Бурение грунтовых зондов, установка энергетических колодцев

Анаеробне зброджування являє собою ферментацію органіч­них речовин за відсутності кисню при протіканні анаеробного про­цесу, спрямовану на перетворення зі складних сполук на метан і двооксид вуглецю. Анаеробний процес метанової ферментації про­ходить за наступною схемою [3, 67-68]

Рисунок 2.5 Схема метаногенезу

При відсутності кисню енергія від органічних речовин постав­ляється так само, як і в аеробному процесі, але з меншою інтенсив­ністю, що визначає більш низьку активність анаеробного процесу зростання мікроорганізмів і, відповідно, більш тривалий час проце­су обробки відходів — Практична різниця між аеробним та анаероб­ним методами очищення може бути оцінена значеннями параметрів цих процесів, наведеними в табл. 2.1.

Таблиця 2.1 — Параметри аеробного та анаеробна процесів Параметр Тип обробки Аеробна Анаеробна Середній вік активного мулу 1…5 діб 10…30 діб Аерація 0,5… 2,0 кг кисню/кг Відсутній Одержуваний газ С02 (мало пригноблююче аероване середовище) СКЦ и со2 (займистий і горючий) Контроль Аеробіоз (розчинений кисень) Кислоти, що легко випаровуються Нагрівання Немає необхідності вище 5 °С 35 або 55 °С (в залежності від типу анаеробного процесу) Тип будівництва Відкрита ємкість, сполучена з атмосферою Закрита герметична ємкість

Кінцеві продукти аеробної й анаеробної обробки органічних речовин приведені в таблиці 2.2.

Таблиця 22 — Кінцеві продукти обробки органічних речовин Сполуки та елементи Анаеробна Аеробна органічні СО2 И СН4 со2 N NH, ТМНз —* NO3 Р — ро43 S H2S SO-2

В арсеналі методів біологічної обробки анаеробні методи в даний час, як правило, використовуються для обробки надлишково­го активного мулу, що утворився при аеробної обробці стоків. В останні роки ряд робіт [14, 72, 69-70] показують доцільність засто­сування метантенку не тільки для зброджування сирих осадів і над­лишкового активного мулу, але і на першому ступені очищення ви- сококонцентрованих стоків (кількість кисню, витраченого на аеро­бне біохімічне окислення під дією бактерій і розкладання нестійких органічних сполук, що містяться у досліджуваній воді). БПК є од­ним з важливіших критеріїв рівня забруднення водоймищ органіч­ними речовинами. БПК визначає кількість кисню, що необхідно для розкладання органічних забруднюючих речовин з подальшою їх ае­робної доочисткою (зазвичай, біохімічна потреба кисню більше 4 г/л). Тому цей метод став застосовуватися також і при біологічному очищенні високозабруднених органовмісних стоків.

І Іеревагами анаеробної обробки порівняно з традиційною ае­робною обробкою є:

— відсутність потреби у кисні для реалізації процесу;

— надійна стабілізація біомаси активного мулу, що практично не підда­ється бродінню;

— виробництво горючого газу (метану);

— невелика кількість біомаси надлишкового активного мулу.

При анаеробній стабілізації осадів та очищенні стоків має міс­це значне зменшення кількості надлишкової біомаси внаслідок тра­нсформації в газ частини субстрату. Дійсно, якщо при аеробній об­робці у біомасу трансформується близько 50 % фракції вуглецевого субстрату, то при анаеробній обробці ця трансформація не переви­щує 10…20 %. Причиною цього є те, що споживання енергії суб­страту при анаеробному методі відбувається слабо, що пояснює ни­зьку швидкість зростання бактеріальних культу р [69-70].

При анаеробній стабілізації відходів (осадів первинних відс­тійників активного мулу вторинних відстійників) має місце також:

— зниження процентного вмісту води в осаді (мулі);

— поліпшення вологовіддачі обробленого осаду (мулу), збагаченого мі­неральними речовинами та модифікованою складовою органічних речовин;

— значне зниження кількості патогенної мікрофлори у біологічних від­ходах.

Важлива перевага анаеробного зброджування полягає в тому, що його кінцевим корисним продуктом є біогаз, який може викори­стовуватися як паливо, навіть для транспорту (рисунок 2.6).

