Влияние физико-химических параметров стоков на эффективность анаэробной и биологической очистки.

Основными факторами, влияющими на производительность анаэробных реакторов являются реакционная способность, фазовый и химический состав, а также размер частиц загру­жаемого субстрата, время удержания жидкости в реакторе, концентрация микроорганизмов внутри реактора, эффек­тивность массообмена реакционной среды, скорость загруз­ки реактора, температурный режим, рН, наличие пита­тельных и токсических веществ.

Фазовый и химический состав загрязнений

Разнообразие видового состава бактерий, входящих в ме­тановый биоценоз, позволяет использовать практически все виды жидких органических стоков для их анаэробной очистки. Естественно, что фазовый и химический состав загрязнений определяет скорость и глубину этого процесса. Teм не менее, несмотря на сложность компонентного состав
загрязнений, который часто просто неизвестен, и многочисленность биохимических реакций процесса метанового сбраживания, существует достаточно простое соотношение между составом сбраживаемого ОВ и количеством биогаза, которое может быть из него образовано:

C_n H_aO_bN_c + (n – a/4 – b/2 + 3c/4 )H₂O (n/2 + a/8 – b/4 – 3c/8)CH₄ +

+ (n/2 – a/8 +b/4 + 3c/8)CO₂ + cNH₃

О В, содержащиеся в строках, можно в первом приближе нии разделить на три класса, каждому из которых соответ ствует определенный выход метана:

Углеводы — 0,42—0,47 м³ метана/кг;

Белки -г 0,45—0.55 м³/кг;

Жиры — до 1 м /кг.

Не все количество указанных веществ, содержащихся в ис­ходном субстрате, может быть удалено за время их удержания в реакторе, поэтому обычно фактические выходы метан с единицы органического субстрата ниже. В этом отношении наиболее благоприятными являются стоки, содержащие только растворенные загрязнения. Если же сточные воды содержат взвешенные вещества, то их гидролиз может стать лимитирующей стадией всего процесса очистки.

Вообще значительное содержание взвешенных частиц отрицательно влияет на работу анаэробных реакторов второго поколения. Так , например, существует опасность забивания пространства между элементами носителя биопленки и абразивного воздействия на нее, или вытеснения из реактора флоккул (гранул) активной биомассы (мелких частей носителя). Присутствие взвешенных веществ может приводить также к образованию плавающей корки, появляющейся в результате флотации пузырьками газа. Эти обстоятельства, как правило, увеличивают необходимое время обработки стока и усложняют конструкцию установки.

Концентрация ОВ в СВ оценивается величиной химического потребления кислорода (ХПК). Это весьма удобно, т.к. часто очищаемые СВ обладают трудноопределяемыми или неизвестным составом ОВ. Кроме того, процесс метанового брожения протекает при неизменной общей массе ХПК в системе, распределяющейся в процессе очистки на ХПК метана (как правило, более 90%) и ХПК образующейся биомассы. Таким образом, используя значения биологически разлагаемой части ХПК стока, можно определить ожидаемый выход метана и, наоборот, по объему метана получить ожидаемую величину ХПК очищенного стока. Уменьшение ХПК на 64 г теоретически соответствует об­разованию 1 моля метана (1 г ХПК = 0,35 л метана при нормальных условиях). Весьма широко используется и величина БПК, в особенности применительно к многокомпонентным стокам, содержащим большое количество биологически неразлагаемых органических загрязнений. Для легкоразлагаемых стоков отношение БПК/ХПК равно примерно 0.7—0.8. Кроме того, для оценки концентрации ОВ в стоке иногда применяется и величина содержания органического углерода.

Величина прироста биомассы в ходе очистки в значительной степени зависит от длительности цепочки конверсии за­грязнений в метан: если они представлены в основном ЛЖК, то прирост биомассы не превышает 2—3% от удаленного ХПК; если же — например, сложными углеводами, то их деструкция сопровождается интенсивным приростом фер­ментативных микроорганизмов, что дает величину 10—15% от удаленного ХПК.

Концентрация загрязнений

Концентрационная шкала загрязненности сточных вод для анаэробного метода значительно отличается от общеприня­той, относящейся к аэробной очистке. Применительно к со­временным системам анаэробной обработки низкоконцентрированными считаются сточные воды, имеющие ХПК 1 — 15 г/л (менее 1 г/л — очень низкоконцентрированными), кон­центрированными — при ХПК 5—20 г/л, высококонцентрированными — при ХПК более 20 г/л.

Значения концентрации субстрата определяет величину прироста биомассы в процессе очистки единицы объема сто­ка. Вследствие низкой скорости роста метановых бактерий анаэробная очистка низкоконцентрированных стоков воз­можна только при условии эффективного удержания био­массы в реакторе. На сегодняшний день предельно нижнее значение концентрации загрязнений в сточных водах, при котором целесообразно рассматривать возможность их ана­эробной очистки составляет по БПКполн 500—1500 мг/л. Сейчас интенсивно ведутся исследования по разработке технологий анаэробной очистки городских сточных вод с кон­центрацией по БПКполн 150—300 мг/л.

Верхнее предельное значение концентрации по ХПК сто­ка, подаваемого на очистку без рециркуляции, определяет­ся тем обстоятельством, что интермедиаты метанового бро­жения — ЛЖК являются его потенциальными ингибиторами, поэтому в зависимости от конструкции реактора это значе­ние варьирует от 10 до 150 г/л.