Способ очистки фракции навозного стока преприятий апк, сточной воды жкх и водоканалов с использованием метанового брожения

Способ очистки фракции навозного стока преприятий апк, сточной воды жкх и водоканалов с использованием метанового брожения

Реферат

Изобретение относится к технической биоэнергетике и касается очистки стоков и получению биогаза путем метанового сбраживания органических веществ сточных вод агропромышленного комплекса, в частности жидкой фракции навоза животноводческих ферм, а также отходов растительного и животного происхождения микробиологической и пищевой промышленностей, легкой промышленности (текстильная, кожевенная, переработка шерсти), сточной воды жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ). Метановое брожение сточных вод с органическими загрязнителями касается и одновременного получения биологически активной питьевой воды.

Достижения научно-технического прогресса коррелируются с ростом антропогенных изменений в природе. Немалую роль в этом оказали в первую очередь отходы сельского хозяйства, в частности животноводческих ферм. Важно отметить, что животноводство во всем мире представляет собой самый большой антропогенный источник метана, который приблизительно в 23 раза опаснее для климата, чем CO₂. Метан - парниковый газ и им до 20% обусловлен парниковый эффект, поскольку в атмосфере он под воздействием солнечных лучей, озона и радикалов медленно окисляется на СО₂ и Н₂О.

Сельское хозяйство относится к основным потребителям пресной воды, запасы которой в мире неуклонно снижаются. Подсчитано, что ресурсы пресной воды могут быть исчерпаны уже в этом столетии. Дефицит пресной воды в мире - прежде всего следствие безвозвратного ее потребления, все возрастающего загрязнения природных вод агропромышленными и бытовыми стоками, а также необходимостью многократного разбавления ею сточных вод перед сбросом их в водоемы. Сточные воды в большинстве случаев представляют собой сложную физико-химическую систему. Например, жидкая фракция навоза крупного рогатого скота (КРС) кроме значительного количества растворенных загрязнителей органической и неорганической природы содержит трудно разлагаемые лигноцеллюлозные частицы навоза, а также микробные загрязнители и яйца гельминтов. Наряду с загрязнением гидросферы животноводческие стоки оказывают отрицательное влияние на качество атмосферного воздуха, поскольку они являются источниками разнообразных газов со специфическим запахом, например, выделяют в атмосферу из навозохранилищ загрязняющие атмосферу газообразные вещества (сероводород, аммиак), обусловливают попадание в воздушную среду микробных загрязнителей сточной воды, которые могут вызвать более 100 заболеваний животных. Эти микробные загрязнители воздушного бассейна также негативно влияют на человека.

В природе деструкция сложного комплекса органических загрязнителей сточных вод принадлежит микроорганизмам, обитающим на различных экологических нишах и вовлекающим их в свой метаболизм. Важно отметить, что с помощью аэробной очистки не всегда удается добиться полной биодеструкции органических загрязнителей сточных вод.

Вместе с тем, фундаментальные исследования в области трансформации микроорганизмами сложного комплекса органических соединений сточной воды привели к созданию экологически безопасной и экономически выгодной природоохранной технологии - анаэробной биологической очистки сточных вод, осуществляемой анаэробным активным илом, представляющим собой, биоценоз анаэробных бактерий, осуществляющих метановое сбраживание концентрированных органических субстратов. Конечными продуктами метанового брожения сточных вод с органическими загрязнителями являются биогаз с содержанием метана до 70% и более, а также вода, частично очищенная от органических загрязнителей. По теплоте сгорания 1,0 м³ биогаза эквивалентен 0,8 м³ природного газа; 0,7 кг мазута; 0,6 кг бензина и 1,5 кг дров (в абсолютно сухом состоянии; из 1 м³ биогаза генератор может вырабатывать до 2 кВт электроэнергии). Следует иметь в виду, что потенциал органических субстратов, который можно использовать для выработки биогаза составляет около 86% для сельского хозяйства и около 8% для коммунальных отходов и пищевой промышленности.

