Биологическая очистка опасных стоков

Промышленные стоки отличаются от хозяйственно-бытовых одним свойством, определяющим всё остальное: загрязнитель часто токсичен для того сообщества, которое его очищает. Задача деградации превращается тем самым в задачу управления.

Ингибирование переворачивает логику реактора

При низких концентрациях скорость деградации растёт с ростом субстрата, как и предсказывает обычная кинетика насыщения. Для фенола, цианидов, формальдегида, многих растворителей и большинства нитроароматических соединений затем происходит перелом: выше порога, своего для каждого вещества, субстрат сам ингибирует ферменты и нарушает мембраны, и дальнейший рост концентрации скорость снижает. Кинетика холдейновского типа такой формы имеет максимум, и реактор может стоять по любую его сторону.

Этот единственный факт и определяет конфигурацию. Аппарат полного смешения работает при своей выходной концентрации, то есть биомасса никогда не видит крепости питания, — а это ровно то, что нужно с ингибирующим веществом, ценой работы при малой движущей силе. Аппарат вытеснения или периодический подставляет биомассу под полную входную концентрацию и может быть отравлен при пуске потоком, который смеситель перенёс бы. Полупериодический режим и циклические реакторы существуют затем, чтобы получить преимущество вытеснения по качеству очищенной воды, удерживая мгновенную концентрацию ниже порога ингибирования за счёт управления подачей. Усреднитель на входе — тоже не аккуратность, а именно то, что не даёт залповому сбросу перейти этот порог.

Токсичность бьёт по сообществу неравномерно. Нитрификаторы почти в любой смешанной культуре — самая чувствительная группа, поэтому проскок аммония обычно оказывается первым признаком ингибирующего сброса и появляется задолго до ухудшения по органике.

У устойчивости есть называемые химические причины

Вещества сопротивляются атаке по причинам, которые можно назвать. Аэробное разложение ароматического кольца начинается с оксигеназы, присоединяющей кислород к богатому электронами кольцу; сильные электроноакцепторные заместители — нитрогруппы, множественные атомы хлора — дезактивируют кольцо и блокируют эту стадию. Обход состоит в том, чтобы сначала провести противоположную реакцию. Азокрасители — классический пример: азосвязь восстанавливается в анаэробных условиях, стоки обесцвечиваются, но продуктами оказываются ароматические амины, нередко более токсичные и более мутагенные, чем сам краситель. Обесцвечивание, следовательно, не является очисткой, и за ним должна идти аэробная ступень, минерализующая амины. Та же последовательность «сначала анаэробно, затем аэробно» применима к полинитроароматике и высокохлорированным соединениям.

Мембранные биореакторы меняют здесь границу возможного, разделяя удержание биомассы и осаждаемость ила. Долгий возраст ила позволяет закрепиться медленнорастущим специалистам для веществ, которые вымывались бы из обычных сооружений, а мембрана оставляет очищенную воду свободной от взвеси, несущей сорбированный гидрофобный загрязнитель.

Где биология сегодня останавливается

Пер- и полифторалкильные вещества — честный предел. Связь углерод — фтор самая прочная из одинарных связей углерода, полностью фторированная цепь не содержит связи углерод — водород, к которой могла бы подступиться оксигеназа, а атомы фтора стерически экранируют углеродный остов. Ни один организм, минерализующий ПФОК или ПФОС, не известен. Восстановительное дефторирование показано для ряда полифторированных соединений, сохраняющих водород или ненасыщенность как химическую зацепку, — это настоящий и интересный результат, но он не распространяется на полностью фторированные вещества, вокруг которых строится регулирование. Биологические реакторы сегодня переводят такие вещества в осадок сорбцией, а не разрушают их, и биологическую деструкцию ПФАС следует описывать как открытый исследовательский вопрос, а не как доступную технологию.