Екологични биотехнологии доц. д-р инж. Радослав Иванов

1

Екологични системи на повърхностните пресноводни системи автохтонна: алохтонна:

специфична микрофлора на откритите водоеми; – микроорганизмите постъпват от различни източници на замърсяване, които се приспособяват към условията за съществуване.

Основни биоценози във водните басейни: планктон:

съвкупност от организми, населяващи водните пластове(зоопланктон и фитопланктон);

бентос:

съвкупност от организми, живеещи на дъното, в придънните утайки (макро- и микробентос).

Замърсителите в природните води, почвите и въздуха биват:

•

в природни води

–

механични

– суспендирани примеси; тежки метали;

химични –

органични и неорганични съединения,биоциди, ПАВ, нефтопродукти,

биологични

– бактерии, гъби, първаци, патогенни микроорганизми; •

в почвите

отпадъци; -

механични химични

отпадъци, тежки метали; растителни – пестициди, минерални торове,биостимулатори, перилни продукти радиоактивни отпадъци, промишлени

биологични

бактерии, гъби, първаци, патогенни микроорганизми; – •

във въздуха

прах; –

от естествен произход

– прах, въздушен планктон, извънземен

от превозни средства и производство на енергия

СО, СО 2 , азотни оксиди, сажди, оловни оксиди, алдехиди, SО 2 , Cl 2, Br 2 , P;

от промишлени процеси

– производство на метали, киселини;

от преработка на битови и

промишлени отпадъци –

сажди, газове, ядрено гориво;

от промишлено животновъдство

вируси, летливи химични съединения , лошо миришещи вещества – патогенни бактерии, .

2

В зависимост от степента на замърсеност водоемите или техните зони се подразделят на поли-; мезо-; олиго- и ксеносапробни

3

4

Основни типове съоръжения за пречистване на отпадни води в естествени условия 1.

оросителни полета

– представляват земни участъци, предназначени едновременно за пречистване на отпадни води и отглеждане на зеленчуци

2. филтрационни полета

реколтата.

3. биологични езера-

– използват се само за пречистване и служат като резервоари по време на прибиране на Отпадните води постъпват в тези съоръжения периодично. Пречистването се основава на способността на различни микроорганизми да разграждат замърсяващите вещества и да ги използват като източник на енергия и материал за изграждане на клетъчните си структури.

те се използват за доочистване на отпадни води, преминали вече през биологична обработка. Езерата се строят във вид на каскада с две или повече езера с естествена (1м) или изкуствена (2,5 3,0м) аерация, затопляне, осветление.

В зависимост от кислородния режим биологичните езера биват

аеробни анаеробни и аеробни

.

E тапи в принципната схема за аеробно пречистване на отпадни води първична

– механично, физично, химично пречистване;

вторична

– биологични пречистване и обеззаразяване;

третична

– преработка на утайките.

Първичната обработка на отпадни води 1.

Физично пречистване.

вещества – чрез прецеждане, утаяване и филтруване. Прецеждането се прави чрез поставянето на решетки и сита. Песъкозадържателите са друг способ за механично почистване. Използват се за отделяне на тежки примеси - пясък, стъкла, въглища и други. Най-често са изградени от стоманобетон и се поставят пред първичните утаители.

Използват се още Прилага се за отделяна не грубите утаители, мазнинозадържатели, маслозадържатели, нефтозадържатели и самоуловители.

2.

Физикохимично пречистване.

Използва се суспендираните във водата частици, както и на някои разтворени вещества от отпадъчните води. Основни процеси: Коагулация, флокулация; Флотация; Сорбция; Йонен обмен; Хиперфилтрация, обратна осмоза; Екстракция; Евапорация; Кристализация.

за фино 6

При механично пречистване на отпадните води се използват следните съоръжения: Решетки; Сита; Влакноуловители; Пясъкозадържатели; Мазнинозадържатели; Маслоуловители; Нефтозадържатели; Кало маслоуловители; Утаители; Филтри.