Метановое брожение проводится в анаэробном биореакторе и, как уже отмечалось, осуществляется сложным биоценозом анаэробных бактерий, условно разделяющихся на углеводсбраживающие, аммонифицирующие, сульфатвосстанавливающие и метанобразующие (метаногены). Последние непосредственно проводят заключительную стадию конверсии органических веществ сточной воды в метан. В конце метанового брожения наблюдается существенное снижение содержания в сточной воде органических веществ и небольшое уменьшение образовавшихся в начале процесса брожения летучих жирных кислот (ЛЖК), общего азота, аммиака. Наряду с конверсией органических загрязнителей при метаногенезе на 50% сокращается содержание растворимых солей тяжелых металлов. Интересно отметить, что в процессе метанового брожения вся микрофлора и яйца гельминтов сброженной сточной воды погибают.

Важно отметить, что характер сбраживаемого субстрата и условия, создаваемые в анаэробном биореакторе, определяют преобладание тех или иных видов анаэробных бактерий, участвующих в метановом брожении. Однако ключевую роль играют метановые археи родов Methanosarcina, Methanosaeta (Methanothrix), Methanomicrobium и другие. В настоящее время выявлено до 40 видов метанобразующих бактерий, которые филогенетически весьма неоднородны, но в то же время имеющие ряд общих особенностей. Это касается состава клеточной стенки, транскрипции и трансляции, простетических групп ферментов, механизма автотрофной фиксации СО₂, а также способа получения энергии из возобновляемого сырья, т.е. донором водорода могут быть органические вещества среды. Надо отдать должное метаногены используют в энергетических реакциях только простые соединения: низшие жирные кислоты и соответствующие спирты.

Большинство метаногенов мезофиллы с оптимумом роста в интервале 34-36°C и pH 6,5-7,5, хотя имеются термофилы (55-57°C). Поскольку метаногены строгие анаэробы и кислород для них является ядом, то активность их роста и развития зависят от показателя окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) среды. Установлено, что они активно растут и развиваются при ОВП около -300 мВ. В зависимости от производственной потребности процесс метанового брожения может проводиться в режиме периодического или непрерывного действия, осуществляемого путем выгрузки определенного объема отработавшего в биореакторе вещества с одновременной загрузкой такого же объема свежего материала. Это обеспечивает большее снижение ХПК и соответственно больший выход метана. ХПК (мг О₂/л воды) - это количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановленных сточных вод. Чем выше этот показатель, тем грязнее вода. Эффективность очистки сточной воды зависит от степени адаптации биоценоза анаэробных бактерий к сбраживаемому субстрату.

Анализ литературы по метановому брожению с несомненностью указывает, что основной проблемой анаэробно-аэробной технологии очистки стоков является очень медленное формирование биоценоза анаэробных бактерий вследствие низкой физиолого-биохимической активности анаэробных бактерий сообщества. Важно отметить, что метаногены растут и размножаются медленнее анаэробных бактерий сообщества и поэтому они определяют интенсивность всего процесса брожения (1 - Воробьева Л.И. Научные основы получения кормовых препаратов витамина B₁₂. /1 - Доклады АН СССР. М., 1987; 2 - Кузнецов А.Е. Синицин А.В. Анаэробно-аэробная технология очистки сточных вод для пивоваренных предприятий. /Пиво и напитки. 2005, 4, 18-21). Из анализа цитируемых работ следует, что устойчивый процесс метанового брожения возможен только при обеспечении необходимых условий для интенсивного развития метанобразующих бактерий. Установлено, что рост бактерий метанового сообщества зависит от поступления питательных веществ, включая органические вещества и минеральные соли. Экспериментально зафиксировано, что необходимыми факторами роста биоценоза анаэробных бактерий, являются аминокислоты, витамины, соединения биогенных металлов: K, Mg, Fe, Cu, Zn, Mn и другие. Отдельно следует указать, что метаногенная активность анаэробного ила зависит от его метаболитов. Так установлено, что метаногенная активность анаэробного ила зависит от количества летучих жирных кислот (ЛЖК). Экспериментальные факты указывают на то, что чем их больше, тем выше метаногенная активность (Hulshaf, 1989).

