na capacidade dos trocadores de ânions fortemente básicos (por exemplo, AV-16) de trocar seletivamente o íon cloro pelo ânion do ácido hidrobutilnaftalenossulfônico. A regeneração da resina de troca aniônica é realizada com soluções hidroalcoólicas de cloreto de sódio. Após a destilação do álcool e parte da água da solução regeneradora e resfriamento, seu necal precipita na forma de cristais, e o licor mãe retorna ao ciclo de troca iônica ou regeneração.[ ...]

O processo posterior de regeneração de lodos ativados pode ocorrer tanto na instalação que realiza o tratamento bioquímico (aerotanque) quanto em uma instalação separada (regenerador). No primeiro caso, soma-se o tempo de regeneração ao tempo de adsorção, e calcula-se a estrutura para a vazão de esgoto pela soma dos tempos; no segundo caso, a estrutura (aerotanque) só pode ser projetada para o fluxo de águas residuais em termos de tempo necessário para adsorção, e o regenerador é calculado para o tempo de regeneração apenas para o fluxo de lodo ativado nele, cuja vazão é muito menor que a vazão de águas residuais. Portanto, sob certas condições, o segundo caso em termos de construção e operação pode ser mais vantajoso do que o primeiro. Para poder resolver este problema, o projetista de estações bioquímicas de tratamento de efluentes deve determinar o tempo necessário para o processo de adsorção de substâncias orgânicas por lodo ativado e o tempo necessário para o processo de sua regeneração.[ ...]

A possibilidade de oxidação bioquímica do STEK e sua influência nos processos de tratamento biológico de efluentes foram estudadas durante a operação de plantas modelo de biofiltros e tanques-misturadores de aeração.[ ...]

A água purificada biologicamente contém uma quantidade significativa de nitrogênio amoniacal e fosfatos. O nitrogênio e o fósforo contribuem para o melhor desenvolvimento da vegetação aquática, cuja morte subsequente leva à poluição secundária do reservatório. O controlo dos processos de desnitrificação bioquímica é feito de forma semelhante ao controlo dos processos biológicos de tratamento de águas residuais em instalações de arejamento, sendo dada especial atenção à avaliação das formas e concentrações dos compostos azotados.[ ...]

Foi desenvolvida uma tecnologia para tratamento bioquímico de efluentes a partir de íons de metais pesados: Cr, Cu2+, Zn2+, Na2+, Fe2+, Fe3+. A essência do método reside no tratamento de águas residuais com uma cultura de acumulação de bactérias redutoras de sulfato, que, em condições anaeróbicas, na presença de nutrição orgânica, reduzem os sulfatos contidos na água a sulfetos insolúveis, que são facilmente sedimentados e removidos na forma de lodo. O processo de limpeza ocorre em instalações especiais - biorredutores.[ ...]

Uma das tarefas mais importantes no tratamento bioquímico de águas residuais em aerotanques é fornecer oxigênio aos microorganismos que oxidam impurezas orgânicas na água. O processo de tratamento de águas residuais no aerotank consiste em vários estágios paralelos e sequenciais de transformações de substâncias envolvidas em reações bioquímicas. As mudanças que ocorrem neste caso com o oxigênio podem ser representadas da seguinte forma. Quando o ar é fornecido à água, formam-se bolhas, das quais o oxigênio passa para a mistura de lodo e, misturando, é distribuído uniformemente nela. Em seguida, o oxigênio dissolvido é adsorvido pelas células bacterianas que fazem parte do lodo ativo do algodão e é utilizado para a oxidação de substâncias orgânicas, também adsorvidas pelo lodo do algodão. Como resultado da síntese de proteínas na célula e sua divisão, novos organismos vivos são formados. Além disso, são formados produtos de decomposição de substâncias orgânicas - dióxido de carbono, água, produtos da decomposição incompleta de impurezas orgânicas, que são descartados do algodão de lodo ativado na água. Produtos de decomposição gasosa são removidos da água durante a aeração.[ ...]