Филтър- преса маслоуловител каломаслоуловител

7

Решетки и сита

8

Филтриране с кварцов пясък Първичен утаител Пясъкозадържател Решетка

9

• • • • •

Коагулацията и флокулацията

се използват за пречистване на водите от диспергирани и колоидни замърсяващи вещества. За целта се използват минерални коагуланти и флокуланти. Коагулантът най-общо уедрява фините частици, което ги прави лесни за задържане във филтъра. Флокулантът е препарат, който се добавя във водата. Флокулите се разполагат на повърхността на частиците на замърсителя. Веществата, които се образуват при тези процеси се утаяват или флотират.

Флотаци

я . Принципът на работа се основава на продухване с инертен газ през водата, за да се получат газови мехурчета, които се залепват към частиците и изплуват на повърхността, където се отстраняват механично.

Сорбция

Сорбцията е процес на трансфер на разтворени вещества (сорбати) и фиксирането им в т.нар. сорбент. Сорбцията е обратим процес. Процесите на сорбция и десорбция протичат едновременно. Сорбционните процеси са подходящи за отстраняване главно на биорезистентни органични разтвори.

Йонен обмен

. Йонообменният процес се използва за премахване на неорганичните замърсители, когато те не могат да бъдат отстранени в достатъчна степен, при филтрирането или утаяването. Йонообменът също се използва при омекотяването на твърдата вода.

Хиперфилтрация, обратна осмоза

прецеждане под високо налягане през финопорести мембрани, които пропускат водните молекули и задържат по-едрите молекули на разтворените вещества. Обратната осмоза се използва за получаване на вода за нуждите на фармацията, за пиене, готвене, приготвяне на безалкохолни напитки, лед, чай и други.

. Хиперфилтрацията е процес на 10

11

• • •

Екстракция.

Този процес се използва за отстраняването на органични замърсители с високи концентрации на промишлени отпадъчни води. Представлява разпределение на замърсителя в две взаимно неразтворими течности.

Евапорация

. Евапорацията е процес, основан на разпределението на замърсителя в двете агрегатни състояния на водата – течност и пара в съответствие с разтворимостта му във всяко едно от тях. Евапорацията се прилага за извличане на летливи органични замърсители от някои производствени отпадъчни води – амоняк, феноли,

Кристализация

. Кристализацията е процес на образуване на твърда фаза, отделяща се в разтвор.

3. Химично пречистване.

Химичното пречистване се прилага за корекцията на

рН

и за отстраняване на някои разтворени вещества от промишлени отпадъчни води

.

Основни процеси: Химично окисление; Електрохимично окисление/възстановяване;Неутрализация.

Основната цел

на химичното пречистване на водата е постигане на неутрална киселинност, т.е. рН да бъде приблизително равно на 7.

Обикновено процесът се провежда в реактори – смесители 12

• •

4.

Биологично (вторично) пречистване.

Биологичното пречистване е естествен процес, който може да се развива в естествена или изкуствена среда.

жива маса (активна утайка

).

аеробните пречиствателни съоръжения.

Основният процес е превръщането на биологичните вещества от отпадните води в

Това се постига чрез концентрацията на микроорганизми в даден басейн. Най-широко приложение намират

Условията

за развитие на микроорганизмите се определят от енергийните източници, хранителните вещества, кислородния и температурния режим, рН-факторите, източник микроорганизмите се делят на: осмотичното налягане, повърхностното напрежение на водата, разбъркването /турбуленцията/ на потоците и други. За да живеят и да се размножават, микроорганизмите имат нужда от енергия. Според вида на енергийния

1.

Автотрофни организми

– използват външни източници на енергия/ светлина, външни за тях неорганични вещества/;

2.

Хетеротрофни организми

– използват енергията, получена от разграждането на приети с храната и включени в тях органични съединения. Съществуват и смесенотрофни организми, които се използват и двата типа енергийни източници.

13

• • •

За поддържане живота на микроорганизмите

, освен енергия,са необходими и хранителни вещества / биогенни елементи са: въглерод, водород, кислород, азот, фосфор и сяра. Към групата на биогенните елементи спадат още калий, натрий, калций, магнезий, желязо, кобалт, молибден, мед, цинк, така наречените микронутриенти, микроорганизмите е от 10 до 100 пъти по-малко от това на основните биогенни елементи.

биогенни елементи

количеството на /.