Разработанные способы очистки и утилизации стоков агропромышленного комплекса, включающего кроме сельского хозяйства пищевую промышленность, и ЖКХ требуют огромных затрат, сложного оборудования и проводятся по сложным технологиям. В ранее цитируемой работе (Кузнецов А.Е, Синицын А.В./Пиво и напитки. 2005, 4, 18-21) предложена схема биологической очистки сточных вод пивоваренной промышленности, осуществляемый в анаэробном и аэробном биореакторах, выполненных из легированной стали и имеющих высокую стоимость. Согласно биологическому способу очистки метановое брожение - предварительная ступень перед аэробной очисткой, в основе которой лежат процессы, обусловленные присутствием микроорганизмов активного ила, являющегося смешанной культурой, состоящей из различных систематических групп - бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей и членистоногих. Основу биомассы составляют бактерии. Заключительная стадия очистки стоков осуществляется в аэробном биореакторе при продувке воздуха.

Следует отметить, что анаэробный способ очистки стоков отличается от аэробного способа значительно меньшей скоростью накопления биомассы активного ила. Так, при метановом брожении образуется анаэробного избыточного ила в среднем до 0,04 кг биомассы/кг ХПК, в то время как при аэробной очистке формируется приблизительно в 10 раз больше аэробного избыточного ила, который необходимо обезвоживать и обезвреживать, что представляет возникшую новую экологическую проблему.

Рассматриваемый способ очистки сточных вод имеет следующие недостатки: 1) необходимость разбавления высококонцентрированных стоков для очистных сооружений ведет к увеличению объема перерабатываемых стоков и увеличению очистных сооружений; повышению потребления технологической воды; 2) высокая потребность в электроэнергии до 5-8 кВт·ч/кг ХПК; 3) образование большого количества избыточного аэробного ила, который обусловливает возникновение новой экологической проблемы (требует его утилизации или захоронения); 4) для осуществления рассматриваемого способа требуются большие площади - 1 кг ХПК/м²; 5) очищенная сточная вода сбрасывается в рыболовные пруды.

В патенте РФ №1838415 предложен способ получения биогаза с использованием в качестве субстрата ацетонобутиловой барды с содержанием 1,93% сухих веществ. Субстрат обогащается метиловым спиртом в количестве 1,0% от объема сбраживаемой барды и хлористым кобальтом 10 г на 1 м³ барды. Согласно способу каждый 1,0 м³ барды образует 12,5 м³ метана.

Способ имеет следующие недостатки: 1) медленное формирование биоценоза анаэробных бактерий обусловливает применением в большом количестве дорогостоящих реагентов - метилового спирта и хлористого кобальта; 2) ограниченность области применения способа - только ацетонобутиловая барда; 3) низкий выход биогаза с единицы сбраживаемой барды - 12,5 м³/м³.

В патентах РФ №2115657 и №2266683 для стимуляции метанового брожения применяют смешанолигандное комплексное соединение цинка с ПАБК (парааминобензойная кислота, витамин В₁₀) и глицином. Биокомплекс готовится отдельно и его раствором обогащается сбраживаемая среда. С использованием этого биокомплекса цинка в количестве 0,5 мг/л в сбраживаемых средах достигается более глубокое их выбраживание, сопровождаемое увеличением выхода биогаза. Важно отметить, что несмотря на использование указанного регулятора метаболизма бактерий количественный выход биогаза в основном зависит от природы сырья. Так при сбраживании ацетонобутиловой барды выход биогаза составлял 16,5 л/л субстрата против контроля 12 л/л; спиртовой барды (л/л) - 25 против контроля 22; коровий навоз (л/л) - 29 против контроля - 27.

Недостатки способа обусловлены: 1) большими расходами смешанолигандного комплексного соединения цинка; 2) основной недостаток способа в том, что он не обеспечивает получения не только физиологически полноценной питьевой воды, но и технологической воды; 3) очищенный сток сливается в рыболовные пруды.

Известен способ очистки сточных вод, загрязненных органическими веществами (патент Литовской Республики LT 51612), заменивший заключительную стадию очистки сточной воды (аэробный процесс очистки стоков) на электроплазменную технологию. Этот способ очистки сточных вод по наибольшему числу сходных признаков и достигнутому положительному эффекту рассматривается в качестве прототипа предлагаемого изобретения.