Do exposto resulta que ao analisar águas contendo substâncias orgânicas contendo nitrogênio, o valor de DQO obtido pelo método com KrBrOs será maior (devido à formação de nitratos) do que pelo método convencional com K2CH2O7. Para distinguir o primeiro valor, é aconselhável designar o símbolo HPKM0 - Corresponde à absorção química de oxigênio que ocorreria durante o tratamento de águas residuais em instalações bioquímicas se o processo fosse levado à nitrificação completa de substâncias contendo nitrogênio.[ ...]

A intensidade do processo de tratamento de águas residuais em uma determinada instalação determina a capacidade oxidante da instalação, que se refere ao número de gramas de oxigênio recebido de 1 m3 da instalação por dia e usado para reduzir a demanda biológica de oxigênio das águas residuais, oxidar sais de amônio a nitritos e nitratos, bem como aumentar o teor de oxigênio dissolvido nas águas residuais. A quantidade de poder oxidativo para várias armas varia muito. Com requisitos crescentes para o grau de purificação, a água purificada bioquimicamente é submetida a filtração em filtros de areia.[ ...]

A falta prolongada de nitrogênio no tratamento de águas residuais, além da inibição do processo bioquímico, leva à formação de lodo ativado de difícil sedimentação e sua perda como resultado da remoção dos tanques de sedimentação secundária.[ ...]

Recentemente, principalmente no caso de descargas de águas residuais nas imediações de reservatórios usados para recreação e turismo, está prevista a chamada "terceira etapa de tratamento", após o tratamento bioquímico. Consiste na liberação de compostos contendo nitrogênio e fósforo das águas residuais, que, por serem elementos biogênicos, podem causar um aumento no crescimento de algas nos reservatórios e, assim, prejudicá-los. Durante o processamento bioquímico, os fosfatos podem ser precipitados com sais de ferro ou alumínio. O nitrogênio do nitrato pode ser removido em uma planta anaeróbica intermediária com a ajuda de bactérias que consomem o oxigênio dos nitratos e liberam o nitrogênio na forma de N2 ou IgO. Se possível, é claro, é preferível desviar todas as águas residuais, contornando os reservatórios, usando um canal de desvio.[ ...]

O método bioquímico tem grande potencial para o tratamento de águas residuais profundas, principalmente a partir de derivados de petróleo dissolvidos. Sua aplicação prática em refinarias e plantas petroquímicas apresenta resultados positivos. No entanto, ainda não foi implementado no sistema de empresas de armazenamento e transporte de produtos petrolíferos. Para uma compreensão mais profunda da essência e das características dos processos bioquímicos no tratamento de águas residuais oleosas, o livro fornece os dados científicos mínimos necessários. A aplicação prática do método deve ser baseada na experiência já estabelecida no desenvolvimento e uso de instalações bioquímicas de tratamento de efluentes em geral. A esse respeito, o livro discute esquemas tecnológicos, as principais questões de construção e projeto de instalações para tratamento bioquímico de águas residuais e tratamento de lodo na escala de fazendas de tanques modernas e outros empreendimentos similares.[ ...]

Um método mais universal é o método de tratamento de águas residuais com lodo ativado. O lodo ativado, sob a influência do qual ocorre o processo de oxidação bioquímica de poluentes orgânicos, é um acúmulo de bactérias que se parece com flocos de hidróxido de ferro. A formação de lodo ativado em condições naturais ao fornecer efluentes leva à criação de um complexo de bactérias capaz de consumir várias substâncias orgânicas contidas em efluentes industriais. Isso permite que você purifique totalmente as águas residuais da contaminação do que com o método microbiano. A mistura de líquido residual purificado e lodo ativado entra nos tanques de decantação secundários, onde são separados. A quantidade principal de lodo é devolvida aos tanques de aeração para retrabalho. O acréscimo de lodo ativado, determinado experimentalmente, é retirado do sistema. Na ausência de dados experimentais, podemos presumir que para cada 1 m3 de efluente industrial, -100-150 g de lodo ativado é formado.[ ...]

