Сыворотка

Шведская фирма АС Biotechnics предлагает технологию с торговым названием АНАМЕТ для очистки концентрированных субстратов естественного происхождения. Установка состоит из метантенка, вторичного отстойника анаэробного ила, аэротенка-отстойника и вторичного отстойника аэробного ила (рис. 3.22). Линия укомплектована теплообменниками для подогрева сбраживаемой жидкости, насосами, КИП и автоматикой. Поступающая сточная вода нагревается в теплообменнике до 35-37 °С и подается в метантенк, где происходит конверсия в биогаз 85% органического углерода. Осуществляется рециркуляция анаэробного активного ила из вторичного отстойника. Дальнейшая очистка производится в аэротенке-отстойнике, аэробный ил из вторичного отстойника частично возвращается в аэротенк, а избыток на сбраживание в метантенк. Общее снижение загрязненности —98% по БПК₅. Предлагаются различные модификации процесса анаэробно-аэробной очистки, однако принципиальная схема, по которой построена технология АNАМЕТ, практически не изменяется. Новшества касаются только конструкции реакторов и отстойников, применения реагентов для обработки осадков. 

 

 

    

Рис. 3.22. Схема установки  АНАМЕТ:  

1 - подогреватель субстрата; 2 - метантенк; 3 - отстойник метантенка; 4 — аэротенк; 5 - отстойник аэротенка;  А - субстрат;  Б -очищенная жидкость, В - аэробный активный ил; Г – биогаз 

 

В молочной промышленности анаэробно-аэробный метод очистки  стоков применяется более 10 лет. В  США сточные воды молочного завода с ХПК 3920 мг О₂/л, БИК₅ 3300 мг О₂/л очищают по схеме, включающей анаэробную ферментацию, очистку на аэробном биофильтре, а затем в аэротенке. Глубина очистки с возвратом избыточного ила на аэробную ступень составляет 98 - 99% по ХПК и БПК₅. Жиры и нефтепродукты в очищенной воде не обнаруживаются при их концентрации в исходном стоке до 1200 мг/л.

Опыты на пилотной установке для очистки сточных вод молочного завода с ХПК 3000 мг О2/л показали, что при применении метода типа АМАМЕТ достигается снижение ХПК на 96%, нагрузка на метантенк составляла 1-2,5 кг ХПК/(м³-сут), при этом глубина конверсии в биогаз достигала 60—77,7 %, выход метана — 300 л/кг снятого ХПК. В спиртовой промышленности анаэробно-аэробную очистку применяют для переработки стоков с БПК_ПОЛН > 6000 мг О₂/л. Установки этого типа эксплуатируются на мелассно-спиртовых заводах США, ФРГ, Японии, Индии, Польше. Снижение загрязненности в метантенках составляет 70—90 %. Мелассная барда с загрязненностью 9,4 - 12,5 кг О₂/м3 по БПК5 может быть очищена анаэробным способом на 90—97% при объемных нагрузках 1,5-3,8 кг/(м³·сут) и продолжительности процесса 6-7 суток. Выход метана 0,58-0,78 м³/кг снятого БПК₅.

Необходимость длительной очистки  стоков с чрезвычайно высокой  загрязненностью (мелассная барда) вынудила искать пути предварительного снижения содержания органических веществ в результате их утилизации с получением кормовых белково-витаминных продуктов. На послеспиртовой барде организовано крупнотоннажное производство кормового белка. Содержание органических веществ в барде за счет культивирования дрожжей Saccharomyces, Candida, Torulopusis может быть снижено на 80-90%.

Комбинированная схема, включающая стадию выращивания чистой или обогащенной  культуры микроорганизмов и последующую  анаэробно-аэробную очистку жидкости, находит применение и на других пищевых  предприятиях.

В молочной промышленности используется технология Аbсоr, в которой для предварительной очистки применяют ферментативное превращение углеводов молочной сыворотки в этанол. Включение этой стадии в схему дозволяет снизить БПК стоков на 90% и для последующей очистки жидкости применить анаэробно-аэробный метод.

