Животные клетки

Складирование влажного активного ила, избыток которого образуется при биологической очистке сточных вод, является опасным для окружающей среды. Предлагаемая для обработки активного ила установка в качестве первой ступени используют термическое обезвоживание материала во взвешанном слое при температуре 110? до остаточной влажности 5% на второй ступени обработки сухая масса нагревается без доступа воздуха до 350?. При этом образуются газ конверсии, масла конверсии, углеродосодержащий остаток и вода. Все горючие продукты конверсии утилизируются, в том числе масло - как дизельное топливо [9].

активный ил микроорганизм отстойник

Заключение

Общая проблема всех больших городов - очистные сооружения канализации. При нынешних темпах строительства  жилья стабилизировать ситуацию в экологии можно только активным внедрением новых технологий очистки сточных вод, обеспечивающих снижение энергозатрат и резкое уменьшение отчуждаемых площадей, занимаемых «полями орошения» - земельными участками, выведенными из землепользования под захоронение избыточного активного ила.

В данном реферате рассмотрено решение насущной экологической  проблемы - переработка избыточного  активного ила с последующей  его утилизацией.

В основу технологии переработки активного ила заложены процессы деструкции и наносорбции  биомассы, составляющей основу активного ила. Установка, реализующая данную технологию, представляет собой современное практическое решение, соответствующее всем требованиям принятых международных нормативов.

Известны способы  переработки избыточного активного  ила путем уплотнения или сгущения, в том числе отстаиванием, центрифугированием, фильтрованием, обезвоживанием с последующим направлением на иловые площадки или в шламонакопители. Обезвоживание ила протекает очень медленно, что обусловливает большие площади иловых площадок и шламонакопителей. Необходима стабилизация осадков путем кислотного или щелочного анаэробного сбраживания для предотвращения загнивания и появления неприятных запахов. При высоком содержании в активном иле тяжелых металлов его подвергают сжиганию в камерных, многоподовых или других печах.

ОСНОВНЫЕ ПУТИ УТИЛИЗАЦИИ 

 

В стоках предприятий  пищевой промышленности содержатся различные ценные органические вещества естественного происхождения, вторичное использование которых представляет значительный интерес. Однако прямое выделение какого-либо вещества или группы веществ из стоков чаще всего является экономически невыгодным из-за сравнительно низких концентраций. В то же время общее количество органических веществ в сточных водах предприятий довольно велико и возрастает с увеличением объема производства.

Проблема выделения  ценных органических веществ из стоков пищевой промышленности может быть решена биотехнологическими методами путем использования сточных  вод в качестве субстратов для  культивирования определенных микроорганизмов с целью накопления биомассы, ферментов, витаминов и т. п. Такой путь переработки стоков облегчает последующую их очистку, так как снижает общую загрязненность органическими веществами. Образующаяся в процессе культивирования биомасса одноклеточных микроорганизмов может являться сырьем для изготовления кормовых добавок, лекарственных препаратов и других биологически активных веществ.

В молочной промышленности около 3 %, а в мясной 3-5 % сырья  теряется со сточными водами.

Большая часть сухого вещества сырья спиртовой промышленности переходит в барду, утилизация которой по сравнению с отходами других пищевых предприятий отработана достаточно хорошо. Упаренная барда может служить полноценной добавкой к кормам. На Лохвицком спиртовом заводе из нее извлекают и получают в чистом виде для пищевых и медицинских целей глютаминовую кислоту и солянокислый бетаин (ацидин). Ниже описаны способы утилизации барды биотехнологическими методами, получившими развитие на предприятиях спиртовой промышленности.

Традиционным способом обезвреживания сточных вод пищевой  промышленности является естественная биологическая очистка. Часть органических веществ осаждают в отстойниках различных конструкций, откуда уплотненный в большей или меньшей степени осадок вывозится и используется в качестве удобрения. Жидкость подвергается длительному выдерживанию в прудах, а затем сбрасывается в водоемы или прямо используется для орошения. Это экстенсивные методы, требующие отведения значительных земельных площадей и не гарантирующие безопасности водоемов от загрязнения дренажными водами. Использование стоков на земледельческих полях орошения также связано со значительной потребностью в пригодных для этой цели земельных площадях и дорогостоящих оросительных сетях.

