Что такое биофильтры для очистки сточных вод? Биофильтры Биофильтрация для устранения неприятного запаха

Что из себя представляет биофильтр? Это приспособление имеет ёмкость определённой формы, которая при использовании биоматериалов очищает сточные воды.

Что из себя представляет биофильтр? Это приспособление имеет ёмкость определённой формы, которая при использовании биоматериалов очищает сточные воды. Данные биоматериалы состоят из различных микроорганизмов. С помощью перепадов температуры атмосферы и очищаемой жидкости, в процессе очистительных работ осуществляется бесперебойная циркуляция воздуха. Это нужно для того, чтобы микроорганизмы в ёмкости получили кислород, который необходим им для жизни.

Разновидности биологических фильтров.

В биофильтрах существуют различные материалы, которые в них загружают. Можно выделить такие, как:

1. Фильтры, использующие объёмную нагрузку. В них может содержаться галька, щебень и так далее.
2. Технология плоской нагрузки. Производятся из крепких видов пластмассы, функционирующие в температурном спектре от 6 до 30 градусов.

По технологическим схемам разделяют:

• Биофильтры с двумя этапами очистки, производящие воду высокой степени очищенности. Их обычно используют при тяжёлых погодных условиях или ограниченности высоты прибора.
• Биологические фильтры с одним этапом.

По качеству очистки разделяют следующие виды:

• Полная очистка.
• Не полная очистка.

По типу передачи воздуха фильтры подразделяются на:

• С природной подачей.
• С искусственной циркуляцией воздуха.

Так же можно выделить 2 режима функционирования биофильтров:

• С рециркуляцией - сильно загрязнённая жидкость подаётся небольшими объёмами для более качественной очистки.
• Без рециркуляции - применяется, если вода загрязнена не очень сильно.

В зависимости от количества очищенной воды за промежуток времени выделяют:

• Капельные - с небольшой проходимостью воды.
• Высоконагружаемые - с возможностью очистки больших объёмов.

Биологические фильтры применяющие объёмную нагрузку подразделяются на:

• Капельные. Им свойственна небольшая производительность. Если размер слоя будет 2 метра, то их загрузка составит 2-3 сантиметра.
• Высоконагружаемые. При 4-ёх метровом слое их загрузка составит 4-6 сантиметра.
• Башенные фильтры производятся высотой в 16 метров и имеют зернистость 4-6 сантиметров.

Все вышеперечисленные разновидности биофильтров могут быть реализованы, смонтированы и запущены нашей компанией сайт.

Фильтры использующие плоскую загрузку.

Усиленная загрузка производится элементами труб, кольцами и похожими компонентами. В резервуар закладывают металлическую или пластмассовую крошку. Слой очистки может составлять до 6 метров.

Смягчённая нагрузка производится металлической сеткой, синтетикой или пластмассовой плёнкой. Нагрузку закладывают рулонным методом или прикрепляют на корпус. Высота нагрузки составит 8 метров, а пористость не менее 95 процентов.

Биологические фильтры для погружения - ёмкости с вогнутым дном. Металлические, пластмассовые или асбестовые диски прикрепляются выше уровня очищаемой жидкости. Эти диски прикрепляются на расстояние 1-2 сантиметра друг от друга.

Схема функционирования биофильтра.

Подача воды может быть двух типов: струйным и капельным. Воздушные массы собираются с поверхности. Очищенные до этого сточные воды с низким загрязнением сами протекают в распределительное отделение, которое частями выдаёт её поверх массы загрузки. После этого, водная масса течёт в систему дренажа, затем на лотки за границами биофильтра. С другого отстойника убирается биоплёнка.

Биологические фильтры капельного типа подразумевают работу с небольшой, органической загрузкой. Для того, чтобы фильтр своевременно очищался от мертвой плёнки, производится гидравлическая загрузка.

Биофильтры капельного типа не могут быть отрегулированы под переменчивость внешних факторов. При использовании смотрят на степень загрязнённости и состояние фильтров. Намного выгоднее производить полную смену загрузки, так как её очистка стоит очень дорого. В фильтр должны заливаться сточные воды с концентрацией взвешенных частиц не более 100 миллиграмм на литр.

Очень значимым фактором при использовании является аэризация биофильтра. Количество кислорода не должно быть ниже, чем 2 миллиграмма на литр. Время от времени важно производить очистку углубления под дренажем и над дном.

