Анаэробная очистка сточных вод

Анаэробная очистка – это анаэробный (в отсутствие кисло­рода) двухстадийный процесс биохимического превращения орга­нических загрязнений сточных вод в метан и диоксид углерода. Вначале под действием бактерий органические вещества сбражи­ваются до простых органических кислот (кислая фаза), а на второй стадии эти кислоты уже служат источником питания метанообразующих бак­терий (щелочная фаза).

Основная реакция метанообразования:

СО₂ + 4Н₂А → СН₄+ 4А + 2Н₂O,

где Н₂А - органическое вещество, содержащее Н₂.

Метан может образовываться в результате распада уксусной кислоты:

СН₃СООН → СН₄+ СО₂, СО₂ + 4Н₂ → СН₄ + 2Н₂O.

При определенных условиях конечным продуктом может быть и аммиак.

Метановые бактерии очень чувствительны к колебаниям внешних факторов. Это обстоятельство обусловливает меньшую гибкость и устойчивость анаэробного процесса, чем аэробного, и требует строгого контроля и регулировки входных параметров стоков. Оптимальными в аппарате считаются следующие: темпе­ратура 30-35 ⁰С, рН 6,8-7,2, ОВ-потенциал среды ≈-0,25.

Анаэробной очистке могут подвергаться достаточно концентрированные сточные воды с БПК₅ не менее 500-1000 г/м³. Ана­эробные аппараты сложнее по конструкции, чем аэротенки, и бо­лее затратные при строительстве.

Обычно анаэробное оборудование применяют для сбражи­вания осадков первичных отстойников и избыточного активного ила аэробных биохимических систем очистки бытовых стоков и их смесей с промстоками.

Степень распада органических соединений составляет 40-50%.

Предложены и используются одно- и двухступенчатые сис­темы очистки и разные типы реакторов.

В двухступенчатой систе­ме (рис.) первое сооружение – это биоустановка непрерывного действия с полным перемешиванием, второе сооружение может быть использовано для отделения и концентрирования твердых веществ (эту функцию могут также выполнять отстойники, центрифуги и др.).

Рис. Двухступенчатая система анаэробного разложения (а): 1 – вход отходов;

2 – отвод газа; 3 – иловая смесь; 4 – жидкий сток; 5 – суспензия; 6 – возврат ила;

7 – устройство для перемешивания; 8 – насадка (субстрат)

В таких системах возможен возврат (рециркуляция) части осадка из второй ступени в первую для увеличения в ней дозы биологиче­ски активных микроорганизмов и интенсификации процесса. Од­нако применение обычных отстойников на второй ступени воз­можно только при условии предварительной дегазификации пото­ка первой ступени, поскольку газовыделение препятствует отстаи­ванию. Поэтому двухступенчатые системы в основном используют для частичного разделения двух стадий анаэробной обработки: получения летучих органических кислот и метанового брожения.

В качестве анаэробных аппаратов в основном используют метантенки – сооружения, работающие по принципу реактора с полным перемешиванием.

Рис. Метантенк: 1 – газовый колпак для сбора газа; 2 – газопровод от газового колпака; 3 – пропеллерная мешал­ка; 4 – трубопровод для загрузки (например сырого осадка и активного ила); 5 – трубопроводы для удаления иловой воды или выгрузки сброженного осадка с разных уровней; 6 – инжектор подачи острого пара для подогрева содержи­мого метантенка и перемешивания; 7 – трубопровод выгрузки суспензии твердофазных продуктов сбраживания (например сброженного осадка); 8 - циркуляционная труба; 9 – трубопровод для опорожнения метантенка

Различают метантенки открытого и закрытого типов (послед­ние – с жестким или плавающим перекрытием).

В сооружении с неподвижным жестким перекрытием (рис.) уровень бродящей массы поддерживается выше основания горловины, так как в этом случае зеркало массы мало, велика интенсивность отвода газов и не образуется корка. Для ускорения процесса массу перемешива­ют и подогревают до 30-40 ⁰С (при мезофильном сбраживании) острым паром низких параметров (0,2-0,46 МПа). Основная циркуляция в метантенке осуществля­ется пропеллерной мешалкой.

Типовые метантенки имеют полезный объем одного резер­вуара 1000-3000 м³. Условно это объем разделяется на четыре с разными функциями части: объем для образования плавающей корки, объем для иловой воды, объем для собственно сбражива­ния, объем для уплотнения и дополнительной стабилизации осад­ка при хранении (до 60 сут.).

Максимально возможная суточная доза загрузки (в м³/сут на 1 м³ аппарата) определяется тем, что увеличение этой дозы вы­зовет превышение выноса с выходящим потоком из сооружения активных бактериальных клеток над их ростом и через опреде­ленное время в системе не останется достаточного количества действующих организмов.

Недостатки анаэробных систем: малая скорость роста микробов, высокая продолжительность пребывания биологически активных веществ в сооружениях (2-6 сут.).

Преимущества метода: минимальное образование биологически активных твердых веществ, получение полезных продуктов (горючий газ 65% метана и 33% диоксида углерода, сброженный ил).

Для обработки и сбраживания сырого осадка применяют три вида сооружений: 1) септики (септиктенки); 2) двухъярусные отстойники (эмшеры); 3) метантенки.