33. Аппаратное усовершенствование метантенков сбраживания осадков.

Можно усовершенствовать:

1. изменить технологическую схему.

2. изменить аппараты

Основные элементы метантенков:

1. система подачи и выгрузки осадка

2. система подогрева

3. система перемешивания бродищей массы

4. система сбора и отвода газа

Каждый элемент системы м. интенсифицировать. Лидер у нас в стране – Москва. В Москве работает 44 метантенка. Встала проблема утилизации осадка. Потом начали смотреть на проблемы и поняли, что на метантенки шло много песка, из-за этого объем метантенков уменьшился на 30%. Решение: улучшили работу песколовок, корку загрязнений отправляют в голову сооружения, а не в метантенк. Вторая проблема: неэффективное инжекторное перемешивание, третья проблема – плохая рекуперация тепла, четвертая проблема – использование мезофильного режима, также сложности с эксплуатацией устаревшего газового оборудования. Можно повысить скорость разложения органических веществ в результате повышения эффективности работы метантенков:

Исходный осадок: 70% - органические вещества + 30% - зольная часть

Сброженный осадок: 25% - биогаз, 45% - органическое вещество.

Усовершенствование системы перемешивания и сбора газа:

В московском водоканале приняли механическое перемешивание. Приняли мешалки лопастные или пропеллерные с диаметром лопастей 3-4 м. Выход биогаза получили на 15-20% больше. Поставили газовые колпаки новых конструкций. Кроме механического перемешивания применяется еще перемешивание биогазом:

Отводимый из метантенка газ возвращается в массу осадка, в результате идет водоворотное перемешивание внутри метантенка от центра к периферии, расход газа д.б. 0,8м3/м2 метантенка в час. Потребление энергии 5-6Вт/м³ метантенка.

Инжекторный способ-неэффективно

при помощи циркуляционных насосов

Система нагрева:

Кроме перемешивания более эффективного надо еще более эффективно нагревать. Способ-острым паром с t =110-112. Подается во всасывающую трубу и обеспечивается перемешивание и подогрев. Самое эффективное – система рекуперации нагретого осадка, с помощью теплообменников возвращают тепло от перегретого осадка.

1. Схема обработки осадка с использованием теплообменника:

1,6 - илоуплотнители; 2- ПО; 3- теплообменник; 4- метантенк; 5- камера промывки; 7- фильтр-прессы; 8- гравитационные ленточные сгустители.

Теплообменники большие, но потом разработали очень компактные спиральные теплообменники. Теплообменник диаметром 11м, действует один для 2х блоков, есть 2 контура. По одному контуру сброженный осадок, по второму подогреваемый осадок. Скорость движения осадка по контурам 1,2м/ч. Нагреваемый осадок подается насосом, сброженный м. подаваться либо самотеком, либо насосами. При теплопередаче достигается температура до мезофильного режима, далее остается его подогреть до термофильного режима. Если прикинуть экономичность, то спиральный ТО приводит к экономии энергии 3Гкал/ч, при этом меньше топлива на подогрев, значительно снижаются выбросы.

2. Горизонтальный спиральный теплообменник:

1-холодный осадок; 2-горячий сброженный осадок; 3-нагретый осадок; 4-охлажденный сброженный осадок.

Сбор и отвод газа-установка газовых колпаков

транспорт-спец газовая сеть из нерж труб.

аккумулирующие газгольдеры.

34. Технологическое усовершенствование метантенков для сбраживания осадков.

Можно усовершенствовать:

1. изменить технологическую схему.

2. изменить аппараты

Метантенки можно усовершенствовать следующими путями:

усовершенствование традиционной технологии сбраживания в одноступенчатом метантенке

1. повышение температуры сбраживания

2. предварительная термическая обработка-свежий осадок уплотняют и нагревают до150-180 град-термический гидролиз=> поступает в метантенки и находится в мезо 10-12сут. «-» возникновен вв, которые не разлагаются биологически и ингибируют метаноброжение.

3. Повышение эффективности перемешивания осадка в метантенке

4. переход на его непрерывную загрузку и выгрузку

5. повышение концентрации загружаемого осадка и биомассы микроорганизмов за счет ее рециркуляции или удержания на носителях

6. подготовка осадка к сбраживанию

-предварительная обработка ферментами. происходит только тогда, когда осадки полностью растворены. постоянное добавление ферментов-дорого

-предварительная механическая обработка-осадок проходит ч/з шаровые мельницы, экструдеры. –быстрый износ и разрушение аппаратов.

