|
Прежде чем начнётся
процесс биохимического окисления органических веществ, содержащихся в сточных
водах, они должны проникнуть внутрь клетки микроорганизмов. К поверхности
клеток вещества поступают за счёт конвективной и молекулярной диффузии, а
внутрь клеток - диффузией через полупроницаемы цитоплазматические мембраны,
возникающей вследствие разности концентраций веществ в клетке и вне её.
Основную роль в очистке
сточных вод играют процессы возвращения вещества, протекающие внутри клеток
микроорганизмов. Эти процессы, как правило, заканчиваются окислением вещества с
выделением энергии и синтезом новых веществ с затратой энергии. Внутри клеток
микроорганизмов происходит непрерывный и сложный комплекс химических
превращений. В клетках в строгой последовательности протекает большое
количество реакций с высокой скоростью. Скорость реакций и их
последовательность зависит от наличия ферментов, которые выполняют роль
катализаторов. Особенностью ферментов является то, что каждый из них
воздействует только на определённое химическое соединение и катализирует одно
из многих превращений, которым подвергается данное химическое соединение. При
изменение состава и концентрации веществ меняется и состав ферментов. Таким
образом, каждую реакцию катализирует один соответствующий фермент. При этом
продукт одной реакции служит субстратом для следующей. Скорость образования и
распада ферментов зависит от условий роста микроорганизмов и определяется
скоростью поступления в клетку веществ, ингибирующих и активирующих
биохимические процессы. Клетки каждого вида микроорганизмов имеют определённый
набор ферментов. Некоторые из них независимо от субстрата постоянно
присутствуют в клетках микроорганизмов. Такие ферменты называются
конститутивными. Другие ферменты синтезируются в клетках вследствие каких-либо
изменений в окружающей среде. Например, изменения состава или концентрации
загрязнений сточных вод. Эти ферменты позволяют в период приспособления
микроорганизмов к изменению среды, поэтому называются адаптивными. Сроки
адаптации различны и продолжаются от нескольких часов до десятков и сотен дней
[10]. Если в сточных вода содержится несколько веществ, то процесс окисления
будет зависеть от количества и структуры всех растворённых органических
веществ. В первую очередь будут окисляться те вещества, которые необходимы для
создания клеточного материала. Порядок окисления веществ будет сказываться на
продолжительности очистки сточных вод. Для разрушения сложной смеси
органических веществ необходимо 80 - 100 различных ферментов. Суммарные реакции
биохимического окисления в аэробных условиях схематично можно представить в
следующем виде:
где CxHyOzN
- все органические вещества сточных вод, C5H7NO2 -
среднее соотношение основных элементов в клеточном веществе бактерий.
Реакция (1)
соответствует окислению вещества на энергетические потребности клетки, реакция
(2) - на синтез клеточного вещества. Затраты кислорода на эти реакции
составляют БПКполн сточной воды. Если процесс окисления
проводится дальше, то начинается превращение клеточного вещества:
Общий расход кислорода
на четыре реакции приблизительно вдвое больше, чем на реакции (1) и (2).
Как видно из уравнений
реакций, химические превращения являются источником необходимой для
микроорганизмов энергии.
|