Биофильтр капельного типа очень тяжело реагирует на зимние холодные ветра. Для качественной эксплуатации фильтра устанавливают защиту от ветра. Разная нагрузка ведёт за собой заболачивание биофильтра, которую можно убрать сменой загрузки. Эксплуатации фильтра так же могут вредить посторонние вещества в загрузке и дозирующих ёмкостях.

Высоконагружаемые биологические фильтры

Данному виду биофильтров характерен увеличенный воздухообмен и, следственно, окислительная мощность. Производится увеличенный воздухообмен большой фракцией загрузки и увеличенной нагрузки воды.

Очищаемые водные массы передвигаются на высокой скорости и сносят трудно-окисляемые вещества и биоплёнку. На остальное загрязнение тратится кислород.

Фильтрам с высокой нагрузкой характерен высокий слой загрузки, увеличенная зернистость дренажа и дно специального типа для того, чтобы была произведена искусственная циркуляция воздушных масс.

Промывка данного типа биофильтра может осуществляться только при бесперебойной и постоянной подаче воды.

Чем выше высота загрузки, тем эффективнее биологический фильтр и наоборот.

Устройство и функционирование фильтров

К составу биофильтров могут относиться:

• Тело биофильтра - загрузка для фильтрации, которая находится в ёмкости, открытой для поступления в неё водных масс. Наполнители обязаны быть с невысокой плотностью и увеличенной площадью поверхности.
• Приспособление, которое распределяет воду. Оно обеспечивает планомерное орошение загрузки неочищенной водой.
• Дренаж.
• Приспособление, которое распределяет воздушные массы. Производит реакции окисления с помощью кислорода. Эти реакции в биологических фильтрах похожи на орошение земельных угодий, но в более высоком темпе.

Принцип работы биологического фильтра

Загрузка производит очистку воды от не растворившихся веществ, которые прошли через отстойники. Микроорганизмы в ней существуют с помощью окисления органики. Остальные органические вещества служат для повышения биологической массы. Производится 2 эффективных процесса: в воде убиваются ненужные органические вещества и повышается биоплёнка. Массы сточной воды заберут с собой мёртвую часть биоплёнки. Вентиляция подаёт кислород двумя способами: искусственным и естественным.

Расчёт фильтров

Биофильтры капельного типа

Расчёт нужен для того, чтобы найти эффективный размер загрузки и параметров устройства водораспределения, а так же размера лотка, для отвода жидкости. Размер загрузки вычисляется по мощности окисления - ОМ. Мощность окисления - это количество обязательного кислорода в день. На неё оказывает влияние температура жидкости и воздуха, материалы загрузки, способы подачи воздуха и так далее. При среднегодовой температуре ниже трёх градусов, биологический фильтр должен быть перенесён в более обогреваемую среду с 5-кратной подачей воздуха.

Для биологических фильтров с высокой нагрузкой существует точный метод подсчёта:

Рассчитывается предельная концентрация загрязнения входящей водной массы. Далее, с помощью формул определяется коэффициент рециркуляции. Существуют методики подсчёта биофильтров, для которых используются усложнённые формулы, но которые дадут результаты высокой точности.

Вентилирование биофильтров

Как упоминалось выше по тексту, биологические фильтры имеют 2 типа передачи кислорода, естественный и искусственный. Тип вентилирования выбирают в зависимости от вида биофильтра и погодных условий.

Для фильтров с высокой нагрузкой применяют вентиляцию с невысоким давлением. Что касается аэрофильтров, то для них используют искусственное вентилирование. Установка фильтра в замкнутом пространстве подразумевает обязательную подачу воздушных масс в него.

Должна производиться постоянная циркуляция воздуха, ведь перебои могут повысить температуру до 60 градусов и вызвать появление неприятных запахов от гниения биологической плёнки.

Фильтр эффективно функционирует при температурах более шести градусов. В случаях, когда температура жидкости ниже шести градусов, нужно подогревать её перед подачей.

Для того, чтобы в холодные времена года биофильтр не замерзал, используют защиту от ветра и понижают коэффициент неравномерной подачи воды. Далее проводят ограничения по поступлению прохладного воздуха: за 60 минут на 1 кв. метр производится подача не более 20 куб. метров. Вентилируемые решётки оснащаются жалюзями, защитой из ткани.