O desenvolvimento mais intenso de Ciliata foi observado no tratamento de águas residuais da produção de concentrado protéico-vitamínico, que correspondeu ao maior coeficiente zoogley do biofilme (ver Tabela 2.10). Águas residuais com baixo índice bioquímico de "0,005) afetam negativamente a condição dos protozoários. Os ciliados se encistam, formando um cisto ao redor do corpo - uma formação protetora temporária de forma esférica. Durante o encistamento, todos os processos vitais desaceleram e o corpo entra em estado de anabiose.[ ...]

O tratamento de lodo (Fig. 6.22) é utilizado quando grandes massas de lodo são formadas no processo de tratamento bioquímico de efluentes em decantadores primários e secundários, que devem ser eliminados ou descartados. A compactação do lodo está associada à remoção da umidade livre e é uma etapa necessária em todas as variantes de esquemas tecnológicos para tratamento de lodo. Ao mesmo tempo, usando os métodos de gravidade, flotação, centrífuga e vibracional, em média, 60% da umidade pode ser removida e a massa de lodo pode ser reduzida em 2,5 vezes.[ ...]

Os surfactantes afetam adversamente e, às vezes, impossibilitam o tratamento de águas residuais por métodos convencionais. Assim, águas residuais contendo sais de ácidos sulfônicos de petróleo, surfactantes não iônicos, etc. não podem ser limpos por um método bioquímico, isso se deve ao fato de que os surfactantes são venenos para a biocenose, praticamente não sofrem oxidação, reduzem a proporção de demanda biológica de oxigênio (BOD) e oxidabilidade, retardam o crescimento de lodo ativado e inibem o processo de nitrificação. A eficácia deste método de limpeza aumenta em 100 ou mais vezes após a remoção preliminar dos surfactantes.[ ...]

Para garantir a remoção sustentável e eficiente de surfactantes, as águas residuais são submetidas a um tratamento mecânico preliminar antes da aeração. Uma decantação de duas horas permite remover sólidos em suspensão facilmente decantáveis, calcular a média da composição das águas residuais e, em geral, equalizar a temperatura e a reação do meio. A filtração subsequente através de filtros rápidos de duas camadas (areia-antracite) leva a uma clarificação mais profunda das águas residuais, o que intensifica o processo de formação de espuma subsequente e reduz a quantidade de sólidos suspensos na espuma. Esta última circunstância não é de pouca importância na preparação do concentrado de espuma para sua reutilização na lavagem de roupas. A aeração das águas residuais por 45-60 minutos quando o ar comprimido é fornecido com uma intensidade de 25-30 m3 [m2 - h] garante a remoção de 80% dos surfactantes, ou seja, reduz sua concentração nas águas residuais para 20-30 mg / l. Considerando que apenas detergentes à base de surfactantes “biologicamente suaves” devem ser usados para lavar roupas, após esse tratamento, as águas residuais das lavanderias modernas podem ser descartadas livremente nos esgotos da cidade com tratamento bioquímico. Conforme demonstrado pela pesquisa de Tsvetkova na Academy of Public Utilities, após o fracionamento do surfactante em espuma, as águas residuais clarificadas, mesmo sem diluição, podem ser posteriormente purificadas pelo método bioquímico. Água residual purificada pode ser usada para lavar os filtros, enquanto a água de lavagem gerada durante os primeiros 5 minutos, devido ao possível alto teor de tensoativos, é recomendada para ser enviada para o fluxo de água residual que entra no tratamento. O restante das águas residuais, bem como o lodo dos tanques de sedimentação, pode ser lançado no esgoto da cidade.[ ...]

A diferença entre COD e BOD caracteriza a presença de impurezas que não são oxidadas bioquimicamente e a quantidade de substâncias orgânicas usadas para construir células de microorganismos. Para águas residuais domésticas, o DBO total é de 85-90% do DQO. A relação DBOtotal/COD pode ser usada para julgar a possibilidade de aplicar um determinado método de tratamento de águas residuais. Se a relação BOD/COD>0,5, isso indica a possibilidade de usar o tratamento bioquímico de efluentes; com uma relação de BOD/COD [ ...]

