Дәріс №5. ағынды суларды тазартудағы анаэробты прцесс

1. 
   Септиктенктарға сипаттама.
   
2. 
   Толық араластыруды қажет ететін ашытқы қондырғылары.
   
3. 
   Байланыстырғыш анаэробты жүйе.
   

1) Қазіргі уақытта ағын суларды анаэробты жолмен тазарту кеңінен дамымаған. Ағын суды тазартуда қолданылатын анаэробты процестерді аэробы процестермен салыстырғанда біршама артықшылығы бар. Негізгісі, биомасса көлемінің өсуі барысында ластаушы заттардан көмірсудың түзілу деңгейі жоғары және қосымша құнды өнім – биогаз алынады.

180л көлемнің жартысы халыққа сұйық ретінде берілсе, екніші жартысы тұнба түрінде жиналады. Тенк көлемі екі камераға ажырайды, бірінде көлемі 2/3 құрайды және мұнда тұнба жинақталады. Тұнба толығымен жойылады, тек оның азғантай бөлігі ғана биореакторда қалады. Қалалық тазалау қондырғылар жүйесінде септиктенктер қолданылады. Мұнда біріншілік тұндырғыштардан бөлінген шөгінділер қайта өңделеді.Нәтижесінде ашытылған тұнба ликвидацияланады. Ашыту кезінде тұнбаның көлемі азаяды, оның құрамындағыпатогенді микроорганизмдер мен жағымсыз иісі жойылады. Күрделі ассоциация барысында септиктенктада жүретін ластаушы заттардың биодеградациясы бірнеше жолдар арқылы жүзеге асады: ацидогенді және гетероацетогенді бактериялардың қасытуымен жүретін гидролитикалық процесс және метаногендердің қатысуымен жүретін метаногенерация процестері. Анаэробты ағынды ашытударды өндірістік және ауыл шаруашылықтық ағын суларды анаэробты жолмен тазалауда қолданылады.

2) Қатты ластанған тағам өндірісінің ағындары мен мал шаруашылығының қалдықтарын тазалауда қымбат емес анаэробты жүйелер қолданылады. Жоғарыда айтылған ағын түрлерінің БПК және ХПК бойынша жүктеме деңгейлері жоғары, ал көңдік ағындар да құрамында биодеградацияға түспейтін, ерімейтін компоненттер бар. Мұндай ағындарды тазалау үшін толығымен араластырғыш ашытқылар қолданылады. Шошқа және құс фермаларынан анаэробты биологиялық тазалау барысында тек ХПК – ның 50% ғана босап шығады. Ал ірі қара мал фермаларынан тек 30% қана. Деградация процесінің ингибиторы болып жоғары концентрациялы органиктер мен азот аммонийі табылады.

Көлемі 600-700м³ тең биореакторларда ағын суларды 15-20 тәулік бойы ұстап тұрауға болады. Бұл процесс барысында түзілген биогаз құрамында 70% метан болады. 1200-1500 жуық шошқасы бар фермалардағы ағын суларды тазарту үшін көлемі үлкен емес биореакторлар қолданылады.

3) Тағам өндірісінің ластанған ағын суларын тазарту үшін арнайы өндірілген анаэробты процестер қолданылады. Мұнда түскен ағынды сулар биогаз, тұнба рециркуляциясы және механикалық араластыру арқылы толығымен айналысқа түседі. Интенсификация процесінің факторы – ол биореакторлардағы температура өзгерісі. Ашыған ағындар жарықтандырғыш құралына қарай бағытталады, онда тұнба тұну процесімен қосымша биогаз түзіледі.

