Біопрепарат для очищення ставка “Водограй” має на увазі практично повне біологічне розкладання органічних сполук у воді. За існуючими нормами вміст органічних речовин в очищеній воді не повинен перевищувати 10 мг/л.
Деградація органічних речовин мікроорганізмами в аеробних та в анаеробних умовах здійснюється з різними енергетичними балансами сумарних реакцій. При аеробному біоокисленні глюкози 59% енергії, що міститься в ній, витрачається на приріст біомаси та 41% складають теплові втрати. Цим зумовлено активне зростання аеробних мікроорганізмів. Чим вище концентрація органічних речовин в оброблюваних стоках, тим сильніше розігрів, вище швидкість росту мікробної біомаси та накопичення надлишкового активного мулу. При анаеробній деградації глюкози з утворенням метану лише 8% енергії витрачається на приріст біомаси, 3% складають теплові втрати та 89% переходить у метан. Анаеробні мікроорганізми ростуть повільно і потребують високої концентрації субстрату.
Аеробний процес
С6Н12О6 + 6О2 –> 6СО2 +6Н2О + мікробна біомаса + тепло
Анаеробний процес
С6Н12О6 –> 3СН4 + 3СО2 + мікробна біомаса + тепло
Аеробна мікробна спільнота представлена різноманітними мікроорганізмами, в основному бактеріями, що окислюють різні органічні речовини в більшості випадків незалежно одна від одної, хоча окислення деяких речовин здійснюється шляхом соокислення (кометаболізм). Аеробне мікробне співтовариство активного мулу систем аеробного очищення води представлене винятковим біорізноманіттям. В последние годы с помощью новых мокулярно-биологических методов, в частности специфических рРНК проб, в активном иле показано присутствие бактерий родов Paracoccus, Caulobacter, Hyphomicrobium, Nitrobacter, Acinetobacter, Sphaerotilus, Aeromonas, Pseudomonas, Cytophaga, Flavobacterium, Flexibacter, Halisomenobacter, Artrobacter, Corynebacterium, Microtrix, Nocardia, Rhodococcus, Bacillus, Clostridium, Lactobacillus, Staphylococcus. Вважається, однак, що на цей час ідентифіковано не більше 5% видів мікроорганізмів, що беруть участь у аеробному очищенні води. Слід зазначити, що багато аеробних бактерій є факультативними анаеробами. Вони можуть зростати без кисню за рахунок інших акцепторів електрона (анаеробне дихання) або бродіння (субстратне фосфорилювання). Продуктами їх життєдіяльності є вуглекислота, водень, органічні кислоти та спирти.
Анаеробна деградація органічних речовин при метаногенезі здійснюється як багатоступінчастий процес, в якому необхідна участь щонайменше чотирьох груп мікроорганізмів: гідролітиків, бродильників, ацетогенів та метаногенів. В анаеробному співтоваристві між мікроорганізмами існують тісні та складні взаємозв’язки, що мають аналогії в багатоклітинних організмах, оскільки через субстратну специфічність метаногенів, їх розвиток неможливий без трофічного зв’язку з бактеріями попередніх стадій. У свою чергу, метанові археї, використовуючи речовини, що продукуються первинними анаеробами, визначають швидкість реакцій, що здійснюються цими бактеріями. Ключову роль в анаеробній деградації органічних речовин до метану відіграють метанові археї пологів Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Methanomicrobium та інші. За їх відсутності або нестачі анаеробне розкладання закінчується на стадії кислотогенного та ацетогенного броджень, що призводить до накопичення летких жирних кислот, переважно масляної, пропіонової та оцтової, зниження рН та зупинки процесу.
Перевагою аеробного очищення є висока швидкість та використання речовин у низьких концентраціях. Істотними недоліками, особливо при обробці концентрованих стічних вод, є високі енерговитрати на аерацію та проблеми, пов’язані з обробкою та утилізацією великих кількостей надлишкового мулу. Аеробний процес використовується при очищенні побутових, деяких промислових та свинарських стічних вод з ГПК не вище 2000. Виключити зазначені недоліки аеробних технологій може попередня анаеробна обробка концентрованих стічних вод методом метанового зброджування, яка не вимагає витрат енергії на аерацію і навіть пов’язана з утворенням цінного енерго – Метану. Перевагою анаеробного процесу є також відносно незначне утворення мікробної біомаси. До недоліків слід віднести неможливість видалення органічних забруднень у низьких концентраціях. Для глибокого очищення концентрованих стічних вод анаеробну обробку слід використовувати в комбінації з наступною аеробною стадією (Малюнок вище). Вибір технології та особливості обробки стічних вод визначаються вмістом органічних забруднень у них.
Стічні води великих міст та невеликих селищ значно відрізняються за концентрацією органічних забруднювачів. Вміст органічних забруднювачів у стічних водах великих міст вбирається у 500 мг/л, становлячи зазвичай 200–300 мг/л. Побутові стічні води невеликих населених пунктів містять більше органіки від 500-1000 г/л і більше. У сучасних дачних та котеджних селищах часто туалетні та кухонні стічні води, що містять велику кількість органічних забруднень, відокремлюються від стоків ванних кімнат. Для очищення стічних вод котеджних селищ, що інтенсивно розвиваються, будуються локальні очисні споруди, для пуску яких і виведення на робітник необхідно використовувати активний мул міських станцій аерації або спеціальні мікробні препарати.
Біопрепарати як засіб для ініціації та інтенсифікації очищення стічних вод
В даний час існує безліч біопрепаратів, що використовуються для очищення стічних вод. Це консорціуми мікроорганізмів, виділені методом накопичувальних культур, зазвичай з активного мулу аеротенків міських споруд очищення стічних вод. Вони використовуються для очищення стічних вод місцевого значення, наприклад, у селах, дачних та котеджних селищах, невеликих селищах міського типу, міні-заводах тощо. Біопрепарати, що містять обмежену кількість видів мікроорганізмів, по спектру речовин, що розкладаються, поступаються свіжому активному мулу. Однак вони містять швидко зростаючі штами, які ініціюють процеси розкладання органічних забруднень. У не стерильному процесі розвиваються також мікроорганізми, що містяться у відходах, і в мікробне співтовариство включаються ланки, що відсутні.
Дія мікроорганізмів біопрепаратів у тому, що в процесі своєї життєдіяльності вони виробляють ферменти, які здатні розщеплювати жири, білки та інші складні речовини органічного походження на простіші органічні речовини, які легко розкладаються ними до вуглекислоти та простих сполук азоту. Після додавання препарату зростає концентрація мікроорганізмів, а отже, і ступінь очищення. Клітини мікроорганізмів іноді іммобілізують на твердому дисперсному носії, який може бути додатковим джерелом азоту та фосфору. Препарати містять асоціації 6-12 штамів аеробних та факультативно анаеробних мікроорганізмів, що забезпечують комплексне очищення стічної води від органічних забруднювачів: жирів, білків, складних вуглеводів і навіть (спеціалізовані) від нафтопродуктів. Як поживні елементи біопрепарати містять солі азоту і фосфору, які стимулюють зростання мікроорганізмів і вироблення мікроорганізмами ліполітичних, амілазолітичних, карбогідразних, та ін ферментів, що максимально полегшують розкладання органіки. Аналогічні біоактиватори, але з дещо іншим складом, застосовуються також при виробництві компосту, біотуалетах і т.п.
