- •Образования «национально-исследовательский томский политехнический университет»
- •Глава 1. Основы микробиологии
- •1.1. Морфология микроорганизмов .1.1. Систематика и номенклатура микроорганизмов
- •1.1.2. Формы бактерий
- •1.1.3. Структура бактериальной клетки и методы ее исследования
- •Включения Нефотоситезирцющие Основные
- •1.1.4. Морфология микробов-эукариотов: дрожжевых и плесневых грибов
- •Зкзоспоры
- •1.1.5. Методы микроскопического исследования микроорганизмов
- •Электронная микроскопия
- •1.2. Физиология микроорганизмов 1.2.1. Питание бактерий
- •1.2.2. Питательные среды
- •1.2.3. Условия культивирования бактерий
- •1.2.4. Дыхание бактерий
- •1.2.5.Ферменты бактерий
- •1.2.6. Культуральные свойства бактерий
- •1.2.6. Выделение чистых культур микроорганизмов
- •Глава 2. Химические основы жизни
- •2.1. Липиды
- •2.1.1. Жирные кислоты и родственные липиды
- •Глава 7. Сельскохозяйственная биотехнология 360
- •Глава 8. Экологическая биотехнология 368
- •2.1.2. Жирорастворимые витамины, стероиды и другие липиды
- •2.2. Сахара и полисахариды
- •2.2.2. Дисахариды и полисахариды
- •2.3. Белки
- •2.3.1. Биологические функции белков
- •2.3.2. Белковые аминокислоты и полипептиды
- •2.3.3. Структура белков
- •Первичная структура белков
- •Глава 7. Сельскохозяйственная биотехнология 360
- •Глава 8. Экологическая биотехнология 368
- •Глава 7. Сельскохозяйственная биотехнология 360
- •Глава 8. Экологическая биотехнология 368
- •2.4.5. Биосинтез нуклеиновых кислот и белков (матричные биосинтезы)
- •I I аденин
- •Глава 3. Технологические основы биотехнологических производств
- •3.1. Процессы в биотехнологии
- •3.4. Контроль и управление биотехнологическими процессами; моделирование и оптимизация
- •Глава 4. Генная инженерия
- •4.3. Получение фармакологических препаратов с помощью методов генной инженерии
- •4.3.1. Биосинтез инсулина человека в клетках кишечной палочки
- •4.3.2. Биосинтез соматотропина и других гормонов человека
- •4.3.3. Получение интерферонов
- •4.3.4. Получение иммуногенных препаратов и вакцин
- •4.3.5. Другие области применения генной инженерии
- •1. Новые методы диагностики и исследований
- •2. Генная инженерия и белковая инженерия ферментов
- •3. Получение бактерий для деградации токсикантов и ксенобиотиков
- •5. Биоматериалы
- •4.5. Преимущества и опасность генной инженерии
- •4.5. Меры безопасности
- •Глава 5. Промышленная микробиология
- •5.1. Производство первичных метаболитов
- •5.1.1. Производство аминокислот
- •5.1.2. Производство органических кислот
- •5.1.3. Получение витаминов
- •5.2. Производство вторичных метаболитов
- •5.3. Производство белков одноклеточных и многоклеточных
- •5.3.1. Производство белка одноклеточных организмов
- •5.3.2. Производство грибного белка (микопротеина)
- •5.3.3. Производство цианобактерий
- •Глава 6. Инженерная энзимология
- •6.1. Методы получения иммобилизованных ферментов
- •6.1.1. Физические методы иммобилизации
- •6.1.2. Химические методы иммобилизации ферментов
- •Носитель Вставка Фермент Иммобилизованный фермент
- •6.2. Применение иммобилизованных ферментов
- •6.3. Промышленные процессы с использованием иммобилизованных ферментов
- •6.3.1. Разделение рацемических смесей аминокислот
- •6.3.2. Производство кукурузного сиропа с высоким содержанием
- •Глава 7. Сельскохозяйственная биотехнология
- •7.1. Биопестициды
- •7.1.1. Технология получения бактериальных энтомопатогенных
- •7.1.2. Технология получения грибных энтомопатогенных
- •7.1.3. Технология получения вирусных энтомопатогенных препаратов
- •7.2. Биологические удобрения
- •7.2.1. Технология получения сухого нитрагина
- •7.2.2. Технология получения сухого азотобактерина
- •7.2.3. Технология получения фосфоробактерина
- •Глава 8. Экологическая биотехнология
- •8.1. Аэробная биологическая очистка сточных вод
- •8.1.1. Основные характеристики сточных вод
- •8.1.2. Процессы с участием активного ила
- •8.1.3. Аэробная обработка ила
- •8.1.4. Вторичная очистка сточных вод с помощью капельных биологических фильтров
- •8.2. Анаэробная переработка отходов
- •1Связь, a-мальтоза
Глава 8. Экологическая биотехнология
8.1. Аэробная биологическая очистка сточных вод
Бытовые и промышленные сточные воды представляют собой сложную смесь, в состав которой входят различные питательные вещества и самые разнообразные микроорганизмы, поэтому для обработки стоков необходимо такие большое количество различных протистов. Эти организмы конкурируют в потреблении питательных веществ, уничтожают друг друга и взаимодействуют многими другими путями, характерными для небольшой экологической системы.