Ширина биологической плёнки прямо влияет на равновесие в биофильтре. Чем больше ширина, тем больше вероятность, что воздушные массы перестанут поступать и начнётся процесс гниения. С этой проблемой чаще всегда сталкиваются при использовании фильтров капельного типа.

Раньше думали, что естественное поступление кислорода возможно только из-за различных температур. Но в итоге стало известно, что на него оказывает влияние процессы диффузии.

Биологический фильтр - резервуар, в котором стоки фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, которая состоит из колоний микроорганизмов.

Микрофлора, обитающая в биопленке, разлагает органические вещества, применяя их как источник питания и получения энергии. Омертвевшая биологическая пленка отслаивается, смывается протекающей сточной водой и выносится из биофильтра. В качестве загрузки используются материалы с высокой пористостью, малой плотностью, высокой удельной поверхностью (щебень, гравий, шлак, керамзит, металл и пластиковые сетки, скрученные в рулоны).

Биопленка, в биофильтрах выполняет те же функции, что и активный ил, она адсорбирует и перерабатывает биологические вещества, находящиеся в сточных водах.

Окислительная мощность биофильтров ниже аэротенков .

В состав биофильтра входят следующие составные части:
а) фильтрующая загрузка (тело фильтра), состоит из щебня, шлака, керамзита, гравия, пластика, асбестоцемента, помещенная обычно в резервуаре с водопроницаемыми или водонепроницаемыми стенками;
б) водораспределительное устройство, обеспечивает равномерное орошение сточными водами поверхности загрузки биологического фильтра;
в) дренажное устройство для удаления профильтровавшейся воды;
г) воздухораспределительное устройство, с помощью которого поступает кислород, необходимый для окислительного процесса.

Принцип работы биофильтра.

Сточные воды, пройдя первичную механическую очистку в отстойнике, где были удалены крупные тяжелые фракции загрязняющих веществ, поступают на биологическую очистку. Очистка в биофильтре осуществляется следующим образом. Загрязненная вода, проходя через фильтрующую загрузку, оставляет в ней нерастворенные примеси, которые не ушли в осадок в первичном отстойнике, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической пленкой. Колонии микроорганизмов, питаясь веществами органического происхождения, получают энергия для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как материал для увеличения своей численности. Таким образом, происходит одновременно и очищение сточных вод и рост колонии. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

На эффективность очистки сточных вод в биофильтрах влияют:
- БПК (биологическая потребность в кислороде), очищаемой сточной воды
- Природа загрязнения веществ
- Скорость окисления
- Интенсивность дыхания микроорганизмов
- Толщина биопленки
- Состав, обитающих в ней микроорганизмов
- Температура сточных вод в биофильтре

Биофильтры классифицируют на:
1. Двухступенчатые биофильтры. Они применяются для достижения высокой степени очистки, когда нельзя увеличить высоту биофильтра.
2. Биофильтры с капельной фильтрацией. Они имеют низкую производительность, но обеспечивают полную очистку. Их используют для очистки вод, до 1000 м3/сутки, при БПК не более 200 мг/л.

Сравнение биологических очистных систем

Argel

Б.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Биологический фильтр (биофильтр) - сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой (биопленкой), образованной колониями микроорганизмов (рис. Б.1).

Биофильтр состоит из следующих частей:

Фильтрующей загрузки, помещенной в резервуаре круглой или прямоугольной формы в плане;

Водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра;

Дренажного устройства для удаления профильтрованной воды;

Воздухораспределительного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух.

Рис. Б.1.Схема биологического фильтра: 1 - подача сточных вод; 2- водораспределительное устройство; 3 - фильтрующая загрузка; 4 - дренажное устройство; 5 - профильтрованная сточная вода; 6 - воздухораспределительное устройство

Процессы окисления в биофильтре аналогичны процессам, происходящим в других сооружениях биологической очистки, и в первую очередь на полях орошения и полях фильтрации. Однако в биофильтре эти процессы протекают значительно интенсивнее.

Рис. Б.2. Схема обмена веществ в элементарном слое биофильтра: 1- анаэробный слой биопленки; 2 - аэробный слой биопленки; 3 - слой сточной воды

Проходя через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней нерастворимые примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, сорбируемые биологической пленкой. Густо заселяющие биопленку микроорганизмы окисляют органические вещества и отсюда получают энергию, необходимую для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества и, в то же время, увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра.