Основните които в

Някои микроорганизми

изискват, освен хранителни вещества, също и специфични органични вещества, без наличието на които те не могат да нарастват.Тези вещества общо се означават, като

фактори на нарастването

.

Това са витамините, аминокиселините, амините, висшите мастни киселини.

Другото важно условие

за развитието на микробните съобщества е

наличието на кислород

.

Възоснова на това, дали във водата се съдържа разтворен кислород, се различават

аеробни

/ в присъствие на кислород/ и

анаеробни

/ в отсъствие на кислород/ процеси. Като междинен процес се явяват така наречените

аноксипроцеси

, използва химически свързаният кислород в нитратите и нитритите.

които протичат в случаите, когато отсъства разтворен кислород, но се 14

15

T ехнологична схема за пречистване на водите

16

Аеробно биологично пречистване на отпадни води

За пречистване на отпадни води при аеробни условия се използват главно два типа съоръжения : биобасейни и биофилтри. Биоценозата на биобасейните се намира в суспендирано състояние и се нарича активен ил, а на биофилтрите е прикрепена към носителя и е известна като биопелена

• • • • • • • •

Физикохимична и химична характеристика на активния ил

влакнеста маса

активния ил са: със светлосив или жълто-кафяв до тъмно-кафяв цвят. Средния размер на частиците е 1-4 мм. Влакната са заселени с много бактерии, включени в слизестата маса. Основните показатели на

при рН 4-9

частиците му имат отрицателен заряд;

повърхност на

сухото органично вещество – 100m²/g;

индекс - I

утаяване; – склонност към гравитационно утаяване - g/след 30 min

възраст на активния ил

– измерва се в денонощия;

натоварване - Rx

– изразява се с масата органични вещества в g БПК – съотношение между масата на органичните вещества, внесени с водата и масата на микроорганизмите в реактора;

микробиологичен състав

на активния ил;

излишен активен ил

–представлява разликата м/у брутния прираст на биомаса и самоокислението (ендогенното дишане).

17

• • • • • • •

Микробиологична характеристика на активния ил и биопелената Активният ил и биопелената съдържат микроорганизми от различни систематични групи (бактерии, първаци, гъби, водорасли), а също и някои многоклетъчни животни (ротатори, червеи, личинки на насекоми, водни кърлежи).

Бактериите

от активния ил се отнасят към различни различни:

физиологични групи-

амонифициращи, нитрифициращи, денитрифициращи, целулозоразлагащи и липолитични бактерии;

Температурни групи

– психрофилни, мезофилни и термофилни;

По отношение към кислорода

облигатни); – аеробни, анаеробни (факултативни и

Актиномицети

(гъби и дрожди);

Първаци (

саркомастигофори и инфузории)- регулират количеството на бактериите в активния ил и изпълняват санитарни функции 18

• • •

Съоръжения за аеробно пречистване на отпадни води със суспендирана и флокулирана биомаса биобасейни

утаител; – биохимични реактори с непрекъснато действие, в които постъпващата вода и активния ил се смесват и с помощта на аератори се доставя кислород. Биомасата се отделя от водите във вторичен

аеротанкове

– железобетонни резервоари с дължина до 150 м. и височина 3-6м. , разделени на секции с напречни прегради. Във водата се подава непрекъснато въздух от компресори, духалки и др.; активният ил е в плаващо състояние и има добър контакт с водата. От аеротанка водата постъпва във вторичен утаител , където активния ил се отделя от нея;

биобасейн с чист кислород

– закрити съоръжения, кислород се внася с цел интензификация на процеса, усвояването му е до 90%;

БИОБАСЕЙН

19

•

БИОБАСЕЙН С АКТИВНА УТАЙКА

20

биоровове

– дълги канали с височина до 1,8 м. , в които аерацията и циркулацията се осъществяват едновременно чрез хоризонтални повърхностни аератори, имат висока степен на усвояване на активния ил;

21

биошахта – резервоар с височина 50-150 м., диаметър 0,5 -10 м. с централна тръба, която образува възходящи и низходящи потоци, които осигуряват циркулация на съдържанието в шахтата. Въздухът се вкарва във възходящия поток на малка дълбочина, в резултат на което водата се издига на аеролифтен принцип;

• • • •

Съоръжения за аеробно пречистване с неподвижна биопелена биофилтри

на твърд материал с подходяща форма и големина, като върху него се образува – отпадните води оросяват или периодично обливат повърхността биологична пелена, Органичните вещества от водата се адсорбират върху нея, където микроорганизмите ги окисляват и използват за синтез на клетъчни компоненти.

