Киста зуба виды: лечение, симптомы, причины и современные методы лечения в Хабаровске

Содержание

Лечение кисты зуба – «32 Жемчужины» в Саратове

Киста представляет собой капсулу более 5 миллиметров, заполненную жидкостью или гноем. Эта капсула не позволяет инфекции распространиться по всей ротовой полости, и если начинать профессиональное лечение кисты зуба вовремя, это заболевание почти не имеет неприятных последствий.

  • прогрессирующий глубокий кариес;
  • периодонтит;
  • травма ротовой полости;
  • осложнения при прорезывании зуба мудрости.

На начальных этапах появления капсула представляет собой гранулёму, это образование не вызывает никаких неприятных симптомов и обнаружить её можно только при рентгенологическом осмотре. При дальнейшем развитии появляются болевые ощущения при надавливании на десну. В этот момент лечение кисты на корне зуба возможно без хирургического вмешательства.

Когда образование достигает размеров более 5 мм, появляются резко выраженные симптомы: сильная боль и отёк ротовой полости.

Как уже было сказано, в зависимости от размеров новообразования применяется либо консервативное, либо хирургическое лечение кисты на корне зуба. В первом случае специалисты раскрывают капсулу и выкачивают гной, далее несколько дней пациент полощет ротовую полость прописанными лекарственными средствами, десну лечат антибиотиками и на последнем этапе пломбируют.

Хирургический метод лечения кисты зуба предполагает удаление части корня вместе с образовавшейся капсулой. Затем на корень ставят пломбу, зашивают десну. Спустя некоторое время пациент повторно приходит в клинику, чтобы врач снял швы и оценил процесс заживления.

Почему важно начинать специализированное лечение кисты зуба как можно раньше?

Как и при других заболеваниях полости рта, лечение кисты зуба должно производиться только специалистами. При любых неприятных симптомах нужно обращаться в стоматологическую клинику, а не заниматься самолечением, или надеться, что заболевание пройдет само собой. На ранних этапах лечение кисты зуба протекает намного легче, чем при запущенных случаях. Не бойтесь обращаться к стоматологам! Благодаря современным медицинским технологиям и качественной анестезии терапия проходит практически безболезненно. Ещё 30-40 лет назад образование капсулы с гноем гарантировало потерю зуба, теперь при профессиональном подходе медикам удается сохранить зуб, на корне которого возникла киста.

Не забывайте своевременно посещать профилактические осмотры в стоматологической клинике. На ранних этапах заболевания полости рта не вызывают практически никаких симптомов, в этот момент только специалист сможет определить наличие новообразования и назначить корректное лечение кисты на корне зуба.

ХИРУРГИЧЕСКАЯ СТОМАТОЛОГИЯ

Хирург-стоматолог нашей клиники проводит такие виды лечения: 

  • подготовку к имплантации, наращивание костной ткани
  • удаление зубов
  • удаление кисты
  • зубосохраняющие операции (современные методики, реальная возможность сохранить свой зуб)
  • эстетические операции на тканях пародонта, пластика рецессий десны
  • удаление новообразований в полости рта.

Все процедуры проводятся хирургоми с многолетним опытом. Мы — специалисты в хирургической стоматологии.

Все манипуляции только с надежным обезболиванием: местная анестезия, антистресс-лечение в седации.

Хирург-стоматолог нашей клиники лечит под микроскопом: гарантия точной работы, удаление только нездоровых тканей — вам не придется перелечивать.

УДАЛЕНИЕ КИСТЫ

Основные причины возникновения кисты: запущенный пульпит или травма зуба. Сначала киста никак не проявляет себя. Но при росте кисты может повышаться температура, возникает головная боль, воспаляется десна. Пациенты часто путают кисту зуба с гранулемой. Правильная диагностика даст точный ответ. Гранулема лечится терапевтически — проводится качественное лечение каналов. Если обнаружена именно киста, то нужна процедура по удалению, иссечению — киста не рассосется сама собой. К удалению зуба мы прибегаем только в самом крайнем случае, когда другого выхода нет! У наших хирургов-стоматологов огромный опыт в проведении зубосохраняющих операций. 

УДАЛЕНИЕ ЗУБОВ, В ТОМ ЧИСЛЕ ЗУБОВ МУДРОСТИ

Хирурги-стоматологи нашей клиники — специалисты по комфортному удалению зубов. Мы занимаемся удалением дистопированных (не прорезавшихся), ретинированных зубов (неправильно расположенных), зачатков сверхкомплектных зубов.

Удаление восьмерок. Если так называемый «зуб мудрости» располагается в зубном ряду в нормальном положении и не мешает, избавляться от него не стоит. Однако удаление «восьмерки» необходимо в следующих случаях:

  • зуб прорезался частично и под «капюшоном» из тканей десны началось воспаление;
  • для «зуба мудрости» не хватает места, и он не может ровно встать в зубной ряд;
  • зуб расположен таким образом, что его гигиена сильно затруднена, а это является риском развития кариеса;
  • показания врача-ортодонта перед лечением на брекетах.

Проводится удаление, как правило, под местной анестезией. Если есть очень сильная тревога, она снимается седацией. 

ГЕМИСЕКЦИЯ

Гемисекция – еще один вид зубосохраняющих операций. Это процедура по удалению корня зуба вместе с прилегающей к нему коронковой частью. Проводится на многокорневых зубах, если инфекция (глубокий кариес, гранулема, киста) локализуется в одном из корней.

Как проходит гемисекция? Доктор делает обезболивающий укол, возможно, добавляет один из видов седации. Дальше хирург удаляет поврежденный корень, часть коронки зуба. Место, где был корень, заполняют остеопластическим материалом — он обеспечит образование новой костной ткани. После такой операции зуб можно использовать как опору для мостовидного протеза. 

КОСТНАЯ ПЛАСТИКА (ОСТЕОПЛАСТИКА)

Остеопластика успешно и давно применяется в нашей клинике. В стоматологии остеопластика применяется при гемисекции, травмах, врожденных дефектах челюсти, но чаще всего – при установке имплантатов. Костная пластика нужна в том случае, когда собственной костной ткани пациента недостаточно для стабильной и надежной установки имплантата. Раньше имплантацию невозможно было провести, сейчас эту проблему решает остеопластика. В IDEAL SMILE применяются самые современные и эффективные методики остеопластики. Мы проводим процедуру качественно, быстро и безболезненно. Результат стабилен и предсказуем.

РЕЗЕКЦИЯ КОРНЯ ЗУБА

Резекция верхушки корня зуба (апикоэктомия) – хирургический способ удаления очагов воспаления и инфекции вместе верхней частью зубного корня. При этом функции зуба сохраняются.  Операция назначается как крайняя мера, когда инфекция проникла в корень зуба и есть опасения, что она будет развиваться дальше. Это современная зубосохраняющая операция, наши хирурги-стоматологи специализируются на проведении апикоэктомии.

Надежно обезболив пациента, хирург удаляет затронутые инфекцией ткани и удаляет верхушку корня пострадавшего зуба. Полость заполняется специальным материалом, который восстанавливает ткани.

РЕПЛАНТАЦИЯ ЗУБОВ

Очень редкая операция, которую проводят стоматологи-хирурги нашей клиники. Цель реплантации заключается в возвращении здорового или излеченного зуба обратно в лунку. Удаленный зуб и лунку обрабатывают антибактериальными средствами, каналы пломбируют, проводят все необходимые манипуляции с зубом. Дальше происходит возвращение зуба в альвеолу и его фиксация с помощью шины или капы.

В IDEAL SMILE реплантацию зуба проводят даже в случае вывиха зуба, если зуб выбит в результате травм.

ЭСТЕТИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ НА ТКАНЯХ ПАРОДОНТА

Лоскутные зубосохраняющие операции – такой вид лечения эффективен при болезнях пародонта. Лоскутная хирургия позволяет уберечь от дальнейшего разрушения костной ткани и связок, удерживающих зубы.

Удаление кисты зуба в Самаре, цены

Киста зуба представляет собой воспаление, характеризующееся образованием капсулы с плотной оболочкой.

Причина появления кисты — попадание в ткани болезнетворных микроорганизмов. В течение длительного времени заболевание может протекать бессимптомно, а в запущенном состоянии оно грозит серьезными осложнениями. Раньше, чтобы избавиться от кисты, нужно было удалять зуб. Сегодня проводятся зубосохраняющие операции, позволяющие полностью избавиться от недуга.

Показания к удалению кисты:

  • диаметр капсулы превышает 1 см;
  • наличие штифта в коневом канале, который препятствует повторному пломбированию;
  • канал остался недопломбированным возле самой верхушки;
  • если консервативное лечение не дало положительных результатов.
Методы лечения

Цистотомия — частичное удаление оболочки кисты


Цель операции — удаление больших по размеру кист. Суть операции сводится к удалению из новообразования жидкости или гноя, обработке кисты антибактериальными средствами для расщепления ее оболочки. Данный метод подразумевает, что если киста постепенно уменьшится в размерах, разрастающаяся костная ткань заполнит освободившееся пространство.