Ведутся исследования по применению культивирования дрожжей перед  анаэробно-аэробной обработкой производственных сточных вод сахарных заводов. Отмечено, что дрожжевая ферментация, имеющая  целью получение кормовой биомассы, позволяет подготовить стоки  к метановой ферментации путем  разложения углеводов до более простых соединений. В результате этого содержание метана в биогазе повышается до 90 %. 

 

 

 

Выбор типового проекта метантенка (См. программу Norma SC) 

 

Совместно с канализационными осадками допускается подача в метантенки других сбраживаемых органических веществ после их дробления. При сбраживании изменяется химический состав осадка в сторону повышения зольности и снижения углеводов, жиров и белков. Применяют два режима сбраживания осадков: мезофильный (33° С) и термофильный (53° С). Выбор процесса следует производить на основании технико-экономических расчетов с учетом последующей обработки и утилизации осадка, а также санитарных требований.

Объем метантенков определяется в зависимости от фактической влажности осадка (или смеси осадка с активным илом) по суточной дозе загрузки по формуле, м3

 
 

V = Мобщ • м3\ D (117)

где Мобщ — количество осадка (или смеси осадка с активным илом), поступающего за сутки в метантенк,

м3\ D — суточная доза загрузки в  метантенк, принимаемая по табл. 62.  

 

Распад беззольного вещества загружаемого осадка в зависимости от дозы загрузки определяют по формуле 

Y = a — n1D, (118)

где у — распад беззольного вещества, %;

а — максимально возможное сбраживание  беззольного вещества загружаемого осадка, %;

пг — коэффициент, зависящий от влажности осадка и принимаемый по табл. 62. 

 

Таблица 62.  
Суточная доза D загружаемого в метантенк осадка и значение коэффициента пл при расчете метантенков 

 

Режим сбраживания    Температура сбраживания, °С                                               

 

Мезофильный                         33

Термофильный                       53

Влажность загружаемого осадка, %             93 94 95 96 97

Суточная доза D, %

1 7 8 9 10 1 11

14 | 16 18 20 22

Коэффициент пг

Мезофильный   33   1,5  0,89   0,72  0,56  0,4

Термофильный 53 0,455 0,385 0,31  0,24  0,17 

 

Максимально возможное сбраживание  беззольного вещества загружаемого осадка следует определять в зависимости от химического состава осадка по формуле 

а = (0,92ж + 0,62у + 0,346) . 100, (119)

где ж, у, б — соответственно содержание жиров, углеводов и белков, г на 1 г беззольного вещества осадков. При отсутствии данных о химическом составе осадка допускается принимать: для осадков из первичных отстойников а0 = 53%; для избыточного ила аи = 44%; для смеси осадка с активным илом аСм по среднеарифметическому соотношению Смешиваемых компонентов по беззольному веществу. 

 

Величину а для смеси осадка с активным илом определяют по формуле

асм = (а0Обз + аиибз)/Мбз = (0,53Обз + 0,44i/63)/Af63, (120)

где Обз, Ut3 и Мб3 определяются по формулам табл. 53. 

Выход газа определяют по уравнению  Г = (а — ttxD)/100, (121)

где Г — выход газа в м3 на 1 кг загружаемого беззольного вещества (плотность газа принята равной 1).  

 

При наличии в сточных водах  ПАВ величину суточной нагрузки Д принятую в табл.9, проверяют по формуле, %

и С (100 — W) ' yvLL)

где С — содержание ПАВ в осадке в мг/г сухого осадка, принимаемое по экспериментальным данным или табл. 63;

q — предельно допустимая нагрузка рабочего объема метантенка в сутки, принимаемая 40 г/м3 для алкилбензолсульфонатов с прямой алкильной цепью, 85 — для других «мягких» и промежуточных анионных ПАВ; 65 — для анионных ПАВ в бытовых сточных водах.   

