Сыворотка

 

  

Аналогичные конструкции  применяются за рубежом. При температуре 30-37 С процесс сбраживания осадков очистных сооружений длится 18-24 сут.

Ежесуточно на московской станции аэрации подвергается сбраживанию в метантенках типовой конструкции 30 тыс. м³ осадков влажностью 96-96,5 %. Время брожения около 7 суток, выход газа 10—13 м³ с 1 м3 субстрата. Для осадков коммунально-бытовых стоков принят термофильный режим сбраживания (50—57 С), обеспечивающий снижение вероятности сохранения патогенной микрофлоры. Однако такой режим требует больших затрат на подогрев жидкости, чем мезофильный. Для сжигания биогаза в котельных необходимы специальные горелки, отличающиеся от горелок для природного газа. Биогаз, выходящий из метантенка, имеет давление около 5...6 Па, поэтому его транспортировка на далекие расстояния без предварительного сжатия невозможна. Целесообразно использовать биогаз в котельных, расположенных непосредственно возле метантенков. 

 

 

 

Рис. 3.16. Конструкция типового метантенка для сбраживания осадков сточных под:

1 - железобетонный корпус; 2 — камеры загрузки и выгрузки; 3 — газовый колпак; 4 - люк; А - субстрат; Б — сброженная жидкость; В - опорожнение, резервуара; Г -биогаз 

 

За рубежом главным  образом применяют мезофильное сбрзживание при температуре 30-40 С. Это в основном связано с высокой стоимостью топлива. Снижение мировых цен на энергетическое сырье позволяет реализовать термофильный процесс, имеющий более высокую скорость сбраживання и снижающий содержание патогенной микрофлоры. К другим достоинствам термофильного брожения относят более низкую растворимость газов и вязкость культуральной жидкости, высокую скорость диффузионного переноса компонентов субстрата к клеткам.

Развитием техники сбраживання следует считать появление устройств для возврата отстоенной биомассы анаэробных микрорганизмов в реактор. Кроме того, в настоящее время продолжают совершенствоваться схемы и аппаратура для поддержания температуры в метантенке. На рис. 3.17 показана принципиальная схема системы анаэробной очистки с применением биогаз для подогрева сбраживаемой жидкости.  

 

Рис. 3.17. Принципиальная схема  системы анаэробной очистки с  утилизацией биогаза на подогрев метантенка:

1 — метантенк; 2 - газгольдер; 3 - газовый водонагреватель; 4 — теплообменник вторичного подогрева субстрата; 5 - теплообменник-рекуператор; 6 — отстойник; А - субстрат; Б - сброженная жидкость; В — избыточный ил; Г – биогаз.  

 

 

 

Финская фирма ЕМВОМ поставляет комплекты оборудования с горизонтальными  анаэробными реакторами объемом 60, 120 и 170 м³, имеющими поперечные перегородки для лучшего перемешивания осадка (рис. 3.18). 

 

 

  

 

 

  

 

 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

 

Рис. 3.18. Комплект оборудования дня метанового сбраживания фирмы  ЕNВОМ:

1 — сборник субстрата; 2 — блок  управления; 3 — электродвигатель; 4 — насос подачи субстрата; 5 - уровень,  жидкости в реакторе; б – теплообменник-подогреватель; 7 — реактор; 8 — циркуляционный  насос для теплоносителя; 9 - перегородки; 10 - прибор контроля температуры  11 - блок управлении. подачей теплоносителя; 12 - исполнительный механизм переключения потока теплоносителя; 13 - патрубок выхода сброженной жидкости; 14 - предохранительный клапан; 15 - ловушка для очистки ила; 16 - -горелка; 17 - газовый счетчик; 18 - подогреватель теплоносителя газовый; 19 - подогреватель теплоносителя электрический; 20 - теплоноситель на внешние нужды; 21 — контроль температуры; 22 - электронагреватель; 23 - насос для теплоносителя  

 