Цистэктомия — удаление кисты и поврежденной верхушки корня зуба


Полное удаление кисты с резекцией корня зуба. Десна разрезается, бормашиной отсекается верхушка корня, образовавшаяся полость заполняется костеобразующим материалом, после чего рана ушивается.

Гемисекция — удаление кисты, пораженного корня и части зуба


Операция проводится на многогокорневых зубах. При этом удаляется не только киста или гранулема, но и один из корней — частично или вместе с коронковой частью.

Восстановление после операции

После удаления кисты противопоказано:

  • делать согревающие компрессы, так как это может ускорить процесс размножения вредных микробов, из-за чего может произойти инфицирование;
  • принимать аспирин, он может спровоцировать кровотечение;
  • сразу после операции необходимо воздержаться от горячей и холодной пищи, курения и алкоголя.
Состояние становится лучше примерно через 2-3 дня после операции, если же этого не случилось, стоит вновь обратиться к врачу. При повышенной температуре и сильной боли рекомендуется прием антибиотиков и обезболивающих препаратов. Для ускорения заживления нужно полоскать рот антисептическими растворами.

Очертания патологии — Обзор одонтогенных кист

Одотогенные кисты

Одотогенные кисты Обзор



Последний автор Обновление: 1 мая 2018

Последнее обновление персонала: 18 февраля 2022


Copyright: 2004-2019, Pathologyoutlines.com, Inc.

PubMed Поиск: Одонтогенная киста [название] нижней челюсти верхней челюсти


Просмотров страниц в 2021 году: 11 951

Просмотров страниц в 2022 году на сегодняшний день: 3 505

Процитируйте эту страницу: Morrison A.Обзор одонтогенных кист. Сайт PathologyOutlines.com. https://www.pathologyoutlines.com/topic/mandiblemaxillaodontogeniccyst.html. По состоянию на 15 апреля 2022 г.

Определение / общее

  • Кисты полости рта существуют в костях челюсти и мягких тканях, включая десны
  • Одонтогенные: возникают из тканей, участвующих в формировании зубов
  • Кисты челюсти одонтогенного или неодонтогенного происхождения

Терминология

  • Челюсть/челюстные кости — верхняя и нижняя челюсть; патология называется внутрикостной/центральной
  • Патология мягких тканей полости рта называется внекостной/периферической
  • Одонтогенная киста: гетерогенная группа поражений, разделенная на три группы:
    • Воспалительные, такие как периапикальные/радикулярные кисты
    • Развитие, такое как латеральная периодонтальная киста
    • Новообразования, такие как керато-кистозная одонтогенная опухоль
  • Неодонтогенная киста: также гетерогенная группа поражений, например, киста носо-небного протока

Эпидемиология

  • Наиболее распространенной одонтогенной кистой является периапикальная/корневая киста (воспалительная киста), за которой следует зубочелюстная киста, которая обычно считается развивающейся, но может возникнуть в результате воспаления (J Investig Clin Dent 2014; 5:9)

Места локализации

  • Одонтогенная киста, воспалительная: возникает в области зубов верхней и нижней челюсти; точное расположение зависит от типа кисты
  • Одонтогенная киста, развивающаяся или неопластическая: различная локализация в пределах верхней или нижней челюсти в зависимости от типа кисты

Этиология

  • Зубы развиваются из почковидной инвагинации эктодермальной выстилки примитивного эпителия полости рта
  • Посредством различных сложных взаимодействий пластинка зуба направляет формирование зубных зачатков молочных (молочных/молочных) и постоянных (последовательных/взрослых) зубов
  • Каждый зачаток зуба состоит из эмалевого органа, состоящего из нескольких слоев, как эпителиального, так и мезенхимального
  • Сначала формируется коронка зуба, после чего завершается формирование корня
  • Специализированная форма эпителия (эпителиальное корневое влагалище Гертвига) направляет формирование корня и после завершения дегенерирует, оставляя остатки эпителия Малассе
  • Эти остатки не изолированы, а образуют нечеткие сетчатые структуры вокруг корня зуба в периодонтальной связке (волокнисто-тканное соединение между корнем зуба и костью челюсти)
  • Остаточная зубная пластинка, образовавшаяся в результате бутонообразной инвагинации в процессе формирования зубов, является источником остатков эпителия Серра, расположенных преимущественно в мягких тканях десны
  • Третьим источником эпителия является редуцированный эпителий эмали, который возникает из эмалевого органа (www.Embryology.ch., глава 19, J Endod 2007;33:908)

Микроскопическое (гистологическое) описание

  • Одонтогенные кисты вариабельны, зависят от типа кисты
  • Остатки Малассе (из эпителиального корневого влагалища Гертвига): маленькие шарики из 6-8 эпителиальных клеток с высоким ядерно-цитоплазматическим отношением; небольшая или отсутствующая обратная полярность клеток

Описание электронной микроскопии

Остатки Малассеса:
  • Высокое ядерно-цитоплазматическое соотношение эпителиоцитов
  • Ядро с конденсированным гетерохроматином и 1 — 2 слабо развитыми ядрышками; контур ядра неправильный, с редкими глубокими складками
  • Тонофиламенты и относительно большое количество митохондрий в большинстве клеток
  • Различное количество гранул гликогена и липидных капель в цитоплазме
  • Грубый эндоплазматический ретикулум слабо развит, комплекс Гольджи близок к ядру (Arch Oral Biol 1989;34:179)
Одонтогенные кисты:
  • Варьируется, зависит от типа кисты

Видео


Изображения, размещенные на других серверах:

Прорезывание зубов

Развитие зубов

Развитие зубов

Дифференциальный диагноз

  • В целом, «эпителий» в пределах внутрикостного гнатического расположения может иметь широкий дифференциальный диагноз в зависимости от количества эпителия, присутствующего для оценки, типа эпителия, анатомической локализации поражения в челюстных костях, рентгенографический вид, клинический сценарий и демографические данные пациента
  • Одонтогенные, воспалительные кисты: апикальная киста, буккальная бифуркационная киста, латеральная киста, резидуальная киста
  • Одонтогенные кисты, связанные с развитием: ботриоидная одонтогенная киста, зубочелюстная киста, железистая одонтогенная киста, латеральная периодонтальная киста, ортокератинизированная одонтогенная киста, первичная киста
  • Одонтогенные, неопластические кисты: кальцифицирующая одонтогенная киста, экс-киста карциномы, керато-кистозная одонтогенная опухоль (часто называемая одонтогенной кератоцистой), однокистозная амелобластома
  • Неодонтогенные кисты: дермоидная киста, эпидермоидная киста, срединная небная киста, киста носо-небного протока, хирургическая реснитчатая киста
  • Доброкачественные одонтогенные гамартомы и одонтогенные опухоли, которые могут содержать эпителий:
  • Первичная внутрикостная карцинома:
  • Злокачественные эпителиальные поражения: метастатические или распространяющиеся в кости челюсти: (Oral Oncol 2008; 44:743)
    • Базально-клеточная карцинома, распространяющаяся/периневральная инвазия из вышележащей кожи, без метастазов
    • Грудь
    • Легкое
    • Простата
    • Плоскоклеточный рак
    • Плоскоклеточный рак, распространяющийся из полости рта
  • Одонтогенные остатки или доброкачественная регионарная анатомия:
    • Воспаление эпителия десневой борозды при заболеваниях пародонта; могут быть фрагментированы и казаться внутрикостными
    • Нормальный эпителий зубных фолликулов вокруг непрорезавшихся зубов
    • Остатки Малассеса
Back to top

Оральная патология: экспрессия генов в одонтогенных кистах

Одной из основных причин, побудивших к созданию новых или усовершенствованных технологий очистки сточных вод, является законодательство и огромные штрафы, которые налагаются, когда удаление сточных вод не соответствует установленным лимитам сброса.Это влияние на финансовое благополучие фабрик и отраслей способствовало появлению новых или улучшенных технологий очистки.

Анаэробные и аэробные технологии в последнее время пользуются популярностью при очистке органических сточных вод из-за их безвредности для окружающей среды и экономической эффективности. Однако анаэробные технологии на голову выше других технологий из-за низкого потребления энергии.

Природа сточных вод в первую очередь диктует выбор технологии, поэтому крайне важно характеризовать потоки для определения ключевых характеристик сточных вод, таких как ХПК, TS, VS и содержание соли, среди прочего.Основное внимание в этой главе уделяется трем новым технологиям, а именно мембранным, микроводорослевым и микробным топливным элементам (МТЭ). Эти технологии могут применяться независимо или последовательно в качестве лечебного механизма.

