Біохімічний розпад

Біохімічний розпад призводить до того, що входять до складу піноутворювачів органічні речовини окислюються до СО2 і води (40% від маси ПАР), а інша маса стає нешкідливою і засвоюється мікроорганізмами. Якщо ж біохімічного розкладання не відбувається, то навколишньому середовищу наноситься величезний екологічний збиток: хворіє і гине риба, водоплавна дичина, зоопланктон, сповільнюється зростання водяних рослин, можливі і інші шкідливі наслідки.

Біохімічний розпад неіоногенних ПАР також відбувається шляхом карбоксилювання кінцевої метильної групи алкильной ланцюга з подальшим її окисленням і гідролізу поліетиленової ленгліколевой ланцюга, який спостерігається тільки в тому випадку, коли довжина кола не перевищує 10 - 12 молей окису етилену.

Біохімічний розпад того чи іншого речовини залежить від ряду хімічних і фізичних факторів, як, наприклад, наявності різних функціональних груп в молекулі, величини молекули і її структури, розчинності речовини, ізомеризації, полімеризації, утворення проміжних продуктів і їх взаємодії та ін. Цей розпад обумовлюється також біологічними факторами - складністю обміну у мікроорганізмів, варіабельністю штамів бактерій, впливом середовища і тривалістю адаптації мікробів тощо. Механізм адаптації поки невідомий.

Аеробний біохімічний розпад речовин проводиться організмами, які потребують вільному кисні з повітря, або в кисні, розчиненому у воді. В останньому випадку в активному мулі залишається деяка кількість адсорбованих і неокислених з'єднань, для переробки яких потрібні додатковий час і подача кисню. Регенерація тобто відновлення окисної здатності мулу, проводиться у спеціальному навчальному відсіку аеротенках або в окремому регенераторі.

Аеробний біохімічний розпад речовин проводиться організмами, які потребують вільному кисні з повітря, або в кисні, розчиненому у воді. В останньому випадку в активному мулі залишається деяка кількість адсорбованих і неокн-слена з'єднань, для переробки яких потрібні додатковий час і подача кисню.

При недостатньому біохімічному розпаді ПАР спостерігається накопичення їх в активному мулі, що призводить до поступової деградації мулу.

При вивченні біохімічного розпаду деяких ал-кілбензолсульфонатов були встановлені такі закономірності. Окислення відбувається легше, коли в алкіл-бензолсульфоната (збільшується відстань між сульфогруппа і кінцем алкильной ланцюга.

Про ступінь біохімічного розпаду аніонних і не вельми-йоногенних ПАР також судять по споживанню ними кисню. В цьому випадку використовують або модифікації прийому розведення, що застосовується для визначення ВПК рідини, або прийоми манометрических вимірювань. При використанні методу розведення рекомендується застосовувати приманку у вигляді гомогенізоване адаптованого до даного з'єднанню активного мулу або визначення споживання кисню для аніонних ПАР супроводжувати аналізом зміни їх концентрації, а для неіоногенних ПАР вводити визначення ГПК, по зміні якого до і після інкубації судять про окисленні цих речовин.

Можливість оцінки ступеня біохімічного розпаду ПАР, виходячи з даних споживання кисню, грунтується на результатах досліджень, згідно з якими при повному метаболізмі 55 - 70% ПАР використовуються мікроорганізмами для синтезу нових клітин, а решта 45 - 30% ПАР повністю окислюються. Звідси випливає, що при повному метаболізмі споживається лише частина кисню, теоретично необхідного для повного окислення речовини до вуглекислоти і води.

У цих об'єктах відбувається їх біохімічний розпад; якщо цього не відбувається, то природному середовищу завдається непоправна екологічний збиток: хворіють і гинуть риби, водоплавні птахи, сповільнюється зростання водяних рослин. Тому за діючими стандартами ПАР випускаються промисловістю в залежності від біологічної раз-лагаемості.

У практиці велике значення має біохімічний розпад білків. Процес розпаду білків або їх похідних під впливом гнильних бактерій називається гниттям. Процеси гниття можуть відбуватися аеробно і анаеробно.

Схема кругообігу вуглецю в природі. На практиці велике значення має біохімічний розпад білків. Процес розпаду білків або їх похідних під впливом гнильних бактерій називається гниттям. Процеси гниття можуть відбуватися аеробно і анаеробно.