биологична пелена (биофилм)

населена с аеробни микроорганизми.

– активно участие вземат зелени водорасли, цианобактерии, диатомови водорасли, първаци, червеи, насекоми;

основни елементи на биофилтрите

PP, PE) -

филтърен пълнеж

– пластмаса (PVC, във вид на листове, насипни или тръби, съединени в блокове, или натрошен чакъл от здрав камък;

стени

– плътно около пълнежа и с височина с 50 см.

разпределителни у-ва – 2-8 броя тръби, разположени радиално над пълнежа, с диаметър на отворите под 10 мм.; разположена е на около0,4-0,8м от дъното с площ на отворите 5-10%, основна роля – поддържа филтърния пълнеж; улеите; над него;

водоразпределителни вентилационни отвори дъно

устройства –

реактивни

междинна решетъчна основа –

– от бетон с наклон 1-2 % към филтърното тяло със сечение 1-5% от повърхността на биофилтъра, което зависи от разликата в температурата на въздуха около и в биофилтъра;

видове биофилтри

пластмасов пълнеж; – осигуряват естествена вентилация на – ниско-, високо- и свръхнатоварени с минерален или

биодискови реактори

с микроорганизми; –правоъгълен басейн от железобетон или стомана с частично (до 40%) потопени в тях вертикално подредени дискове, въртящи се на хоризонтална ос. Дисковете са от пластмаса с диаметър 2-4м. и скорост на въртене 0,5-3об./мин. Върху повърхността им се образува биопелена, населена

апарати с псевдокипящ слой

включва носител с биопелена, система за подаване на кислород, устройство за разпределение на водния поток в слоя, отпадната вода създава псевдокипящ слой;

Блоков пластмасов пълнеж: а) тип УПП-160; б) тип УПП-260 24

25

17 26

• • • •

Анаеробно пречистване на битови и промишлени отпадни води характеристика

– висококонцентрираните отпадни води се пречистват чрез ферментация в анаеробни условия; в градските пречиствателни станции на анаеробно разграждане се подлага твърда фаза от отпадни води, която е утайка от първичните утаители и излишния активен ил с влажност до 92-96%; В състава на безпепелните в-ва влизат три типа съединения: белтъци, въглехидрати и мазнини – общо около 75%; ферментацията се нарича метанова, т.к. метанът е основният продукт – тя протича в два температурни етапа: мезофилен -30-35 ˚ С, термофилен – 50-55 ˚С. Метановата ферментация е чисто бактериален процес;

анаеробен ил –

утайките, включва 2 групи бактерии : 1- киселинообразуващи бактерии; 2 биоценозата от микроорганизми, която ферментира бактерии, които превръщат метаболитите в крайни продукти – метан и въглероден диоксид , т.е. те са метанообразуващи или метаногенни;

киселинообразуващи

анаероби. Органичните вещества се разграждат от амонифициращи, скорбялоокисляващи,

бактерии –

облигатни целулозолитични, и факултативни линолитични, денитрифициращи и сулфатредуциращи бактерии;

метанобразуващи бактерии –

рН (6,8-7,5), почти всички са мезофилни, оптимална температура 35 45 ˚С.

облигатни анаероби, чувствителни към 27

Основни типове съоръжения за анаеробно пречистване септиктанкове

– хоризонтални утаители, в които отпадните води преминават престояват там 12 месеца , като се разслоява. Част от нея изплува и образува т.н.

престоява бавно. Замърсяващите вещества се утаяват на дъното и

кора

.

Придънната утайка се уплътнява до 85-88% влага, загнива и в нея протича метанова ферментация. Отделените газове издигат нагоре частици от утайката и увеличават дебелината на кората. В нея се заселват аеробни микроорганизми, поглъщащи кислорода и осигуряват анаеробни условия в съоръжението. Отпадната вода около 20 часа.

