25. Анаэробная очистка сточных вод. Область применения и отличительные параметры.
Анаэробные биологические методы очистки применяются в различных отраслях
промышленности для очистки сточных вод, загрязненных органическими соединениями. Эти методы привлекательны для потребителей тем, что в процессе очистки сточных вод от органических загрязнений, что выражается в уменьшении концентрации ХПК, в качестве конечного продукта образуется биогаз, который можно сжигать, получая либо тепло, либо электричество. Кроме того, при использовании анаэробных методов не образуется большого количества избыточного активного ила. Особенную трудность для инженеров и технологов с точки зрения очистки представляют прежде всего сточные воды, имеющие однородный состав (загрязненные, например, в основном жирами ) - так называемые моносточные воды. В этом случае при проектировании очистных сооружений необходимо учитывать условия разложения микроорганизмами основного органического компонента, что и должно быть заложено в основу технологического процесса с целью достижения максимальной эффективности очистки при минимуме инвестиционных затрат.
Что является основой анаэробной очистки сточных вод
При анаэробном преобразовании органических субстратов в метан под воздействием микроорганизмов (бактерии, анаэробный ил) должны быть последовательно реализованы 4 стадии разложения. Отдельные группы органических загрязнений (углеводы, протеины, липиды/ жиры) в процессе гидролиза преобразуются сначала в соответствующие мономеры (сахара, аминокислоты, жирные кислоты). Далее эти мономеры в ходе ферментативного разложения (ацитогенеза) преобразуются в короткоцепочечные органические кислоты, спирты и альдегиды, которые затем окисляются дальше в уксусную кислоту, что связано с получением водорода. Только после этого доходит очередь до образования метана на этапе метаногенеза (ср. рисунок 1). В качестве побочного продукта наряду с метаном образуется также и углекислый газ (CO2).Все процессы преобразования тесно взаимосвязаны друг с другом и должны протекать в емкости анаэробного реактора в строго установленном порядке, т.к. любое нарушение одного из промежуточных этапов приводит к нарушению всего процесса. Поэтому требуется точное проектирование очистных сооружений и их настройка на соответствующую сточную воду.Для сточных вод с однородным составом на практике осуществляются далеко не все возможные реакции разложения. На так называемом адаптивном этапе осуществляется выбор определенного пути разложения органических веществ в результате жизнедеятельности соответствующих микроорганизмов.
|
Рисунок 1: Этапы разложения анаэробного преобразования
В зависимости от того, какой класс органических веществ преобладает в сточной воде, меняется состав биогаза и доля метана в нем (см. таблицу 1). Углеводы в большинстве случаев разлагаются легко, однако они дают сравнительно меньшую долю метана. При разложении жиров и масел образуется большее количество биогаза с высоким содержанием в нем метана, однако, разлагаются они очень медленно. Кроме того, жирные кислоты, образующиеся как побочные продукты при разложении жиров и масел, могут препятствовать всему процессу разложения.
Области применения анаэробной технологии очистки
1. Сточные воды молокозавода. Сточные воды молокозаводов характерны высоким содержанием органических веществ (ХПК 2000 – 4500 мг/л), жиров, взвешенных веществ. Для возможности применения анаэробного реактора необходимо предусмотреть предварительную стадию очистки сточных вод с целью удаления свободных и эмульгированных жиров. Для этого, чаще всего, применяются флотационные установки (Lugan или Flomar), которые позволяют обеспечить степень удаления жиров более 98%.
Предварительно очищенных от жиров сточные воды могут подаваться на биологическую анаэробную стадию очистки с применением метанреактора, которая служит для удаления более 85% растворенных органических соединение (ХПК) с образованием биогаза. Биогаз используется на предприятии с целью экономии основных энергоресурсов. При сжигании биогаза возможно получение пара или электроэнергии.
26. Технологическая схема сооружений обработки осадков сточных. Виды и характеристики осадков, образующихся в процессе очистки.