Система якості води (система сапробности. Донні відкладення водойм також піддаються біохімічному розпаду, але характер протікання цих процесів інший, ніж в товщі води. Донний мул є хорошим сорбентом органічних речовин, і на його поверхні відбуваються інтенсивні біохімічні процеси.. Наводяться список з'єднань, що піддаються біохімічному розпаду, біохімічна потреба в кисні деяких з'єднань, а також гранично допустимі концентрації сполук при надходженні їх на біохімічні очисні споруди.

Численними дослідженнями встановлено, що ступінь біохімічного розпаду ПАР залежить від їх хімічної будови. Біохімічний розпад ПАР - це складний, багатоступінчастий процес, при якому кожна стадія каталізується власними ферментами. Окислення ПАР під впливом ферментів активного мулу зазвичай починається з кінцевої метильної групи алкильной ланцюга, у аніонних ПАР - з найбільш віддаленої від сульфатної або сульфонатной групи. Окислення метильної групи, що є найбільш важким етапом у ланцюгу біохімічного розпаду ПАР, починається з окислення кінцевого атома вуглецю з утворенням гідроперекисів шляхом приєднання кисню. Потім гидроперекиси перетворюються в спирт, альдегід і далі в карбонову кислоту, яка, в свою чергу, піддається р-окислення 1 - дуже поширеній процесу, що відбувається в живих клітинах тваринного, рослинного і бактеріального походження.

У табл. 2 зведені результати оцінки біохімічного розпаду вітчизняних зразків Неіонний-генних ПАР. Дані щодо споживання кисню неіоногенними ПАР на відміну від аніонних розраховані не з теоретичної потреби кисню даного з'єднання на повне його окислення, а по ГПК. Розрахунки, виконані виходячи з теоретичної потреби кисню на окислення ПАР і ГПК, розходяться на 0 3 - 2 5% і завжди вище на зазначену величину при розрахунку по ГПК.

У присутності ж хлорного сульфонол, що має менший біохімічний розпад, розвиток сапрофітних бактерій в верхньому шарі завантаження біофільтрів було придушене і найбільша їх кількість зафіксовано в шарі, розташованому на висоті від 0 5 до 1 м від верху споруди.

Присутність однієї метильної групи в поєднанні значно зменшує біохімічний розпад речовин. Введення другої такої групи в бензольне кільце, що створює три ізомери ксилолу, роблять молекулу ще більш стійкою до впливу мікроорганізмів.

Розчинені і колоїдні речовини промислових стічних вод для свого біохімічного розпаду в аеробних умовах вимагають певної кількості кисню.

Приріст її залежить від співвідношення між кількістю органічних речовин, що піддаються біохімічному розпаду, вираженим ВПК, і загальною кількістю органічних речовин, що містяться в очищується стічної рідини, вираженим ГПК. Чим більше величина цього співвідношення, тим вище приріст біомаси, так як відбуваються він за рахунок різниці в кількості органічної речовини, що оцінюється по ГПК і ВПК.

Слід зазначити, що уреаза, будучи специфічним ферментом, сприяє біохімічному розпаду сечовини, але не її похідних.

В процесі біохімічної очистки стічних вод ПАР видаляються з рідини шляхом власне біохімічного розпаду і часткової сорбції їх як надлишковим активним мулом, так і виносяться з очищеної рідиною зваженими речовинами. Визначення як загального відсотка видалення (ПАР в процесі пробного очищення стічних вод, так і власне величини біохімічного розпаду, що представляє суму окисленої частини речовини і використовуваної мікроорганізмами на синтез нової біологічної маси, представляє труднощі: головним чином через недосконалість існуючих аналітичних методів аналізу стічних вод на вміст ПАР.

Найбільш поширеним і ефективним способом очищення стічних вод, що містять фенол, є біохімічний розпад. Очищені таким способом стічні води містять 0 1 мг /л фенолу.

Для синтезу алкалоїдів рослини використовують як сировину природні амінокислоти або такі продукти біохімічного розпаду останніх, як біогенні аміни і альдегіди, які утворюються в результаті окисного декарбоксилювання. У біосинтезі алкалоїдів значну роль відіграє реакція Манніха, в якій бере участь амін, альдегід і з'єднання, здатне приймати участь в альдольної конденсації в якості метиленової компоненти. Знання в цій галузі в даний час досить глибокі для того, щоб в деяких випадках надавати допомогу при встановленні будови алкалоїдів.