3.1 Мембранная технология

Мембранная технология (МТ) включает соответствующие инженерные и научные подходы к транспорту компонентов, видов или веществ через мембраны или посредством мембран [44]. Этот метод обычно используется для объяснения механических процессов разделения газовых или жидких потоков.Мембраны классифицируются как тонкослойные барьеры для дифференциального разделения по размерам, которые обычно интегрируются с химическими и биологическими очистками, или как самостоятельные системы вторичной очистки сточных вод [44, 45]. Для типичного мембранного механизма обычно существует движущая сила, такая как полупроницаемый барьер, который контролирует скорость движения компонентов за счет частичного проникновения и отторжения через поры разных размеров, как показано на рисунке 1. Проникновение и селективное отторжение функция размера пор мембраны и химического сродства позволяет получить поток продукта, лишенный целевых компонентов.Некоторые преимущества и недостатки представлены на рисунке 2.

Рисунок 1.

Селективное проникновение через мембрану для различных растворенных веществ, адаптировано из Tetteh et al., 2019 [45].

Рис. 2.

Некоторые преимущества и недостатки мембранной технологии. Адаптировано из Burggraaf 1996 [46].

3.1.1 Классификация мембран
3.1.1.1 Микрофильтрация

Микрофильтрация (МФ) использует механизм просеивания для удержания макромолекул или частиц крупнее 0.1 мкм, а точнее в диапазоне 0,1–10 мкм [45]. В отличие от ультрафильтрации (UF), обратного осмоса (RO) и нанофильтрации (NF), трансмембранное давление (TMP) по обеим сторонам мембраны низкое в результате задержания более мелких частиц. Таким образом, для МП требуется относительно небольшое ТДМ, то есть ниже 2 бар, но оно может варьироваться от 0,1 до 2 бар [47]. Большие размеры пор мембран МФ ограничивают удаление взвешенных веществ, бактерий, вирусов, цист простейших и, в меньшей степени, органических коллоидов в пределах области [48].

3.1.1.2 Ультрафильтрация

Эффективность процессов ультрафильтрации (УФ) в настоящее время получает все большее признание в качестве предварительной обработки для опреснения и применения в мембранных биореакторах. UF, как и MF, использует физическое просеивание в качестве механизма разделения. Размер пор, отсечка по молекулярной массе (MWCO) и давление для мембранной фильтрации УФ находятся в диапазоне от 0,05 мкм до 1 нм, 1–500 кДа и рабочее давление 1–7 бар [47]. В действительности УФ с определенной MWCO непроницаемы для соединений с молекулярной массой, превышающей MWCO, и продемонстрировали 3–6-кратное удаление устойчивых к хлору цист простейших, коллоидов, вирусов и колиформных бактерий.Использование MF и UF в качестве предварительной обработки для обратного осмоса (RO) постепенно возникло в промышленных масштабах. Оба могут служить в качестве стратегий предварительной обработки для процессов NF и RO для уменьшения загрязнения мембраны, которая применяется в качестве последующей обработки для химического осаждения для удаления органических химических веществ, регулирования pH, а также фосфора, жесткости и удаления металлов. Загрязнение особенно заметно при применении УФ из-за высокой молекулярной массы фракций, удерживаемых в связи с небольшими перепадами осмотического давления, и коэффициентом диффузии жидкой фазы.Однако это не оказывает негативного влияния на спрос на УФ, так как любой дизайн, конфигурация и применение будут испорчены [49, 50]. Конфигурация для применения может зависеть от механической стабильности, гидродинамических требований и финансовых последствий.

3.1.1.3 Ионообменные мембраны

Мембраны классифицируются как анионообменные мембраны (АЕМ), если в полимерную матрицу встроены группы с фиксированным положительным зарядом, и наоборот, катионообменные мембраны (СЕМ) [51], что включает проникновение анионов/катионов и отторжение катионов/анионов в сточных водах.Электродиализ (ED), обратный электродиализ (RED), диффузионный диализ (DD) и мембранный процесс Доннана (DMP) являются примерами таких процессов, которые обычно включают обмен ионами между растворами через мембрану, как показано на рисунке 3. Применение эти процессы обычно основаны на типе сточных вод, о котором обычно сообщается как об энергоемком механизме разделения по градиенту потенциала.

Рис. 3.

Принципиальная схема ЭД адаптирована из Оботей 2020 [47].

3.1.1.4 Обратный и прямой осмос

Обратный осмос (RO) часто называют герметичной мембраной, и он широко используется в солоноватой и ОСВ. Было обнаружено, что его эффективность в опреснении выше, чем у обычного термического многоступенчатого мгновенного испарения [49]. Высокое внешнее давление от 15 до 150 бар является результатом гипертонической подачи и обычно превышает осмотическое давление, которое применяется для удержания растворенного вещества, а также для предотвращения и обеспечения проникновения растворителя при MWCO около 100 Да посредством диффузионного механизма [47]. .Некоторые преимущества системы обратного осмоса, о которых сообщалось в предыдущих исследованиях, включают низкое энергопотребление, простую конфигурацию и эксплуатацию, низкую склонность к загрязнению мембраны и высокую степень отторжения широкого спектра загрязняющих веществ. При градиенте концентрации в качестве движущей силы разделение и концентрирование при прямом осмосе (FO) происходит по мере того, как концентрированный раствор (например, соли, такие как NaCl) извлекает воду из менее концентрированного исходного раствора. Использование FO работает в условиях окружающей среды, поэтому необратимое загрязнение мало.Однако для достижения желаемого технологического процесса и оптимальной конфигурации RO располагаются поэтапно и проходами. Последовательность стадий включает поток концентрата первой ступени в качестве подачи сырья на вторую стадию. Кроме того, потоки пермеата с обеих ступеней направляются в один выпускной канал.

3.1.1.5 Электродиализ (ЭД) и реверсивный электродиализ (ЭДР)

Эти процессы сочетают в себе принципы выработки электроэнергии и ионопроницаемых мембран при отделении растворенных ионов от воды [45].Разность электрических потенциалов приводит к переносу ионов из разбавленного раствора в концентрированный раствор через ионопроницаемую мембрану. Во время электродиализа используются два типа ионообменных мембран, как показано на рис. 3. Одна проницаема для анионов и отталкивает катионы, а другая проницаема для катионов и отталкивает анионы. Есть также два потока: концентрат и разбавленный (подача). При пропускании через систему электрического тока ионы из дилуата мигрируют в концентрат через противоположно заряженные мембраны (катионы мигрируют к катоду, анионы — к аноду).Затем катионы удерживаются положительно заряженной анионообменной мембраной (АЕМ). Точно так же анионы удерживаются катионообменной мембраной (CEM). Результатом этого является исходный поток, обедненный ионами, в то время как поток концентрата обогащается ионами [44].

3.1.2 Применение мембранной технологии (МТ)

Более широкий спектр промышленного и экологического применения МТ основан на его преимуществах, таких как (1) чистая технология, (2) энергосбережение (в большинстве случаев) и (3 ) возможность замены обычных процессов; такие как системы фильтрации, дистилляции, ионного обмена и химической обработки [52].Схематическое представление приложений МТ показано на рис. 4. Другими преимуществами являются (4) его способность производить высококачественную продукцию и (5) его гибкость в проектировании системы. Из-за многопрофильного применения этот метод применяется в нескольких отраслях, включая водоподготовку для бытового и промышленного водоснабжения, химическую, фармацевтическую, биотехнологическую, производство напитков, пищевую промышленность, металлургию и различные процессы разделения.

Рис. 4.

Применение мембранных процессов адаптировано из Оботей 2020 [47].

3.2 Очистка сточных вод микроводорослями (МОСВ)

Водная безопасность представляет собой перспективу, определяющую надежное наличие воды приемлемого качества и количества для здоровья, средств к существованию и производства; в сочетании с приемлемым уровнем связанных с водой рисков [53, 54]. Однако динамика населения и распространение промышленных предприятий вызвали дисбаланс в уравнении водных ресурсов. Бытовое использование воды и спрос на воду в производственном секторе экономики вкупе с коммерческими услугами и аграрным сектором превзошли возможности снабжения источников питьевой воды [54].Неэтичный сброс сточных вод из некоторых из этих источников приводит к серьезным социальным, медицинским и экологическим проблемам. Кроме того, в странах с дефицитом пресной воды растет потребность в поощрении стратегий повторного использования воды из-за недостаточного количества осадков и отсутствия возможностей для сбора дождевой воды, что, в свою очередь, направлено на сокращение сброса сточных вод. Функциональные очистные сооружения сточных вод (СОСВ) для муниципалитетов по всему миру оказались очень требовательными к эксплуатации с точки зрения ввода химических веществ и энергии.Хотя основными этапами очистки являются первичный, вторичный и третичный, сточные воды этих заводов способствуют вторичному загрязнению, поскольку они не могут соответствовать руководящим принципам «зеленой капли» [54]. Фиторемедиация — это зеленая стратегия, которая изолирует остаточные загрязняющие вещества из сточных вод и делает их пригодными для повторного введения в систему водоснабжения. Использование систем очистки сточных вод на основе микроводорослей подверглось серьезному анализу в исследовательском сообществе; и в синергии с промышленностью были разработаны различные технологии и стратегии очистки сточных вод для удовлетворения конкретных потребностей в этом секторе [55].