28

метантанкове –

с утайката; това са закрити камери с благоприятни условия за анаеробно разграждане на органичните вещества от утайките и излишния активен ил и биофилм; метантанка се подгрява с гореща вода по тръба или с пара, която се смесва

29

реактори с флокулираща биомаса

– с гранулиран слой биомаса и възходящ воден поток;

30

SBR реактор биологично пречистване с активна утайка

При биохимичното

Нитрификацията

пречистване на отпадъчните води органичният фаза азот, нитритите който се се съдържа окисляват до в тях, се трансформира чрез процеса нитрификация до нитрити и нитрати. Този процес се осъществява от нитрифициращите бактерии и протича в две фази: през първата фаза амониевият азот се окислява до нитрити, а през втората нитрати.

протича по следната схема: 1) 2NH4++3O2 бактерии;

Nitrosomonas

2NO2- +2H2O+4H+ + нови 2) 2NO2- +O2

Nitrobacter

2NO3- + нови бактерии.

3) Нитрифициращите бактерии използват въглерода от CO 2 и HCO 3 като източник на енергия. Нитрификацията е завършваща фаза на биологичнотото разграждане на органичните вещества.

Крайните продукти разграждането са нитрити, нитрати и фосфати.

31 на

Денитрификацията

Това е процес на редукция на нитритите и нитратите до свободен азот (при денитрификация азотът се възвръща в атмосферата във вид на газ).Този процес протича с участието на анаеробни микроорганизми. Процесът може осъществи при наличие вода и определено количество органично вещество, което се осигурява от излишната активна утайка (по принцип за източниците на въглерод и водород денитрифициращите бактерии използват широка гама вещества - въглехидрати, алкохоли, органични киселини и др.)

Денитрификацията

е многостъпален процес, който протича по следната симултантна схема : NO3 → NO2 → NO → NO2 → N2 Отстраняването на фосфора (

дефосфатизация

химична коагулация с железни йони Fe3+).

) се осъществява по физико-химичен метод (симултантна 32

Дефосфатационни процеси

При определени

способни да акумулират фосфатите в количество, което надвишава тяхната условия някои микроорганизми са физиологична нужда (например Acinotobacter, Nocardia и др.). Тази възможностможе да бъде технологично биологична което тя фосфора ( преминава железни йони Fe3+).

използвана през

дефосфатизация

) за отстраняване на фосфатите от отпадъчните води по биологичен път.

Дефосфатизацията се провежда съвместно с процесите на нитрификация и денитрификация. При това рециркулиращата биомаса преминава последователно през анаеробната и аноксична зона, където фосфатите се освобождават (преминават) от клетките във водата, след аеробната зона, където излишният фосфат се консумира. Отстраняването на може да се осъществи и по физико-химичен метод (симултантна химична коагулация с 33

Десулфатационни процеси

Подобно на кислорода, свързан в нитратите и нитритите, може да бъде използван и кислородът, който е свързан със сярата. Това е един процес, който в по-далечната си фаза, е анаеробен и се осъществява от така наречените десулфориращи бактерии (облигатни анаероби). Тези бактерии са способни да получават енергия само от ограничен брой органични субстрати, например от млечната киселина, Продукт сяра.

на от четири редукцията въглерод-дикарбокси киселините (фумарова, янтарна и ябълчена) и др.

на сулфатите 34 е сероводородът H2S, който след това може да бъде окислен по микробиологичен път до елементарна

Метанова ферментация

определение –

сложен биохимичен процес, при който органичните вещества под действието на високоспециализирани бактерии се разграждат и като основен краен продукт се получава метан;

среда

– няма специфична среда – протича там, където има органични вещества от растителен и животински произход;

причинител –

смесена култура микроорганизми – киселинообразуващи и метанобразуващи бактерии;

химизъм-

основни реакции на алкалната ферментация са:

1)

до 70% от СН 4 ,

3) 4)

Н 2 4СН 4Н 2 3 ОН = 3СН + СО 2 = СН 4 4 + Н 24Н 2 2 О + СО + 3СО 2 2 ;

2)

СН 3 СООН = СН 4 = 3СН 4 + 2Н 2 О - редукция на СО 2 , Биогаза съдържа 65-70% СН 4 + 6Н и СО 2 , 2 + СО О - 30% от СН с молекулен 2 4 ,