Для анаэробных реакторов, так  же как и для аэробных, справедливо  правило, что наилучшей является конструкция, обеспечивающая наибольшую концентрацию активной биомассы в реакционной  зоне. В последнее время основным направлением является создание реакторов  с иммобилизованной микрофлорой  и взвешенным слоем биомассы (рис. 3.19). В Нидерландах разработаны высокоэффективные анаэробные реакторы со взвешенным слоем биомассы, имеющие ряд общих конструктивных признаков. Один нз них — типа BioThane (рис. 3.20) - представляет собой прямоугольный в плане резервуар, в нижнюю часть которого подается очищаемая жидкость. Благодаря наличию внутри емкости наклонных перегородок взвешенная биомасса задерживается в нижней части реактора, а газ собирается в газовых карманах. В верхней части реактора очищенная вода эвакуируется через переливы. Реактор открыт сверху, над уровнем жидкости отсутствует избыточное давление, взвешенные вещества эффективно задерживаются в реакционной зоне. Разработаны и эксплуатируются реакторы BioThane объемом 200, 800 м³ и более. На сахарном заводе реактор такого тина перерабатывает 2400 м³/сут сточной воды с ХПК 7,5 г О2/л. Рабочий объем реактора 1160 м³, нагрузка по ХПК — 15,5 кг/(м³-сут). При мезофильном процессе.выход газа 0,39 нм3/кг сброженного ХПК. Глубина сбраживания 87,5 % ХПК. 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

 

  

 

Рис. 3.19. Виды анаэробных реакторов:

а. - с иммобилизованной биомассой; б - с иммобилизованной и свободновзвешенной биомассой; в - с внутренним отстойником; 1 - насадка; 2 - лопастная мешалка; 3 - турбинная мешалка; А - субстрат; Б - сброженная жидкость; Г – биогаз 

 

 

  

 

 

  

 

 

 

Рис. 3.20. Реактор BioThane:  .    . 
1 - корпус; 2 - наклонные перегородки;  3 - газовые карманы; 4 - распределительное устройство;   5 - перелив; А - субстрат; Б – сброженная жидкость, Г - биогаз                                                                                

 

 

 

 

 

Рис. 3.21. Реактор СSМ:

1 - распределительное устройство; 2 - наклонные перегородки; 3 - циркуляционные трубы. А - субстрат; Б - сброженная жидкость; В - осадок; Г — биогаз 

 

Западногерманская фирма ВМА производит анаэробные реакторы типа СSМ, предназначенные для очистки сточных вод сахарных заводов. По конструкция системы газоотведения и задержки биомассы эти реакторы аналогичны BioThane, но их нижняя часть цилиндрической формы (рис. 3.21). Для предотвращения отложения минеральных отходов и поддержания биомассы во взвешенном состоянии реакторы СМ снабжены средствами для струйного перемешивания бродящей массы. Объем таких метантенков — 200 м³. Технико-экономические показатели те же, что и у реакторов BioThane.

Анаэробные реакторы с иммобилизованной микрофлорой  получают большее распространение, чем аэробные, поскольку в них  не нужно организовывать условия  для интенсивного массообмена. В лучитх конструкциях аппаратов для анаэробной переработки минимальное время пребывания составляет 6-15 ч при 85-90 % очистке но ХПК, что превышает характеристики аэротенков, используемых для очистки концентрированных стоков предприятий пищевой промышленности, а затраты энергии на подогрев жидкости в метантенке сравнимы с затратами на аэрацию.

Анаэробные реакторы уже не рассматриваются как пригодные  исключительно для обработки  осадков сточных вод. Уменьшение требуемого времени пребывания, следовательно, и обьемов реакторов позволяет полностью подвергать анаэробной очистке весь сток предприятия. Анаэробная очистка становится одним из необходимых звеньев технологии глубокой биологической очистки концентрированных субстратов.

Количество образующегося биогаза пропорционально концентрации органических загрязнении в исходной сточной воде. При низких концентрациях субстрата выделяющегося газа может не хватить на подогрев поступающей в метантенк сточной жидкости. Тем не менее, метантенки целесообразно применять в качестве первой ступени очистки, обеспечивающей не только снижение загрязненности, но и нормальную работу в зимнее время последующей аэробной ступени в результате нагрева жидкости. Такая схема позволяет сократить длительность аэробной очистки, поскольку метаболиты анаэробной ступени не тормозят скорость аэробных процессов. Количество выделяющегося биогаза не имеет принципиального значения, так как применение анаэробных систем может окупить себя вследствие снижения стоимости всей системы биологической очистки. 

 

3.3. КОМБИНИРОВАННЫЕ СХЕМЫ  ОЧИСТКИ 

 

В практике очистки хозяйственно-бытовых  стоков комбинированные системы  практически не применялись. Низкоконцентрированные субстраты могли быть очищены в одноступенчатом аэротенке до показателей, удовлетворяющих нормам сброса в открытые водоемы. Применение анаэробной ферментации для обработки осадков первичных отстойников и избыточных активных илов не рассматривалось как технологическая операция очистки воды. До настоящего времени термин "искусственная биологическая очистка" многими специалистами применяется только к аэробной очистке.