С ростом объемов и  загрязненности стоков возникла возможность  прямого выделения их ценных компонентов  с целью вторичного использования. В мясной, молочной и рыбкой промышленности таковыми являются жиры и белковые вещества. Доказано, что экономические показатели работы мясокомбинатов могут быть значительно улучшены в результате утилизации компонентов сточных вод. Отделение жира от сточной воды выполняется различными способами. Наиболее распространенный из них — обычное отстаивание. Для этой цели применяют отстойные жироловки, позволяющие уменьшить содержание жиров до 4 мг/л. Дальнейшее снижение концентрации связано с большими трудностями, поскольку жир образует стойкие эмульсии. Более высокие показатели очистки достигаются применением флотации, электрофлотацни при рН 5,4-5,6. При таких методах очистки жировые компоненты и твердые взвешенные вещества удаляются на 95 %, а последующее использование флотоконцентрата в кормовых целях позволяет за два года окупить затраты на создание технологической линии.

Описана технология выделения  и утилизации жировых и белковых компонентов из стоков скотобоен с помощью реагентной обработки в сочетании с напорной флотацией. В сточные воды с БПК₅ 0,5-3,0 г О2/л добавляют лигносульфонат натрия до концентрации 100-500 мг/л в зависимости от содержания протеина. Далее подкисленная серной кислотой до рН 3 вода подвергается напорной флотации. Лигносульфонат натрия образует с белками хлопья с развитой поверхностью, сорбирующие жиры и собирающиеся в верхней части флотатора. Флотоконцентрат смешивают с кровью, подвергают термообработке, обезвоживают и сушат, получая кормовой препарат с содержанием белка 45-70%. Осветленную воду нейтрализуют и отправляют на доочистку.

Прямое выделение компонентов  должно осуществляться на такой стадии, когда технологическая вода еще  не стала сточной. Вопрос утилизации ценных продуктов, теряемых на стадиях технологического процесса, вообще не возникнет, если таких потерь не будет. Поэтому улавливание и возврат в производство жиров, белков и других пищевых веществ должны относиться к компетенции специалистов-технологов данной отрасли пищевой промышленности. Те ценные компоненты, которые все же попадают в сточные воды, должны отделяться в системах локальной очистки, находящихся непосредственно в местах выхода стоков из цеха, технологического участка. На дальнейшую очистку направляются сточные воды, лишенные каких-либо преобладающих компонентов.

Рациональная биотехнологическал переработка жидких отходов организована на предприятиях спиртовой промышленности. Барда мелассно-спиртовых заводов используется как субстрат для культивирования кормовых дрожжей. В настоящее время эта технология на спиртовых заводах одной из основных, а дрожжевая биомасса таким же продуктом производства как спирт.

Следующим этапом развития теории и практики утилизации отходов  спиртового производства (вторым по счету) явилось создание производства кормового концентрата витамина В12 на так называемой вторичной барде – культуральной жидкости после отделения биомассы кормовых дрожжей. Технологический процесс получения препарата КМБ-12 включает метановое сбраживание вторичной барды с содержанием сухих веществ 5,5 - 6,0 %. Процесс сбраживания проводят непрерывно при 55-57 °С в течение  11 суток. Состав исходной и сброженной последрожжевой барды приведен в таблице 6.1.

Таблица 6.1. Состав исходной и сброженной последрожжевой (вторичной) барды 

 

Показатели	Исходная барда	Сброженная барда
Сухие вещества, %	5,3-5,6	3,3-3,6
Органические вещества, %	3,5-3,6	0,5-0,6
Редуцирующие вещества, г на 100 мл	0,15	-
Зола, г на 100 мл	-	1,60-1,64
Глицерин,   г на 100 мл	0,25 -0,43	0,5-0,6
Органические кислоты, г на 100 мл
Калий (К2О), г на 100 мл	0.77	1,2-1,24
Азот общий, г на 100 мл	0,28	0,26-0,43
Натрий (Nа2О), г на 100 мл	0,10	0,14-0,16
Кальций (СаО), г на 100 мл	0,18	0,27-0,30

 

 

Выходящая из метантенков  культуральная жидкость подкисляется соляной кислотой до рН 5,5-6,0 и после дегазации упаривается до 35-40% сухих веществ. Упаренную бражку сушат в распылительной сушилке и упаковывают. Получаемый продукт представляет собой однородный серо-коричневый порошок с содержанием сырого протеина не менее 25 % и витамина В12 не менее 50 мг/кг (на сухое вещество).

При подготовке вторичной  барды к сбраживанию в нее  добавляют минеральные соли и  микроэлементы (Са²⁺ ) для стимулирования брожения и накопления витаминов. Этим объясняется более высокое содержание солей в сброженной барде. Выход биогаза 15-25 м³/м³ субстрата, теплотворная способность 23...25 тыс. кДж/.м³.