В сточных водах содержится сложная смесь твердых и растворенных веществ, причем последние обычно присутствуют в очень малых концентрациях. На очистных станциях концентрации всех этих веществ снижают до приемлемого уровня или же химически трансформируют вредные вещества в безопасные соединения. Конкретная схема очистной станции зависит от степени загрязненности и количества обрабатываемых стоков, а также от экономических и экологических соображений. Большая часть водоочистных станций, однако, имеет много общего, что позволяет изобразить общую схему системы водоочистки, как на рис. 8.2. Показанные здесь различные способы переработки ила и удаления загрязняющих веществ отражают разные возможные пути достижения одной и той же цели. В типичной станции по биологической очистке сточных вод используются лишь некоторые из множества возможных вариантов.
Теперь перейдем к изучению общих задач и целей каждой из основных операций (или последовательностей нескольких операций). В операциях первичной обработки удаляют наиболее легко отделяющиеся загрязнения, например: крупные, легкоосаждающиеся частицы (см. рис. 8.1), масляные пленки и другие «легкие» компоненты. Суспендированные твердые частицы и растворимые компоненты отделяют в процессе вторичной обработки. Во многих случаях загрязняющие вещества имеют органическую природу; в таких случаях обычно используют биологическое окисление, которое мы рассмотрим детальнее чуть позже. Цель третичной обработки заключается в полном или частичном отделении всех оставшихся примесей. На этой стадии используются такие методы, как электродиализ, обратный осмос, фильтрование через толстый слой и адсорбция.
В процессе первичной обработки отделяют влажные концентрированные твердые вещества, называемые илом; при вторичной обработке образуется активный клеточный ил. Мы неоднократно упоминали о взаимосвязи между утилизацией субстрата и образованием биомассы.
Хотя процессы вторичной биологической обработки с участием множества видов микроорганизмов очень эффективны при деградации разбавленных смесей органических отходов, не следует забывать, что при этом образуется и биомасса. Таким путем очень мелкие нерастворимые частицы и растворенные компоненты жидких отходов частично превращаются в ил, который легче поддается отделению, чем исходные загрязняющие вещества. Установки для переработки ила являются важной составной частью станций по очистке сточных вод.
pL
размер
т
Г Л!
г
з
Примеры
Валуны
Камни
Галька
Хлопьевидные
частицы
-
Юсм
-
1см
-
1МЛ)
- - ЮОлтм Суспендированные частицы
-- Юмкм Надколлоидные час/пицы
- Ыкм Коллоидные частицы
- 0,1 мкм Субколлоидные частицы
с;
is
tt
eg
s^
I
§
I
I
JL
Рис. 8.1. Отделение твердых частиц различной величины на различных стадиях очистки сточных вод
Для уменьшения объема ила, образующегося при очистке воды, широко применяется операция анаэробной переработки, при которой органические вещества подвергаются биологической деградации в анаэробном окружении.
Не следует думать, что во всех случаях используются все три уровня очистки сточных вод и переработки ила. Иногда сточные воды спускают в природные водоемы (ручьи, реки, пруды, озера и океан) без какой бы то ни было обработки. В других случаях применяют только первичную обработку. В то же время для большинства городских систем водоочистки та или иная форма вторичной обработки является обязательной, а третичная обработка в настоящее время применяется лишь изредка.
Отделение
тонкоизмель-
Стерилизация
Отделение
следовых количеств
Отделение
неорганических
Рис.
8.2. Типовые операции, применяющиеся для
первичной, вторичной и третичной очистки
сточных вод