Рисунок 2 6 — Транспорт та станція заправки біопаливом

Проте має місце складність і трудомісткість технологічного здійснення процесу одержання біопалива на спеціалізованому об­ладнані. Це визначається, в першу чергу, тим, що метанове бродін­ня, як і всякий анаеробний процес, є важко керованим процесом, який, до того ж, протікає з малою швидкістю [3, 68-70]. Загальний вигляд заводів наведено на рисунку 2.7.

Рисунок 2.7 — Загальні види заводів з одержання біопалива

Однією з характеристик анаеробного методу, для одержання прийнятної швидкості трансформації забруднень у біомасу, є необ­хідність проведення технологічного процесу за температурою вище температури навколишнього середовища (ЗО…40 °С при мезофіль — ному і 50…60 °С при термофільному зброджуванні). При обробці високо забруднених органічних стоків виробництво біогазу, який утворено з анаеробного процесу, достатньо, щоб покриї и енергети­чні потреби, що необхідні для підтримки необхідної температури анаеробних процесів. У раті ж обробки стоків з низькими концент­раціями органічних речовин енергетичний баланс схиляється у бік дефіциту енергії. Тому при техніко-економічному обґрунтуванні витрат на обробку потрібен ретельний розрахунок економічності вибраного анаеробного методу.

Анаеробний метод обробки володіє високою чутливістю до умов середовища (величина pH середовища, температура, наванта­ження, а також здатністю розкладанням органічних складових за­бруднень в умовах анаеробіозу, наприклад, ароматичні вуглеводи з загальною формулою СпІ12п_б, які у ряді випадків зустрічаються в промислових стічних водах. Сучасний прилад для вимірювання ве­личина pH середовища наведено на рисунку 2.8.

Рисунок 2.8 — Сучасний пристрій для дослідження pH

pH-метр — прилад для виміру водневого показника (показника pH), який характеризує концентрацію іонів водню в розчинах, пит­ній воді, харчової продукції та сировини, об’єктах навколишнього середовища і виробничих системах безперервного контролю техно­логічних процесів, в тому числі в агресивних середовищах. Зокрема, pH-метр застосовується для апаратного моніторингу pH промисло­вих стічних вод (рисунок 2.9).

Рисунок 2.9 — Промислові стічні води

В даний час при виборі між аеробними й анаеробними проце­сами перевагу віддають анаеробним процесам за наступними дани­ми.

По-перше, досить важливим з точки зору економіки є значно менша кількість надлишкової вологої біомаси. У аеробних проце­сах утворюється від 1,0 до 1,5 кг вологої біомаси мулу, в той час як в анаеробних — тільки 0,1…0,2 кг на кожний видалений кілограм субстрату.

По-друге, в анаеробних процесах утворюється додаткове дже­рело енергії — метан (метан — найпростіший вуглеводень, безбарв­ний газ без запаху, хімічна формула — СН*, який малорозчинний у воді та легше за повітря. При використанні в побуті і промисловос­ті, в якості палива, до метану зазвичай додають одоранта зі специ­фічним «запахом газу». Сам по собі метан є токсичним та небезпе­чним для здоров’я людини. Збагачення одорантам робиться для то­го, щоб людина вчасно учув витік газу. На промислових виробниц­твах цю роль виконують датчики і в багатьох випадках метан для лабораторій і промислових виробництв залишається без запаху, який може використовуватися як пальне, яке у ряді випадків забез­печує енергетичні потреби очисних споруд. Анаеробні бактерії за середній (типовий) цикл зброджування спроможні виділити

900.. . 1000 л біогазу з одного кілограма оброблюваних органічних речовин.

По-третє, навіть без урахування використання метану, потреба у витратах енергії на аерацію в анаеробних процесах значно нижче ніж погреби в енергії на перемішування при аеробних процесах [З, 55,71-88].

Перевага анаеробного методу обробки полягає також в тому, що, на відміну від класичних аеробних способів біологічної оброб­ки, коли всі бактерії функціонують в одних і тих же умовах, в пра­вильно організованому анаеробному процесі, бактерії розділені — вони працюють за різних фізико-хімічних умов (pH, температура, і так далі). Це дозволяє оптимізувати процес анаеробного зброджу­вання за продуктивністю, одержати можливість управління ним і підвищити якість очищення стічних вод і стабілізації відходів.

