Промышленные и бытовые отходы → Микробиоценоз водоемовПромышленные и бытовые отходы → Микробиоценоз водоемовПромышленные и бытовые отходы → Микробиоценоз водоемовВ поверхностной пленке пресных водоемов концентрируются питательные вещества, поступающие в воду из атмосферы и из почвы. Количество микроорганизмов здесь во много раз превосходит их количество в ниже расположенных слоях водоема. В верхних слоях водоема происходит синтез органических веществ с водорослями и цианобактериями. Сюда же поступают экзогенные органические остатки и вещества, часть которых скапливается в средних и нижних (холодных) слоях водоема, где происходит их разложение. При этом в нижних слоях водоема начинается процесс брожения с выделением водорода, метана, сероводорода и углекислоты. Продукты брожения являются субстратом для денитрифицирующих бактерий, что приводит к накоплению в воде нитритов. В результате деятельности человека во многих водоемах бурно развиваются цианобактерии, которые вырабатывают токсины.
Такие процессы привели к недопустимому снижению качества питьевой воды. В ней можно обнаружить, кроме простейших, грибков и водорослей, бактерии разных типов. Наиболее опасными являются возбудители кишечных инфекций (сальмонеллы и даже холерный вибрион). Спектр возбудителей таких заболеваний содержит бактерии, вирусы, грибки, водоросли, разного рода паразиты. Если попадание в организм при достаточной работоспособности иммунной системы заболевания может не произойти, то контакт зараженной воды со скоропортящимися продуктами обычно приводит к быстрому размножению в них возбудителя инфекции. И потребление таких продуктов неизбежно: приведет к заболеванию человека.
Еще большую опасность представляют сточные воды хозяйственно-бытовой или фекальной канализации. В бытовых сточных водах минеральные вещества составляют до 42%, а органические — до 58%, имеется огромное количество самых разнообразных микроорганизмов (до 1 млрд/мл).
Очистку сточных вод производят на полях орошения (на них в последствии будут выращиваться культурные растения) или полях фильтрации, которые используются только для очистки сточных вод.
Для биологической очистки сточных вод используют искусственно созданные биологические пруды, в которых происходят процессы самоочищения. Для обеспечения хорошего прогрева глубина таких прудов не превышает 1 м.
На крупных очистных сооружениях очистка сточной воды происходит в отдельных резервуарах (аэротенках), через который в течение нескольких часов протекает (медленно) смесь активного ила и сточной воды. Жизнедеятельность бактерий-минерализаторов обеспечивается перемешиванием и аэрированием сжатым воздухом сточной воды при ее поступлении.
В аэротенке происходит оседание взвешенных частиц с образованием активного ила, представляющего собой микроценоз бактерий-минерализаторов, способных Окислять в присутствии кислорода воздуха органические вещества. В результате этого процесса происходит разрушение органических загрязнений сточной воды до более простых компонентов как в аэробных (при наличии кислорода), так и в анаэробных (при отсутствии кислорода) условиях. В аэробных условиях имеет место гидролиз белковых органических соединений с образованием углекислого аммония. Позднее азот аммиачных окисляется в азотисто- и азотнокислые соли. Конечным продуктом окисления являются азотнокислые соли (нитраты).
Построенные в России аэротенки (например, свиноводческие комплексы «Кузнецовский», «Илиногорский») представляют собой емкости прямоугольной формы глубиной 5 м и каждая вместимостью 1500 м3. Аэротенки снабжены аэраторами и рассчитаны на двухсуточное пребывание в них жидкой фракции стоков.
Технологические процессы в таких системах могут быть: холодными (при температуре аэрируемой массы 0-24°С), теплыми (25-4°С) или горячими (42-60°С). При холодном процессе достигается незначительная величина разложения органических веществ: навоз телят 48%, свиней — 36%, крупного рогатого скота на откорме — 31%, молочного скота — 24%. Теплый и горячий процессы более эффективны. Они обеспечивают разложение органических веществ мезо- и термофильными микроорганизмами; При этом разлагаемая масса саморазогревается до температуры 70°С, что приводит к дегельминтации навоза.
Приведенная схема не обеспечивает обеззараживания и очистку сточных вод до степени, позволяющей их сброс в водоем без очистки. Поэтому сточные воды подвергаются химической обработке: хлорированию (7).
В последнее время все шире применяют более быстродействующие и эффективные химические методы обеззараживания. Большинство этих методов основано на протекании химических реакций с веществами стоков, связывая или разлагая их. Так, обработка инфицированного жидкого навоза безводным аммиаком (30 кг на 1 м3) в течение недели обеспечивает обеззараживание его стоков от неспорообразующей патогенной микрофлоры. Перемешивание 30 кг извести с 1 т жидкого навоза является эффективным обеззараживающим средством навоза, обсемененного сальмонеллами: Щелочная среда повышает дезинфицирующую эффективность формальдегида. При обеззараживании стоков перекисью водорода ликвидируется запах и повышается их удобрительная ценность.
Кроме окислительных в сточных водах протекают восстановительные процессы денитрификации, в процессе которых гидролизуется до 20% органических соединений сточных вод. При этом микробы потребляют кислород образовавшихся азотных соединений.
