- •О. Ю. Сартакова
- •Учебное пособие
- •Содержание
- •1 Основы микробиологии ................................................... 7
- •2 Основы биотехнологии ................................................... 42
- •3 Типовая схема и основные стадии
- •4 Основные понятия биокатализа и53
- •5 Ферментация....................................................................... 65
- •6 Области применения биотехнологии........................... 69
- •Введение
- •1 Основы микробиологии
- •1.1 Общие сведения о микроорганизмах
- •1.2 Распространение микроорганизмов в природе
- •1.3 Морфологическая характеристика отдельных групп микроорганизмов
- •1.3.1 Структура эукариотической клетки
- •Ской мембраны
- •1.3.2 Структура прокариотической клетки
- •1.3.3 Ультрамикробы
- •1.3.4 Бактерии
- •1.3.4.1 Спорообразование у бактерий
- •1.3.4.2 Движение бактерий
- •1.3.4.3 Размножение бактерий
- •1.3.4.4 Питание бактерий
- •1.3.4.5 Типы питания
- •1.3.4.6 Систематика бактерий
- •1.3.5 Актиномицеты
- •1.3.6 Грибы
- •1.3.7 Водоросли
- •1.3.8 Простейшие
- •1.3.9 Коловратки
- •2 Основы биотехнологии
- •2.1 Объекты биотехнологии
- •2.2 Прошлое и настоящее биотехнологии
- •2.3 Перспективы развития биотехнологии
- •2.4 Основные виды биотехнологической деятельности микроорганизмов
- •2.5 Преимущества биотехнологических процессов
- •3 Типовая схема и основные стадии биотехнологических производств
- •4 Основные понятия биокатализа и биотрансформации
- •4.1 Основные группы биотрансформаций
- •4.2 Основные виды реакций биокатализа
- •4.3 Классификация ферментов
- •4.4 Преимущества и недостатки биокаталитических процессов
- •4.5 Основные понятия иммобилизации ферментов
- •4.6 Методы иммобилизации ферментов
- •Го связывания с носителем
- •«Сшивки»
- •4.7 Оценка качества иммобилизованных ферментов и метода иммобилизации
- •4.8 Примеры использования ферментов
- •5 Ферментация
- •5.1 Классификация процессов ферментации
- •Ферментация бывает:
- •5.2 Основные параметры периодической ферментации
- •5.3 Понятие скорости роста
- •5.4 Фазы периодической ферментации
- •5.5 Преимущества и недостатки периодической ферментации
- •6 Области применения биотехнологии
- •6.1 Биотехнологические процессы в решении экологических задач
- •6.2 Примеры блок-схем микробиологической очистки стоков
- •6.3 Биохимические методы очистки воды
- •6.3.1 Микробная ассоциация и технологические условия ме-
- •6.3.2 Очистка воды в аэротенках
- •6.3.3 Очистка воды в биофильтрах
- •6.3.4 Комбинированные сооружения аэробной биохимической очистки воды
- •6.3.5 Процессы нитрификации и денитрификации
- •6.3.6 Методы обработки осадка
- •6.3.7 Аэробная стабилизация осадка
- •6.3.8 Метановое брожение (биометаногенез)
- •6.3.8.1 Этапы метанового брожения
- •Биогаз (сн4, co2 )
- •6.3.8.2 Химизм процесса метанового брожения
- •6.3.8.3 Микробная ассоциация биометаногенеза
- •6.3.8.4 Сырье биометаногенеза
- •6.3.8.5 Технологические режимы и аппаратурное оформление процесса метанового брожения
- •6.4 Биоценозы как индикаторы сапробности водоемов
- •6.5 Применение биотехнологии в медицине
- •6.5.1Антибиотики
- •6.5.2. Гормоны
- •6.5.3 Вакцины, иммунные сыворотки и иммуноглобулины
- •6.5.4 Ферменты
- •6.5.5 Биодатчики в медицине
- •6.6 Применение биотехнологии в энергетике
- •6.6.1 Законы биоэнергетики
- •6.6.2 Биологические мембраны, как преобразователи энергии
- •6.6.3 Характеристика растительного сырья как источника энергии
- •6.6.4 Альтернативные источники энергии и их получение
- •6.7 Производство пищевых продуктов и напитков
- •6.7.1 Биотехнологические процессы в хлебопекарном производстве
- •6.7.2 Биотехнология приготовления пива
- •6.7.3 Производство вина и спиртсодержащих продуктов
- •6.7.4 Биотехнология приготовления кисломолочных продуктов и сметаны
- •6.7.5 Биотехнологические процессы в сыроделии
- •6.7.6 Биотехнология приготовления маргарина
- •6.8 Химическая промышленность и биотехнология
- •6.9 Сельское хозяйство и биотехнология
- •6.10 Биогеотехнология
- •6.10.1Биогидрометаллургия
- •6.10.2 Выщелачивание куч и отвалов
- •6.10.3 Бактериальное выщелачивание in situ
- •6.10.4 Выщелачивание минеральных концентратов
- •6.10.5 Микробиологический способ извлечения золота
- •6.10.6 Биосорбция металлов из растворов
- •6.10.7 Обогащение руд
- •6.10.8 Извлечение нефти
- •6.11 Безопасность биотехнологических процессов
- •Глава 1
- •Главы 2, 3
- •Глава 4
- •Глава 5
- •Глава 6
6.3.2 Очистка воды в аэротенках
Стадия аэробной биохимической очистки воды реализуется в комплексе сооружений аэротенк – вторичный отстойник (рис.28).