Отже, найбільш важливим показником впливу ПАР на самоочищення водойм є швидкість процесів біохімічного розпаду органічних речовин у воді - нітрифікація і особливо ВПК. Допустимі концентрації ПАР за останнім показником досить близькі до пороговим концентрацій по впливу на провідні ор-ганолептіческіе властивості води, але в цілому величини останніх виявляються трохи нижче.

У розчині залишаються продукти неповного окислення - хіноїдному речовини, які не піддаються подальшому біохімічному розпаду і накопичуються в очищеній воді.

Таким чином, до цих пір в міжнародній практиці відсутні єдині прийоми оцінки ступеня біохімічного розпаду ПАР.

Утворення піни в аеротенках при порівняно невисоких концентраціях у воді ПАР є показником недостатнього їх біохімічного розпаду.

При біологічному очищенню стічних вод, забруднених ПАР, визначальною умовою є їх здатність до біохімічного розпаду. Враховується також вплив високої поверхневої активності ПАР на процес розчинення кисню, так як недостатня забезпеченість процесу киснем позначається на розвитку активного мулу навіть під час вступу на станції аерації тільки біологічно м'яких ПАР.

Висока кольоровість очищеної води пояснюється, мабуть, неповним окисленням органічних речовин, які не піддаються подальшому біохімічному розпаду. Джерелом утворення забарвлених речовин в очищеній воді можуть бути також залишаються в ній багатоатомні феноли - пірокахетін і гідрохінон.

Видалення ПАР у процесі біохімічної очистки стічних вод, як і будь-яких органічних сполук, відбувається переважно за рахунок біохімічного розпаду цих речовин. Безсумнівно, частина речовини сорбируется активним мулом і виводиться з споруди при скиданні надлишкового активного мулу і виносяться з очищеної рідиною зваженими речовинами. У присутності ПАР спостерігається утворення піни в аеротенках та на випуск у водойму очищених стічних вод. Однак інтенсивне піноутворення в процесі очищення стічних вод слід розглядати як негативне явище. Піноутворення не піддається регулюванню, і інтенсивність цього процесу залежить від властивостей і ступеня біохімічного розпаду ПАР, а також від складу стічних вод. Присутність в останніх мінеральних масел, нафтопродуктів, великої кількості зважених речовин може сприяти гасінню піни.

Видалення аніонних ПАР-при очищенні стічних вод в аеротенках. Кількість видалених в процесі очищення ПАР в першу чергу, як це зазначалося раніше, залежить від їх здатності до біохімічного розпаду, обумовлюється складом і хімічною будовою ПАР. Як в живих, так і в мертвих організмах з'являються темні зернисті включення.

Резюмуючи викладене, можна гумінові речовини торфу охарактеризувати як систему полімерних рядів, що представляють собою комплекси з протеїнів і продуктів їх біохімічного розпаду, які об'єдналися з продуктами біохімічного окислення лігніну за типом з'єднання білків з дубителями. Цей тип зв'язку, блокуючи функціональні групи, які взаємодіють з ферментами, і обумовлює їх відносну біологічну стійкість.

При біохімічної очистки стічних вод, забруднених ПАР, визначальною умовою, як було показано вище, є їх здатність до біохімічного розпаду. Але слід також враховувати вплив високої поверхневої активності ПАР на процес розчинення кисню, так як недостатня забезпеченість процесу киснем позначиться на розвитку активного мулу навіть під час вступу на станції аерації тільки біологічно м'яких ПАР.

У цьому випадку, особливо з огляду на більш високу окислювальну здатність ПАР, слід звернути увагу на підвищення до них вимог з точки зору біохімічного розпаду, а також знайти шляхи зниження їх концентрації в міських стічних водах за рахунок зменшення вмісту ПАР в композиціях миючих Коштів.

Приріст біомаси мікроорганізмів за рахунок витрачання ними частини органічних речовин на побудову свого тіла залежить від співвідношення між кількістю органічних речовин, що піддаються біохімічному розпаду, вираженим ВПК, і загальною кількістю органічних речовин, що містяться в очищується стічної рідини, вираженим ГПК.

Принципова схема установки для електрохімічного очищення стічних вод від ціаністих з'єднань. Передумовами застосування цих методів є відсутність на підприємствах споруд для біологічного очищення, а також наявність в стічних водах речовин, що не піддаються біохімічному розпаду.