Согласно аналогу-прототипу технологическая очистка сточных вод от органических загрязнителей включает следующие основные операции. Сточная вода с высокой концентрацией органических веществ сначала разбавляется технологической водой основного производства и с помощью различных реактивов регулируется pH сточной воды до 7-8. После этого сточная вода направляется в предварительно инокулированный консорциумом (биоценозом) анаэробных бактерий биореактор из нержавеющей стали, в котором осуществляют предварительную очистку сточной воды при 33-35°C методом метанового брожения. После окончания брожения осуществляют доочистку сточной воды от образовавшихся суспензий и остаточных взвешенных веществ путем ее фильтрования. Следует отметить, что обеззараживание сточной воды, выходящей из анаэробного биореактора, достигается ультрафиолетовым облучением. Согласно цитируемому способу сточные воды перед направлением в анаэробный биореактор обогащают предшественниками активных центров внутриклеточных ферментов, усиливающих интенсивность метанового брожения. Для усиления брожения используют известные (патент РФ №2115657) смешанолигандные комплексные соединения Mg, Mn, Fe, Co, Сu в концентрации от 0,00014 до 0,494 г/л субстрата (дано по металлу). Следует отметить, что молекулярный состав биокомплексов и способ их приготовления в аналоге-прототипе не указаны. Окончательную очистку стоков вместо аэробного биореактора осуществляют, обрабатывая водный поток, выходящий из анаэробного биореактора, импульсными электроплазменными разрядами с дополнительным наложением внешнего магнитного поля. Для более полной очистки сточной воды от органических загрязнителей она перед обработкой электроплазменными разрядами подвергается электрокоагуляции и электрофлотации с последующим отстаиванием образовавшегося органического шлама, который после выпадения в осадок собирают в шламосборник. При необходимости небольшими порциями вводят коагулянт-катализатор в активном состоянии.

Недостатками способа являются: 1) использование без указания состава молекул смешанолигандных комплексных соединений пяти биогенных металлов, взятых из действующего патента РФ №2115657. Отсутствие указания о составе биокомплексов не представляет возможности их использования в способе для очистки промышленных стоков с разным составом органических загрязнений. Это связано с тем, что каждый сток обусловливает использование определенного состава молекул биокомплексов. Иначе возможно ингибирование процессов метанового брожения; 2) способ весьма энергозатратен; 3) разбавление технологической водой сточной воды существенно увеличивает объем воды для метанового брожения; 4) медленное формирование биоценоза анаэробных бактерий; 5) отсутствие способа регулирования метаболизма анаэробных бактерий сообщества; 6) указанное в способе оборудование промышленностью не производится и поэтому использование этого способа для очистки сточных вод агропромышленного комплекса и ЖКХ не представляется возможным; 7) главным недостатком способа является то, что он не позволяет получать физиологически полноценную питьевую воду.

Анализ изложенного материала указывает, что рассматриваемые аналоги имеют общие недостатки, обусловленные низкой физиолого-биохимической активностью биоценоза анаэробных бактерий, следствием которой является невысокая степень интенсификации сбраживания сточной воды, а следовательно, не полное решение экологической задачи очистки стока. Кроме того, рассматриваемые аналоги не позволяют получать из сточной воды физиологически полноценную питьевую воду.

В этой связи коллективом авторов настоящего изобретения в целях создания и внедрения высокоэффективных технологий переработки и утилизации техногенных образований и отходов, позволяющих рационально и основательно решать проблему, была разработана в рамках ФЦП "Исследования и разработка по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы" тематика: "Создание малоотходного экологичного энергоресурсосберегающего утилизирующего комплекса многоцелевого назначения (МЭЭУК МН) для агропромышленных холдингов, предприятий пищевой промышленности, жилищно-коммунального хозяйства и водоканалов". (Заявка зарегистрирована Министерством образования и науки РФ за номером 14092 от 15.07.2011 г. и была официально размещена на его сайте). Настоящее изобретение, наряду с приведенными в описании и другими работами авторов и коллег, является по существу основой для решения данной глобальной проблемы.