A tiamina, ao contrário das biotinas, por si só não apresentou atividade fisiológica nos processos de purificação bioquímica. No entanto, em combinação com naftenatos de manganês e cromo, a tiamina aumenta o teor de carbono no lodo ativado durante a oxidação de alcanos e cetonas. Para aumentar a atividade da tiamina nos processos de tratamento aeróbico de efluentes, foram utilizados sais de ferro, cobre, manganês e zinco.[ ...]

Um dos instrumentos manométricos mais comuns para determinar as trocas gasosas em processos químicos e bioquímicos é o instrumento de Warburg. Encontrou ampla aplicação em biologia no estudo da atividade vital de microorganismos e a respiração dos tecidos. No campo do tratamento de águas residuais, o dispositivo Warburg é usado para estudar a toxicidade das águas residuais (AKH, MISI), bem como para estudar a intensificação do trabalho de instalações bioquímicas (Vodgeo).[ ...]

A maioria dos organismos heterotróficos recebe energia como resultado da oxidação biológica de substâncias orgânicas - respiração. O hidrogênio da substância oxidada (ver § 24) é transferido para a cadeia respiratória. Se apenas o oxigênio desempenha o papel do aceptor final de hidrogênio, o processo é chamado de respiração aeróbica e os microorganismos são aeróbicos estritos (obrigatórios) que possuem uma cadeia completa de enzimas de transferência (veja a Fig. 14) e são capazes de viver apenas com uma quantidade suficiente de oxigênio. Os microrganismos aeróbicos incluem muitos tipos de bactérias, gris-6¿i, algas, a maioria dos protozoários. Os saprófitos aeróbicos desempenham o papel principal nos processos de tratamento bioquímico de águas residuais e autodepuração do reservatório.

O uso de microorganismos (bactérias, algas) de impurezas é a base do método de limpeza bioquímica.

Como resultado de sua atividade vital, os microrganismos utilizam a matéria orgânica como meio nutriente, enquanto ocorre a degradação da matéria orgânica.

Para um tratamento bioquímico eficaz de águas residuais, é importante cumprir as seguintes condições:

Regime de temperatura - de +20 a +30оС;
. acidez ótima do meio - pH de 6,5 a 7,5;
. o fornecimento de uma quantidade suficiente de oxigênio, o que melhora significativamente o processo de decomposição de substâncias orgânicas por microorganismos;
. remoção preliminar (redução da concentração) de substâncias tóxicas que têm um efeito prejudicial sobre os microorganismos.

O tratamento bioquímico da água é realizado usando os seguintes métodos:

Campos de filtro. As águas residuais enchem periodicamente as áreas cercadas de terra ao máximo. Além disso, a água é filtrada naturalmente passando pelos poros do solo. As impurezas orgânicas ficam presas no solo e são decompostas por bactérias, enquanto a água purificada é coletada pelo sistema de drenagem.
. Os campos de irrigação são lotes de terra especialmente alocados onde são cultivadas plantas industriais e, ao mesmo tempo, as águas residuais usadas para irrigação são tratadas. A limpeza da poluição ocorre devido a processos naturais que ocorrem no solo. Como resultado da decomposição de substâncias orgânicas no processo de atividade vital dos microorganismos, a fertilidade do solo aumenta. 1 hectare de campos de irrigação pode receber até 50 metros cúbicos de esgoto por dia.
. Aerotanques são reservatórios artificiais nos quais o esgoto, o lodo ativado é carregado e o oxigênio é fornecido. A purificação é fornecida por lodo ativado reciclado, que é um conjunto especial de bactérias e protozoários que contribuem para a purificação mais eficaz.
. Os biofiltros são instalações de purificação que contêm material de carregamento especial (pedra britada, seixos, argila expandida, plástico). Antes do início do processo de limpeza, microrganismos crescem na superfície do material de alimentação, formando um filme biológico. Ao passar pelo biofiltro, as impurezas do esgoto permanecem na matéria-prima, onde são decompostas pelos microorganismos do filme biológico. A água em biofiltros pode ser submetida a aeração adicional.