източници за получаване на биогаз –

утайки от отпадни води, отпадъци от растениевъдството и животновъдството;

36

37

Пречистване на отпадни води с имобилизирани микроорганизми Определение –

Имобилизацията е процес, при който микробните клетки се прикрепват към някаква повърхност. Те имат следните предимства пред суспендираните: възможност за непрекъснат процес, запазва се висока концентрация на клетките, лесно отделяне на биомасата от течната фаза, повторно култивиране със същите клетки, работи се в режим на ИИ, могат да се имобилизират клетки от няколко вида микроорганизми;

методи за имубилизиране на клетките

-

прикрепване

чрез естествена кохезия или химически връзки; материали, in situ;

агрегация – включване

образуване на големи агрегати;

типове биореактори

–

внедряване

– микробните клетки се внедряват във вътрешността на различни порести – клетките се включват в предварително подготвена или образувана в момента имобилизационна обвивка, микробните клетки се имобилизират и чрез флокулация с

биореактор на Пастьор

– за производство на оцет – клетките се прикрепват върху повърхността на талаш;

биореактор с пълно размесване на течната фаза –

с различни бъркалки, като лопатките са поместени в кутия;

биореактор с неопдвижен слой от микробни клетки

към полипропиленови дискове (биофилтър с фиксирана биомаса),

биореактор с псевдокипящ слой –

частиците на носителя са суспендирани във възходящ воден поток, – клетките са прикрепени

ерлифни апарати –

интензивно размесване и аериране се постига чрез използване на въздух, осигуряващ циркулацията на водата през външна тръба; 38

Методи за пречистване на замърсени почви Самопречистване и възстановяване на почвата

видове почвени микроорганизми. : почвите могат да бъдат замърсени с растителни остатъци, радиоактивни вещества, химични съединения, патогенни микроорганизми и др. Всички замърсители се отстраняват с течение на времето в една или друга степен от специализирани

при минерализирането

на високомолекулни съединения едни микробни групировки се сменят с други: отначало преобладават амонифициращи бактерии, които не образуват ендоспори; мъртвата растителна маса е храна за неспорообразуващи бактерии и плесенни гъби.

По-късно

се активизират други амонифициращи бактерии и актиномицети.

Пречистването на почвите от радиоактивни вещества

слой.

е много трудно, дори невъзможно. Затова се прибягва до отстраняване на най-горния плодороден

По време на самопречистването

загиват и голяма част от намиращите се в почвата патогенни микроорганизми. Голяма роля при регулиране количеството на тези микроорганизми играят явлениятa антагонизъм и паразитизъм.

Антагонисти

на патогенните и фитопатогенните микроорганизми в почвата са бактерии, актиномицети, плесенни гъби и дрожди.Съществена роля в процеса на самопречистване на почвата играят и микробите-паразити.

39

Процеси на токсикация и детоксикация на почвата

Детоксикация на пестициди

– детоксикацията им се обуславя от три вида фактори:

химични физични

– фотодетоксикация, изпаряване и почвена адсорбция; окисляване и хидролизиране на пестицидите;

биологични

– съществена роля играят микроорганизмите, които метаболизират тези препарати като ги използват за храна или източник на енергия.

Микробни трансформации Периферен метаболизъм

: най-желан е процесът на пълно минерализиране, което води до унищожаване на ксенобиотика. Измененията в структурата на пестицидите се обединяват в две групи; – включва началните етапи на метаболизма на пестицидите;

Микробна трансформация

бавно.

– деградация на повечето пестициди, съпроводена с натрупване на продукти от частично разграждане, които се разлагат много

Микробна детоксикация на инсектициди Микробна детоксикация на хербициди

много видове и щамове микроорганизми, са способни да разграждат инсектициди със или без участието на ензими и да ги използват като източник на въглерод, азот и енергия. Протичат следните реакции: окисляване, окислително деалкилиране, окисляване на тиоестери, окисляване на фосфоротионат, епоксилиране на двойната връзка, хидроксилиране, разкъсване на ароматен пръстен, хидролиза, нитроредукция, кондензация, рехалогениране и др.