Як і в третій фазі розвитку активного мулу, органічні речовини відмерлих клітин тут знову використовуються живими мікроорганізмами, за винятком інертних до біохімічного розпаду органічних речовин. Внаслідок накопичення останніх спостерігається приріст активного мулу. Цей приріст настільки малий, що надлишковий активний мул можна видаляти періодично через 1 - 4 місяці. Високий ступінь мінералізації виключає необхідність попередньої обробки мулу до підсушування на мулових майданчиках або до механічного зневоднення.

Складніше йде питання з очищенням виробничих стічних вод, з огляду на застосування в промисловості різноманітних ПАР і в першу чергу з точки зору ступеня їх біохімічного розпаду. Прийом в міські каналізації біологічно жорстких ПАР повинен бути категорично заборонений, так як їх присутність негативно позначиться на процесах очищення міських стічних вод і зажадає невиправданого збільшення тривалості очищення.

Навіть в тих випадках, коли ВПК знижена до мінімального значення, в розчині залишаються продукти неповного окислення органічних сполук, що не піддаються подальшому біохімічному розпаду і надають сильну забарвлення воді.

Захист водойм від забруднення стічними водами промисловості синтетичного каучуку, що містять емульгатори, здійснюється: локальним очищенням стічних вод від емульгаторів, нездатних до біохімічного розпаду, і заміні не-каля і інших аналогічних йому емульгаторів речовинами, здатними до біохімічного розпаду.

Грунт являє собою надзвичайно складну гетерогенну систему, що включає мінеральні та органічні речовини в твердому, газоподібному і розчиненому станах, а також залишки і продукти біохімічного розпаду рослинних і тваринних організмів. Грунт складається з фракцій самої різної дисперсності, що включають дрібний уламковий матеріал, що залишився від руйнування гірських порід (зерна польових шпатів, кварцу, рогової обманки та ін. Весь цей різнорідний по крупності, складу і походженню матеріал містить в адсорбованому і поглиненому станах іони, кількість яких особливо зростає зі збільшенням ступеня дисперсності, і просякнутий грунтовою вологою, що підтримує безперервний обмін між мінеральними та органічними речовинами. Різні співвідношення між окремими компонентами грунту і різна ступінь їх дисперсності, що залежать від кліматичних, літологічних і деяких інших умов, обумовлюють велику різноманітність складу і типів грунтів.

Експериментальна установка з аеротенків-відстійником. Як зазначалося раніше, розгалуження алкильной ланцюга і особливо наявність в ній четвертинних атомів вуглецю, а також наявність коротких алкільних ланцюгів викликає різке гальмування і придушення процесу біохімічного розпаду, що наочно ілюструється даними випробувань сульфонол НП-1 , ДС-РАС і азолята - А.

Було встановлено, що продукти оксіетилювання жирних спиртів (Синтанол ДС-10 ДЛ-9 ВН-7 ВТ-15В, оксанол МЕ-11 і сінтамід-5), незважаючи на різну ступінь біохімічного розпаду в аеробних умовах при концентраціях до 40 мг на 1 г сухої речовини осаду, не роблять скільки-небудь помітного впливу на зброджування осаду.

Вимірюючи манометричним методом споживання кисню в присутності адаптованого активного мулу і з огляду на одночасно зразкове співвідношення між окисленим ПАР і синтезованим в нову біологічну масу, можна оцінити ступінь біохімічного розпаду ПАР, не застосовуючи аналітичних методів визначення їх змісту в стічної рідини і активному мулі.

Інститутами Міннафтохімпрому і Минхимпрома СРСР до початку 1972 року в основному розроблені технологічні процеси і регламенти для виробництва найбільш поширених аніонних, катіонних і неіоногенних ПАР, що піддаються біохімічному розпаду не менше ніж на 80%, що відповідає світовому стандарту.

Вплив адаптації. Склад промислових стічних вод різноманітний, дуже часто речовини, що містяться в стічних водах, сильно уповільнюють процес біохімічного окислення, а іноді виявляються настільки токсичними, що не піддаються біохімічному розпаду. Однак відомо, що мікроби можна адаптувати (привчити) до використання різних з'єднань, і в тому числі навіть токсичних. При визначенні біохімічної потреби в кисні промислових стоків попередня адаптація мікрофлори має вирішальне значення. Для адаптації потрібен певний період часу.



Інші публікації на тему:
  • Біохімічний метод - очищення
  • Гемолітичний розпад - зв'язок
  • 6 -частинка