Отработавшая и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра (рис. Б.2).

Биофильтр, как и любой другой биоокислитель, представляет собой открытую экологическую систему, ограниченную в пространстве, включающую живую (биоценоз биопленки) и неживую (конструктивная часть биофильтра, компоненты движущихся жидкой и газовой фаз) среду, обеспеченную источниками энергии и питания. Экосистема - биофильтр отличается устойчивым равновесием, т.е. способностью за счет саморегулирования возвращаться в исходное состояние по производительности и эффективности работы после отклонений от стабильного режима в результате воздействия окружающей среды и условий функционирования. Многообразие видового состава биоценозов является показателем жизнестойкости системы. Эффективность работы биофильтров зависит от многих факторов: влияния окружающей среды, состава сточных вод, режима эксплуатации, конструкции биофильтров, состава биоценозов биопленки и др.

Биологический фильтр - сооружение, в котором сточная вода фильтруется через загрузочный материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями микроорганизмов. Биофильтр состоит из следующих основных частей:

• а)фильтрующей загрузки (тело фильтра) из шлака, гравия, керамзита, щебня, пластмасс, асбестоцемента, помещенной обычно в резервуаре с водопроницаемыми или водонепроницаемыми стенками;
• б)водораспределительного устройства, обеспечивающего равномерное с небольшими интервалами орошение сточной водой поверхности загрузки биофильтра;
• в) дренажного устройства для удаления отфильтровавшейся воды;
• г)воздухораспределительного устройства, с помощью которого поступает необходимый для окислительного процесса воздух.

Биофильтры - резервуары, в которых размещена инертная пористая загрузка, через которую сверху вниз просачивается сточная вода. Поверхность загрузочного материала обрастает биопленкой. Исходная вода равномерно распределяется по поверхности загрузки, а очищенная собирается в поддоне под загрузкой и отводится во вторичный отстойник для отделения от постоянно смывающейся с загрузочного материала биопленки.

Для задержания избыточной биопленки после биофильтров устанавливаются вторичные отстойники, в основном вертикального типа. Избыточная пленка из вторичных отстойников должна регулярно удаляться на обработку или иловые площадки, в противном случае загнивающий осадок ухудшает качество очищенной воды. В зависимости от режима работы биофильтра (капельный или высоконагружаемый) образуется разное количество избыточной биопленки: для капельных биофильтров - 8 г/(чел.сутки), для высоконагружаемых - 28 г/(чел.сутки). Влажность осадка, выгружаемого из вторичного отстойника, около 96%.

Биофильтры представляют собой железобетонные или кирпичные резервуары, заполненные фильтрующим материалом, который укладывается на дырчатое днище и орошается сточными водами. Для загрузки биофильтров применяют шлак, щебень, пластмассу и др. Очистка сточных вод в биофильтрах происходит под воздействием микроорганизмов, заселяющих поверхность загрузки и образующих биологическую пленку. При контакте сточной жидкости с этой пленкой микроорганизмы извлекают из воды органические вещества, в результате чего сточная вода очищается.

Процессы окисления, происходящие в биофильтре, аналогичны процессам, происходящим в других сооружениях биологической очистки, и в первую очередь на полях орошения и полях фильтрации. Однако в биофильтре эти процессы протекают значительно интенсивнее.

Проходя через загрузку биофильтра, загрязненная вода оставляет в ней не растворенные примеси, не осевшие в первичных отстойниках, а также коллоидные и растворенные органические вещества, абсорбируемые биологической пленкой. Густо заселяющие биопленку микроорганизмы окисляют органические вещества и отсюда черпают энергию, необходимую для своей жизнедеятельности. Часть органических веществ микроорганизмы используют как пластический материал для увеличения своей массы. Таким образом, из сточной воды удаляются органические вещества и в то же время увеличивается масса активной биологической пленки в теле биофильтра. Отработанная и омертвевшая пленка смывается протекающей сточной водой и выносится из тела биофильтра. Необходимый для биохимического процесса кислород воздуха поступает в толщу загрузки путем естественной и искусственной вентиляции фильтра.

Классификация биофильтров.

Биофильтры классифицируются по различным признакам.

По степени очистки -на биофильтры, работающие на полную и неполную биологическую очистку. Высокопроизводительные биофильтры могут работать на полную или неполную очистку в зависимости от необходимой степени очистки. Малопроизводительные биофильтры работают только на полную очистку.

