Зброджування осадів в метантенках
Анаеробне зброджування – це біологічний процес зменшення органічної речовини осаду за допомогою мікроорганізмів за відсутністю кисню повітря. Здійснюється процес цей в закритих ємкостях – метантенках. Умовно прийнято, що процес розпаду органічної речовини осадів у анаеробних умовах відбувається в дві стадії:
1) гідроліз складних органічних речовин, у результаті якого утворюються жирні кислоти, спирти, альдегіди і т.п.;
2) метанова стадія – перетворення цих проміжних продуктів на метан і вуглекислоту, а також бікарбонатні й карбонатні солі.
Кінцевими продуктами процесу є зброджений осад, метан СН4 (60–70%) двуокис вуглецю СО2 (16–34%) і вода. У зв'язку з розпадом органічної речовини, кількість сухої речовини зменшується приблизно на 30%, але її об'єм практично мало змінюється у зв'язку з утворенням додаткової вологи.
Основними технологічними параметрами, що визначають ефективність процесу анаеробного зброджування осадів, є їх хімічний склад, температура і тривалість зброджування, навантаження за органічною речовиною, концентрація завантажуваного осаду, а також режим завантаження і перемішування вмісту камери зброджування.
Одним з найважливіших чинників, що впливають на швидкість росту анаеробних мікроорганізмів і ефективність розпаду осаду, є температура.
Зброджування осадів можна здійснювати в мезофільному або термофільному режимах. Оптимальна температура для мезофільного режиму 30–38°С, для термофільного – 50–57°С. Останній має переваги в санітарному відношенні, оскільки забезпечує повну дегельмінтизацію осаду (особливо якщо осад використовують для добрива ґрунту), тоді як в умовах мезофільних температур гине лише 50–80% всієї кількості яєць гельмінтів.
Термофільне зброджування відрізняється від мезофільного більшою інтенсивністю і закінчується приблизно в 2 рази швидше. Крім того, оскільки дози завантаження при термофільному режимі приблизно в 2 рази більші, ніж при мезофільному, з'являється можливість скоротити об'єми метантенків, а отже, і капітальні витрати на їх будівництво, поліпшуються санітарно–гігієнічні показники осадів, але вимагає майже удвічі більшої витрати тепла.
При зброджуванні змінюється структура осаду. Крупні частки роздрібнюються, що призводить до збільшення кількості зв'язаної води в збродженому осаді і, відповідно, зниження водовіддаючої здатності.
Осади, зброджені в термофільних умовах, значно гірше віддають воду і вимагають глибшої підготовки до механічного збезводнення, ніж осади зброджені в мезофільних умовах. Зброджування осаду в термофільних умовах вимагає великої витрати тепла, яке в ряді випадків не покривається за рахунок газу, що виділяється при зброджуванні суміші осадів.
Метантенки – герметичні резервуари, що забезпечують зброджування осадів без доступу кисню повітря при підтримці оптимальної температури зброджуваного осаду. На відміну від двоярусних відстійників і освітлювачів–перегнивачів у метантенках здійснюють підігрівання осадів до 33 чи 53 °С, їх інтенсивне перемішування та утилізацію утворюваного біогазу.
Метантенки являють собою залізобетонні або металеві резервуари з теплоізоляційним покриттям. Резервуари можуть бути циліндровими з конусним днищем і конічним або сферичним перекриттям, а також кулястої, яйцевидної форми. Часто, для кращої теплоізоляції, метантенки влаштовують заглибленими в землю або обволікають землею. Кожен метантенк обладнаний трубопроводами подачі вихідного осаду й видалення збродженого, системами нагрівання, перемішування, збору й видалення газу, розпушувачами пробки, що утворюється на поверхні, а також системою автоматики. Осад завантажують у верхню частину метантенка і вивантажують з його нижньої частини.
У метантенках приймають мезофільний (t=33°С) або термофільний (t=53°С) режим зброджування. На більшості очисних станцій зброджування здійснюють у мезофільних умовах, що дає можливість вироблення біогазу в кількості, достатній як для підігріву метантенків, так і для отримання додаткового тепла. Термофільний процес дає можливість у 2 рази прискорити розпад органічної речовини та поліпшити санітарно–гігієнічні показники осадів, проте вимагає майже вдвічі більшої витрати тепла.
Час перебування осаду в метантенках при мезофільному режимі складає 20–25 діб (термофільний процес зброджування закінчується в 2 рази швидше). Перевагами такої обробки є високий розпад беззольної речовини осаду (і відповідно вихід біогазу), його добрі водовіддаючі властивості, а також мінімальна витрата тепла на підтримку необхідної температури. Проте тривалий час перебування осаду в метантенках вимагає дуже великих капітальних витрат на стадії будівництва.
Рис. 11.1 – Принципова схема метантенка з нерухомим незатопленим
перекриттям:
1 – гідроелеватор; 2 – випуск мулу
Теплоізоляція метантенка забезпечується за рахунок обваловки резервуару землею (або обкладання цеглиною з теплоізолюючим прошарком) і покриття куполу багатошаровим утепленим перекриттям.
У метантенках відбувається розпад (мінералізація) органічних речовин осаду за рахунок діяльності анаеробних мікроорганізмів, в процесі чого виділяється метан (CH4) і двоокис вуглецю (CO2). Ступінь розпаду органічної речовини складає в середньому 40%. Одним з основних продуктів розпаду у процесі розпаду органічних речовин осаду є метан.
Газ, що одержується в результаті зброджування осадів в метантенках, доцільно використовувати в теплоенергетичному господарстві очисної станції і близько розташованих об'єктів.
Газ з метантенків виділяється нерівномірно, тому для його збору, зберігання і подальшого використання застосовують газгольдери.
Метантенки є вибухонебезпечними спорудами, тому необхідно дотримувати нормативні відстані між метантенками, газгольдерами та іншими спорудами станцій аерації.
Об’єм метантенків в м3 визначають залежно від вологості осаду і режиму зброджування.