Энергетика. ТЭС и АЭС

Всё о тепловой и атомной энергетике

Бактериальное окисление — восстановление

Некоторые окислительно-восстановительные реакции могут быть результатом деятельности бактерий при окислении ими железа и марганца в воде, соединений серы, а также окисления и восстановления соединений азота.

Все биологические процессы были описаны в основном применительно к удалению углеродсодержащих органических веществ. Стоки содержат также азотные соединения в виде белков, аминокислот, мочевины и продуктов их распада, таких как неорганический азот главным образом, в виде аммонийных солей. Все эти азотные загрязнения могут подвергаться трансформации в азотных циклах под действием соответствующих бактерий.

Нитрификация — это бактериальный процесс, в котором органические и аммонийные соединения (общий азот по Кьельдалю) окисляются в нитриты (бактериями Nitrosomonas), а затем в нитраты (бактериями Nitrobacter). На рисунке ниже показана зона потенциалов, в которой протекают эти процессы.

Нитрификация

При осуществлении бактериями этих реакций нитриты определяются только в виде следов, так как скорость размножения таких бактерий, как Nitrosomonas (1 сут), меньше, чем скорость размножения Nitrobacter в оптимальных условиях окружающей среды.

Для развития нитрификации необходимо, чтобы возраст ила был достаточным для развития бактерий, размножающихся медленно. Если А — возраст ила и uN — скорость роста Nitrosomonas, то должно быть удовлетворено следующее условие:

1/A < uN

Скорость роста Nitrosomonas зависит от температуры Т в соответствии с выражением:

uN = 0,212 * 1,0725T-15.

Она зависит от pH и изменяется по уравнению:

uN= u — 0,17 (7,2 — pH),

где u — скорость роста при рН=7,2.

Наконец, концентрация остаточного Nобщ, Ne, влияет на скорость окисления К аммонийных соединений в соответствии с уравнением типа:

K = Km * Ne / (Ks + Ne),

где Km — максимальная скорость окисления; Ks — концентрация аммоиийного азота при u=1/2um.

Денитрификация происходит в том случае, когда концентрация растворенного кислорода в воде слишком мала или практически близка к нулю (бескислородная фаза): факультативные микроорганизмы используют кислород нитратов, восстанавливая его последовательно в форму NO-2, газ оксид азота NO, в закись азота N2O и, наконец, в азот N2. Эти изменения наблюдаются при значениях pH=7 и редокс-потенциала от +0,35 до +0,40V, т. е. в том же диапазоне, как и нитрификация. Если в некоторых случаях (например, при анаэробном сбраживании) редокс-потенциал имеет отрицательные значения (от —0,2 до —0,3V), то восстановление нитритов и нитратов проходит до образования NH+-4.

Теоретически денитрификация ингибируется присутствием кислорода. В действительности бактерии, участвующие в этом процессе, принадлежат к факультативным анаэробным гетеро-трофам, которые получают высвобождающуюся энергию, когда электроны переносятся с органических соединений на О2, NO-2 или NO-3.

Если .для бактерий оказываются доступными и кислород и окисленные соединения азота, то акцептором будет то вещество, которое дает наибольший выход энергии на единицу окисленного органического вещества. Маккарти опубликовал следующие данные для кислорода и нитратов:

 

Источник энергий

Выход энергии, кДж, на один электрон акцептора

O2

NO6

Бытовые сточные воды

110,355

101,968

Метанол

116,088

109,591

Этанол

110,321

103,824

Как видно, количество выделяющейся энергии неизменно больше, для процесса с кислородом, чем с нитратами, поэтому предпочтительнее перенос электронов на кислород. Следовательно, наличие кислорода в растворе ингибирует денитрификацию.

Максимальная энергия выделяется при использовании метанола. По этой причине большинство исследователей выбирают именно метанол в качестве источника углерода для денитрификации. С другой стороны, бытовые стоки обеспечивают почти ту же энергию бесплатно, а потому они весьма привлекательны в качестве источника углерода.

Что касается pH, то оптимальное значение лежит между 7 и 8,2. Следовательно, избыточная нитрификация, приводящая к соответствующему понижению pH воды, если она не обладала достаточной буферностью, будет препятствовать демгрификации. Этим объясняются сложности, встречающиеся при решении проблемы биологического удаления избыточного общего азота и азота аммиака N—NH+4.

Джонсон показал, что денитрификация развивается пропорционально количеству использованного субстрата. Он также продемонстрировал, что независимо от вида углеродного субстрата ‘на 1 мг восстановленного азота нитратов удаляется от 4 до 6 мг БПК5 (в отсутствии кислорода). Поэтому денитрификация дает возможность удалить большие количества углеродсодержащих загрязнений (БПК5) при использовании кислорода нитратов.

Наконец, следует иметь в виду, что подобно любым ферментативным реакциям, денитрификация чувствительна к температуре и при 10 °С имеется тенденция к снижению скорости процесса.

Любой владелец дома мечтает о качественном кирпичном заборе, который скроет его от соседей. Заказать качественный кирпичный забор у профессионалов можно перейдя по ссылке.

Читайте также:

Updated: 26.02.2015 — 19:37
Энергетика. ТЭС и АЭС © 2012 Использование материалов с сайта разрешается при наличии на него активной ссылки без тегов nofollow и noindex.
Adblock detector