Установки для анаэробной переработки сточных вод
Установки для анаэробной переработки сточных вод
О.В. Мосин
УСТАНОВКИ ДЛЯ АНАЭРОБНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ СТОЧНЫХ ВОД
Сточные воды, содержащие значимые количества ферментируемых органических соединений, подвергают био обработке в отсутствии кислорода в анаэробных критериях. Хотя анаэробная обработка применяется в почти всех процессах биотехнологии, основной сферой использования этого способа является переработка лишнего активного ила, образующегося при био чистке сточных вод. Концентрированный ил появляется на нескольких стадиях, в том числе при отделении жестких частиц на решетках фильтров и в первичном отстойнике, также при росте микробов в процессе био окисления (при вторичной чистке сточных вод). Ил дальше концентрируют либо сгущают методом обычный седиментации (отстаивания); ликвидации ила обычно предшествует стадия анаэробной био переработки, являющаяся одним из шагов водоочистки.
Механизм анаэробной переработки отходов, в каком участвует огромное количество видов микробов, в самом общем виде можно обрисовать последующей схемой:
На первой стадии твердые частички ила усваиваются (солюбилизируются)_внеклеточными ферментами, синтезируемыми самыми разными микробами. В системах для анаэробной обработки ила фиксируются протеолитические, липолитические и некие целлюлолитические ферменты. Так как в биореакторах для анаэробной переработки ила твердые вещества не скапливаются, потому реакции осуществляются довольно стремительно и эта стадия не лимитирует скорость всей последовательности перевоплощений.
Экспериментальное исследование последующей стадии анаэробной переработки ила — микробиологического синтеза низкомолекулярных жирных и летучих кислот из растворенных органических веществ, показало, что скорость осуществляющихся на этой стадии реакций также достаточно высока. Ответственные за эти перевоплощения организмы именуют кислотообразующими микробами; они являются факультативными анаэробными гетеротрофами и идеальнее всего работают в спектре рН от 4,0 до 6,5. Основным продуктом этой стадии является уксусная кислота, но в неких количествах образуются также пропионовая и масляная кислоты.
Важным субстратом для последней стадии процесса является уксусная кислота; показано, что около 70% всего метана появляется конкретно из этого субстрата. Стадия газификации осуществляется с ролью метанобразующих микробов, являющихся облигатными анаэробами. Эти организмы проявляют самую большую активность в еще более узеньком спектре рН от 7,0 до 7,8; их трудно выделить в виде соответственных незапятнанных культур, но в эксплуатируемом биореакторе (метантенке) смешанная культура этих микробов находит очень отличные условия для собственной жизнедеятельности. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что перевоплощение летучих кислот в аммиак (NH3) и диоксид углерода (СО2) лимитирует скорость всей последовательности перевоплощений, описываемой уравнением реакции.
На рисунке ниже представлена схема аппарата для анаэробной переработки ила (метантенка). Для предотвращения лишнего увеличения локальных концентраций кислот содержимое метантенка перемешивают. Создание критерий, удовлетворительных как для кислотообразующих, так и для метанобразующих микробов, обеспечивается поддержанием рН около 7. На рисунке указан также выносной теплообменник для поддержания завышенной температуры в резервуаре метантенка. Почти всегда температуру содержимого метантенка поддерживают на уровне мезофильного спектра (около 32—38°С), который обеспечивает наивысшую скорость переработки ила. Имеются предпосылки на то, что скорость процесса можно повысить в еще большей степени, если производить его в термофильном спектре (около 55 °С). Но, таковой температурный режим используют сравнимо изредка; одной из обстоятельств предпочтения, отдаваемого мезофильному спектру температур, является наименьший расход энергии на нагревание метантенка. При действенном смешивании и средней температуре (32—35°С) нужное для полной переработки ила время его пребывания в аппарате составляет от 10 до 30 сут.
Набросок. Схема установки для анаэробной переработки ила. (Из работы: Аткинсон Б., Биохимические реакторы. — М.: Пищевая индустрия, 1979.).
1—смотровые окна; 2 — труба для выхода газа; 3 — предохранительный клапан для регулирования давления (вакуума); 4 — пламягаситель; 5 — трубопровод для отвода газа; 6 — возвратимая вода; 7—возвратимая циркулирующая вода и расширительная камера; 8 — регулируемый слив суспензии ила; 9 — регулятор уровня; 10—вывод из камеры с илом; 11 — возврат воды в нагреватель; 12 — выпуск переработанного ила; 13 — дренажные трубы; 14 — подача сырого ила; 15 — газ; 16 — подача циркулирующей воды; 17—выносной теплообменник; /S — возврат циркулирующей воды; 19 — верхний уровень ила.
При анаэробной переработке ила в метанотенке появляется биотопливо (биогаз), которое можно использовать для понижения эксплуатационных расходов водоочистных станций. Время от времени образующийся при анаэробной переработке ила метан употребляют вне водоочистной станции для выработки тепла и электроэнергии. Газовая смесь, образующаяся при анаэробной переработке ила и накапливающаяся, как показано на рисунке, в высшей части метантенка, состоит в главном из метана (65—70%) и углекислого газа. В маленьких концентрациях в этой консистенции содержатся также сероводород (продуцируемый сульфатредуцирующими микробами), водород и углекислый газ. Газовая смесь обладает теплотворной способностью от 5800 до 6700 ккал/м3 и появляется с выходом 0,75—1,12 м3 из 1 кг переработанных органических веществ.
Таблица. Изменение состава ила бытовых сточных вод после анаэробной переработки.
Компонент
Содержание в начальном иле
Содержание в иле после переработки
Эфирорастворимые вещества
34,4
8,2
Водорастворимые вещества
34,4
5,6
Спирторастворимые вещества
2,5
1,6
Гемицеллюлоза
3,2
1,6
Целлюлоза
3,8
0,6
Лигнин
5,8
8,4
Белки
27,1
19,7
Зола
24,1
56,0
Таблица из работы: Abson I. W., Todhunier К. Я., in Biochemical and Biological Engineering Science, Blakebrough N. (ed.), vol. 1, p. 339, Academic Press, London, 1967.
Так как по собственной теплотворной возможности биогаз существенно уступает природному газу (около 8900 ккал/м3), то при наличии достаточных припасов последнего биогаз не представляется комфортным либо симпатичным топливом. Но, в связи с неизменным увеличением цен на нефть, процессам анаэробной переработки ила как возможному источнику горючего (после неотклонимого удаления сероводорода (H2S)) уделяется все большее внимание в ведущих биотехнологических компаниях мира. В итоге анаэробной переработки ил легче поддается следующим операциям. Во-1-х, содержание органических веществ в иле понижается на 50—60%. Во-2-х, значительные конфигурации претерпевают и концентрации других компонент ила. После анаэробной переработки ил в еще наименьшей степени подвержен тлению и легче обезвоживается. После обезвоживания (эту операцию нередко производят при помощи вакуумной фильтрации) ил высушивают и потом употребляют в качестве удобрения.
Литература:
Дж. Бейлли, Д. Оллис. Базы биохимической инженерии. М. Мир, 1989, 2 Т.