3.2.1 Вмешательство в микроводоросли

Стандартные питательные среды были оптимизированы для определенных штаммов микроводорослей и впоследствии модифицированы для культивирования многих других штаммов. Затем они используются в качестве шаблонов для определения характеристик сточных вод и выбора штамма микроводорослей или консорциума микроводорослей, которые лучше всего подходят для очистки данного источника сточных вод. Протокол вмешательства в отношении микроводорослей (MAIP) в основном предназначен для очистки сточных вод КОС от остаточных загрязняющих веществ и одновременного производства ценных продуктов, тем самым отвечая требованиям «зеленой капли» [2, 3].Таким образом, MAIP интегрируется в обычные очистные сооружения и обновляет его до усовершенствованных очистных сооружений (AWWTP). Это, в свою очередь, дает возможность связывать нитраты и ортофосфаты, что, в случае неудачи, приведет к индуцированию и распространению эвтрофикации в принимающих водах [3]. Необходимость регулирования сброса азота и фосфора в окружающую среду возникает из-за следующего: (i) в виде свободного аммиака аммиачный азот вреден для рыб и другой водной биоты, (ii) аммиак потребляет растворенный кислород (DO) и, следовательно, представляет потенциал истощения DO, (iii) как фосфор, так и азот являются питательными веществами для растений и, следовательно, способствуют эвтрофикации, (iv) представляет собой NO 3 — ион, нитрат-азот реагирует и соединяется с гемоглобином, что способствует детской смертности.Кроме того, нитратный азот может восстанавливаться до мутагенных нитрозаминов в желудочно-кишечном тракте, что представляет большую опасность для младенцев [56]. Различные исследовательские коллективы [57, 58, 59, 60] сообщали о наличии эмерджентных загрязнителей (ЭЗ) в СВ и возможном нежелательном воздействии многих из них на окружающую среду и живые организмы. Эти EP включают, среди прочего, пестициды, фармацевтические препараты и средства личной гигиены; и были предложены некоторые технологии для их удаления; такие как стратегии физико-химической и биологической очистки.Эффективность удаления ЭП с использованием чистых штаммов микроводорослей доказана. Однако технологии удаления ЭП на основе микроводорослей не получили заметного внимания в мировом исследовательском сообществе.

Пропаганда использования микроводорослей для связывания питательных веществ сточных вод в качестве варианта очистки получила всеобщее признание. Однако использование сточных вод для выращивания микроводорослей с целью производства биомассы и биопродуктов вызывает скептицизм. В первую очередь это связано с тем фактом, что сточные воды имеют самые разные источники и, следовательно, обладают широким спектром свойств, стабильность которых находится под вопросом.Таким образом, предварительная обработка является необходимой стадией ОСВ с микроводорослями, что влияет на экономичность процесса. Это приводит к необходимости принятия интегрированного протокола WWT микроводорослей [61, 62, 63, 64].

3.2.2 Стратегии очистки сточных вод микроводорослями

Помимо способности микроводорослей улавливать Nh4-N, NO3- -N и PO43-, микроводоросли также удаляют тяжелые металлы, а также органический углерод из сточных вод, предотвращая при этом вторичное загрязнение. Однако предыдущие исследования показали, что микроводоросли редко могут расти в неразбавленных сточных водах из-за высоких концентраций аммония и других соединений, часто присутствующих в сточных водах.Различные виды микроводорослей демонстрируют разные индексы роста в каждом случае очистки сточных вод. Поэтому крайне важно выбрать подходящий штамм микроводорослей для очистки данного источника сточных вод. Унгуряну и его коллеги [63, 65] сообщили, что микроводоросль C. mexicana продемонстрировала самое высокое удаление N, P и C из сточных вод свинарников по сравнению с пятью другими видами ( C. vulgaris , M. reisseri , Nitzschia cf.pusilla , O. multisporus и S.косой ). При культивировании микроводоросли C. zofiniensis со сточными водами свинокомплексов в различных степенях разбавления было удалено 79,84 % ХПК, 82,70 % общего азота и 98,17 % общего фосфора [63]. В другом исследовании с V. vulgaris из разбавленных сточных вод свинарников было удалено 60–70% ХПК и 40–90% Nh5 +  -N [65]. Самый высокий процент удаления был получен с 20-кратно разбавленными сточными водами. В то время как третичная очистка городских сточных вод и рекультивация потоков отходов животноводства являются дополнительным технологическим и экономическим давлением на муниципалитеты и фермы, что угрожает их экономической устойчивости, но в то же время предоставляет возможности [63].Тем не менее, есть несколько проблем с современными системами выращивания микроводорослей. Например, водоросли, выращенные в открытом водоеме или системе каналов, взвешены в воде в присутствии растворимых и взвешенных отходов, и их может быть чрезвычайно трудно собрать, поскольку маслянистые микроводоросли имеют диаметр примерно 5–10 микрометров. Многие из высокопродуктивных микроводорослей не могут быть легко отфильтрованы и собраны с помощью центрифугирования, что является дорогостоящей единичной операцией. Водоросли можно собирать осаждением; однако это медленный процесс, требующий значительных площадей.Соли металлов можно использовать в качестве флокулянтов для облегчения осаждения; однако это приводит к загрязнению воды. Системы прудов с водорослями также подвержены вымыванию, когда водоросли покидают систему и попадают в поверхностные воды [63, 65]. Интегрированные системы очистки сточных вод с использованием микроводорослей являются примерами зеленой технологии, которая включает в себя как обычную систему очистки сточных вод, так и протокол очистки сточных вод с использованием микроводорослей, который в первую очередь предназначен для решения насущных проблем, таких как глобальное потепление и изменение климата. Биомасса микроводорослей, образующаяся при очистке сточных вод, представляет собой поглотитель углерода и, таким образом, смягчает негативное влияние CO 2 за счет фотосинтетической секвестрации этого парникового газа [66].

3.2.2.1 Открытые пруды

Открытые пруды подразделяются на естественные системы, искусственные пруды и емкости. Природные системы включают озера и лагуны; искусственные пруды, которые представляют собой открытые пруды без смешивания, круглые открытые пруды, смешанные с центральным смесителем, или пруды с лотками; и контейнеры. Обычно используемые формы включают пруды с лотками, круглые пруды и резервуары, из которых пруды с лотками получили наибольшее внимание [64].

Стабилизаторы сточных вод используются для очистки сточных вод десятками тысяч небольших населенных пунктов по всему миру.Эти пруды недороги, просты в эксплуатации и обеспечивают эффективную очистку сточных вод с точки зрения удаления органического углерода и патогенов. Однако удаление фосфора в стабилизационных прудах часто бывает низким, обычно от 15 до 50% [62, 64]. Из-за этого регулирующие органы усиливают давление с целью модернизации систем прудов для предотвращения эвтрофикации принимающих водоемов. Проблема заключается в том, что текущие варианты модернизации часто включают использование дозирования химикатов, что способствует вторичному загрязнению, что делает восстановление и повторное использование фосфора очень трудным, а в некоторых случаях почти невозможным.Что необходимо, так это устойчивое недорогое решение для удаления фосфора из сточных вод и, в идеале, для восстановления и повторного использования фосфора. Была идентифицирована потенциально новая технология экологических процессов, при которой микроводоросли в системах прудов для стабилизации отходов могут чрезмерно накапливать фосфор в своих клетках. В то время как микроводоросли в озерах могут накапливать полифосфаты, существует возможность использования этого природного явления для оптимизации удаления фосфора в водоемах для очистки сточных вод [62, 63].

Рисунок 5(A) Это пруд с лотком, в котором используется моторизованное лопастное колесо (PW) для инициирования и поддержания движения и перемешивания клеток микроводорослей (MC), тем самым предотвращая их оседание на дно реактора. Он увеличивает экспозицию МЦ к свету и питательным веществам и способствует межфазному массопереносу. Однако в то время как потребность в энергии смешивания PW относительно невелика, эффективность переноса газа также низка. В некоторых случаях аэраторы используются в дополнение к CO 2 для улучшения роста микроводорослей и, следовательно, для секвестрации питательных веществ из бульона.Пруд работает при преобладающей температуре, а интенсивность освещения зависит от поступающей солнечной инсоляции [68]. Рисунок 5(B) представляет собой прямоугольный открытый бассейн без перемешивания (ROP). МС здесь не имеют привилегии равного воздействия света. ТК, которые находятся ближе к дну, защищены от света теми, что находятся выше, тем самым создавая слепые зоны для фотосинтетической активности, что приводит к снижению плотности клеток (CD) и продуктивности. На рис. 5(C) показаны открытые круглые контейнеры (OCC), которые не перемешаны. На рис. 5(D) показаны системы круглого открытого пруда (COPS), оборудованные мешалками [15, 16].

