¿Cuáles son los métodos de tratamiento biológico de aguas residuales?
Los métodos de tratamiento biológico de aguas residuales incluyen:
1. Método bioquímico
El método bioquímico se refiere al tratamiento de aguas residuales con metales pesados a través de microorganismos para convertir iones solubles en compuestos insolubles. Y eliminar. El método de reducción biológica con sulfato es un método bioquímico típico. En este método, las bacterias reductoras de sulfato reducen el sulfato a H2S mediante la reducción de sulfato disimilado en condiciones anaeróbicas. Los iones de metales pesados en las aguas residuales pueden reaccionar con el H2S producido para formar una precipitación de sulfuro metálico con muy baja solubilidad. El H2SO4 puede convertir SO42- en S2- y aumentar el valor del pH de las aguas residuales. Muchos hidróxidos de iones de metales pesados precipitan debido a sus pequeños productos iónicos. Estudios relevantes han demostrado que la tasa de eliminación de aguas residuales que contienen Cr 6 con una concentración de 30-40 mg/L puede alcanzar 99,67-99,97 utilizando métodos bioquímicos [11]. Algunas personas también utilizan lodos de digestión anaeróbica de estiércol de ganado para tratar los iones de metales pesados en las aguas residuales ácidas de las minas. Los resultados muestran que este método puede eliminar eficazmente los metales pesados de las aguas residuales. Zhao Xiaohong et al. [12] utilizaron desulfuros de Enterobacter (SRV) para eliminar iones de cobre de aguas residuales de galvanoplastia. En una solución con una concentración de masa de cobre de 246,8 mg/L, cuando el pH era 4,0, la tasa de eliminación alcanzó 99,12.
2. Método de floculación biológica
El método de floculación biológica es un método de descontaminación que utiliza microorganismos o metabolitos producidos por microorganismos para flocular y sedimentar. Los floculantes microbianos son un tipo de metabolitos producidos por microorganismos y secretados por las células con actividad floculante. Generalmente está compuesto de polisacáridos, proteínas, ADN, celulosa, glicoproteínas, poliaminoácidos y otras sustancias de alto peso molecular. Las moléculas contienen una variedad de grupos funcionales que pueden hacer que las suspensiones coloides en agua se agreguen y precipiten entre sí. Hasta el momento existen alrededor de una docena de variedades que pueden flocular metales pesados. Los grupos amino e hidroxilo de los biofloculantes pueden formar quelatos estables con iones de metales pesados como Cu2, Hg2, Ag, Au2 y precipitar. La aplicación del método de floculación microbiana para tratar aguas residuales tiene las características de seguridad, conveniencia, no toxicidad, ausencia de contaminación secundaria, buen efecto de floculación, rápido crecimiento y fácil industrialización. Además, los microorganismos pueden modificarse genéticamente, domesticarse o construirse en cepas con funciones especiales. Por tanto, el método de floculación microbiana tiene amplias perspectivas de aplicación.
3. Método de biosorción
El método de biosorción utiliza la estructura química y las características de composición del propio organismo para adsorber iones metálicos disueltos en agua y luego eliminarlos a través de dos fases sólido-líquido. Métodos de separación de iones metálicos en soluciones acuosas. Los polímeros extracelulares se utilizan para separar iones metálicos. Las proteínas liberadas por algunas bacterias durante su crecimiento pueden convertir los iones de metales pesados solubles en la solución en precipitados y eliminarse. Los biosorbentes tienen las características de fuentes amplias, precio bajo, gran capacidad de adsorción, fácil separación y recuperación de metales pesados, etc., y han sido ampliamente utilizados.