Получаемый кормовой препарат представляет собой высушенную смесь биомассы анаэробных микроорганизмов  и солей. Препарат успешно в течение 15 лет применяется для обогащений комбикормов в качестве стимулятора роста животных.

Другим (третьим) способом утилизации вторичной барды является культивирование на ней аэробного  активного ила. В данном случае целью  аэробной обработки вторичной барды  служит не только ее очистка, но и биотехнологическая утилизация органических и латеральных компонентов. Образующаяся биомасса используется вместе с кормовыми дрожжами (биомассой монокультуры), выращенной на первичной послеспиртовой барде в качестве кормовой добавки. Содержание белка в кормовом препарате, полученном таким способом, составляет 43-45 %, золы - 20-26 %, витамина В12 - 51-56 мг/кг.

Культивирование активного  ила ведется не в традиционных сооружениях биологической очистки, а в высокопроизводительных ферментаторах, обеспечивающих достаточную скорость растворения кислорода, гидродинамические условия для быстрого протекания процесса.

Необходимость пересмотра конструкции и принципов создания процессов и аппаратов для  очистки концентрированных сточных  вод пищевой промышленности признается в настоящее время во многих экономически развитых странах. При биотехнологической утилизации биомасса является таким же целевым продуктом, как и чистая вода. Поэтому разрабатываются режимы культивирования, позволяющие сочетать высокий экономический коэффициент выхода клеток с глубоким истощением субстрата. Подбираются и селекционируются отдельные штаммы и сообщества микроорганизмов, удовлетворяющие поставленным требованиям.

Применение чистых монокультур  или обогащенных культур целесообразно в случаях, когда на сточных водах можно культивировать продуценты антибиотиков, гормонов, аминокислот, ферментов, кормовой биомассы. Эти продукты должны окупать затраты на эксплуатацию систем утилизации. Культивирование смешанных естественно складывающихся сообществ более экономично, поскольку не требует асептических условий и дополнительных затрат на ведение чистой культуры.

Биотехнологическая утилизация концентрированных сточных вот  закладывает основу создания безотходных  производств. От успешного решения научных и инженерных задач биотехнологии переработки субстратов, причисляемых в настоящее время к категории отходов, зависит реализация требований охраны окружающей среды, широкого вовлечения в хозяйственный оборот вторичных ресурсов и попутных продуктов. 

 

6.2. УТИЛИЗАЦИЯ БИОМАССЫ АКТИВНЫХ  ИЛОВ 

 

Активный ил в основном образован биомассой одноклеточных  организмов. По содержанию белка он близок к белково-витаминным концентратам (БВК), получаемым культивированием дрожжей  рода Candida на гидролизатах целлюлозных отходов или парафинах нефти (табл. 6.2) 

 

Компоненты	Активный ил	БВК на гидролизатах	БВК на парафинах  нефти
Протеин	49 ± 0,7	48 ± 5,0	50 ± 5,0
Нуклеиновые кислоты	7,0 ± 2,0	-	6,0  ±  2,0
Углеводы	9,5 ± 2,0	33 ± 3,0	15  ±  3,0
Жироподобные вещества	1,5 ± 0,5	2,5± 0,5	4,0  ±  2,0
Зола	15,0 ± 3,0	8,0 ± 1,0	8,0 ±  1,5
Влажность	6,5 ± 2,0	7,0 ± 2,0	7,0 ± 2,0

 

  

 

В табл. 6.2 приведен состав активного ила, полученного в  лабораторных условиях, не содержащего примесей дисперсной фазы сточной воды. По сравнению с биомассой кормовых дрожжей активный ил содержит меньше углеводов, жироподобных веществ, несколько больше золы. Сравнительный анализ илов, культивируемых на сточных водах различного происхождения, показал, что состав бактериальной биомассы практически постоянен и незначительно изменяется при разных режимах аэробной очистки. Встречающиеся в литературе противоречивые данные объясняются попаданием в активный ил взвешенных частиц из очищаемой сточной воды, что изменяет химический состав илового осадка, но не состав содержащейся в нем бактериальной биомассы. Согласно табл. 6.2. активный ил или бактериальная биомасса аэробного сообщества мало отличаются по составу от БВК (белково витаминный корм), во всяком случае но содержанию главного компонента - протеина.

Бактериальный протеин  представляет собой полноценный  по аминокислотному набору продукт. В таблица 6.3 приведен аминокислотный состав активного ила, кормовых дрожжей и говяжьего мяса. Сравнение показывает практически полное соответствие содержания незаменимых аминокислот в активном иле и мясе.