Техническим результатом предлагаемого изобретения являются: ускорение формирования биоценоза анаэробных бактерий с повышенным уровнем физиолого-биохимической активности, приводящего к усилению репродуктивности анаэробных бактерий на 10-15%, обладающих повышенным на 25-60% уровнем каталитического действия; интенсификация метанового брожения и увеличение глубины брожения сбраживаемого субстрата, приводящих к увеличению выхода биогаза с содержанием метана более 75%, к стабилизации брожения и снижению энергозатрат; сокращение продолжительности выхода анаэробного биореактора на проектный режим при его первичном запуске или после длительной остановки процесса брожения; снижение концентрации органических загрязнителей в жидкой фракции стока до 78%, что дает возможность удалить из технологической цепи дорогостоящий аэробный процесс очистки стоков из биореактора, в котором он осуществляется, а также связанных с аэробным илом экологических проблем; получение высокоурожайных экологически чистых минералоорганических удобрений, содержащих физиологически активные микроудобрения, позволяющие получать высокие урожаи с повышенной биологической ценностью при сниженной продолжительности времени (до 18-21 суток) созревания урожая; снижение себестоимости конечных продуктов. Предлагаемое изобретение позволяет получать оборотное водоснабжение с возможностью получения физиологически полноценной биологически активной питьевой воды. Под термином «биологическая активность воды» понимается приобретенное в результате внешних факторов свойство Н₂О - влиять на процессы жизнедеятельности биологических объектов.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе получение биогаза и физиологически полноценной питьевой воды обусловлены следующими последовательными операциями технологии очистки сточной воды: 1 - кавитационная обработка сточной воды; 2 - отдельное приготовление биологически активной воды; 3 - разбавление ее в 10-30 раз в анаэробном биореакторе кавитационно обработанной сточной водой; 4 - внесение в сбраживаемую среду посевного материала с повышенной физиолого-биохимической активностью, обеспечивающего интенсивное метановое брожение, 5 - обогащение в биореакторе сбраживаемой среды биологически активными веществами (БАВ), обеспечивающими повышение анаэробным бактериям консорциума физиолого-биохимической активности и ведение с ними интенсивного метанового брожения, обусловившего более глубокое сбраживание сточной воды; 6 - сушка выработанного биогаза и его последующее использование в различных энергетических технологических операциях предприятия; 7 - получение возвратной технологической воды, достигаемое посредством фильтрации, вышедшей из анаэробного биореактора сброженной сточной воды и отделение от нее твердых частиц навозного стока; 8 - осадок на фильтрующем материале направляется для приготовления высокоурожайных минерально-органических удобрений, фильтрат представляет собой возвратную технологическую воду; 9 - получение физиологически полноценной и биологически активной питьевой воды, достигаемое путем фильтрации полученной технологической воды.

Итак, сущность первой операции технологии очистки жидкой фракции навозного стока состоит в ее кавитационной обработке, приводящей к обогащению сбраживаемой среды энергетическими и питательными веществами, которые образуются при разрушении сложных углеводов до уровня мономерных субъединиц; разложение клетчатки на простые сахара, разрушение полисахаридов на сахара и жиров на жирные кислоты, белков до аминокислот, а также деструкция токсичных веществ, например пестицидов и хлорорганических соединений на не токсичные вещества. Особенность образуемых перечисленных питательных веществ является хорошая их ассимиляция анаэробными бактериями сообщества. Кроме того, имеет место частичная деструкция частиц растительных отходов, сопровождаемая разрушением целлюлозы, гемицеллюлозы и частично лигнина до ассимилируемых бактериями углеводов. Следует также отметить, что при кавитационной обработке сточной воды имеет место последовательная деградация структурных элементов клеток микробного загрязнения, обогащающих сток минорными количествами углеводов, аминокислот, макро- и микроэлементами и т.д. Практическое получение перечисленных признаков обогащения сбраживаемой среды энергетическими и питательными веществами и деградации клеток микробного загрязнения служит основными критериями при выборе способов проведения кавитационной обработки стоков. Целесообразно проведение кавитационной обработки стоков обеспечением одновременного воздействия на водную среду ультразвуковых колебаний различной частоты, направленных навстречу друг другу: предпочтителен вариант, когда основная высокочастотная частота колебаний составляет 1,8 кГц, а частота колебаний, создаваемая низкочастотным источником, составляет 18 кГц при достижении в обрабатываемой среде индекса кавитации, равного 0,15-0,5 (Патент 2467956). Возможно проведение кавитационной обработки стоков гидродинамическим роторным кавитатором со ступенчатым повышением pH и с обеспечением гибели патогенной флоры по методу, изложенному в Патенте 2328450.