 

 

 

Таблица 63. Содержание анионных ПАВ, же на 1 г сухого вещества осадка (СНиП И-32-74)  

 

Исходная концентрация ПАВ в  сточной воде, мг/л	5	10	12
Осадок из первичных отстойников	5	С	15
Избыточный активный ил	с	О	13
Исходная концентрация ПАВ в  сточной воде, мг/л	20	О	7
Осадок из первичных отстойников	17	25	30
Избыточный активный ил	7	20	24

 

  

 

При проектировании метантенков надлежит предусматривать следующие условия: герметичность резервуаров, рассчитанная на давление газа до 300 мм вод. ст.\ площадь газосборной горловины для пропуска 700—1000 м3 газа в сутки на 1 мг\ перемешивающие устройства пропуска всего объема бродящей массы в течение 5 — 10 ч. 

 

 

 

Таблица 64. Оборудование. Конструктивные размеры метантенков 

 

Типовый проект		902-2-227	902-2-228	902-2-229	902-2-230
Диаметр, м	10	12,5	15	17,5	20	24,2
Полезный объем одного резервуара, м3	500	1000	1600	2500	4000	5200
Высота, м	1,45	1,9	2,35	2,5	2,9	4,63
Строительный объем, м3	5	6,5	7,5	8,5	10,6	8,5
верхнего конуса цилиндрической части	1,7	2,15	2,6	3,05	3,5	4,9
нижнего конуса		652	2035	2094	2520	3011
здания обслуживания киоска газовой  сети		100	112	136	174	212

 

  

 

Необходимо также предусмотреть  мероприятия, обеспечивающие взрывобезопасность оборудования и обслуживающих помещение  метантенков, подогрев и перекачку осадка, системы отвода газа, опорожнения резервуара и переключения трубопроводов.

 
Рекомендуется принимать типовые  конструкции метантенков (табл. 64). Объем избыточного активного ила, образующийся на очистной станции, в 1,5—2,5 раза превышает объем осадка из первичных отстойников.

 
Высокая влажность и большое содержание белка в иле обусловливает  низкий выход газа при анаэробном сбраживании. По экономическим показателям значительно выгоднее сбраживать в метантенках один сырой осадок, а активный ил подвергать аэробной стабилизации.

 
При этом значительно сокращается  объем метантенков, что позволяет полностью обеспечить их теплом за счет сжигания образующегося газа. Особенно перспективно и экономично применение аэробной стабилизации избыточного неуплотненного активного ила при невысокой концентрации взвешенных веществ в сточной жидкости на небольших очистных станциях. Оборудование установки аэробной стабилизации по сравнению с оборудованием установки анаэробной стабилизации проще как в конструктивном исполнении» так и при эксплуатации. Аэробную стабилизацию осуществляют в аэрационных сооружениях — аэротенках с пневматической, механической или пневмомеханической аэрацией. Аэробная стабилизация заключается в длительном аэрировании в сооружениях типа аэротенков, в результате чего происходит распад (окисление) основной части биоразлагаемых органических веществ до конечных продуктов — С02, Н20 и Н3. Оставшиеся органические вещества стабилизируются, т.е. становятся не способными к последующему загниванию. 
Аэробный процесс сопровождается потреблением кислорода примерно 0,7 кг на 1 кг органического вещества. Эффективность процесса аэробной стабилизации зависит от его продолжительности, интенсивности аэрации, температуры, а также состава и свойства окисляемого осадка. Все органические вещества (ОВ) осадка, поступающего на стабилизацию, S можно условно разделить на две части: активную (распадающуюся) Sa и инертную St. Относительный распад ОВ в процессе стабилизации а определяют по формуле

a = (S0-St)/Sot (123) 

 

Он не может превысить некоторой  величины А предела распада, определяемого по формуле

4 = Sae/S0, (124) 

где индекс 0 характеризует начальное  состояние, а индекс t — состояние через время t.