По способу подачи воздуха - на биофильтры с естественной и искусственной подачей воздуха. Во втором случае они часто носят название аэрофильтров. Наибольшее применение в настоящее время имеют биофильтры с искусственной подачей воздуха.

По режиму работы - на биофильтры, работающие с рециркуляцией и без нее. Если концентрация загрязнений в поступающих на биофильтр сточных водах невысока и они могут быть поданы на биофильтр в таком объеме, который достаточен для самопроизвольной его промывки, то рециркуляция стока не обязательна. При очистке концентрированных сточных вод рециркуляция желательна, а в некоторых случаях обязательна. Рециркуляция позволяет понизить концентрацию сточных вод до необходимой величины, так же как и предварительная их обработка в аэротенках - на неполную очистку.

По технологической схеме - на биофильтры одноступенчатые и двухступенчатые. Двухступенчатые биофильтры применяются при неблагоприятных климатических условиях, при отсутствии возможности увеличивать высоту биофильтров и при необходимости более высокой степени очистки.

Иногда предусматривается переключение фильтров, т. е. периодическая эксплуатация каждого из них в качестве фильтра первой и второй ступени.

По пропускной способности - на биофильтры малой пропускной способности (капельные) и большой пропускной способности (высоко-нагружаемые).

По конструктивным особенностям загрузочного материала - на биофильтры с объемной загрузкой и с плоскостной загрузкой.

Биофильтры с объемной загрузкой можно подразделить на: капельные биофильтры (малой пропускной способности), имеющие крупность фракций загрузочного материала 20-30 мм и высоту слоя загрузки 1-2 м;

высоко нагружаемые биофильтры, имеющие крупность загрузочного материала 40-60 мм и высоту слоя загрузки 2-4 м;биофильтры большой высоты (башенные), имеющие крупность загрузочного материала 60-80 мм и высоту слоя загрузки 8-16 м. Биофильтры с плоскостной загрузкой подразделяются на: биофильтры с жесткой загрузкой в виде колец, обрезков труб и других элементов. В качестве загрузки могут быть использованы керамические, пластмассовые и металлические засыпные элементы. В зависимости от материала загрузки плотность ее составляет 100-600 кг/м8, пористость 70-90%, высота слоя загрузки 1-6 м;биофильтры с жесткой загрузкой в виде решеток или блоков, собранных из чередующихся плоских и гофрированных листов. Блочные загрузки могут выполняться из различных видов пластмассы (поливинилхлорид, полиэтилен, полипропилен, полистирол и др.), а также из асбестоцементных листов. Плотность пластмассовой загрузки 40- 100 кг/м3, пористость 90-97%, высота слоя загрузки 2-16 м. Плотность асбестоцементной загрузки 200-250 кг/м3, пористость 80-90%, высота слоя загрузки 2-6 м;биофильтры с мягкой или рулонной загрузкой, выполненной из металлических сеток, пластмассовых пленок, синтетических тканей (нейлон, капрон), которые крепятся на каркасах или укладываются в виде рулонов. Плотность такой загрузки 5-60 кг/м3, пористость 94-99%, высота слоя загрузки 3-8 м.

К биофильтрам с плоскостной загрузкой следует отнести и погружные биофильтры, представляющие собой резервуары, заполненные сточной водой и имеющие днище вогнутой формы. Вдоль резервуара несколько выше уровня сточной воды устанавливается вал с насаженными пластмассовыми, асбестоцементными или металлическими дисками диаметром 0,6-3 м. Расстояние между дисками 10-20 мм, частота вращения вала с дисками 1-40 мин-1.

Плоскостные биофильтры с засыпной и мягкой загрузкой рекомендуется применять при расходах до 10 тыс. м3/сутки, с блочной загрузкой- до 50 тыс. м3/сутки, погружные биофильтры - для малых расходов до 500 м3/сутки.

Преимущества биологического метода очистки - возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные, простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость. К недостаткам следует отнести высокие капитальные затраты, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки, токсичное действие на микроорганизмы некоторых органических соединений и необходимость разбавления сточных вод в случае высокой концентрации примесей.

Микробиологические основы процессов очистки серосодержащих сточных вод.