извършва се от много голям брой микроорганизми (почвени бактерии, плесенни гъби). Детоксикацията на хербицидите от микроорганизми се осъществява по S- образна крива.

40

Основни съоръжения за микробиологично пречистване на въздух биофилтри –

замърсеният въздух преминава през биологично активен материал, съдържащ специфични видове микроорганизми. Вредните вещества във въздуха се адсорбират и се трансформират от микроорганизмите; 41

биоскорубери –

замърсеният въздух влиза в контакт с промивна вода, която поема вредните парообразни вещества. Обезвреждането им се извършва също от микроорганизми; 42

биомембранни технологии –

силикон-каучукови мембрани, през които преминава замърсения въздух и вредните вещества преминават в течността, където стават достъпни за микроорганизмите.

43

Методи за преработка на твърди отпадъци

класификация на тв. отпадъци – биодеградация

битови, промишлени, селскостопански, строителни, утайки от отпадни води; преработват се чрез: изгаряне, компостиране, депониране; на твърдите отпадъци на сметищата, предварително раздробени и смлени – аеробни процеси с участието на безгръбначни животни, разграждане на макромолекулите на лигнинцелулозата, лигнина, танина, меланините и др. – този период е бавен, след изчерпване на молекулния кислород се увеличават факултативните и облигатни анаероби. В крайна сметка се образуват 2 типа продукти: вода и газ – водата съдържа разтворими неорганични и органични вещества и много микроорганизми, биогаза има неприятна миризма и води до подкиселяване на почвата и намаляване на добива на земеделските култури, състои се главно от СН 4 , трябва да се улавя, отвежда се с вертикална тръба и може да се използва за енергия, топливо, химически продукти и др.; 44

компостиране – на компостиране

екзотермичен процес на биологично окисление, при който органичен субстрат се подлага на аеробна деградация от смесена микробна популация при високи температура и влажност. Субстратът претърпява физични и химични проблеми, в резултат на които се превръща в стабилен хумифициран продукт. се подлагат смет, оборски тор, растителни отпадъци, суров активен ил, фекалии и др., В процеса на компостиране органичните вещества се превръщат в по-стабилна форма, отделят се въглероден диоксид и вода и температурата се повишава; компостирането е процес на сложно взаимодействие между органичните отпадъци, микроорганизмите, вода и кислород;

микрорганизми

актиномицети, дрожди, гъби, водорасли, вируси, първаци;

фази

– микробни популации – бактерии, – 4- мезофилна, термофилна, охлаждане - (2-3 седмици), узряване – (няколко месеца) , оптимална температура – около 55˚С;

параметри –

частиците, хранителни добавки (C, N, P, Ca, K, Mg), C:N=25:1, разделяне на отпадъците, дисперсност на влажност-50-60%, свободен обем – 30%, аерация – 16-18%, размесване; 45

Методи за компостиране полево –

20 дни; Ca

-

без предварителна подготовка на отпадъците – същите се складират на пирамиди, диги и др. – естествена или изкуствена циркулация, органично вещество над 25%, влажност – 35-60%, температура – 60 -70˚С се понижава до 45-50˚С, процеса продължава до 3-4 месеца;

в биокамери – статични –

80˚С, продължителност – 40 – 60 дни, може да се интензифицира до 12-

динамични

7 м. Непрекъснато движение на отпадъците, за 24 часа се получава еднороден продукт. Кулата е снабдена с тръби за подаване на въздуха и отвеждане на газовете;

брикетиране –

– до 1,5%; закрити помещения, температура –70 – вертикални кули на 8-9 етажа, с диаметър 5,5 – за съвместно обезвреждане на утайки и отпадъци, получава се смес с влажност 50%, брикетира се, при което обема се намалява с 50%, брикетите са с размери 20/15/15мм, нареждат се на коптори – протичат процеси с участие на плесени, температурата се повишава до 70˚С , след 20 дни се пренасят в складове за 4 седмици, където влажността се понижава до 5%. Следва раздробяване, процесите продължават още 2-3 седмици до пълно узряване. Брикетите могат да се използват за гориво; компоста има следния състав – органично вещество – 25-80%, C - 8-50%, N – 0,4-3,5%, P, K, 46

Преработка на отпадъци от растениевъдството промени в растителните отпадъци

– минерализация и хумификация:

слама

– подлага се на разлагане с помощта на промишлен мицел от целулозолитични плесенни гъби, с добавка на азотфиксиращи бактерии, той се разпръсква върху почвата и при орането се заравя в нея; процесът обаче е скъп и за сега сламата се използва предимно за компост.

