2. Закономерности распада органических веществ

Механизм изъятия веществ из сточных вод и их потребление микроорганизмами весьма сложен. В целом этот процесс может быть условно разделен на три стадии: 1) массопередача вещества из жидко- сти к поверхности клетки, за счет молекулярной и конвективной диф- фузии; 2) диффузия вещества через полупроницаемую мембрану по- верхности клетки, возникающая вследствие разности концентраций вещества в клетке и вне ее; 3) процесс превращения вещества (метабо- лизм), протекающий внутри клетки, с выделением энергии и синтезом нового клеточного вещества.

Скорость протекания первой стадии определяется законами диф- фузии и гидродинамическими условиями в сооружении биохимиче- ской очистки. Турбулентность потока вызывает распад хлопьев актив- ного ила на мельчайшие колонии микробов и приводит к быстрому об- новлению поверхности раздела между микроорганизмами и средой.

Процесс переноса вещества через полупроницаемые мембраны клеток может быть осуществлен двумя путями: растворением диффун- дирующего вещества в материале мембраны, благодаря чему оно про- ходит внутрь клетки или присоединением проникающего вещества к специфическому белку-переносчику, растворением образующегося

комплекса и диффузией его внутрь клетки, где комплекс распадается и белок-переносчик высвобождается для совершения нового цикла.

Основную роль в очистке сточных вод играют процессы превра- щения вещества внутри клеток микроорганизмов, в результате чего происходит окисление вещества с выделением энергии (катаболиче- ские превращения) и синтез новых белковых веществ, который проте- кает с затратой энергии (анаболические превращения).

Скорость химических превращений и их последовательность оп- ределяют ферменты, выполняющие роль катализаторов и представ- ляющие собой сложные белковые соединения с молекулярной массой до сотен тысяч и миллионов. Их активность зависит от температуры, рН и присутствия в сточной воде различных веществ.

Суммарные реакции биохимического окисления в аэробных усло- виях можно представить в следующем виде:

Окисление органического вещества

С_хН_у + (х + 0,25у - 0,5z)О₂  хСО₂ + 0,5уН₂О + Н;

Синтез бактериальных клеток

С_хН_уО_z + nNH₃ + n(x + 0,25у - 0,5z - 5)O₂ 

 n(C₅H₇NO₂) + n(х-5)CO₂ + 0,5n(у-4)H₂O - H;

Окисление клеточного материала

n(C₅H₇NO₂) + 5nO₂  5nCO₂ + 2nH₂O + nNH₃ + H.

Химические превращения являются источником необходимой для микроорганизмов энергии. Живые организмы способны использовать только связанную химическую энергию. Универсальным переносчи- ком энергии в клетке является аденозинтрифосфорная кислота (АТФ).

Микроорганизмы способны окислять многие органические веще- ства, но для этого требуется различное время адаптации. Легко окис- ляются многие спирты, гликоли, бензойная кислота, ацетон, глицерин, сложные эфиры и др. Плохо окисляются нитросоединения, некоторые ПАВ и хлорпроизводные органические соединения.

В процессе аэробного окисления потребляется кислород, раство- ренный в сточной воде. Для насыщения сточной воды кислородом проводят процесс аэрации, разбивая воздушный поток на пузырьки, которые, по возможности, равномерно распределяются в сточной воде. Из пузырьков воздуха кислород абсорбируется водой, а затем перено- сится к микроорганизмам. Этот процесс происходит в два этапа. На первом идет перенос кислорода из воздушных пузырьков в основную массу жидкости, на втором - перенос абсорбированного кислорода из основной массы жидкости к клеткам микроорганизмов, в основном под действием турбулентных пульсаций.

Наиболее надежный способ увеличения подачи кислорода в сточ- ную воду - повышение интенсивности дробления газового потока, т.е. уменьшение размеров газовых пузырьков. Скорость потребления ки- слорода зависит от многих взаимосвязанных факторов: величины био- массы, скорости роста и физиологической активности микроорганиз- мов, вида и концентрации питательных веществ, накопления токсич- ных продуктов обмена, количества и природы биогенных элементов, содержания кислорода в воде.