Рис. 5.

Системы открытого пруда с микроводорослями [66, 67, 68].

3.2.2.2 Закрытые биореакторные (CBR) системы

Закрытые фотобиореакторные системы характеризуются (i) эффективной фотосинтетической активностью, связанной с адекватным контролем операционных переменных, (ii) более низким риском загрязнения и (iii) минимизацией потерь воды за счет испарение, что является серьезной проблемой в открытых системах. Однако закрытые системы более дороги, поскольку они должны быть изготовлены из прозрачных материалов, а также более сложны в эксплуатации и масштабировании.Закрытые фотобиореакторы различаются по конфигурации, и основными типами являются барботажные колонны, эрлифтные реакторы, трубчатые (петлевые) реакторы и реакторы с мешалкой. Фотобиореакторы, использующие микроводоросли для очистки сточных вод и производства биомолекул, имеют (i) повышенную эффективность использования световой энергии, (ii) адекватную систему смешивания, (iii) простоту контроля условий реакции, (iv) сниженную гидродинамическую нагрузку на клетки [69, 70, 71].

На рис. 6 представлено графическое изображение сценариев фотобиореактора для барботажной колонны, эрлифта и кольцевой конфигурации.Реактор с барботажной колонной в основном представляет собой цилиндрический сосуд с распределителем газа на дне. Газ барботируется в виде пузырьков либо в жидкую фазу, либо в жидко-твердую суспензию без механического перемешивания. В процессе работы перемешивание и массообмен СО 2 осуществляются за счет действия барботеров с внешним подводом света. Конфигурация газораспределителя важна, поскольку она определяет свойства пузырьков; такие как размер пузырьков, который, в свою очередь, влияет на задержку газа и другие гидродинамические параметры, связанные с пузырьковыми колоннами.Эффективность фотосинтеза зависит от скорости потока газа, которая, в свою очередь, зависит от фотопериода, поскольку жидкость регулярно циркулирует из центральных темных зон во внешние световые зоны. Это подвергает большее количество МС воздействию питательных веществ в среде, которая в контексте этой главы является сточными водами. Эффективность фотосинтеза можно повысить за счет увеличения скорости потока газа (≥ 0,05 м/с), что, в свою очередь, приводит к укорочению фотопериодов [69, 70]. Этот тип реактора имеет преимущества более высокой скорости массопереноса; и низкие эксплуатационные расходы и затраты на техническое обслуживание из-за меньшего количества движущихся частей.Однако обратное смешение и коалесценция были определены как основные проблемы для этих реакторов. Существует верхний предел увеличения скорости потока, выше которого образующийся гетерогенный поток в конечном итоге вызовет обратное смешение компонентов газа. Масштабируемость и экономичность культивирования микроводорослей с использованием фотобиореакторов остаются проблемами, которые необходимо решить для крупномасштабного производства микроводорослей.

Рисунок 6.

Барботажные колонные реакторы Płaczek et al., 2017 [47].

Hom-Diaz и соавт. [57] в открытом пилотном фотобиореакторе с микроводорослями объемом 1200 л (PBR) использовали туалетные сточные воды (WW) и оценили способность PBR удалять фармацевтически активные соединения (PhAC).Питательные вещества (аммиачный азот, нитратный азот и общий фосфор) были удалены, а химическая потребность в кислороде (ХПК) была эффективно снижена на 80%, в то время как было удалено до 48% фармацевтических остатков, тем самым удовлетворяя экологическим требованиям. требование сброса.

Воздушные фотобиореакторы состоят из двух взаимосвязанных зон, называемых стояком и нисходящим, в кольцевой конфигурации. Как правило, существует два типа эрлифтных фотобиореакторов: (i) с внутренним контуром и (ii) с внешним контуром [19].В эрлифтном реакторе с внутренним контуром две зоны разделены либо отсасывающей трубой, либо раздельным цилиндром, в то время как в эрлифтном реакторе с внешним контуром стояк и нисходящий стакан физически разделены двумя разными трубами. Смешивание осуществляется барботированием газа через барботер в вертикальной трубке без механического перемешивания. Вертикальная колонна является синонимом пузырьковой колонны, в которой барботируемый газ движется вверх беспорядочно и бессистемно и уменьшает плотность стояка, заставляя жидкость двигаться вверх.Задержка газа в нижнем стакане существенно влияет на гидродинамику эрлифтного реактора, тем самым выталкивая жидкость вниз. Внешний контур, представляющий собой отсасывающую трубу, дает определенные преимущества эрлифтному биореактору, а именно предотвращение слияния пузырьков за счет направления их в одном направлении. ; более равномерное распределение касательных напряжений по всему реактору. Это подвергает больше MC воздействию питательных веществ, минералов, летучих органических соединений и множества других загрязнителей для связывания и роста клеток; усиливая циклическое движение жидкости, тем самым увеличивая массо- и теплоперенос [71, 72, 73].

Полностью закрытые трубчатые фотобиореакторы потенциально привлекательны для крупномасштабного аксенического культивирования микроводорослей и являются одним из наиболее подходящих типов для массовой культуры на открытом воздухе. Трубчатые фотобиореакторы состоят из множества прямых, спиральных или петлевых прозрачных трубок, которые обычно изготавливаются из прозрачного пластика или стекла. Водоросли циркулируют по трубам с помощью насоса или эрлифта [21].

Многие факторы способствуют неспособности микроводорослей удалять питательные вещества и производить биомассу.Некоторые минералы, такие как кальций, железо, кремнезем, магний, марганец, калий, медь, сера, кобальт и цинк, также влияют на развитие микроводорослей в сточных водах, наряду с рН, температурой, светом, перемешиванием и растворенным кислородом, которые влияют на развитие. скорости и химического состава микроводорослей в системах очистки сточных вод [74, 75].

3.2.3 Преимущества систем очистки сточных вод с использованием микроводорослей

Molinuevo-Salces и его коллеги [76] указали на преимущества систем очистки сточных вод с использованием микроводорослей, которые включают:

  1. очистку различных видов сточных вод, включая бытовые, И промышленные сточные воды

  2. Mitigating CO 2 Газ Выбросы

  3. Восстановление метаболитов и

  4. Экономия энергии

сточные воды для удаления проклейки текстильных изделий (TDW) обрабатывали микроводорослями Scenedesmus sp .для удаления органического углерода с помощью лабораторных реакторов, которые обеспечили удаление цвета на 92,4%, снижение химической потребности в кислороде (ХПК) на 89,5%, углеводов на 97,4% и органических кислот на 94,7% [22]. Phasey и коллеги [23] утверждали, что культивирование микроводорослей с использованием муниципальных и сельскохозяйственных сточных вод в водорослевых водоемах с высокой производительностью (HRAP) разделяет питательные вещества на биомассу микроводорослей, которую можно восстановить и использовать повторно.

3.2.4 Проблемы ОСВ с микроводорослями

Несмотря на все преимущества, перед применением протокола ОСВ с микроводорослями необходимо решить некоторые проблемы.Проблемы включают (1) потребность в земле, (2) влияние характеристик сточных вод, (3) влияние на окружающую среду и условия эксплуатации и (4) сбор и повышение ценности биомассы [14]. Однако такие ограничения, как отделение биомассы водорослей от воды, эффективность процесса в холодном климате и ограниченная способность биомассы водорослей снижать содержание микрозагрязнителей в сточных водах, препятствуют полномасштабному использованию [77].

3.3 Микробные топливные элементы для очистки сточных вод

Чтобы построить устойчивую платформу для будущего, обществу необходимо существенно сократить свою зависимость от ископаемого топлива.Это сокращение может затем свести к минимуму глобальные масштабы загрязнения. Как обсуждалось в этой главе, эти две глобальные проблемы можно было бы решать одновременно путем применения технологий очистки сточных вод, которые уменьшают загрязнение и обеспечивают исходные блоки для биотоплива. В последние годы произошел сдвиг парадигмы, когда сточные воды, которые также можно назвать отходами, используются в промышленности для производства электроэнергии. В частности, исследования показали, что ряд методов биологической обработки можно использовать для производства биоэнергии или биохимических веществ при очистке промышленных сточных вод.В частности, при очистке сточных вод пивоваренных заводов было выделено применение микробных топливных элементов (МТЭ) [78]. Одним из таких примеров этого метода является использование МТЭ для одновременной очистки сточных вод и производства биоэнергии, которую чаще всего называют биоэлектричеством. Производство этих биопродуктов происходит путем простого преобразования органической и химической энергии, содержащейся в сточных водах, в электрическую энергию. Для дальнейшего изучения этих возможностей в этом разделе сначала описывается МТЭ, затем обсуждается применение МТЭ для очистки сточных вод, а в-третьих, рассматриваются различные методы и операции, в которых МТЭ используются для очистки сточных вод с одновременным производством электроэнергии.Кроме того, в нем также описаны другие применения и продукты биоэнергетики этой технологии, ее преимущества и недостатки, а также дальнейшие перспективные применения технологии MFC для очистки сточных вод. МТЭ — это устройство, которое преобразует органические вещества в электричество, используя микроорганизмы в качестве биокатализатора. Типичные МТЭ состоят из трех основных компонентов: электродов, сепаратора и электрогенов. Все МТЭ содержат два электрода, которые в зависимости от конструкции могут быть разделены на одну или две камеры.Эти камеры работают как полностью смешанные реакторы. Как показано на рис. 7 ниже, каждый электрод размещается с каждой стороны мембраны, которая может быть либо протонообменной мембраной (PEM), либо катионообменной мембраной (CEM). Анод обращен к камере, содержащей жидкую фазу, а катод обращен к камере, содержащей только воздух [79].