Особого внимания заслуживает вопрос, связанный с тем, что загрузка анаэробного биореактора кавитационно обработанной жидкой фракцией навоза осуществляется совместно с растительными частицами навозного стока, подвергшимися измельчению и диспергации с размером частиц 0,1 мк и выше и используемые в дальнейшем для приготовления органических удобрений, в которых эти дисперсные частицы выполняют функцию рекультиватора почв.

Обращаем внимание, при внесении этой дисперсной фазы в анаэробный биоректор следует помнить, что для обеспечения свободного перемещения фаз при газообразовании верхняя граница органических отходов в биореакторе должна составлять 10-15% от объема сбраживаемого субстрата.

Важно отметить, что среди глин медицинского назначения наибольшей позитивной эффективностью воздействия на биосистемы обладает черная глина вследствие содержания широкого спектра структурных примесей: кварца, Fe, Mg, Ca, Sr, AL и Si в виде оксидов и гидроксидов, мало растворимых в воде, что в свою очередь потребовало разработки способа получения растворимых соединений перечисленных металлов в воде. Имеются сведения, что черная глина из-за большого в ней содержания структурных примесей является средством, нормализующим клеточный обмен веществ, активирующим процессы детоксикации и кровообращения.

Возвращаясь к технологической операции приготовления биологически активной воды, следует отметить, что она приготовляется в отдельной емкости по способу, согласно которому сначала производилось смешивание порошка черной или голубой глины с 10% муравьиной кислотой при соотношении объемов глины и раствора кислоты 1:1,5-2,0. В результате смешивания 10%-ной муравьиной кислоты с порошком голубой или черной глины происходит стерилизация глины, а также взаимодействие кислоты с гидроксидами или оксидами металлов примесных веществ с образованием формиатов, находящихся на поверхности частиц порошка глины и хорошо растворимых в воде.

Перед смешиванием порошка глины с 10%-ной муравьиной кислотой в эту 10%-ную кислоту вносился силикат натрия в количестве 20 мг/дм³ (расчетный интервал потребления для человека 20-40 мг/день). Полученную смесь перемешивали, в результате реакции муравьиной кислоты с силикатом кремния образуется органическое соединение кремния - производный формиат кремния, который формируется путем замещения остатком SiO₃ ^2- у 2-х молекул кислоты по гидроксилу. Производное формиата кремния имеет вид (НСО)₂SiO₃.

Полученный тестообразный порошок глины затем сушили на воздухе при комнатной температуре 22±2°C в течение 24-х часов. Затем глину прогревали при температуре выше температуры разложения кислоты (100,8°C), но при общепринятых режимах стерилизации, т.е в интервале температуры от 120 до 140°C в течение 5-10 минут (2-ой этап стерилизации порошка). Из физических свойств муравьиной кислоты представляет интерес то, что температура ее кипения (100,8°C) практически совпадает с температурой кипения воды (100°C). Интересно отметить, что температура плавления муравьиной кислоты равна 8,4°C, а ее соли характеризуются более высокими значениями температуры плавления и высокой растворимостью в воде (Р. Досон, Д. Элиот, У. Элиот, К. Джонсон. Справочник Биохимика. Издательство «МИР» 1991, стр.48, 49). Следовательно, при прогреве обработанного порошка глины имеет место как выкипание воды, так и разложение свободной кислоты, протекающей с выделением диоксида углерода и водорода. Следует отметить, что при выкипании свободной воды формиаты осаждаются на поверхности частиц глины.

После охлаждения подготовленной массы глины с формиатами она используется в качестве информационной матрицы, обеспечивающей изменение физико-химических показателей воды и ее биологической активности.

Обобщая изложенный материал, можно констатировать, что получение водорастворимых соединений примесных металлов глины, находящихся в ней в виде нерастворимых или мало растворимых в воде оксидов и гидроксидов, достигается путем смешивания порошка глины с 10% муравьиной кислотой при соотношении объемов 1:1,5-2,0. В результате реакции кислоты с оксидами и гидроксидами образуются водорастворимые формиаты металлов, ассимилируемые анаэробными бактериями.