При анаеробному процесі використовуються термофільні бак­терії роду Thiobacillus, що витримують температуру до 50…60 °С. Цей спосіб ефективніший, ніж при використанні мезофільних бак­терій, оскільки при тому ж рівні продуктивності має місце більш інтенсивне видалення забруднень. Що стосується деструкції пато­генних мікроорганізмів, то обидва анаеробні способи (мезофільний і термофільний) однаково ефективні [3, 88-103].

При меншій швидкості реакції анаеробного методу, порівняно з аеробним методом, для організації анаеробного процесу потрібні промислові установки великих розмірів. До того ж позначається недолік фундаментальних наукових знань про такі процеси, а також практичного досвіду та даних при їх великомасштабній експлуата­ції.

В цілому, активне використання метаногенезу при зброджу­ванні органічних відходів є, за сучасними уявленнями, одним з найбільш перспективних шляхів спільного вирішення екологічних та енергетичних проблем екосистем (рисунки 2.10 та 2.11), що є ак­туальним у теперішній час, і дозволяє, наприклад, агропромисло­вим комплексам перейти на практично цілком самостійне енерго­постачання. Інтенсифікація та оптимальне технологічне оформлен­ня процесів метаногенезу стає одним із важливих завдань сучасної промислової біотехнології [103-126].

Розвиток в області анаеробного очищення стічних вод направ­лений на розробку систем з більшою біологічною активністю, про­ектування компактніших енергоємних апаратів, а також на вивчен­ня мікробіологічного та біохімічного механізмів цих процесів.

Метантенки, які використовуються для поліпшення якості му­лу (зменшення його маси і кількості патогенної мікрофлори в ньо­му), що виводиться з очисних споруд, експлуатуються зазвичай за температу ри близько 35 °С і з великим часом перебування (більше 20 діб). Для того щоб зменшити розміри апарату, необхідно оптимі — зувати його експлуатаційні характеристики — pH, температуру, кон-
ценірацію поживних речовин та інше. Впровадження інтенсивних анаеробних процесів вимагає не лише оптимізації умов анаеробної біодеградації, але й підтримки високої концентрації активної біома­си в апараті. Для кращого утримування біомаси використовується

два підходи:

1. Забезпечуються умови для рециркуляції мулу або реактор проекту­ється так, щоб мул віддалявся з меншою швидкістю, чим рідина. З цією ме­тою до технологічної схеми включається окремий (вторинний) відстійник- освітлювач і система рециркуляції мулу, що осів (тобто принцип, який вико­ристовується в станціях аерації при реалізації аеробного процесу). Стічні во­ди із вторинного відстійника, в якому утворюється щільний зернистий мул, віддаляються зі швидкістю, яка не спричинює віднесення частинок мулу з системи очищення.

2. Застосовується твердий носій, на якому може зростати анаеробна бі­омаса і, отже, практично постійно стримуватися в реакторі. Для систем з ви­східним сгрумом рідини швидкість потоку через реактор часто визначає тип процесу. Наприклад, використання як носія піску за низької швидкості пото­ку забезпечує роботу апарату в режимі розширеного шару, тоді як великі швидкості потоку приводять до роботи в режимі псевдозрідженого шару.

Аноксична обробка відходів. Метод аноксичної обробки від­ходів передбачає переробку відходів без участі розчиненого в орга­нічних відходах кисню. Активний мул біологічно може стабілізува­тися лише аеробними або анаеробними методами. За аеробних умов обробки мікроорганізми поглинають власну протоплазму, щоб оде­ржати енергію для будівництва клітин. В результаті вуглецева час­тина мулу аеробно окислюється до С02 і Н20, а азотні компоненти окислюються до NH4 і нітрати. За анаеробних умов органічні речо­вини мулу перетворюються до СН4, С02, NH4 і жирні сульфонати з малою молекулярною вагою. Характерними особливостями цих двох процесів є великі витрати енергії, а також високі капітальні витрати на обробку органічних сполук.

У зв’язку з пим стає безперечною необхідність розробки ін­ших біологічних альтернативних методів переробки мулу та тва­ринницької біомаси в основному насту пними тваринами, показа­ними на рис. 2.12. [126-152]. Однією з таких перспективних альтер­натив є аноксична обробка при ендогенному нітратному диханні, яка має схожість з аеробною обробкою, але як акцептор електронів використовується не розчинений, а нітратний кисень [150-156].