Рисунок 7.

Схематическая диаграмма и изображения типичного двухкамерного микробного топливного элемента (МТЭ), взятые из Logan et., 2006 [78].

В вышеупомянутой литературе предлагалось использовать углерод, графит и материалы на основе металлов в качестве электродов. Например, в качестве электродов подходят материалы из углеродной ткани, копировальной бумаги, углеродного войлока [80], графитовых гранул, углеродной сетки [81], платины, платиновой черни и активированного угля с одно-, трубчатыми или многоэлектродными конфигурациями [82]. . Эти электроды должны обладать свойствами, делающими их биосовместимыми и стабильными. Кроме того, рекомендуется высокая электропроводность и большая площадь поверхности [83, 84].Катод может подвергаться воздействию воздуха или других дополнительных акцепторов электронов, таких как перманганат, гексацианоферрат хрома, азокраситель и т. д. [85]. Сепаратор представляет собой либо катионообменную мембрану [86], либо солевой мостик [87], который используется для удержания камеры. Разность потенциалов, генерируемая между двумя камерами, заставляет электроны двигаться по цепи, в то время как микробная деградация сточных вод действует как субстрат для выработки биоэлектричества [88]. Впервые использование МФУ для очистки сточных вод было рассмотрено еще в 1991 г. [89].Муниципальные сточные воды содержат множество органических соединений, которые могут служить топливом для МТЭ. Количество энергии, вырабатываемой МТЭ в процессе очистки сточных вод, потенциально может вдвое снизить потребность в электроэнергии в традиционном процессе очистки, который потребляет значительное количество электроэнергии для аэрации активного ила. МФУ дают на 50–90 % меньше твердых частиц, подлежащих удалению, чем традиционные методы очистки с активным илом. Анаэробные метантенки иногда интегрируют с реакторами периодического действия с аэробной последовательностью, чтобы решить проблемы удаления осадка [90].Кроме того, органические молекулы, такие как ацетат, пропионат и бутират, могут быть полностью расщеплены до CO2 и H3O. Гибридные MFC, включающие как электрофилы, так и анодофилы, особенно подходят для очистки сточных вод, поскольку различные органические вещества могут подвергать биологическому разложению большее количество органических веществ. МФУ, использующие определенные микробы, проявляют особую способность удалять сульфиды, необходимые при очистке сточных вод [91]. МФУ могут усиливать рост биоэлектрохимически активных микробов при очистке сточных вод, тем самым обеспечивая стабильность работы.МТЭ с непрерывным потоком, однокамерные МТЭ и безмембранные МТЭ предпочтительнее для очистки сточных вод, несмотря на опасения по поводу расширения масштабов других технологий [92, 93, 94]. Санитарно-технические отходы, сточные воды пищевой промышленности, сточные воды свиней и кукурузная солома — все это благоприятные источники биомассы для МФУ, поскольку они богаты органическими веществами [95, 96, 97]. В некоторых случаях может быть снижено до 80% химической потребности в кислороде (ХПК) [96, 98], а эффективность Колумба достигает 80%, полученная Kim et al. [99].

Технологии MFC являются многообещающей, но новой стратегией очистки сточных вод, поскольку сам процесс очистки становится методом получения энергии в виде электричества или газообразного водорода, а не чистым потребителем электроэнергии.В начале 1990-х годов Ким и его коллеги продемонстрировали, что бактерии можно использовать в биотопливных элементах в качестве индикатора концентрации лактата в воде [80], что, в свою очередь, способствует выработке электроэнергии [81]. Хотя производство электроэнергии было низким, не было очевидно, окажет ли эта технология большое влияние на снижение концентрации сточных вод. В 2004 г. это изменилось, и связь между производством электроэнергии с помощью МТЭ и очисткой сточных вод была четко установлена, когда было доказано, что бытовые сточные воды можно очищать до практического уровня, одновременно производя электроэнергию [82].Количество электроэнергии, произведенной в этом исследовании, хотя и низкое (26 мВт/м2), было значительно выше, чем ранее полученное с другими типами сточных вод. Исследования, проведенные до 2004 г., показали, что органические и неорганические вещества в морских отложениях можно использовать в конструкции МТЭ нового типа [83], что делает очевидным возможность использования широкого спектра субстратов, материалов и архитектур систем для выработки электроэнергии из органических содержание бактериальной биомассы. Тем не менее, уровни мощности во всех этих приложениях были относительно низкими.Последняя разработка, поднявшая текущий интерес к МТЭ, достигла своего пика, когда в МТЭ с добавлением глюкозы была получена плотность мощности на два порядка выше [84]. Это приложение не нуждалось в экзогенных химических посредниках или катализаторах, что гарантировало, что эта операция была чисто биологической.

После этих демонстраций началось соревнование по продвижению довольно практичного подхода к приложениям MFC. Первой задачей является разработка масштабируемого подхода и проектирование МТЭ для различных типов очистки сточных вод [78].Хотя энергии, которую можно было бы использовать из сточных вод, может быть недостаточно для питания типичного города, сообщалось, что значительное количество энергии может использоваться для питания очистных сооружений. Как видно из нескольких рассмотренных выше исследований по технологии МТЭ, удельная стоимость энергии не является особенно существенной и впечатляющей. Также можно отметить, что наиболее значительная экономия энергии, связанная с использованием МФЦ для очистки сточных вод, помимо выработки электроэнергии и удаления высокоактивных загрязняющих веществ из этих неподатливых субстратов, это экономия затрат на аэрацию и обращение с твердыми частицами в типичных очистных сооружениях.Основными эксплуатационными затратами на очистку сточных вод являются аэрация, обработка осадка и откачка. Утверждалось, что одна только аэрация может составлять половину эксплуатационных расходов на типичной очистной станции [85]. Снижение этих затрат может также гарантировать, что очистные сооружения станут чистыми производителями энергии, если МТЭ будут интегрированы с другими технологиями очистки.

3.3.1 Применение микробных топливных элементов в очистке сточных вод

Применение МФУ в очистке сточных вод включает ряд преимуществ, таких как долгосрочная устойчивость, использование возобновляемых ресурсов, разложение органических и неорганических отходов, производство биоводорода и удаление таких соединений, как нитраты и т. д.[86]. Сообщество электрохимически активных микробов требует глубокого понимания химии растворов, чтобы участвовать в полномасштабном внедрении и эксплуатации технологии MFC для производства электроэнергии. [9]. В идеальных лабораторных условиях эти системы давали плотность мощности от 2 до 20 мВт/м 2 [87]. Однако количество энергии на основе биомассы, производимой микробными процессами, очень мало. Ему еще предстоит полностью раскрыть свой потенциал для работы в экспериментальных установках. Также было отмечено, что успех конкретных применений МФУ в очистке сточных вод будет зависеть от концентрации и биоразлагаемости органических веществ в сточных водах, температуры сточных вод и отсутствия токсичных химических веществ [78].Одним из первых применений может быть разработка опытного реактора в промышленных зонах, где имеется высококачественный и надежный поток. Сточные воды пищевой промышленности и стоки варочных котлов являются хорошими кандидатами. Более того, снижение образования шлама может существенно сократить время окупаемости. В долгосрочной перспективе разбавленные субстраты, такие как бытовые сточные воды, можно будет обрабатывать с помощью МФУ, что уменьшит потребность общества вкладывать значительные объемы энергии в их очистку. Также может появиться множество альтернативных приложений, начиная от разработки биосенсоров и устойчивого производства энергии на морском дне и заканчивая биобатареями, работающими на различных биоразлагаемых видах топлива.Хотя полномасштабные и высокоэффективные МТЭ еще не доступны, технология имеет большие перспективы, и в ближайшем будущем инженеры и ученые, несомненно, преодолеют серьезные препятствия [88]. Растущее давление на нашу окружающую среду и потребность в возобновляемых источниках энергии будут способствовать дальнейшему развитию этой технологии для полномасштабной работы завода. В рамках вышеупомянутых применений MFC в очистке сточных вод потенциал для применения этой технологии в качестве типичного датчика для анализа концентрации загрязняющих веществ для мониторинга и контроля процесса на месте [89].Пропорциональная коррекция между колумбической эффективностью МФЦ и крепостью сточных вод может предложить МФЦ в качестве потенциальных датчиков биологической потребности в кислороде (БПК) [80]. Точный метод измерения значения БПК жидкости состоит в том, чтобы рассчитать ее колумбический выход. В ряде работ, а именно [80, 90], показана сильная линейная зависимость между выходом Колумба и крепостью сточных вод в диапазоне концентраций БПК. Преимущество датчиков БПК типа MFC состоит в том, что они обладают превосходной стабильностью работы, хорошей воспроизводимостью и точностью.Датчик БПК типа MFC, созданный из микробов, может работать более пяти лет без дополнительного обслуживания [80]. Эти биологические датчики обещают более длительный срок службы, чем обычные версии датчиков БПК, о которых сообщается в литературе.