Тығыздалған тұнба қайтадан ашытқышқа түседі. Ашытқышта биомасса концентрациясы 5-10г/л болса, онда құрамында ХПК бар ағын суларда 20кг/м³ дейін тазартуға болады. Биомасса концентрациясы 20-30г/л көтерілсе, ерімеген ағынды пайдаланады. Қозғалмайтын биопленкасы бар реакторларды анаэробты жолмен тазалау әдісінде де қолданылады. Бұл мақсатта қолданылатын биореакторлардың аэробты тамшылы биореакторлардан айырмашылығы, олардың лайланудан қорғайтын ірі саптамалары болады. Осы мақсатта қолданылатын ұсақ тасты саптамалардың диаметрі 25-65мм, 50% жуық бос көлемі бар. Ағынның тазалану жылдамдығы төмен және саптаманың бос кеңістігінде биомасса болады. Жүйеде ХПК бойынша жүктеме шегі 10кг/м³ тәу, органиканың біркелкі мөлшерінде ол 5кг/м² тең. Тазалаудың эффективтілігі 70%. Бұл қондырғылар көп қолданылмайды., себебі қондырғыға қажетті саптама қымбат және қондырғының фильтрлеуші қабатын қайта – қайта тазалау қажет.

Жалпы алғанда анаэробты процестер біршама артықшылығы болғаымен, олар аэробты процестер сияқты кеңінен қолданылмайды. Алайда соңғы жылдары өндірістік ағын суларды канализацияға жібермес бұрын, оны қайтадан тазарту қажет деген қатаң талап қойылғандықтан, анаэробты процестерге деген қызығушылық артуда.
Өзін тексеруге арналған сұрақтар:

1. 
   Ағын суларды анаэробты жолмен тазалауда қолданылатын реакторлардың құрылымы және жұмыс істеу принципі?
   
2. 
   Анаэробы жолмен тазартудың артықшылықтары мен кемшіліктері?
   

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Экологиялық биотехнология: ағылшыннан аударма/ К.Ф. Фостер, Д.А. Дж. Вейз. – Л.: Химия, 1990. – 384 бет.
   
2. 
   Биотехнология: принциптері мен қолданысы/ И. Хиггинс: ағылшыннан аударма. М.: Мир, 1988.
   

1. 
   Қатты қалдықтарды пайдалаундың биологиялық әдісі.
   
2. 
   Қатты қалдықтардың биодеградациясы.
   

1)Қатты қалдықтарды қайта өңдеу мен ликвидациялау кезінде қолданылатын биотехнологиялық әдістер ағын суларды биологиялық тазарту кезінде бөлінген тұнба мен кумуналды қалдықтарды қайта өңдеуде де қолданылады. Қалалық қоқыс тастайтын жерлерде дәстүрлі қатты қалдықтар кездеседі. Қалдық көлемінің өсуі қоқыс орындарының көбеюіне, оларды көлемдерінің ұлғаюына және тасымалдау барысында бұл қалдықтардың қоршаған ортаға таралуына әкеледі. Берілген деректер бойынша 2001 жылы Францияда, Грецияда және Ирландияда қалдықтарды қоқыс орндарына тасымалдау кезінде жалпы қалдық заттардың 10,3; 17,5 және 35% қоршаған ортаға таралған екен. Шикізаттарды қайтадан пайдалануға деген қызығушылықтың артқанмен, қалдықтарды жою және қайта өңдеу басқа процестерге қарағанда біршама арзан екені белгілі. Қалдықтарды анаэробты жолмен өңдеу кезінде құнды энергетикалық зат – биогаз түзіледі, ендігі уақытта қалдық мөлшерін көбейту арқылы метан алу көзделініп отыр. Қалдықтар әр алуан, бірақ дамыған елдерде қатты қалдықтар біртипті болып келеді, сондықтан органикалық және өсімді материал мөлшерін азайта отырып, қағаз бен пластмасс көлемін ұлғайту қажет. Бұл әдіс қоқыс орындарында қалдықтарды тұрақтандыру мезгілін ұзартады. Қоқыс орындарына химиялық зерттеу жүргізгенде алынған нәтиже бойынша қатты қалдықтың құрамында биодеградацияға оңай түсетін фракциялар мөлшері 70% құрайды екен.

2) Қоқыс орындарындағы қалдықтың сипаты өте күрделі, себебі мұнда әр түрлі уақыт аралығында жаңа материалдар келіп түседі. Нәтижесінде бұл процесс температура градиентіне, рН, сұйық ағынына, ферментация активтілігіне және т.б. тәуелді. Қалдық материалдарында күрделі микроорганизмдер ассоциациясы болады, олар қатты бөлшектердің бетінде дамып, олар үшін биогеді элементтер көзі болып табылады.

Ассициация ішінде әр алуан өзара байланыс пен өзара әрекеттестік байқалады. Жалпы микробты ассоциацияның жағдайы мен биокаталитикалық потенциалы ортаның химиялық құрамына, мөлшеріне, субстарт концентрациясына тәуелді. Европалық қоқыс орындарында қалдықтар белгілі бір бөліктерге бөлініп орналасқан, оларды өңдеген уақытта периодты әрекетте жұмыс атқаратын реакторларды пайдаланады. Мұндай реаеторларда қалдықтар биодеградацияның әр түрлі кезеңдерінде болады.

Қатты қалдықтарды биодеградациялаудың алғашқы сатысында микроорганизмдер (бактерия, актиномицеттер, саңырауқұлақтар) мен омыртқасыздар (нематод, кене) әсерімен деградацияланатын компоненттердің тотығуы жүретін аэробты процесс басым болады. Содан кейін деструкция процесі қиын жүреді және лигнин, лигноцеллюзоза, меланин, танин субстарттары баяу тотығады. Қатты заттарды биодеградациялардың деңгейін бағалаудың бірнеше әдістері бар. Мұндай бағалау әдістерінің бірі, целлюлоза мен лигниннің ажырау жылдамдығына негізделген. Өңделмеген қатты қалдықтар құрамында целлюлозаның лигнинге қатынасы 4.0 құраса, өңделмегенде – 0.9-1.2, ал тұрақты қалдықтарда олар 0.2 тең. Аэробты кезеңде ортаның температурасы 80⁰С дейін көтерілуі мүмкін, нәтижесінде жәндіктер дернәсілдері, вирустар, патогенді микроорганизмдер өліп, инактивация жүреді. Температура бұл ортаның жағдайын көрсететін негіззі көрсеткіш болып табылады. Температура мөлшерінің ұлғаюы органикалық заттардың деструкциялық процестерінің жүру жылдамдығын жоғарлатады, бірақ лимиттеу факторы болып табылатын оттегінің ерігіштік қасиетін төмендетеді. in situ молекулалық оттегінің таусылуы нәтижесінде жылу шығымы мен көмір қышқылының жиналуы төмендейді. Бұл жағдай өз кезегінде алдымен факультативті, кейін облигатты анаэробты микроорганизмдердің өсуін ретейді. Анаэробты минерализацияны аэробты процеспен салыстыратын болса, мұнда әр түрлі бір – бірімен әрекеттесетін микроорганизмдер қатысады. Мұндай организмдер электрон акцепторының тотыққан түрін пайдалануға қабілетті, нәтижесінде олар термодинамикалық және кинетикалық артықшылыққа ие болады. Соңынан полимерлердің (полисахарид, липид, ақуыз) гидролизі жүреді., бұлардан түзілген мономер сутегі, көміртек диоксидіне, спиртке және органикалық заттарға ажырайды. Одан кейін метаногендер көмегімен метан түзу процесі жүреді.

Жоғарыда аталған процестер нәтижесінде қоқыс қалдықтарынан екі өнім түзіледі: топыраққа сүзілетін су және газ. Сүзілген су құрамында микроорганизмдерден басқа аммонийлы азот, ұшқыш май қышқылы, алифаттық, ароматтық және ацикликалық қосылыстар, терпендер, минералдар (макро және микроэлементтер), металдар сияқты әр түрлі комплексті заттардан тұрады.

Сондықтан қоқыс орнын таңдаған уақытта оның қоршаған ортаға зиянын тигізбейтіндігіне көңіл бөлуіміз қажет. Су сүзгіштігімен күресу жолы ретінде қоқыс маңайындағы су өткізбейтін қабықпен қаптайды. Суды фильтрация жасау үшін және анаэробты өңдеуді бақылау үшін тамшылы биофильтр, аэротанк немесе аэроционды тоғандар пайдаланылады. Аэроционды жүйеде бірнеше ай ішінде судан 70% БПК бөліп алуға, тамшылы биофильтрлерде 92% жуық БПК алуға болады.

Анаэробты биологиялық тазалу 40-50 күн аралығында 25⁰С температура шамасында ХПК 80-90% жоюға мүмкіндік береді. Биогаз құнды энергия тасығыш болғанымен, оның қоршаған ортаға тигізетін кері әсерлері (жағымсыз исі, жер суларының қышқылдануы, ауыл шаруашылығында культуралардың түсімділігін төмендету) көп, сондықтан мүмкіндігінше газ кемуін тоқтату. Ол үшін газдың ауысуын бақылайтын арнайы қоршаулар, траншея (ұзын, терең ор) жасау. Қалдықтарды қайтадан өңдеу арқылы метанды бөліп алуға деген қызығушылық соңғы он жылда арта түсті. АҚШ – та осы мақсатта 10 қондырғы, жалпы нарықтық мемлекеттерде қырық қондырғы салынды. Ендігі уақытта мұндай қондырғыларды салу Ұлыбритания, Жапония, Канада, Швейцария елдері көздеп отыр. Қалдықтардан көп мөлшерде түзілген биогаздардың да өз артықшылығы бар. Россман қондырғылары жаз айларында 1 күнде 40000мг дейін газ береді. Мұндай қондырғылар көлемі 10-20.106м³ құрайды.

Теориялық тұрғыдан алсақ құрғақ қатты заттардан 0,266м³/кг метан бөлінеді. Биогаздың бөлінуіне байланысты жүргізілген лабораториялық эксперименттер бойынша жылына 100л/кг жуық газ бөлінеді екен. Метаногенез процесіне үлкен әсер ететін факторлар – ортаның Рн, температурасы, ылғалдылық, аэрация деңгейі, қалдықтардың химиялық құрамы, токсиндік компоненттер және т.б. қалдықтар арасынан түзілген газды тігінен және көлденең орналасқан полиэтиленді трубалар арқылы ажыратып аламыз. Насос немесе ауа үрлегіш құралдарының көмегімен газды бөліп алуды жылдамдатуға болады. Газды теплицаларды жылытуда, бу алуға қолданады, қосымша өңдегеннен кейін оларды қолданысқа жіберуге болады.

Сондықтан экологиялық мәселелерден басқа ол экономикалық сипатқа ие, яғни қалдықтардан өңделген биогаз, қауіпті жағымсыз қалдықтармен сондай – ақ ластануменкүресте материалды шығымды азайтады.

1. 
   Қатты қалдықтарға сипаттама.
   
2. 
   Қатты қалдықтардың аэробты биодеградациясы.
   
3. 
   Қатты қалдықтардың анаэробты биодеградациясы.
   

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Экологиялық биотехнология: ағылшыннан аударма/ К.Ф. Фостер, Д.А. Дж. Вейз. – Л.: Химия, 1990. – 384 бет.
   
2. 
   Биотехнология: принциптері мен қолданысы/ И. Хиггинс: ағылшыннан аударма. М.: Мир, 1988.
   

1. 
   Тұнба ликвидациясының әдістері.
   
2. 
   Тұнбаны құрғату.
   

Мұндай ликвидация әдісі (жою) екі жағдаймен, яғни тұнбаның құрамында патогенді организмдер мен токсинді элементтер болуымен күрделене түседі. Тұнбаны тұрақтандырудағы негізгі әдістерге ашыту, әктен өңдеу, үйінді жасау процестері жатады. Патогенді микроорганизмдер мен ауыл шаруашылық культураларының арасындағы байланысты болдырмау үшін тұнбаны топырақ деңгейінен төмен көму қажет. Бұл әдіс жағымсыз иістерді алдын алуға жәрдемдеседі.

Мұндай абыржуға себепші болатын екі негізгі патогенді организмдер: Salmonella және сиыр цепені бар. Алайда тұнба құрамында бұдан басқа патогенді түрлер, соның ішінде паразитті тіршілік етушілер, мысалы бруцелла абортус және Аскарис суум кездеседі.

Тұнба құрамындағы ауыр металл иондары, олардың қоршаған ортаға тигізетін зияны жайлы қиындықтарды ЕЭС келісім шарттарында көрсетілген.

Топырақ құрамындағы кез келген токсинді элементтердің концентрациясын бақылау қажет, егер концентрация мөлшері өссе, онда топырақ жарамсыз және сезімтал болып қалады. Топырақта екі түрлі токсинді әсерлер байқалады: фитотоксиндік – егістіктің сапасы мен санын төмендетсе, зоотоксиндік – металдар өсімдіктердің тамырларына жиналып, оларды пайдаланған уақытта токсиндік әсер көрсетеді. Әр түрлі елдерде көптеген токсинді заттар қатарына түрлі металдар жатады. Олардың концентрация шегі әр түрлі. Мысалы, ФРГ – да кадмий концентарциясы 20мг/кг аспауы қажет, ал Данияда оның мөлшері 8 мг/кгқұрайды. Ұлыбританияда түрлі элементтердің концентрация шегі топырақ типіне байланысты.

Топыраққа көп жиналатын металл – кадмий. АҚШ – та белгіленген норматив бойынша оның анықтамасына назар аударады. Кадмий көп жағдайда зоотоксинді әсер көрсететді. Сондай – ақ сынап, цинк және никель металдарына да көп көңіл бөлуде. Бұл элементтер фитотоксинді әсер көрсетеді және бұл металдар бір – бірін толықтырушылар болғандықтан, оларды бір тұтас жүйе ретінде қарастырады. Соңғы жылдары көптеген елдерде, соның ішінде ҚР – да мырыштың эквивалентті концепциясын пайдаланады. Бұл концепцияда 3 элементтің (мырыш, сынап, никель) салыстырмалы токсиндік әсері 1:2:8 теңдігімен негізделген.

2. Пастерлеу. Бұл әдісті Швейцария және Германия елдерінде егістікке тұнбаны шығарған уақытта сальмонелланың таралуын алдын алу үшін қолданады. Пастерлеу кезінде тұнбаны 70⁰С температурада 30 минут қыздырады. Пастеризация процесіне қолданылатын биореакторларға жылу алмастырғыштар жатады, олар периодты және үзіліссіз режимдер бойынша жұмыс атқарады. Пастерлеуден кейінгі ауытқу процестерінде осы жылу алмастырғыштарда жүреді. Мұнда тұнба анаэробты ашыту температурасына дейін суытылады. Пастеризациядан кейін ашыту процесін қолдану, ондағы энтеробактерияларының қайта өсуін қамтамасыз етеді. Швейцарияда жүргізілген тәжірибе бойынша пастериязациядан кейін энтеробактериялар 100 клетка құрайды екен. Сондай – ақ тәжірибе барысында гельминт жұмыртқаларының тіршілік ету әрекетін жоғалтқандығы байқалды.

Радиациялық өңдеу. Радиациялық өңдеуді стирилизация ретінде қолданудың ешқандай ерекшелігі жоқ. Радиациялық өңдеу кезінде құрамында патогенді және паразиттік микроорганизмдер мөлшері төмен тұнба алынады. Өндірістік көзқарас бойынша радиациялық өңдеу кезінде радиоизотоп пен электрон үдеткіштерін пайдаланамыз.

Өзін тексеруге арналған сұрақтар:

1. 
   Тұнбаны күйдіру әдістері.
   
2. 
   Тұнбаны құрғату әдістері.
   

Ұсынылған әдебиеттер:

1. 
   Экологиялық биотехнология: ағылшыннан аударма/ К.Ф. Фостер, Д.А. Дж. Вейз. – Л.: Химия, 1990. – 384 бет.
   
2. 
   Биотехнология: принциптері мен қолданысы/ И. Хиггинс: ағылшыннан аударма. М.: Мир, 1988.