Принцип биологической очистки серосодержащих сточных вод основан на протекании биохимических окислительно-восстановительных процессов, осуществляемых микроорганизмами в процессе их жизнедеятельности с превращением разнообразных неорганических и органических соединений серы в безвредные малотоксичные продукты окисления.

Преимуществом биологического метода очистки является возможность удалять из сточных вод разнообразные органические соединения, в том числе токсичные. Так же преимуществом является простота конструкции аппаратуры, относительно невысокая эксплуатационная стоимость, экологичность. Очистка происходит по принципу дублирование одного из этапов биологического круговорота серы в природе.

Считается, что основную роль в биологическом круговороте серы играет 2 группы микроорганизмов:

• -продуцирующие сероводород (к ним относится гнилостные, сульфатредуцирующие серо восстанавливающие бактерии)
• -окисляющие сероводород и неорганические соединения серы

Сера является биогенным элементам с активным окислительно-восстановительным циклом и представлены разными по химической природе соединениями со степенью окисления от -2 до плюс +6. Поэтому существуют различные группы микроорганизмов, способных изъять все соединения серы из сточных вод. Подразделяется они в зависимости от используемого источника энергии, углерода и субстрата на соответствующие группы.

Способность к биологическому окислению или восстановленнию соединений серы присущи представителям всех систематических групп микроорганизмов, при этом бактерии легче других организмов адаптируются к использованию новых органических субстратов.

Среди микроорганизмов, активно окисляющих восстановленные неорганические соединения серы в природных и искусственных экосистемах, можно выделить следующие группы

• - Тионовые бактерии видов в составе родов Thiobacillus, Themothrix, Thiomicrospira, Thiosphaera
• - Серобактерии, представленные одноклеточными и многоклеточными формами, относящимся к родам Achromatium, Thiobacterium, Beggiota, Thiotrix, Thioploca
• - Фотосинтезирующие пурпурный и зеленые серные бактерии, а также некоторые цианобактерии

Хемоорганогетеротрофные организмы: бактерии родов Bacillius, Pseudomoas, актиномицеты и гриббы

Серобактерии в природе широко распространенны и составляет гетерогенную группу, в которой они объединены по одному общему признаку - способности окислять восстановленный или частично окисленные неорганические соединения серы. Использование этого свойства привело к соединению в одной группе многих таксономически невзаимосвязанных родов. Различные группы серокисляющих бактерий отличаются друг от друга типом питания, физиологическими свойствами, и экологическими особенностями.

Среди бесцветных серобактерии встречаются фактически все известные формы клеток и типы подвижности. Рост представителей этой группы можно обнаружить при значении, рН почти во всем диапазоне от 1 до 10,5. Основные признаки, объединяющие бесцветных серобактерий следующие: все они грамотрицательные, аэробные формы, причем некоторое из них способны к денитрификации, являются хемолитотрофами. Бесцветные серобактерии могут быть обнаружены практически везде, где присутствует восстановленные соединения серы.

Тионовые бактерии в морфологическом отношении представляет весьма однородную группу, относительная коды Тhiobacillus.

Клетки палочковидные с закругленными концами, обладающие полярным жгутиком, нейтрофилы, могут расти при рН от 6 до 8, но не растут при значениях ниже рН 3. Могут использовать кислород или в анаэробных условиях нитрат или нитрид как терминальный акцептор электронов.

Некоторые виды в чистой культуры не могут вырасти в анаэробных условиях, участвуя в осуществлении процесса денитрификации, так как способны восстанавливать нитрат только до нитрита, который при накоплении токсичен. Тионовые бактерии, однако, будут активно расти в смешанной культуре с нитритвосстанавливающими микроорганизмами.

Большинство тионовых бактерий - это типичные автотрофы, которые осуществляют хемосинтез, то есть способность ассимилировать CO2 за счёт энергии, получаемой при окислении восстановленных соединений серы, то есть они не нуждаются в органическом источнике углерода, однако для развития некоторых видов одновременно с неорганическим донором электронов требуется органические соединения.

Вторая группа серобактерии обладает отличительным свойством откладывать капли сера внутрь клеток или непосредственно на их поверхности. Одноклеточные бесцветные серобактерии - крупные неподвижные (Acheromatium) и подвижные формы, передвигающиеся с помощью многочисленных перитрихальных (p. Thiovulum) или одного полярного жгутика (p. Macromonas). Нитчатые организмы представлены неподвижными или способными к скользящему движению (pp. Beggiatoa, Thioploca) формами, встречающимися, главным образом, в грязевых водоемах.