Из биологических способов обеззараживания жидкого навоза часто применяют анаэробную переработку навоза в метантенках с получением биогаза. При брожении навоза процесс протекает в диапазоне температур 5—8°С, 30—34°С, 50—55°С. Основная масса активного ила из аэротенка переводится в метатенк, где процессы разложения протекают в анаэробных условиях. Метатенк — это цилиндрический или прямоугольный железобетонный резервуар с коническим днищем и герметическим перекрытием и колпаком для сбора газа. При термофильном сбраживании в течение 3-х дней происходит освобождение навоза от возбудителей заразных заболеваний (кроме споровых) и яиц гельминтов, уничтожается неприятный запах.
В США (г. Ламар) эксплуатируется предприятие для производства биогаза и кормовых добавок из ежедневно перерабатываемых 345 т навоза. Измельченный и разбавленный теплой водой навоз попадает в метантенки, а образующийся газ разделяется методом абсорбции на метан (ежедневно 27 тыс. м3, используется для выработки электроэнергии) и углекислый газ (для выращивания в специальных баках водорослей). Жидкие фракции очищаются в этих баках водорослями и используются для разбавления навоза. Водоросли и осадок служат для производства кормовых добавок (до 170, т в день), в которых содержится до 25% белка. При этом может быть использована система солнечного обогрева метантенков: бродильная камера реактора оборудована прозрачной крышей для обеспечения обогрева солнцем. Образующиеся газы отводятся в газгольдер (англ. держатель — хранилище газа).
Разработанная английской фирмой система ANOX для очистки навоза от 22 тыс. свиней в три стадии включает метантенк емкостью 1200 м3: анаэробное сбраживание, химическая очистка и каталитическая оксидация. Газ является результатом протекания трех реакций: гидролиза, ацидогенеза и метаногенеза. В полученном биогазе содержится до 70% метана, 30% углекислого газа и до 1% сероводорода. После анаэробного разложения субстрат очищается на двух стадиях: химической и каталитической оксидации.
На первой стадии суспендированные твердые вещества коагулируются, а затем проходят очистку от образовавшегося ила. В результате получают обеззараженную чистую воду. Ил удаляется и обезвоживается в пресс-фильтре, а полученная твердая фракция (7% азота, 1,5% калия, 6% фосфора) обладает теми же удобряющими качествами, что и сточная вода после процесса разложения. Окисленную воду можно несколько раз рециркулировать в реакторе, чтобы оптимизировать окислительные реакции. Относительно чистый продукт реакции для очистки от небольшого количества нерастворимых веществ пропускают через песочный фильтр.
Микробиологические процессы анаэробного разложения твердой фракции протекают в две фазы.
Первая фаза (сбраживания, кислая или водородная) обеспечивает образование из углеводов, жиров и белков основных продуктов распада — жирных кислот, углекислого газа, водорода, спиртов, аминокислот, аммиака, сероводорода. Бактерии, обеспечивающие результаты работы первой фазы, являются анаэробами типа дрожжей, масляннокислых, бутиловых, пропионово-кислых.
Во второй фазе (щелочной, метановой) происходит разрушение выделившихся в первой паре кислот с образованием углекислоты, метана, водорода и окиси углерода. Брожение во второй фазе осуществляется метановыми бактериями, которые являются строгими анаэробами, не образующими спор (т.е. они отличаются от бактерий первой фазы).
Проведенные исследования показали, что биотермические процессы в твердой фракции навоза от любого скота активно осуществляются в штабелях при влажности ниже 70%. Если влажность твердой фракции навозы выше 70%, то биотермические процессы идут менее активно, так как высокая влажность препятствует аэрации в штабеле, т.е. протеканию термобиологических процессов. Необходимым условием интенсивного размножения термофильных микроорганизмов, т.е. активного протекания биотермических процессов является хорошая аэрация штабелей. При недостаточной аэрации (неполный аэробиоз) замедление биологических процессов происходит из-за образования различных органических кислот, задерживающих развитие микроорганизмов.
Необходимо учитывать, что на процессы микробиологической очистки сточных вод оказывают негативные воздействия химические вещества и соединения, особенно соли тяжелых металлов, оказавшихся в сточных водах.
Микроорганизмы размножаться в воздухе не могут из-за недостатка влаги и отсутствия необходимых питательных веществ. Источником бактериального заражения атмосферы является пыль и капельки влаги различного происхождения. Все большее беспокойство вызывают факторы антропогенного поступления бактерий и грибков в атмосферу, что обусловлено процессами урбанизации и индустриализации сельскохозяйственного производства, развития микробиологической промышленности.
Состав микрофлоры атмосферы многообразен, он определяется степенью загрязнения воздуха минеральными и органическими аэрозолями, температурой, влажностью, скоростью перемещения воздушных масс и другими факторами. Постоянная составляющая микрофлоры воздуха конкретного региона (пигментообразующие кокки, палочки, спорообразующие бациллы, грибки) определяется составом микроорганизмов в его почве.
С увеличением высоты, а также в зоне зеленых насаждений воздух становится более чистым: уже на высоте 500 м в 1 л воздуха наблюдается не более трех бактерий, в то время как в нижних слоях атмосферы их число достигает 2000 в каждом кубическом метре. Атмосферные осадки вызывают интенсивное оседание микроорганизмов (с пылью), т.е. очищают воздух, а ветер загрязняет его, поднимая пыль. Поэтому в атмосфере летом (особенно в сухую погоду) микробов больше, чем зимой.