- •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
6.3.6 Методы обработки осадка
Обработка и утилизация осадка в нашей стране является одной из самых острых и актуальных проблем.
Органами санитарно-эпидемиологического надзора и охраны при- роды предъявляются очень жесткие, часто практически невыполнимые требования к качеству очищенной воды, которое может превышать ка-
чество воды водоема-приемника. При этом некоторые населенные
пункты открыто сбрасывают избыточный активный ил и другой осадок
в те же водоемы, что в значительной степени снижает, или сводит на нет экологический эффект, получаемый при очистке сточных вод. В результате такой экологической политики многие очистные станции не
имеют полной мощности сооружений по обработке осадка.
Приемлемыми способами ликвидации обработанного осадка мо-
гут быть только сельскохозяйственное использование или хранение
(депонирование) осадка. Сельскохозяйственное использование чаще всего не применяется из-за высокой концентрации в осадках солей тя- желых металлов. Для решения этой проблемы нужно за счет локальной
очистки исключить или хотя бы снизить поступление тяжелых метал-
лов со сточными водами, либо разрабатывать технологии по выделе-
нию из осадков тяжелых металлов, то есть по детоксикации осадков.
В настоящее время применяется много различных методов по об- работке осадков с целью их последующего использования в хо- зяйственной деятельности или ликвидации. При обработке осадков
достигается их стабилизация (или минерализация), обезвоживание
(уменьшение объема) и обеззараживание. Применение одного какого- либо метода, как правило, не позволяет решить общую проблему и приходится использовать сочетание методов применительно к кон- кретному составу сточных вод, технологической схеме очистки, усло- виям эксплуатации очистных сооружений и практической возможно- сти использования осадков. В таблице 1 представлены возможности наиболее распространенных методов обработки осадков, которые сле- дует рассматривать как отдельные процессы в схемах полной обработ- ки осадков.
88
Таблица 1 - Результат обработки осадков различными способами
-
Метод обработки осадка
Результат обработки
обезвожи-
вание
стабилиза-
ция
Гравитационное уплотнение
Флотация
Анаэробное сбраживание:
мезофильное;
термофильное
Аэробная стабилизация
Компостирование
Сушка на иловых площадках
Вакуум-фильтрация
Фильтр-прессование
Центрифугирование
Тепловая обработка
Термическая сушка
Сжигание
+
+
-
-
-
-
+
+
+
+
-
+
+
-
-
+
+
+
+
-
-
-
-
+
+
+
Для уменьшения объема активного ила, образующегося на очист-
ных сооружениях, используется его уплотнение. Уплотнение одновре- менно с уменьшением объема приводит к увеличению удельного со- противления и, следовательно, к снижению эффективности обезвожи- вания. Активный ил без уплотнения из-за его малой концентрации обезвоживать нерационально с экономической точки зрения, но, учи- тывая, что его удельное сопротивление при уплотнении возрастает очень резко, следует выбирать оптимальную степень уплотнения. Наи- более распространенным и экономичным методом уплотнения осадка является гравитационное уплотнение в илоуплотнителях различных
89
конструкций. Продолжительность уплотнения от 5 до 15 часов, влаж- ность активного ила после уплотнения составляет 97% - 98%. Другим способом уплотнения является флотационное сгущение, осуществляе- мое методом напорной флотации при непосредственном насыщении воздухом осадка или при насыщении рециркулирующей части освет- ленной воды. Влажность уплотненного этим методом активного ила составляет в среднем 94,5%-96,5%. Флотационное уплотнение из-за относительно сложной технологии применяется редко и расчетные па- раметры установок следует определять экспериментально.
Стабилизация осадка различными методами применяется для предотвращения его загнивания при хранении в естественных услови- ях, а также для уменьшения объема осадка в результате разложения органического вещества.
Стабилизация или минерализация органического вещества осадка может осуществляться в анаэробных условиях (метановое брожение) и
в аэробных условиях (окисление органического вещества бактериями при аэрации осадка воздухом).