4. Método de tratamiento biológico aeróbico
Método que utiliza microorganismos aeróbicos para descomponer la materia orgánica compleja de las aguas residuales en condiciones aeróbicas. La materia orgánica típica de las aguas residuales domésticas son los carbohidratos, los detergentes sintéticos, las grasas, las proteínas y sus productos de descomposición como la urea, la glicina, los ácidos grasos, etc. Estos compuestos orgánicos se pueden expresar como COHNS en orden de cantidad de elementos contenidos en el sistema biológico. Todas las reacciones en el tratamiento biológico aeróbico de aguas residuales se pueden expresar mediante las dos fórmulas siguientes:
Células microbianas COHNS O2─→ Más células CO2 H2O NH3
Estas reacciones en los sistemas biológicos dependen de enzimas biológicas en el sistema para acelerar. Las enzimas se clasifican según sus reacciones catalíticas: Oxidorreductasa: cataliza la reacción de oxidación-reducción de la materia orgánica en las células, promueve la transferencia de electrones y la combina con el oxígeno o la deshidrogena. Se puede dividir en oxidasa y reductasa. La oxidasa activa el oxígeno molecular como aceptor de hidrógeno para formar agua o peróxido de hidrógeno. Las reductasas incluyen varias deshidrogenasas, que pueden activar el hidrógeno en el sustrato y pasar el hidrógeno a la sustancia reducida a través de la coenzima, lo que hace que el aceptor de hidrógeno oxide y reduzca el sustrato. Hidrolasa: cataliza la reacción de hidrólisis de la materia orgánica. La reacción de hidrólisis es la reacción más básica que ocurre fuera de las células. Puede descomponer la materia orgánica polimérica compleja en moléculas pequeñas, lo que facilita su penetración en la pared celular.
Como descomponer proteínas en aminoácidos, descomponer grasas en ácidos grasos y glicerol, y descomponer polisacáridos complejos en azúcares simples, etc. Además, existen enzimas de desaminación, descarboxilación, fosforilación y desfosforilación. Muchas enzimas pueden catalizar reacciones sólo en presencia de sustancias especiales llamadas coenzimas y activadores. Los iones de potasio, calcio, magnesio, zinc, cobalto, manganeso, cloruro y fosfato son indispensables en las reacciones catalíticas de muchas enzimas o activadores. Durante el proceso de tratamiento biológico aeróbico, la materia orgánica de las aguas residuales se oxida y degrada mediante la catálisis de enzimas microbianas, que se divide en tres etapas: en la primera etapa, las moléculas grandes de materia orgánica se degradan en bloques de construcción: azúcares simples, aminoácidos o glicerol y ácidos grasos. En la segunda etapa, el producto de la primera etapa se oxida parcialmente a una o más de las siguientes sustancias: dióxido de carbono, agua, acetil-CoA, α-cetoglutarato (o α-oxiglutarato) o ácido oxalacético (también conocido como ácido oxaloacético). ). La tercera etapa (el ciclo del ácido tricarboxílico, la etapa final de la oxidación de la materia orgánica) es la oxidación de acetil-CoA, α-cetoglutarato y ácido oxalacético en dióxido de carbono y agua. La materia orgánica libera una cierta cantidad de energía durante cada etapa de degradación oxidativa. Mientras se degrada la materia orgánica, también se produce la reacción de síntesis del protoplasma microbiano. En la primera etapa, los componentes básicos descompuestos por el sustrato se pueden sintetizar en carbohidratos, proteínas y grasas, y luego sintetizarse aún más en protoplasma celular. La energía sintética la obtienen los microorganismos durante la oxidación de la materia orgánica.
5. Método de tratamiento biológico anaeróbico
Se utiliza principalmente para tratar lodos sedimentados en aguas residuales, por lo que también se denomina 〖HTK〗Digestión de lodos〖HT〗, y también se utiliza para Tratar altas concentraciones de aguas residuales orgánicas. Este método descompone la materia orgánica en lodos bajo la acción de bacterias anaeróbicas o facultativas y finalmente produce gases como metano y dióxido de carbono, que son fuentes de energía económicamente valiosas. La construcción a gran escala de digestores de biogás en China es un ejemplo típico de la aplicación específica de este método. El lodo digerido es más fácil de deshidratar que el lodo original, contiene bacterias patógenas muy reducidas, debilita significativamente el olor, se convierte en fertilizante de acción rápida, reduce su volumen y es fácil de eliminar. El proceso completo de digestión anaeróbica de lodos de sedimentación de aguas residuales urbanas y aguas residuales orgánicas de alta concentración se puede dividir en tres etapas (ver figura). En la primera etapa, los compuestos orgánicos sólidos del lodo se disuelven con la ayuda de hidrolasas extracelulares secretadas por bacterias anaeróbicas y entran en las células a través de la pared celular para sufrir reacciones bioquímicas metabólicas. Bajo la catálisis de la hidrolasa, los polisacáridos complejos se hidrolizan en monosacáridos, las proteínas se hidrolizan en péptidos y aminoácidos y las grasas se hidrolizan en glicerol y ácidos grasos. La segunda etapa consiste en degradar aún más los productos de la primera etapa en ácidos orgánicos volátiles relativamente simples, como ácido acético, ácido propiónico, ácido butírico y otros ácidos orgánicos volátiles, así como alcoholes, aldehídos, etc., bajo la acción de bacterias acidogénicas; generan dióxido de carbono y nuevas células microbianas al mismo tiempo.