Серобактерии доминирует в местообитаниях с относительно низким содержанием сульфида и богатых органическим веществом, например, в микробных сообществах систем очистки бытовых сточных вод, приливно-отливные зонах морей и океанов.

Таким образом, тионовые или несерные и серные бактерии окисляют одни и те же соединения, при отсутствии сероводорода в окружающей среде окисляют серу до тиосульфатов и, далее, до сульфатов. Разница заключается в том, что тионовые бактерии откладывают образующуюся серу вне своих клеток, а истинные серобактерии накапливают внутри клеток.

Фотосинтезирующие пурпурные зеленые серные бактерии способны окисляет сероводород, сера, гипосульфит, сульфит и другие не вполне окисленные соединения серы, используя для этого энергию солнечных лучей. В составе их имеется пигмент бактериохлорофилл, аналогично хлорофиллу растений. У фотосинтезирующих бактерий донором водорода служит сероводород, а в свободном состоянии выделяется сера.

Данные бактерии могут строить свои клетки, используя в качестве единственного источника углерода углекислоту, которая не фиксирует через цикл Кальвина, обитают главным образом в водной среде. Но наружных биологической очистки эти бактерии обычно не встречаются, так как в этих условиях отсутствует один из двух необходимых им факторов: или свет, или анаэробные условия.

Также известны типичные хемоорганогетеротрофные микроорганизмы, участвующие в окислении сероводорода, молекулярной серы и тиосульфата. К их ислу относятся представители родов Bacillius, Pseudomonas, Achromobacter, а также актиномицетов, плесневых грибов, дрожжей. Некоторые из них, в частности, нитчатая многоклеточная бактерия Sphaerotilus natans. В присутствии сероводорода откладывает в клетку серу. Другие способны окислять тиосульфат до тетратионата (Na2S4O6). Отмечено также образование политионатов и сульфата при воздействии смешанных культур гетеротрофных микроорганизмов на элементарную серу. Хемоорганогетеротрофные организмы окисляют серу в присутствии органических веществ. Такое превращение представляется для них побочным процессом в главном направлении метаболизма. Окисление серы хемоорганогетеротрофными микроорганизмами идет довольно медленно и менее активно, при этом в качестве промежуточных продуктов образуется сероводород, метилмеркаптан, диметилсульфид, элементная сера.

При полном окислении соединения серы бактериями должны образовываться сульфаты. Однако в среде, где протекает окислительный процесс, постоянно обнаруживаются промежуточные продукты окисления. Схематически полный путь окисления сульфидов до сульфатов в нейтральной и слабощелочной среде может быть представлен следующим образом

S2- >S0 (S2-n) >S2O32->SmO62->SO32->SO42-

Где n=2-5, m=2-6

При полном окислении соединений серы бактериями должны образовываться сульфаты. Однако способности отдельных видов не вполне одинаковы. Следует учитывать, что не всегда легко установить, какие именно соединения сера окисляется биологическим путем, так как многие из них не устойчива при низком значении pH и могут также окисляться кислородом воздуха. Нередко окисление идет не до конца, и среде могут обнаруживаться различные не полностью окисленные продукты. Так при окислении сероводорода иногда образуются молекулярная сера, а также тиосульфата политионаты. Окисление тиосульфата также часто сопровождается образованием политионатов элементарной серы. Не все эти соединения являются результатом ферментативных процессов я не относится к промежуточным продуктам окисления бактериями исходного субстрата. Многие из них могут образоваться химическим путем или в результате побочных биологических реакций окисления микроорганизмами соединений серы до конца не изучены

Механизм окислительных процессов, вызываемых SR окисляющие бактериями, может быть представлен следующим реакциями

H2S + 1/2O2 >S + H2O2

H2S + 2O2 > H2SO4

• 2S + 3O2 + 2H2O> H2SO4
• 5Na2S2O3 + 2O2 + H2O > Na2SO4 + H2SO4 + 4S
• 2 Na2S2O3 + 1/2O2 + H2O2 > Na2S4O6 + 2 NaOH

Не исключено, что одного и того же организма могут функционировать различные пути окисления соединения серы, и значение того или иного зависит от условий среды и других факторов.