A principal vantagem do método de limpeza bioquímica é a obtenção da água mais pura na saída. Além disso, o processo de limpeza não gera resíduos que necessitem de descarte separado.
Método de tratamento de águas residuais reagente

A essência do método de limpeza de reagentes é o uso de reações químicas para inativar substâncias tóxicas, por exemplo, devido à precipitação destas em um precipitado insolúvel, que posteriormente é removido mecanicamente.

Este método usa:

Neutralização, que efetivamente limpa da poluição por ácidos e álcalis;
. reações redox;
. complexação.

Eles são amplamente utilizados para a purificação de águas residuais domésticas e industriais de muitas substâncias orgânicas dissolvidas e algumas substâncias inorgânicas (H2S; sulfetos; NH3; nitritos, etc.).

O processo de limpeza é baseado na capacidade dos microorganismos de usar essas substâncias para nutrição no processo da vida, porque. matéria orgânica para eles é uma fonte de carbono.

Vantagens: design de hardware simples, baixo custo operacional.

Desvantagens: altos custos de capital, necessidade de remoção preliminar de substâncias tóxicas, adesão estrita ao regime de limpeza tecnológica. As águas residuárias são caracterizadas por: DBO - demanda bioquímica de O 2 . mg O 2 /g ou mg O 2 / l não incluindo os processos de nitrificação. COD - Requerimento de O2 para a oxidação de todos os agentes redutores. DQO > DBO.

Se na presença de O 2 - então um processo aeróbico (a \u003d 20-40 o C). Se na ausência de O 2 - então anaeróbico (para neutralizar resíduos).

Durante o tratamento bioquímico, as substâncias contidas nas águas residuais não são descartadas, mas transformadas em excesso de lodo, que também requer neutralização. O lodo ativado (pedaços amarelo-acastanhados) é um complexo complexo de microrganismos de várias classes, protozoários, vermes microscópicos, ciliados, algas, leveduras, etc. Uma boa fonte de C são os compostos orgânicos insaturados.

Compostos orgânicos saturados são mais difíceis de digerir.

Substâncias orgânicas dissolvidas, hidrocarbonetos penetram facilmente na célula; substâncias mais duras, cujas moléculas contêm grupos polares, etanol > etileno glicol > açúcares glicerol, possuindo vários grupos hidroxila. Ainda mais lentamente difundir na célula. Ácidos graxos > hidroxiácidos > aminoácidos. Os íons de amônio penetram facilmente na célula!

A capacidade de adaptação dos microrganismos proporciona uma ampla distribuição do tratamento biológico de águas residuais.

Quanto pior for a secagem do lodo, maior será o índice de lodo. eu gr. BODtotal / COD = 0,2 - grupo de águas residuais (indústria alimentar, spsk, proteína-vitamina ...). A poluição orgânica deste grupo não é tóxica para os micróbios. II gr. DBOtotal/DQO\u003d 0,10-0,02 - Águas residuais de coque, xisto, água com gás. Estas águas após purificação mecânica podem ser direcionadas para oxidação bioquímica. III gr. DBOtotal/DQO\u003d 0,01-0,001 - efluentes da metalurgia ferrosa, sulfeto, cloreto, surfactante, etc. São necessários tratamento mecânico e tratamento físico e químico. IV gr. DBOtotal/DQO A turbulência (mistura intensiva, lodo ativado em suspensão) das águas residuais aumenta o fornecimento de nutrientes e O2 aos microorganismos, o que aumenta a velocidade do tratamento das águas residuais.

A dose de ativo ou depende do índice de lodo.

Quanto menor o índice de lodo, maior a dose de ativo ou deve ser dada.