Одновременно порошок обогащался производным формиата кремния, получаемого путем растворения в 10% кислоте силиката натрия (Na₂SiO₃) с концентрацией 20 мг/дм³ (по кремнию). Результатом их взаимодействия является продукт реакции - производное формиата кремния, локализованного также на поверхности частиц глины. Потенцирование исследуемой воды с помощью подготовленной массы глины осуществляется через создание дисперсной системы, в которой частицы глины (дисперсная фаза) с этой водой образуют большое количество поверхностей раздела, являющихся местом растворения ранее сформированных формиатов.

Обращаем внимание на то, что концентрированная муравьиная кислота (80%) при попадании на кожу вызывает сильные ожоги, что обусловило использование 10% муравьиной кислоты, которая при этой концентрации обеспечивает стерилизацию глины.

Несколько слов о действии кремния на организм. Использование кремния для обогащения воды обусловлено его широким спектром фармакологического действия на организм человека и животных. Так кремний в метаболических процессах организма тесно связан с обменом микроэлементов Ca, K, Cl, F, Na, S, Al, Mo, Со. Его соединения играют существенную роль во всех метаболических процессах живого организма, но особенно - в метаболизме липидов. Следует отметить, что в клетках кремний накапливается преимущественно в ядрах и митохондриях. [Воронков М.Г. Зелчан Г.И., Лукевиц Э.Я. Кремний и жизнь (Биохимия, фармокология и токсикология соединений кремния. Рига: Знание, 1978, 587 стр.]. Рекомендуемая ежесуточная норма потребления кремния для человека составляет 20-30 мг/сутки.

После охлаждения подготовленной массы глины с формиатами она используется в качестве информационной матрицы, обеспечивающей изменение физико-химических показателей воды и ее биологической активности. Для этого обработанный порошок глины помещается в емкость с водопроводной или технологической водой и тщательно перемешивается до образования взвеси. После самоосаждения частиц глины вода декантируется. Доказано, что декантированная вода структурирована и обладает биологической активностью. Под термином "структурированная вода" понимается измененное, по сравнению с обычной водой, под воздействием магнитного поля ее молекулярное строение. (Патент Ю.И. Шишкова, WO 2009101528 А4 "Структурированная вода, обработанная импульсными электроплазменными разрядами"). Под термином «биологическая активность воды» понимается приобретенное в результате воздействия на нее внешних факторов свойство Н₂О влиять на процессы жизнедеятельности живого организма. Экспериментально установлено, что оптимальное значение окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) внутренней среды организма человека, измеренное в системе платина - хлорсеребряный электрод, варьируется в пределах -50÷-100 мВ. Однако по данным других исследователей этот показатель находится в интервале от -50 до -70 мВ. Интересно отметить, что оптимальное значение ОВП полученной биологически активной воды равно -51,7 мВ. Высокая отрицательная величина ОВП указывает на наличие в воде свободных электронов и, чем больше отрицательное его значение, тем более высокой энергией эти электроны обладают. Отсюда следует, что электронодонорное свойство воды и энергия ее электронов являются важнейшими характеристиками внутренней среды организма, поскольку они напрямую связаны с фундаментальными процессами его жизнедеятельности. Наблюдаемый в эксперименте высокий отрицательный ОВП активированной воды указывает на более высокую энергию ее электронов, чем у воды контроля (чистая водопроводная или технологическая вода). Следовательно, у структурированной активной воды возрастают восстановительные свойства, повышающие жизнедеятельность организма, подтверждаемые модельными экспериментами на животных и дрожжах при приготовлении пшеничого хлеба. У животных, употреблявших активную воду вместо водопроводной воды, повысилась физическая выносливость и адаптационная способность приблизительно на 31% по сравнению с контрольными животными, пившими водопроводную воду. Пшеничный хлеб, выпеченный на активной воде, по качественным показателям превосходил контрольный образец хлеба, приготовленный на водопроводной воде. (Ю.И. Шишков, В.В. Голубев "Взаимосвязь энергетического гомеостаза и антиоксидантного статуса организма с замедлением процессов его старения", Международная научно-практическая конференция, "Россия-ЕС: сотрудничество по инвестициям и инновациям в области повышения здоровья населения и противодействия старению", 26-27 января 2012 г., г. Брюссель).