Энергия, выделяющаяся при окислении сульфидов и промежуточных восстановленных соединений серы до сульфата, аккумулируются в микроэргической связи АТФ. Это реакция расходуется на восстановление пиридиннуклеотида, который необходим для фиксации углекислого газа, а также на другие жизненные функции бесцветная бактерий. Ацидофильные нейтральные серые бактерии окисляют соединения серы различными путями. У некоторых ацидофильных видов промежуточным продуктом окисления серы является тетратионат, когда у некоторых нейтрофилов это может быть тиосульфата, которые далее гидролизуется до молекул серы и сульфита. Таким образом, превращения тиосульфата могут быть связаны с расщеплением до элементарной серы, а также окислением до тетратионата и превращением в тритионат и сульфит.

Рисунок Условная схема окисления соединения серы у нетрофильных бактерий Th. thioparus 1 - сульфидоксидоредуктаза; 2 - тиосульфатдегидрогиназа; 3 - серадиоксигиназа; 4 - сульфитоксидоредуктаза; 5-аденозинфосфоульфатредуктаза; 6 - АДФ-сульфурилаза

Окисление тиосульфата (S-SO3)2- и полисульфанов (S)n2- осуществляется с помощью S-оксигеназы, и превращается в сульфит через стадию образования промежуточного продукта эквивалентного элементарной серы. Тиосульфат стабилен преимущество при нейтральном и щелочных значениях рH.

Из политионатов наибольший биологический интерес представляет тритионат (S3O62-) и тетритионат (S4O62-) устойчивые в кислых условиях. При окислении тритионата тритионат-дегидрогеназой в числе прочих продуктов образуется тиосульфат.

2S3O62-+ H2O>S2O32- + [S] + SO42- + 2 H+

После чего он окисляется до тетратионатa с помощью тиосульфат дегидрогеназы. Ключевой промежуточный метаболит, тетратионат, расщепляется тетратионатгидролазой, в результате чего регенерируются тиосульфат и образуется элементарная сера

S4O62-+ H2O>S2O32- + [S] + SO42- + 2 H+

Таким образом, механизм окисления восстановленных соединений серы до сульфатов является достаточно сложным и в настоящее время до конца не изученным. Химические и бактериальные пути являются многоступенчатыми, и расшифровка природы промежуточных продуктов окисления восстановленных соединений серы представляется достаточно сложным в силу двойственной природы процессов окисления и невозможности исключить многие побочные реакции, учитывая, что соединение серы не устойчива при низком значении паше могут также окисляется кислородом воздуха.

Следует отметить, что популяция бактерий, окисляющие восстановительной соединение серы, из-за особенности их конструктивного обмена и низкой скорости разложения медленной регенерируется и поэтому является наиболее уязвимым звеном сообщества микроорганизмов биологических очистных сооружений.

Процессор окисления путем иммобилизации микроорганизмов

Анализ по экологии тионовых бактерий в сооружениях водоотведения и особенностей интенсификации биологической очистки сточных вод в биосорбционных установках позволяет предположить, что одним из условий стабильности и активности процессов биоокисления может служить иммобилизация микроорганизмов. Иммобилизация значительно повышает устойчивость сероокисляющих бактерий к стрессовым воздействиям за счет более высокой плотности популяции, а также интенсифицирует биоокисление токсичных примесей в составе сточных вод, что улучшает качество очистки.

На практике наиболее распространённым очистным сооружением с иммобилизованной биомассой является биологический фильтр. Процессы окисления, происходящие в биофильтрах аналогичных процессам, происходящих в других сооружениях биологической очистки, и в первую очередь на полях орошения и полях фильтрации. Однако в биофильтры эти процессы протекают значительно интенсивнее.

Иммобилизованные клетки приобретает свойства, не характерные для них в свободном состоянии. и сохраняют стабильную, активность и жизнеспособность в течении длительного времени, не подвергаются химической модификации. Использование нативной биомассы микроорганизмов характеризуется достаточно коротким сроком хранения. При длительном хранении в суспензии неизбежно происходит снижение численности микроорганизмов, при этом отмечено снижение титра клеток окисляющей активности микроорганизмов.

Разработка способов очистки сточных вод требует решения двух задач: освобождение воды от загрязняющих веществ, а также от суспендированных микроорганизмов. Обе задачи эффективно решаются при использовании иммобилизованной микрофлорой и фауны.