3.3.2 Перспективные технологии МФЦ в очистке сточных вод и валоризации электроэнергии

Биомасса отходов является дешевым и относительно распространенным источником электронов для микробов, способных производить электрический ток вне клетки [85].Быстро развивающиеся микробные электрохимические технологии, такие как микробные топливные элементы, являются частью разнообразной платформы будущих технологий производства существенной энергии и химического производства. В этом разделе мы обсудим ключевые достижения, которые позволят использовать экзоэлектрогенные микроорганизмы для производства биотоплива, газообразного водорода, метана и других ценных неорганических и органических химических веществ. Кроме того, в этом разделе будут рассмотрены основные проблемы, связанные с внедрением этих систем, и проведено их сравнение с аналогичными технологиями использования возобновляемых источников энергии.Хотя коммерческое развитие уже ведется в нескольких различных приложениях, от очистки сточных вод до промышленного химического производства, все еще требуются дальнейшие исследования эффективности, масштабируемости, срока службы системы и надежности МТЭ в области очистки сточных вод и производства биоэнергии [85].

Производство электроэнергии с использованием бытовых сточных вод в плоской системе было разработано, и было обнаружено, что оно способно непрерывно вырабатывать электроэнергию из органических веществ в сточных водах во время их очистки [82].После периода акклиматизации, продолжавшегося примерно 1 месяц, с помощью микробного топливного элемента Flat Plat (FPMFC) в течение пяти месяцев была обеспечена постоянная выработка электроэнергии из сточных вод. Для сточных вод, содержащих 2463 мг ХПК/л, была получена средняя плотность мощности 560 мВт/м 2 при гидравлическом времени удерживания (HRT) 2,0 ч (скорость потока 0,22 мл/мин; логарифмическое среднее ХПК 164 мг/л). и скорость потока воздуха 2 мл/мин с резистором 470 Ом . В этих условиях эксплуатации скорость удаления ХПК равнялась 1.2 мг/л мин (удаление ХПК 58%), а максимальная удельная мощность была достигнута при скорости потока 0,22 мл/мин. Эта плотность мощности была примерно на 10 % выше, чем полученная в типичных условиях работы с резистором 470 Ом.

Непрерывная очистка сточных вод и выработка электроэнергии с использованием однокамерного микробного топливного элемента (SCMFC) были успешно опробованы с реальными результатами [82, 91]. Было обнаружено, что система может генерировать 26 мВт/м 2 при максимальной плотности мощности при снижении ХПК на 80%.В специально разработанной системе с небольшими партиями Liu et al. [92] показали, что до 28 мВт/м 90 288 2 90 289 электроэнергии можно получить из бытовых сточных вод. Далее было продемонстрировано, что при удалении протонообменной мембраны (PEM) они могли генерировать максимум 146 мВт/м 2 мощности. В этих системах анод был отделен от ФЭУ/катода или простого катода в большой камере, но анодная камера не смешивалась, за исключением потока жидкости в систему. В других МТЭ анодная камера часто была смешанной [93, 94, 95].В водородных топливных элементах электроды обычно объединены в единую полосу, разделенную ФЭУ. Это необходимо, чтобы держать два электрода рядом, чтобы улучшить протонную проводимость между двумя электродами. Однако ПОМ, такие как нафион, проницаемы для кислорода, что приводит к переносу небольшого количества кислорода из катодной камеры в анодную камеру.

Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод исследована при двух различных температурных градиентах (23 ± 3 °C и 30 ± 1 °C) и режимах потока (периодический и непрерывный) с использованием однокамерных микробных топливных элементов (МТЭ) с воздушным катодом. ввиду влияния рабочих параметров, влияющих на производство электроэнергии [94].Температура была важным параметром, который влиял на эффективность и выработку электроэнергии. Наивысшая удельная мощность 422 мВт/м 2 (12,8 Вт/м 3 ) была достигнута в непрерывном потоке и мезофильных условиях при скорости органической загрузки 54 г ХПК/л-сутки со снижением ХПК на 25,8%. Было обнаружено, что рекуперация энергии в значительной степени зависит от условий эксплуатации (режим потока, температура, скорость органической загрузки и время гидравлического удержания (HRT)), а также от архитектуры реактора.Результаты показывают, что основными преимуществами использования температурных градиентов в серийных конфигурациях MFC для очистки бытовых сточных вод являются экономия электроэнергии, низкое образование твердых частиц и более высокая эффективность очистки.

Исследование МТЭ, используемых для производства электроэнергии из различных источников соединений, включая ацетат, лактат и глюкозу, доказало его высокую эффективность и универсальность в применении для очистки сточных вод [96]. Очевидно, подчеркивалась возможность производства электроэнергии в МТЭ из бытовых сточных вод, в то же время выполняя биологическую очистку сточных вод (снижение ХПК).Испытания проводились на СКМТЭ, содержащем восемь графитовых электродов (анодов) и один воздушный катод. Система работала в условиях непрерывного потока с первичным отстойником, полученным с местной станции очистки сточных вод. Прототип реактора SCMFC вырабатывал электроэнергию ( максимум 26 мВт/м 2 ) при снижении ХПК примерно на 80%. Выходная мощность была пропорциональна времени гидравлического удерживания в диапазоне от 3 до 33 часов и концентрации поступающих сточных вод в диапазоне 50–220 мг/л для ХПК.Генерация тока контролировалась прежде всего эффективностью катода. Оптимальная производительность катода была достигнута за счет обеспечения пассивного потока воздуха, а не принудительного потока воздуха (4,5–5,5 л/мин). Колумбовая эффективность системы, основанная на снижении ХПК и генерации тока, составила <12%, что указывает на то, что значительная часть органического вещества недоступна для микроорганизмов, что ограничивает генерацию тока. Биореакторы, основанные на выработке электроэнергии в МТЭ, могут представлять собой совершенно новый подход к очистке сточных вод.Если выработка электроэнергии в этих системах может быть увеличена, технология MFC может предоставить новый метод компенсации эксплуатационных расходов на очистные сооружения, в то же время сделав усовершенствованную очистку сточных вод более доступной как для развивающихся, так и для промышленно развитых стран.

Выработка электроэнергии из МТЭ первоначально исследовалась на предмет ее потенциального вклада в применение в космических исследованиях [97]. Обсуждалось, что одним из определяющих факторов в технологии МТЭ является использование прикладных микробных культур, отвечающих за преобразование электрической энергии из химических связей в субстратах.В последнее десятилетие, несмотря на интенсивное развитие, существует пробел в знаниях о производстве электроэнергии из микробов и проверке производства электроэнергии. Метод быстрого скрининга основан на восстановлении микробного железа (III) и не требует какой-либо инфраструктуры MFC. Метод подходит для одновременной оценки множества видов или штаммов микробов; и, таким образом, есть возможность расширить диапазон потенциальных биокатализаторов MFC и иметь возможность прогнозировать выработку электроэнергии из выбранных культур.Знания, полученные в результате этого исследования, касающиеся роста – восстановления железа (III), использования субстрата, свойств адгезии и образования биопленки, внеклеточных проводящих белков и измерений продукции окислительно-восстановительных медиаторов, необходимы для использования G.toluenoxydans и S. .xiamenensis видов для различных типов применения MFC (очистка сточных вод и/или производство энергии). Эта информация жизненно важна для дальнейшего улучшения деформации и создания эффективной конструкции МТЭ для производства электроэнергии.Виды S.xiamenensis DSMZ 22215 могут эффективно катализировать мальтозу или мальтодекстрин . Эта способность делает микробы доступными для использования в системах MFC для очистки сточных вод на основе крахмала (например, сточных вод пивоваренного завода, сточных вод с крахмалом и целлюлозно-бумажной промышленности).