Преработка на отпадъци от животновъдството получаване на оборски тор –

смес от постеля, твърди изпражнения и урина; те съдържат целулоза, белтъци, минерални елементи, карбамид и микроорганизми, протичат микробиологични процеси с разлагане на органичните вещества и повишаване на температура до 60-70˚С, безазотните орг. съединения (целулоза, пектин) се разграждат от спорообразуващи анаеробни бактерии, белтъците и карбамида се амонифицират от бактерии, актиномицети, гъби, с отделяне на амоняк;

водоем за окисляване канавка на Пасквир -

– отпадъците се отмиват от пода на фермите с вода в недълбоко (до 1,5м.) хранилище с голяма повърхност и аерация, На повърхността се развиват фотосинтезиращи водорасли, отделящи кислород, необходим за аеробните организми и ускоряващи биодеградацията ; дълга непрекъсната канавка под пода на обора, в нея се окисляват отпадъците от микроорганизми, слоят е с дебелина 0,3-0,6м, разбърква се и се аерира. Снабден е с приспособления за добавяне и отвеждане; орг. вещества се разграждат от аеробни микроорганизми

, при анаеробни условия

метан и твърд остатък, включващ азот и хранителни вещества – използва се като тор.

– като продукти се получават биогаз, съдържащ 60%

48

49

БИОХУМУС ОТ ЧЕРВЕН КАЛИФОРНИЙСКИ ЧЕРВЕЙ Терен

върху твърда площадка ( от бетон или асфалт) или мека почва;

Храна

растителна маса, дървесина, хранителни остатъци и др ;

Вода

–всякакъв вид животинска тор, както друга органична материя, като – за поливане на лехите 1-2 пъти седмично ръчно или с оросителни или дъждовални инсталации;

Температура

– от март до декември

Размножаване

– на всеки 3 месеца се удвоява броят на червеите;

Продължителност

За да се произведе

качествен Биотор

(Биохумус), преработката трае 12м и готовата продукция се вади веднъж годишно.

50

Биологичните методи за отстраняване на нефтени разливи

Известни са около

200 вида бактерии

и други примитивни организми, които могат да се хранят с въглеводороди. От тях 70 вида живеят в моретата. Различават се два метода за употреба на такива бактерии.

Първият

се състои в отглеждане на бактерийна култура, която се консервира и в случай на нужда се разпръсква върху нефтеното петно. За съжаление няма универсални бактерии, така че подобен метод не винаги е подходящ за дадени условия. Често тази култура се използват за измиване на петролни цистерни.

51

Вторият метод

плажове. За употреба в се състои в интензифициране размножаването на бактериите, живеещи на мястото на катастрофата. При липса на ограничаващи фактори тези бактерии могат да удвояват броя си на всеки тридесет минути.

Най-необходими за развитието на организмите са биогенните елементи азот и фосфор. За целта могат да се използват торове,но те са ефикасни само при пречистване на замърсени

морска среда

са развити олефилни препарати, съдържащи карбамид и др. торове. За носител се използва олеинова киселина (C 18 H 34 O 2 ), която бактериите също консумират.

Биометалургичен метод за добиване на метали

Този метод е методи и е основан на биохимичните процеси. При него се използва разновидност на хидрометалургичните способността на микроогранизмите и на водораслите да преработват метални съединения (например сулфиди) и да натрупват метали в организмите си. Те образуват така наречената биомаса. При нейното изгаряне се получава концентрат, а от него се извлича метал. При тяхното използване не се замърсява много околната среда. Методът се използва за:

добив

на мед, уран и злато чрез бактериално промиване от бедни или небалансирани руди; подземно бактериално

промиване

;

отстраняване

на желязо от кварц и каолин;

биоконверсия

на отпадъчни материали от минната промишленост;

пречистване

на вода и др..

53

БЛАГОДАРЯ ЗА ВНИМАНИЕТО

54