Итак, надосадочная вода характеризуется как структурированная и биологически активная вода, содержащая формиаты биогенных металлов. Перед началом метанового брожения декантированная активная вода направляется в биореактор, в котором она разбавляется в 10-30 раз кавитационно обработанной сточной водой. В соответствии с современными представлениями активная вода придает сточной воде свойства биологически активной структурированной воды, которая при воздействии на организм усиливает его биохимическую функцию.

Из всех известных механизмов регуляции обмена веществ биосистем (биологических систем) считают решающими механизмы, которые определяют биохимическую функцию организма. На основе изучения индукции и репрессии, и представлений белкового синтеза создана система представлений о регуляции активности внутриклеточных ферментов. К таким регуляторным механизмам относится индукция синтеза одного или нескольких ферментов компонентами питательной среды либо модуляция активности уже присутствующих в клетке ферментов.

Представляется, что структурированная сточная вода через перевод внутриклеточных ферментных систем бактерий, включая анаэробные бактерии сообщества, в конформационно-неравновесное состояние способствует повышению их активности, в свою очередь, отражающейся на интенсивности метаболизма живого организма. Отметим следующее, в биореакторе активная вода разбавляется сточной водой в 10-30 раз, обогащаясь при этом формиатами биогенных металлов в сверхнизких концентрациях. Важно подчеркнуть, что в последнее время формируется новое направление в науке о живых системах, связанное с явлениями, обусловленными влиянием ультранизких концентраций (10^-11-10^-18 М) различных БАВ и ультраслабых физических полей на биосистемы - от молекулярных до популяционных (Бурлакова Е.Б., Конрадов А.А., Мальцева Е.П. «Действие сверхмалых доз биологически активных веществ и низко интенсивных физических факторов» /Химическая физика. 2003, т.22, №2; Панасюк А.Л. "Формирование биологически активной воды", журнал "Пиво и напитки", 2009 г.). По данным цитируемой литературы эффекты сверхмалых доз в биосистемах связаны с образованием новой структуры воды как при растворении в ней веществ, так при значительном ее разбавлении. В анаэробных бактериях формиаты разрушаются на ион металла и формиат-ион, которые используются этими организмами в различных метаболических процессах. Так ионы металлов вовлекаются в биосинтез ферментов, а отрицательно заряженный формиат образует активное соединение с тетрагидрофолиевой кислотой, через которую он участвует в синтезе пуринов и образовании формилметионина-т-РНК, инициирующего синтез полипептидных цепей, а также вовлекается организмом в синтез других важнейших для него соединений, получаемых при протекании биосинтетических реакций.

Заслуживает внимания тот факт, что в отличие от анаэробных бактерий сообщества метаногены ассимилируют формиат в качестве источника углерода для синтеза метана.

Упомянув о действии формиатов металлов на организм, можно отметить, что с целью увеличения интенсивности белкового и углеводного обмена всех анаэробных бактерий консорциума питательная среда должна быть обогащена регуляторами их метаболизма. Поэтому в сточную воду помимо формиатов металлов дополнительно вносилась смесь биологически активных веществ (БАВ). Эти БАВ являются органической формой биогенных металлов (Co, Cu, Mg, Mn, Fe, Zn, Se), имеющих координативную или ковалентную связь с органическими соединениями. Соединения, входящие в состав смеси БАВ, были приготовлены по способам, описанным в наших действующих патентах РФ №2115657 и №2266683. В отличие от прототипа эти соединения не являются предшественниками активных центров внутриклеточных ферментов, а представляют собой транспортные средства по доставке в клетку биологически активных веществ (БАВ), вовлекаемых ею в различные процессы метаболизма. Доказано, что биогенные металлы органической формы с указанными химическими связями транспортируются в клетки по механизму активного трансмембранного переноса с затратой энергии, создаваемой на мембране градиентом электрохимического потенциала, т.е. трансмембранный перенос в клетку этих соединений может осуществляться против градиента концентрации. Итогом их участия в процессах метаболизма является корригирование физиолого-биохимической активности клеток и соответственно интенсивности их метаболизма.

Обращаем внимание на то, что синтезируемые сукцинат железа в дозе 10 мг/л (по железу) и производное селеноцистеина с концентрацией 1,0 мкг/л (по се