С появлением необходимости  быстро и глубоко очищать высококонцентрированные субстраты возникли схемы, включающие две или три ступени аэротенков. В пищевой промышленности станции двухступенчатой аэробной биологической очистки имеются на многих сахарных и молочных заводах, мясокомбинатах.

Очистка на первой ступени  протекает обычно довольно глубоко (на 90-95% по БПК₅). В процессе культивирования в жидкости накапливаются продукты обмена сообщества микроорганизмов, которое находится в реакторе первой ступени. Для изъятия этого остаточного субстрата, составляющего 5 — 10% исходной концентрации, требуется другое сообщество микроорганизмов как по видовому составу, так и по физиологической активности. Скорость очистки на второй аэробной ступени зависит от того, насколько глубоко очищена вода на первой ступени. Для достижения заданных показателей по глубине изъятия субстрата время аэрации на второй ступени должно быть в три-пять раз больше, чем на первой. Принятые объемы второй ступени очистки на действующих предприятиях сахарной, мясной и молочной промышленности явно недостаточны.

С целью сокращения времени  очистки на второй ступени и снижения объема аэротенков целесообразно использовать приемы иммобилизации микроорганизмов. Плохо оседающий ил второй ступени не задерживается во вторичных отстойниках, и для создания его высокой относительной концентрации хороший эффект дает применение различных материалов - носителей биопленки. Описана очистка по схеме аэротенк - биофильтр стоков молочного завода концентрацией 5910-7330 мг О₂/л ХПК и 2125-2720 мг О2/л БПК₅ находят применение подобные схемы для очистки стоков сахарных заводов и других пищевых предприятий. Для решения вопроса о применении биофильтра на второй ступени очистки можно использовать следующий подход. Если принять, что при достаточной производительности аэраторов на первой ступени за 20 часов можно достичь 95 % изъятия, то при концентрации субстрата 5600 мг О2/л по БПК5 очищенная вода будет иметь 280 мг О2/л БПК5. Это близкая к предельной концентрации, при которой биофильтры работают достаточно эффективно. Кроме того, надо иметь ввиду, что после предшествующей аэробной очистки скорость процесса в аэробном биофильтре снижается.

Более высокая концентрация, субстрата, поступающего на первую ступень  очистки (аэротенк), приведет к превышению предельной загрязненности выходящего стока и биофильтры на второй ступени не справятся с очисткой.

Разработка новых конструкций  анаэробных ферментаторов со взвешенным слоем биомассы и иммобилизованными микроорганизмами дала возможность использовать метановое сбраживание как одну из ступеней очистки жидкости. Сокращение времени анаэробной ферментации с нескольких суток до 12-24 часов приводит к соответствующему уменьшению обьема ферментатора, делает его соизмеримым с объемом аэротенков. По глубине истощения субстрата метановое брожение с последующим отделением биомассы также приближается к аэробному процессу. Преимуществом анаэробной ферментации является низкий экономический коэффициент (0,05-0,10 г биомассы на 1 г ХПК). Анаэробный ил уплотняется гораздо лучше (до 50 г/л), чем аэробный, что наряду с низкой продуктивностью по биомассе позволяет сократить объем образующихся избыточных осадков в 15-25 раз.

При метановой ферментации  из субстрата изымаются преимущественно только углеродсодержащие субстраты. Потери азота незначительны и имеются только в результате отделения анаэробной биомассы от сброженной жидкости. Поэтому отношение С/N в стоках существенно уменьшается. Изменяя параметры анаэробного процесса, можно управлять величиной С/N в очищенной жидкости с целью достижения наиболее подходящих значений для последующей аэробной обработки.

В проектах очистных сооружений сахарных заводов заложена, например, станции внесения биогенных элементов перед аэробной очисткой. Для корректировки отношения С/N в стоках требуется около 300 т в год минеральных удобрений (сульфата аммония, суперфосфата). Применение метантенков для обработки сточной воды перед аэротенками позволит убрать 60-80% углерода и получить стоки с благоприятным для последующей очистки составом и концентрацией загрязнений, в 4-10 раз более низкой. Это, в свою очередь, примерно во столько же раз снизит расходы на аэрацию, объемы сооружении и эксплуатационные затраты.

Продукты анаэробной ферментации  не угнетают процесс аэробной очистки. Кинетические константы аэробного процесса для сточной воды, обработанной в метантенке, имеют такие же значения, что и для исходного стока. Выдержка в анаэробных условиях сточной воды после первой аэробной ступени значительно ускоряет последующую аэробную очистку.

Анаэробно-аэробный метод  очистки стоков пищевых предприятий  за рубежом применяется достаточно широко. Изготовляются компактные установки  производительностью по жидкости 100 м³/сут и более.