1 2
Сточная вода
Очищенная вода
Возвратный активный ил
Избыточный активный ил
1-аэротенк, 2-вторичный отстойник
Рисунок 28 - Схема работы аэротенки в комплексе с вторичным отстойником
При окислении органического вещества в аэротенке часть его идет на построение клеток бактерий, то есть увеличение биомассы ак-
тивного ила. Образующийся в результате прироста избыточный актив-
ный ил должен регулярно удаляться из системы для поддержания за-
данной дозы и нормальной работы вторичного отстойника.
Важным свойством активного ила, позволяющим поддерживать нормальный режим работы комплекса и относительно высокую био- массу бактерий в аэротенке, является способность ила образовывать
80
крупные, хорошо оседающие (при отстаивании иловой смеси во вто- ричном отстойнике) хлопья. Величина хлопка, его плотность, компакт- ность зависят при прочих благоприятных условиях, прежде всего от величины органической нагрузки на ил - количества органического вещества по БПКполн. в мг, приходящегося на 1 г органического веще- ства активного ила в сутки.
Обычно аэротенки работают при нагрузках 400-500 мг/(г. сут). При нагрузке ниже 30 мг/(г. сут) активный ил теряет способность к хлопьеобразованию, хлопок распадается на отдельные бактериальные клетки, не оседающие во вторичных отстойниках, и в аэротенке невоз- можно поддерживать необходимую конентрацию активного ила. Обычно в аэротенках поддерживается доза активного ила 1,5-3 г/л, а при благоприятных условиях - до 4-6 г/л.
Количество растворенного кислорода, поступающего в иловую смесь, должно быть достаточным для окисления поступающего орга- нического вещества и эндогенного дыхания бактерий.
Концентрация кислорода в иловой смеси, для поддержания благо-
приятных условий очистки, рассчитывается исходя из БПКполн сточной воды. После аэробного окисления на выходе из вторичного отстойника концентрация растворенного кислорода в воде должна быть не ниже 2 мг/л. Этот показатель контролируется и свидетельствует о нормальной работе комплекса.
Аэротенки, работающие при нагрузках менее 150 мг/(г.сут), на- зываются аэротенками полного окисления или аэротенками с продлен- ной аэрацией. В отличие от обычных аэротенков, в аэротенках полно- го окисления происходит более глубокая очистка сточных вод (содер- жание растворенных органических веществ по БПКполн. составляет около 6 мг/л). Однако, за счет более высокой концентрации взвешен- ных веществ БПК очищенной воды возрастает в 2 и более раз. Интен- сивно идет процесс нитрификации, образуется значительно меньше из- быточного активного ила, причем образующийся осадок минерализо- ван и не требует дополнительной стабилизации.
Удельный расход подаваемого в аэротенк воздуха производится по количеству органического вещества по БПК, подлежащего удале- нию из обрабатываемой сточной воды. Способ подачи воздуха в аэро- тенк пневматический или механический, иногда применяют комбини- рованную систему.
Пневматическая аэрационная система может быть представлена перфорированными трубами, пористыми дисковыми и трубчатыми элементами. Механический способ подачи воздуха предполагает ис-
81
пользование различных механических аэраторов - механических пере- мешивающих устройств турбинного, лопастного и пропеллерного ти- пов. Схема работы аэротенка с пневматической системой аэрации представлена на рисунке 29.
Загрязненная вода
Активный
ил
Смесь воды с отработанным илом
Сжатый
воздух
Рисунок 29 – Устройство аэротенка