Principio de reacción
La primera y segunda etapa también se denominan proceso de licuefacción. La tercera etapa consiste en convertir el ácido volátil producido en la segunda etapa en metano y dióxido de carbono bajo la acción de metanógenos, por lo que también se denomina proceso de gasificación. La reacción se puede expresar mediante la siguiente fórmula:
Algunos ácidos orgánicos o Ejemplos del proceso de gasificación del alcohol son los siguientes: Ácido acético:
CH3COOH─→CO2 CH4
Ácido propiónico:
4CH3CH2COOH 2H2O ─→5CO2 7CH4
Metanol:
4CH3OH─→CO2 3CH4 2H2O
Etanol:
2CH3CH2OH CO2─→2CH3COOH CH4
Para que el proceso de digestión sea anaeróbico y se desarrolle normalmente, la temperatura, el valor de pH, el potencial redox, etc. deben mantenerse dentro de un cierto rango para mantener la actividad normal de los metanógenos y garantizar la oportuna y completa conversión del ácido volátil producido en la segunda etapa en metano.
La velocidad de las reacciones bioquímicas se ve directamente afectada por la temperatura. Hay dos tipos de microorganismos que realizan la digestión anaeróbica: las bacterias mesófilas que digieren y las bacterias que digieren a alta temperatura. El rango de temperatura adaptable del primero es de 17~43℃, y la temperatura óptima es de 32~35℃; el segundo tiene la mejor velocidad de reacción a 50~55℃;
En los últimos años, se han desarrollado métodos de tratamiento de digestión anaeróbica para tratar aguas residuales orgánicas de alta concentración, como aguas residuales de mataderos, aguas residuales de procesamiento de carne, aguas residuales de la industria azucarera, aguas residuales de la industria del alcohol, aguas residuales de la industria conservera, sal de ácido sulfuroso. la pulpa de aguas residuales, etc., es más rentable que el tratamiento biológico aeróbico.
Los métodos específicos de uso de métodos biológicos para tratar aguas residuales incluyen 〖HTK〗método de lodos activados〖HT〗,〖HTK〗método de biopelícula〖HT〗,〖HTK〗método de estanque de oxidación〖HT〗,〖HTK〗 Sistema de tratamiento de terrenos〖HT〗y digestión de lodos, etc. 〖HT〗.
Con el desarrollo de la industria, la composición de las aguas residuales se ha vuelto cada vez más compleja. Algunas sustancias orgánicas refractarias y sustancias tóxicas deben tratarse mediante métodos microbianos. Las aguas residuales tienen las condiciones para el crecimiento y la reproducción microbianos, por lo que los microorganismos pueden obtener nutrientes de las aguas residuales y degradar y utilizar sustancias nocivas al mismo tiempo, purificando así las aguas residuales. El tratamiento biológico de aguas residuales es un método de tratamiento que utiliza las actividades vitales de los microorganismos para degradar los contaminantes orgánicos en estados disueltos o coloidales en las aguas residuales, purificando así las aguas residuales. La gente prefiere la tecnología de tratamiento biológico de aguas residuales por sus importantes ventajas, como bajo consumo, alta eficiencia, bajo costo, operación y gestión de procesos convenientes y confiables, y sin contaminación secundaria.