Рисунок 2.12 — Сільськогосподарські тварини

Подальшим розвитком цієї концепції є включення до техноло­гії обробки аноксичного циклу для генерації нітратів та їх подаль­шого використання у аноксичному процесі. В цьому разі в анокси — чному реакторі реалізуються денітрифікаційні процеси, детально розглянуті в роботах [3, 157-163].

Денітрифікація — це мікробіологічний процес окислення орга­нічних речовин за допомогою кисню нітратів, що використовують енергію, яка звільнилася при нітратному окисленні для здійснення процесу синтезу мікробіологічних організмів. При надходженні ор — гановмісного стоку в ємкість з розташованою у ній біомасою акти­вного мулу має місце процес нітрифікації, при якій амонійний азот трансформується в нітрити, а потім в нітрат и. Після подачі оброб­леного стоку, що містять нітрати та органічні речовини, в ємкість реактору біомаса, яка знаходиться в ньому, шляхом ендогенного дихання поглинає залишки розчиненого у первинних стоках кисню, у зв’язку з чим його концентрація швидко зменшується. Після пов­ного вичерпання розчиненого кисню біомаса почне споживати ки­сень нітратів і нітритів, що приведе до зниження їх концентрації.

Важливою обставиною є виняткова роль сірководню, як акце­птора електронів в процесах засвоєння органічних забруднень без доступу кисню [3]. Окислювально-відновні перетворення сполук сірки реалізуються бактеріями, що представляють адаптоване спів­товариство, яке дозволяє в різних біологічних циклах сприяти очи­щенню від речовин, що містять вуглець. Велика різноманітність видів бактерій дозволяє витягувати енергію багаточисельних реак­цій, які можуть полягати в окисленні органічних і неорганічних складових, таких як сірчисті сполуки (сульфід, сіль або ефір сірча — новодневої кислоти H2S).

Аноксична обробка мулу дозволяє значно знизити енергетичні витрати порівняно з аеробною обробкою, тому що в цьому разі ви­ключаються витрати на аерацію та необхідно лише перемішування суміші в аноксічній фазі. Стабілізація мулу за допомогою аноксич — ної обробки також зменшує навантаження на активний мул очис­них споруд за поживними речовинами, оскільки загальне азотне навантаження, яке повертається до основного процесу обробки сті­чної води, зменшується через втрату вільного азоту (N2). Трансфо­рмація лужних і кислотних продуктів у процесах денітрифікації та нітрифікації також стабілізує pH системи в цілому. В результаті вища швидкість розкладання, при оптимальних значеннях pH, в ае­робних умовах може компенсувати нижчу швидкість деструкції бі­омаси за аноксичних умов. У зв’язку з цим представляється доціль­ним дослідження кінетики ендогенного нітратного дихання в умо­вах аноксичної обробки мулу та її порівняння з кінетикою аеробно­го процесу.

Комбінована обробка відходів. В даний час рядом авторів [З, 162-169] розглядається можливість вживання комбінації розгляну­тих вище методів обробки, що передбачає послідовну анаеробну, аноксичну й аеробну обробку в одній біологічній очисній установ­ці.

У анаеробному реакторі біологічна культуральна суміш підда­ється механічному перемішуванню та реалізується процес анаероб­ного зброджування за повної відсутності кисню в будь-якій формі.

У аноксичному реакторі також з механічним перемішуванням суміші приймається стік, що виходить з анаеробного реактору.

У аеробному реакторі з аераційним перемішуванням суміш живиться стоком аноксичного реактору та реалізується традицій­ний аеробний метод очищення активним мулом.

Для поліпшення роботи комбінованого методу обробки відхо­дів рециркуляційний потік очищеної води з виходу аеробного реак­тора додається до аноксичного реактора.

Вживання комбінованого методу визнається в даний час перс­пективним, оскільки при оптимальному узгодженості процесів, які реалізуються, він може забезпечити одержання переваг всіх трьох вживаних способів зброджування, згладжуючи недоліки їх викори­стання у чистому вигляді [3,55].

Комментарии запрещены.