|
|
|
В процессе биохимической очистки в первичных и вторичных отстойниках образуются большие массы осадков: осадки в основном минерального состава; осадки в основном органического состава; смешанные осадки, содержащие как минеральные, так и органические вещества. В процессе биохимической очистки в первичных и вторичных отстойниках образуются большие массы осадков: осадки в основном минерального состава; осадки в основном органического состава; смешанные осадки, содержащие как минеральные, так и органические вещества. Для обработки и обезвреживания осадков используются различные технологические процессы. Уплотнение активного ила. Уплотнение осадков связано с удалением свободной влаги и является необходимой стадией всех технологических схем обработки осадков. При уплотнении удаляется в среднем 60 % влаги и масса осадка сокращается в 2,5 раза. Наиболее трудно уплотняется активный ил. Влажность активного ила составляет 99,2-99,5 %. Для уплотнения используют гравитационный, флотационный, центробежный и вибрационный методы. Гравитационный метод уплотнения является наиболее распространенным и применяется для уплотнения избыточного активного ила и сброженных осадков. Он основан на оседании частиц дисперсной фазы. В качестве илоуплотнителей используют вертикальные или радиальные отстойники. Флотационный метод уплотнения осадков основан на прилипании частиц активного ила к пузырькам воздуха и всплывании вместе с ними на поверхность. Для образования пузырьков воздуха может быть использован метод напорной флотации, вакуум-флотации, электрофлотации и биологической флотации (за счет развития и жизнедеятельности микроорганизмов при подогреве осадка до 35-55°С). Наибольшее распространение на практике получила напорная флотация. При этом в осадок активного ила подается определенное количество воды, предварительно насыщенной воздухом под давлением до 0,4 МПа. При снижении давления выделяется растворенный воздух в виде мелких пузырьков. Схема уплотнения ила флотацией показана на рис.6.28, а схема флотационного уплотнителя - на рис.6.29. Рабочую жидкость подают по трубопроводам в нижнюю часть распределительного устройства. Сфлотированный ил собирают скребком, выполненным в виде спирали Архимеда, в периферийный лоток. Расход воздуха на уплотнение составляет 50-60 л/м3. Влажность уплотненного ила достигает 94,5-95 %. Сгущение активного ила проводят в гидроциклонах, центрифугах и сепараторах. Стабилизация осадков. Этот процесс проводят для разрушения биологически разлагаемой части органического вещества на диоксид углерода, метан и воду. Стабилизацию ведут при помощи микроорганизмов в анаэробных и аэробных условиях. В анаэробных условиях проводится сбраживание в септиках, двухъярусных отстойниках, осветлителях-перегнивателях и метантенках. Септики и отстойники используют на установках небольшой производительности. Высокая влажность и большое содержание белка в активном иле приводят к низкому выходу газа при анаэробном сбраживании. Исходя из этого, выгоднее в метантенках сбраживать один сырой осадок из первичных отстойников, а активный ил подвергать аэробной стабилизации. Аэробная стабилизация заключается в продолжительной обработке ила в аэрационных сооружениях с пневматической, механической или пневмомеханической аэрацией. В результате такой обработки происходит распад (окисление) основной части биоразлагаемых органических веществ (до С02, Н20 и NH3). Оставшиеся органические вещества становятся неспособными к загниванию, т.е. стабилизируются. Расход кислорода на процесс стабилизации приблизительно равен 0,7 кг/кг органического вещества. Аэробную стабилизацию можно проводить и для смеси осадков из первичного отстойника и избыточного активного ила. Эффективность процесса аэробной стабилизации зависит от его продолжительности, интенсивности аэрации, температуры, состава и свойств окисляемого осадка. Стабилизацию можно проводить по двум схемам (рис.6.30). В схеме на рис.6.30, а в стабилизатор подают уплотненный избыточный активный ил, а стабилизированный осадок поступает на последующую обработку. В схеме на рис.6.30, б в стабилизатор подают избыточный ил из вторичных отстойников. Из стабилизаторов осадок поступает в уплотнитель. Часть осадка возвращают в стабилизатор. Кондиционирование осадков. Этот процесс предварительной подготовки осадков перед обезвоживанием или утилизацией проводят для снижения удельного сопротивления и улучшения водоотдающих свойств осадков вследствие изменения их структуры и форм связи воды. От условий кондиционирования зависит производительность аппаратов обезвоживания, чистота отделяемой воды и влажность обезвоженных осадков. Кондиционирование проводят реагентными и безреагентными способами. При реагентной обработке осадка происходит коагуляция - процесс агрегации тонкодисперсных и коллоидных частиц. В качестве коагулянтов используют соли железа, алюминия [FeS04, Fe2 (S04) 3, FeCl3, A11 (S04) 3] и известь. Эти соли вводят в осадок в виде 10% -х растворов. Могут быть также использованы отходы, содержащие FeCl3, A12 (S04) 3 и др. Наиболее эффективным является применение хлорного железа совместно с известью. Доза хлорного железа составляет 5-8 %, извести 15-30 % (от массы сухого вещества осадка). Вместо коагулянтов можно использовать и флокулянты. Для осадков с высоким содержанием органических веществ (25-50 %) целесообразно использовать только ка-тионные флокулянты; для осадков с зольностью 55-65 % следует комбинировать ка-тионные и анионные флокулянты; для осадков 65-70 % рекомендуют анионные флокулянты. В осадок флокулянты вводят в виде растворов концентрацией 0,01-0,5 % по активной части. Доза флокулянта при обезвоживании осадков фильтрованием 0,2-1,5 %, при центрифугировании 0,15-0,4 % (на сухое вещество). К безреагентным методам обработки относятся тепловая обработка, замораживание с последующим отстаиванием, жидкофазное окисление, электрокоагуляция и радиационное облучен |
В зависимости от типа сооружений, применяемых для очистки сточных вод, осадки подразделяются на следующие виды:
грубодисперсные примеси (отбросы), задерживаемые решётками;
тяжёлые примеси (песок), задерживаемые песколовками;
плавающие примеси (жировые вещества), всплывающие в отстойниках;
сырые осадки - оседающие взвешенные вещества, задерживаемые первичными отстойниками;
избыточный активный ил, задерживаемый во вторичных отстойниках, - комплекс микроорганизмов коллоидного типа с частично окисленными загрязнениями, извлечёнными из сточных вод в процессе биологической очистки;
избыточная биопленка после биологической очистки в биофильтрах;
активный ил с коагулянтами или флокулянтами;
смеси осадков и илов.
В зависимости от дальнейшей обработки осадок может быть:
сброженным в анаэробных условиях (в осветлителях-перегнивателях, двухъярусных отстойниках, метантенках);
стабилизированным в аэробных условиях (активный ил или его смесь с осадком из первичных отстойников);
сгущенный или уплотнённый активный ил (в илоуплотнителях);
осадок, обезвоженный на механических аппаратах;
осадок, подсушенный на иловых площадках;
осадок, термически высушенный в различных сушилках.