В этом исследовании была доказана одновременная очистка сточных вод для производства биологической электроэнергии с помощью мембранно-электродной сборки воздух-катод MFC в сточных водах производства крахмала (SPW) в качестве субстрата [82].За все время эксперимента было установлено, что оптимальное выходное напряжение 490,8 мВ и плотность мощности 293,4 мВт/м 2 были установлены при плотности тока 893,3 мА/м 2 . Внутреннее сопротивление 120 Ом также было зарегистрировано в третьем цикле экспериментов. Эффективность удаления для ХПК и Nh5+-N увеличивалась со временем, достигая максимума 98,0% и 90,6% соответственно. Это было выше, чем в большинстве сообщаемых работ по операциям MFC. Высокие значения удаления нитратов могли быть результатом как биологических, так и физико-химических процессов.Колумбийская эффективность (КЭ) была невысокой (максимум 8,0%) и в основном была обусловлена ​​другими акцепторами электронов в СПВ, а также диффузией кислорода при длительных периодах эксплуатации. СЭМ выявила наличие биопленки на аноде, в которой короткая палочковидная палочка могла быть доминирующей бактерией, ответственной за работу МТЭ. Это исследование продемонстрировало возможность использования технологии МТЭ для выработки электроэнергии и одновременной обработки ТБО с высоким удалением ХПК и Nh5+-N, что обеспечивает привлекательную альтернативу для снижения затрат на очистку сточных вод при производстве электроэнергии из возобновляемых источников.

3.3.3 Преимущества и недостатки
(Ограничения) МТЭ на очистных сооружениях

МТЭ имеют ряд преимуществ и недостатков (Таблица 2), как эксплуатационных, так и функциональных по сравнению с применяемыми в настоящее время технологиями очистки сточных вод как для удаления высоких органических загрязнителей в форме ХПК и для повышения ценности биоэнергии в виде электричества [98]. Производство биоэнергии в результате очистки сточных вод в основном считается аспектом «зеленой» или «голубой» энергии МТЭ [92].Электричество вырабатывается прямым путем из биомассы и органических веществ, поэтому химическая энергия напрямую преобразуется в электрическую энергию. Также сообщается, что прямое преобразование субстратов сточных вод в биоэнергию составляет треть входа во время термического сжигания биогаза [85]. Из-за сбора электрической энергии выход бактерий в МТЭ значительно ниже, чем выход ила аэробного процесса [85, 99]. Как правило, отходящие газы анаэробного процесса имеют высокое содержание азотистых газов вместе с целевыми водородом и метаном [78].Отходящие газы МТЭ имеют меньшую экономическую целесообразность, так как энергия, содержащаяся в подложке, ранее направлялась в сторону анодной камеры МТЭ при обработке [78]. Газ, образующийся в анодной камере МТЭ, можно буквально выпустить, учитывая отсутствие больших количеств или других пахучих соединений, и, кроме того, в окружающую среду не выделяются аэрозоли с вредным или нежелательным бактериальным содержанием. Выработка электроэнергии с помощью MFC значительно улучшилась и достигла уровня основной мощности, по крайней мере, в небольших системах, но увеличение масштаба по-прежнему является большой проблемой и серьезным ограничением применения технологий MFC.Высокая стоимость катионообменных мембран, возможность биообрастания и связанное с этим высокое внутреннее сопротивление ограничивают выработку электроэнергии и ограничивают практичность и коммерческое применение этого метода [100].

Преимущества недостатки (ограничения)

Таблица 2.

Список преимуществ и недостатков МФЦ из Quach-Cu et al., 2018 [61].

Бытовые сточные воды представляют собой органические вещества с содержанием встроенной энергии, почти в 10 раз превышающей энергию, необходимую для очистки [101]. Хотя новые методы являются многообещающими, ни один из доступных сегодня процессов еще не может полностью извлечь всю энергию, доступную в сточных водах, без дополнительных инвестиций в их исследования и разработки [100]. Основной недостаток приложений MFC связан со временем запуска процесса и последовательностью, которая может составлять от 4 до 103 дней в зависимости от инокулята, материалов электродов, конструкции реактора и условий эксплуатации (температура, скорость внешней загрузки и т. д.).), но на него в значительной степени влияет тип субстрата, подаваемого в систему МТЭ [96]. Еще одним существенным препятствием для масштабирования использования МТЭ для очистки сточных вод является нехватка буферной емкости электролитов. Для этого могут потребоваться некоторые внешние посредники или химическое вещество для поддержания и стабилизации водородного потенциала анодной и катодной камер. Это должно улучшить процесс очистки сточных вод, но при этом способствовать повышению ценности биоэнергии в системе МФЦ.

Кисты полости рта — Лучшие стоматологи

Оральные кисты представляют собой мешочки ткани, обычно менее одного дюйма в поперечнике, которые содержат жидкость, состоящую из прозрачного компонента крови, называемого сывороткой.Часто жидкость в кисте стерильна. Однако мешок также может заразиться и заполниться гноем. Инфицированная киста называется абсцессом. Другие типы аномального (но не ракового) роста тканей также называются кистами. Оральные кисты могут поражать любые ткани полости рта, в том числе:

  • Резинки
  • Слизистая оболочка губ, щек и полости рта
  • Корни зубов
  • Язык
  • Челюстная кость
  • Горло
  • Слюнные железы

Типы кист полости рта

Оральные и зубные кисты бывают разных видов.Вот четыре самых распространенных:

    • Периапикальная киста (также называемая корешковой кистой) . Этот тип зубной кисты образуется у основания зуба как побочный эффект невылеченной инфекции пульпы зуба и гибели нерва. Инфекционный материал изнутри зуба просачивается в окружающие ткани, вызывая воспаление и приводя к образованию кисты. Сама киста может или не может перерасти в абсцесс.
    • Стоматологическая киста – это зубная киста, которая образуется рядом или над коронкой непрорезавшегося зуба мудрости.Если киста растет слишком близко ко второму моляру, это может привести к реабсорбции корня этого моляра в тело. Большая зубная киста может привести к смещению соседних зубов. В крайне редких случаях кисты на зубах мудрости связаны с развитием рака ротовой полости.
    • Одонтогенные кисты – Это различные кисты зубов (в дополнение к уже перечисленным периапикальным и зубным кистам), которые могут возникать в челюстной кости. Одонтогенная киста часто не вызывает никаких симптомов, пока не станет достаточно большой.К тому времени это может проявиться в виде видимой выпуклости или бугорка на челюсти. Без лечения киста может продолжать расти, ослабляя челюсть и вызывая повреждение соседних зубов. В редких случаях киста может стать инфицированной, опухшей и болезненной. Инфекция может распространиться на другие участки тела. Очень небольшой процент этих кист может стать злокачественным и метастазировать в другие области тела.
    • Мукоцеле (слизистая киста) – это киста, поражающая мягкие ткани во рту, такие как язык, внутренняя сторона щеки или губа.Они образуются в ответ на раздражение или травму ткани. В отличие от других кист полости рта, они обычно рассасываются сами по себе. Исключением являются кисты эпулиса (десны) и ранулы (дна полости рта), которые могут вызывать значительный дискомфорт и обычно удаляются хирургическим путем.

Симптомы кист полости рта

Инфицированные кисты зубов могут быть болезненными, красными и опухшими. Однако те, кто не заражен, часто не вызывают заметных симптомов. Если они не становятся достаточно большими, чтобы образовать припухлость, которую можно увидеть или почувствовать, они обычно обнаруживаются только на рентгене или других диагностических сканированиях.Оральная киста на слизистой оболочке рта может выглядеть как волдырь или поражение.

Лечение кист полости рта

Ваш стоматолог должен определить, какие факторы риска связаны с кистой зуба, прежде чем рекомендовать лечение. Это может включать дополнительные рентгеновские снимки, чтобы определить размер и степень кисты (особенно, чтобы увидеть, не вызовет ли она проблемы с соседними зубами). Ваш стоматолог также осмотрит кисту, чтобы проверить наличие признаков инфекции. Может потребоваться биопсия, чтобы подтвердить, что образование является кистой, а не опухолью.Жидкость или слизистую оболочку кисты отправляют в лабораторию стоматологической патологии для микроскопического исследования на наличие аномальных клеток. При больших кистах челюстной кости для планирования лечения можно использовать компьютерную томографию или МРТ.

Небольшие кисты, не вызывающие никаких симптомов, могут не требовать немедленного лечения. Однако, поскольку кисты со временем могут увеличиваться в размерах, часто рекомендуется раннее удаление, чтобы предотвратить структурное повреждение полости рта и зубов. Если киста абсцедирует, назначают антибиотики, чтобы остановить инфекцию.В зависимости от размера и расположения кисты наиболее эффективным методом лечения обычно является хирургическое удаление. Если кисту просто дренировать, она может снова наполниться. На самом деле, многие кисты имеют тенденцию рецидивировать. Итак, цель состоит в том, чтобы удалить весь перепончатый мешок вместе с его содержимым. Это дает окружающим тканям возможность зажить и заполнить пространство, оставленное кистой. В редких случаях может быть использован костный трансплантат для заполнения щели, оставшейся после удаления большой кисты в челюстной кости.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.

Copyright © 2022 Новокузнецк. 654041, Новокузнецк, Кутузова 25