Um aumento em t o => aumenta o volume da reação bioquímica. t o > 30 o pode destruir microorganismos. Quase 20-30º . O veneno para lodo ativado são sais de metais pesados. Os sais desses metais reduzem a taxa de limpeza (Sb, Ag, Cu, Hg, Co, Ni, Pb, etc.).

Para a oxidação de substâncias orgânicas por microorganismos, é necessário O 2 ; dissolvido em águas residuais, ou seja, aeração - dissolução de O 2 em H 2 O.

Para a ocorrência bem-sucedida de reações bioquímicas de oxidação, é necessária a presença de compostos de elementos biogênicos e oligoelementos nas águas residuais: (N, P, K).

A falta de N - inibe a oxidação e a formação de lodo endurecido.

A falta de P - leva à formação de bactérias filamentosas, que é a causa do inchaço do lodo ativado.

Biolimpeza em condições naturais.

Os campos de irrigação são terrenos especialmente preparados; a limpeza é realizada sob a influência da microflora do sol, do ar e da vegetação viva, das plantas.

Os campos de irrigação são melhor organizados em solos arenosos ou argilosos. Água subterrânea não superior a 1,25 m da superfície.

No solo dos campos de irrigação existem bactérias, leveduras, fungos, algas, etc.. As águas residuais contêm bactérias. Se os campos não cultivam e são apenas para tratamento biológico de águas residuais, são chamados de campos de filtragem.

Os campos irrigados após o tratamento biológico de águas residuais são usados para o cultivo de grãos e silagem, ervas, vegetais. Os campos de irrigação apresentam as seguintes vantagens em relação aos tanques de aeração: 1 – redução dos custos de capital e operação; 2 - As terras improdutivas estão envolvidas na rotatividade agrícola. 3 - são assegurados rendimentos elevados e sustentáveis.

Mecanismo:

O efluente no processo de tratamento biológico passa pela camada filtrante do solo, na qual as partículas suspensas e coloidais ficam retidas, formando um filme, e o O2 penetrante oxida as substâncias orgânicas, transformando-as em compostos minerais.

As águas residuais para os campos de irrigação podem ser fornecidas através de umidificadores tubulares de polietileno ou fibrocimento, ou seja, irrigação do subsolo.

Lagoas biológicas - uma cascata de lagoas, composta por 3-5 etapas. Com aeração natural (sua profundidade é de 0,5-1m). Bem aquecido pelo sol. Com aeração artificial (mecânica ou pneumática, compressor) (profundidade - 3,5 m). A carga de poluição aumenta de 3 a 3,5 vezes.

Limpeza em estruturas artificiais.

Aerotanks são tanques de aeração de concreto armado. Mistura arejada de águas residuais + lamas activadas.

- cárter primário;
– pré-aerador (para aeração preliminar 15-20 min);
- tanque de aeração;
– regenerador (25%);
- reservatório secundário;

A aeração é necessária para saturar H2O - O2 e manter o lodo em suspensão. A água residual antes do aerotanque não deve conter mais do que 150 mg/l de partículas suspensas e não mais do que 25 mg/l de derivados de petróleo: t°H2O=6-30°С; PH - 6,5-9. a profundidade dos aerotanques é de 2 a 5 M. Uma piscina externa equipada com dispositivos para aeração forçada. 2, 3, 4 corredores.

de acordo com o regime hidrodinâmico (aerotanques - deslocadores (a); aerotanques - misturadores (b); tipo intermediário - com hidrogênio disperso em águas residuais);
de acordo com o método de regeneração ativa ou (com e sem regeneração separada);
de acordo com a carga de lodo ativado (alta carga para tratamento incompleto e convencional ou baixa carga);
pelo número de passos (1º, 2º, múltiplo);
de acordo com o modo de entrada das águas residuais (correntes, semifluidas, de contato, etc.);
por características de design:

Na presença de impurezas nocivas e DBO > 150 mg/l - com regeneração.

Informação util: