¿Cómo utilizar microorganismos para tratar aguas residuales?

Con el desarrollo de la industria, la composición de las aguas residuales se ha vuelto cada vez más compleja. Algunas materias orgánicas refractarias y sustancias tóxicas deben tratarse mediante métodos microbianos. Las aguas residuales tienen condiciones para el crecimiento y la reproducción microbiana, por lo que los microorganismos pueden obtener nutrientes de las aguas residuales y degradar y utilizar sustancias nocivas, 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 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 ventajas obvias, como bajo consumo, alta eficiencia, bajo costo, operación y gestión convenientes y confiables, y sin contaminación secundaria.

Definición

Un método que utiliza el metabolismo microbiano para eliminar contaminantes orgánicos en las aguas residuales, también conocido como tratamiento bioquímico de aguas residuales, conocido como método bioquímico de aguas residuales. Debido a las deficiencias de los métodos de tratamiento tradicionales, como el alto costo, las operaciones complejas y la dificultad para tratar la contaminación nociva de gran flujo y baja concentración, la tecnología de tratamiento biológico ha atraído cada vez más atención después de años de exploración e investigación. Con el progreso de la investigación sobre microorganismos resistentes a metales pesados, la biotecnología para el tratamiento de aguas residuales de metales pesados ​​galvanizados está en auge. Según los diferentes mecanismos de eliminación biológica de iones de metales pesados, se puede dividir en biofloculación, biosorción, bioquímica y fitorremediación.

Características

1. Lo más económico es utilizar métodos biológicos para eliminar la materia orgánica;

El 2,90% de los procesos de tratamiento de aguas residuales son procesos de tratamiento biológico. p>

3. El tratamiento biológico es el método más eficaz para eliminar el nitrógeno amoniacal del agua;

4. La mayoría de las aguas residuales industriales se tratan principalmente mediante métodos biológicos.

Clasificación

Método bioquímico

El método bioquímico se refiere al uso de microorganismos para tratar aguas residuales que contienen metales pesados, convirtiendo iones solubles en compuestos insolubles y eliminándolos. La biorreducción de sulfato es un método bioquímico típico. En este método, las bacterias reductoras de sulfato reducen el sulfato a H2S mediante reducción disimilatoria del sulfato en condiciones anaeróbicas. Los iones de metales pesados ​​en las aguas residuales pueden reaccionar con el H2S generado para formar sulfuros metálicos con baja solubilidad y precipitar para su eliminación. Al mismo tiempo, la reducción de H2SO4 puede convertir SO42- en S2-, aumentando así 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 para aguas residuales que contienen Cr6+ con una concentración de 30-40 mg/L, la tasa de eliminación bioquímica puede alcanzar el 99,67%-99,97%. Algunas personas también utilizan lodos de digestión anaeróbica de estiércol de ganado y aves de corral 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. utilizaron el método de desulfuración de Enterobacter (SRV) para eliminar los iones de cobre de las aguas residuales de galvanoplastia cuando la concentración másica de cobre era de 246,8 mg/l y el pH era de 4,0, la tasa de eliminación alcanzó el 99,12 %. ? [2]?

Método de floculación biológica

La 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 metabolito con actividad floculante producido y secretado por microorganismos. Generalmente está compuesto por sustancias poliméricas como polisacáridos, proteínas, ADN, celulosa, glicoproteínas y poliaminoácidos. Las moléculas contienen varios grupos funcionales que pueden provocar que las suspensiones coloidales en agua se aglomeren 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 y precipitar con iones de metales pesados ​​como Cu2+, Hg2+, Ag+ y Au2+. La aplicación de la floculación microbiana en el tratamiento de aguas residuales es segura, conveniente, no tóxica, no produce contaminación secundaria, tiene un buen efecto de floculación, crecimiento rápido y es fácil de industrializar. Además, los microorganismos pueden modificarse genéticamente, domesticarse o construirse en cepas con funciones especiales. Por tanto, la floculación microbiana tiene amplias perspectivas de aplicación. ? [2]?

Proceso de adsorción biológica

La adsorción biológica consiste en utilizar la estructura química y las características de composición de los organismos para adsorber iones metálicos disueltos en agua y luego eliminar la solución acuosa a través del sólido. -separación líquida de dos fases de iones metálicos. Los iones metálicos están separados por polímeros extracelulares. Algunas bacterias liberan proteínas durante el crecimiento que pueden convertir iones de metales pesados ​​solubles en precipitados y eliminarlos. Los biosorbentes se utilizan ampliamente debido a su amplia fuente, bajo precio, fuerte capacidad de adsorción y fácil separación y recuperación de metales pesados. ? [2]?

Tratamiento biológico aeróbico

Método en el que microorganismos aeróbicos descomponen la materia orgánica compleja en 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 y los ácidos grasos. Dependiendo del orden numérico de los elementos contenidos en los sistemas biológicos, estos compuestos orgánicos se pueden representar como COHNS.

Estas reacciones en los sistemas biológicos son aceleradas por enzimas en los sistemas biológicos. Las enzimas se pueden dividir en tres tipos según sus reacciones catalíticas: Oxidoreductasa: Cataliza la reacción de oxidación-reducción de la materia orgánica en las células, promueve la transferencia de electrones y la combina con la oxidación o deshidrogenación. Se puede dividir en oxidasa y reductasa. Las enzimas oxidasas activan 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 transferirlo a la sustancia reducida a través de la coenzima, de modo que el aceptor de hidrógeno pueda oxidar y reducir el sustrato. Hidrolasa: juega un papel catalítico en la reacción de hidrólisis de la materia orgánica. La hidrólisis es la reacción más básica fuera de las células. Puede descomponer compuestos orgánicos macromoleculares complejos en moléculas pequeñas, lo que facilita su penetración en la pared celular.

Por ejemplo, las proteínas se descomponen en aminoácidos, las grasas se descomponen en ácidos grasos y glicerol y los polisacáridos complejos se descomponen en azúcares simples. Además, existen desaminasas, descarboxilasas, fosforilasas y desfosforilasas.

Muchas enzimas pueden catalizar reacciones sólo en presencia de sustancias especiales llamadas coenzimas y activadores. El potasio, el calcio, el magnesio, el zinc, el cobalto, el manganeso, los iones cloruro y los iones fosfato son coenzimas o activadores indispensables en muchas reacciones catalizadas por enzimas.

Durante el proceso de tratamiento biológico aeróbico, la materia orgánica de las aguas residuales se oxida y degrada bajo la catálisis de enzimas microbianas, que se divide en tres etapas: En la primera etapa, las macromoléculas orgánicas se degradan en unidades constituyentes - simples unidades Azúcar, aminoácidos o glicerol, ácidos grasos. En la segunda etapa, los productos de la primera etapa se oxidan parcialmente a una o más de las siguientes sustancias: dióxido de carbono, agua, acetil-CoA, alfa-cetoglutarato (o alfa-cetoglutarato) o ácido oxalil acético (también conocido como oxaloacetato). 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 oxálico en dióxido de carbono y agua. La materia orgánica libera una cierta cantidad de energía en cada etapa de degradación oxidativa.

Mientras se degrada la materia orgánica, también avanza la síntesis de protoplasma microbiano. En la primera etapa, las unidades constituyentes de la descomposición del sustrato se pueden sintetizar en carbohidratos, proteínas y grasas, y luego sintetizarse en protoplasma celular. La energía sintética la obtienen los microorganismos durante la oxidación de la materia orgánica.

Tratamiento biológico anaeróbico

Se utiliza principalmente para tratar lodos precipitados en aguas residuales, por lo que también se denomina digestión de lodos. También se utiliza para tratar aguas residuales orgánicas de alta concentración. Este método descompone la materia orgánica en lodos bajo la acción de bacterias anaeróbicas o bacterias facultativas, produciendo finalmente gases como metano y dióxido de carbono, que son fuentes de energía económicamente valiosas. El gran número de digestores de biogás construidos 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, las bacterias patógenas que contiene se reducen considerablemente, el olor se debilita significativamente, el fertilizante se vuelve de acción rápida, el volumen se reduce y es fácil de eliminar. El proceso completo de digestión anaeróbica de lodos de depuradora municipales y aguas residuales orgánicas de alta concentración se puede dividir en tres etapas (ver figura). En la primera etapa, la materia orgánica sólida del lodo se disuelve mediante la hidrolasa extracelular secretada por bacterias anaeróbicas y ingresa a la célula a través de la pared celular para 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 y aldehídos, dióxido de carbono y nuevas células microbianas; producidos simultáneamente. ?

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 bacterias metanogénicas, por lo que también se denomina proceso de gasificación. La reacción se puede expresar mediante la siguiente fórmula:

Algunos ejemplos orgánicos del proceso de gasificación de ácidos o alcoholes 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 anaeróbica funcione normalmente, la temperatura, el valor del pH y el potencial redox deben mantenerse dentro de un cierto rango para mantener el nivel normal. actividad de los metanógenos y asegurar la segunda etapa. El ácido volátil producido se convierte rápida y completamente 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: bacterias digestivas mesófilas y bacterias digestivas termófilas. El rango de temperatura adaptable del primero es 65438±07 ~ 43℃, y la temperatura óptima es 32 ~ 35℃. Este último reacciona más rápido entre 50 y 55 ℃.

En los últimos años se ha desarrollado la 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, aguas residuales de la pulpa al sulfito, etc. . , ahorrando costes respecto al tratamiento biológico aeróbico.

Los métodos específicos para el tratamiento de aguas residuales mediante métodos biológicos incluyen el método de lodos activados, el método de biopelícula, el método de estanque de oxidación, el sistema de tratamiento en tierra y el método de digestión de lodos.