-предварительная обработка ультразвуком. частота 20-40кГц – эффект кавитации, частички растворяются и выходит биогаз. Разрушает нитчатые микроогранизмы, снижает риск пенообразования.

-предварительная химическая обработка озоном- усиливает гидролиз веществ. Дорого расходуется на окисление неорганики

Термофильный режим: +большая глубина распада, обеззараживание +меньшая строительнавя стоимость, -плохо отдает воду, большие энергозатраты

Мезофильный режим +менее энергоемкий, +осадок лучше отдает воду –меньшая глубина разложения и нет обеззараживания.

лучшее-совмещать эти режимы- термо-мезофильный режим. разделить разложение кислотогенной фазы на первой стадии, на 2ой стадии метаногенез.

кислотогенная фаза-гидролиз БЖУ, ацетатопластическая, ацетатогенная фазы-термофил. затем метаногенез происходит в мезофильном метантенке.

Это 2х фазное анаэробне сбраживание. Разделяют разные бактерии 2х видов бактерий, им так лучше.

При этом процесс проводится при 55-60 градусах в течении 2-3х суток в 1 ступени метантенков и при 35-37 град в течении 10-14 суток во 2ой ступени. Нагрузка на 1ой фазе 10-30кг/м3сут по органике, на 2ой фазе 2-4кг/м3сут.

Схема 2х фазного анаэробного сбраживания:

г аз

На первой ступени лучше использовать экстратермофильный режим (65град), тогда 1 фаза идет чуть больше половины суток.

Есть еще способы улучшения работы метантенков:

1. Твердофазная метаногенерация. Это обработка осадка кислотой, потом метанация. Снижение рН, а потом нбх его повысить, так как метанация происходит при более высоких рН. Метод находится в стадии изучения в лабораториях.

2. Способы деструкции клеток микроорганизмов самого активного ила. Термическая деструкция при температурах от 100 до 180 град в течении 30-60мин, при этом ХПК иловой воды увеличивается с 50 до 2500(при 100 град) и 7400(при 180 град) мг/л. Механическая деструкция путем удара струи активного ила с использованием установки типа шаровой мельницы с размерами частиц от 0,1 до 3мм и скоростью вращения до 2500 об/мин, в результате кол-во растворимого протеина увеличивается до 45%. Ультразвуковая деструкция с использованием в качестве излучения пьезокерамического элемента с рабочей частотой 20кГц.

Еще проблема использования метантенков: утилизация биогаза. Биогаз с ОС обычно содержит более 25% углекислого газа и он не воспламеняется. Но разделив фазовое разделение мы поднимем процент метана в составе газа. Теплотворная емкость метана составляет 36 кДж/м3. Эта же величина биогаза изменяется от состава биогаза: метана 65% - 33,3 кДж/м3. Биогазом можно нагревать метантенк, но он еще м.б. еще и источником энергии. Если его хотят использовать как энергию, то нужны еще средства удаления из него некоторых компонентов. Для использования газа для сушки осадка, для подогрева метантенка используется котел для биогаза. Оборудование д.б. коррозионно стойким, если биогаз предполагается использовать для электроэнергии, то используют газовые турбины, из биогаза требуется удаление воды, сероводорода и пыли. Если биогаз для последующего использования требуется хранить под давлением, то надо удалить воду, углекислый газ, сероводород и металлы.

из 1т жира получается 1,1-1,5 м³ метана

из углеводов – 0,8-0,9

мыла- 1,1-1,3

белков-0,5-0,7

сПАВ ингибирует процесс метанации, не образует биогаз

аммиак в конц до 200мг/л показывает положительное влияние на метанацию, а свыше 1500-ингибирует. св 3000-останавливает

ЛЖК ингибирует при конц>8мг/л

тяж Ме- ингиб при 0,93% Cu=0,93% Cd=1% Zn=0,97% Fe=9,5% Cr(II)=2,2%

K, Mg, Na, Ca – вредны

Макроэлементы в меньшей степени воздействуют на процесс метанации. Опасные вва при брожении:

МЕТАН-взрыво и пожароопасен- может сам взрываться при определенном соотношении конц с воздухом. 1:5 - 1:15 – взрывается самостоятельно.

Если кол-во газов больше, то это горючая смесь.

При обработке осадков при помощи метантенков оч важно соблюдение температуры.

подача и отвод, подогрев, перемешивание, сбор и отвод газа дб проведены правильно и эффективно. также важны внешние условия, рН, внеш t, токсичность вва в осадке, сод орг вв и их соотношение.