1 − Распределительная система; 2 − поддерживающая решетка; 3 − слой загрузочного материала; а − исходная сточная вода; б − биогаз; в − очищенная сточная вода
Опыт эксплуатации гибридных биореакторов показал, что сильного обрастания загрузочного материала биопленкой не наблюдается, концентрация биомассы в загрузочном слое составляет 2−6 кг/м3. Основная функция загрузочного материала − удержание в пустотах флокул биомассы, поднятых вверх пузырьками биогаза.
По сравнению с анаэробными биофильтрами в гибридных биореакторах экономится 60−75% дорогостоящего загрузочного материала, исключается заиливание загрузки. Период запуска гибридного биореактора менее продолжительный, чем для UASB-реактора. Указанные достоинства и опыт эксплуатации свидетельствуют о больших перспективах для биореакторов комбинированного типа.
Биореактор с псевдоожиженным слоем носителя.
Среди современных систем анаэробной очистки стоков биореактор с псевдоожиженным слоем носителя биопленки является наиболее производительным. Биореакторы такого типа (рис. 4.8) в настоящее время успешно применяются во всех видах биологической очистки воды − аэробная и анаэробная очистка, нитрификация и денитрификация, глубокая доочистка сточных и природных вод. Псевдоожижающим агентом может быть жидкость, газ или газожидкостная смесь. В анаэробных процессах ожижение частиц носителя осуществляют, как правило, восходящим потоком циркулирующей в замкнутом контуре очищаемой воды.
Рис. 4.8. – Биореактор с псевдоожиженным слоем частиц носителя
1 − Распределительная система; 2 − слой частиц носителя; 3 − насос; а − исходная сточная вода; б − биогаз; в − очищенная сточная вода; г − рециркуляция сточной воды
Некоторый (небольшой) вклад в ожижение вносит также образующийся биогаз. В принципе возможно псевдоожижение в результате рециркуляции биогаза.
В биореакторе носитель может находиться в состоянии псевдоожижения (свободное витание частиц в объеме слоя) или в виде расширенного слоя (колебательное движение частиц). В качестве носителя исследованы различные материалы, но на практике получил распространение кварцевый песок с размером частиц 0,2−0,3 мм. Частицы меньшего диаметра вымываются из аппарата, а ожижение слоя из крупных частиц песка требует больших энергозатрат. Линейная скорость восходящего потока сточной воды для создания расширенного слоя носителя составляет 2−10 м/ч. Режим псевдоожижения требует значительно большей скорости − 6−35 м/ч. На частицах носителя формируется биопленка толщиной 0,06−0,20 мм, что позволяет поддерживать в биореакторе высокую концентрацию биомассы − 20−40 кг/м3.
Небольшая толщина биопленки и витание частиц носителя в жидкой среде способствует интенсивному массообмену, следствием чего является высокая активность биопленки. Движение жидкости и контакт между частицами приводят к удалению отмершей биомассы и постоянному обновлению биопленки. Чрезмерное увеличение толщины биопленки снижает плотность частиц и повышает вероятность вымывания их из аппарата. Для эффективного удержания частиц носителя в реакторе предусматривают расширение его верхней части и размещение газоилоотделительных устройств, аналогичных применяемым в UASB-реакторах.
Несмотря на высокую производительность, биореакторы с псевдоожиженным слоем в составе промышленных установок используются гораздо реже, чем, например, UASB-реакторы, что объясняется сложностью создания экономичной системы распределения и рециркуляции сточной воды в аппарате, повышенными эксплуатационными затратами.
В зависимости от характеристик сточной воды и местных условий любой из рассмотренных типов анаэробных биореакторов может оказаться наиболее пригодным.
Технологические особенности анаэробных методов очистки сточных вод.
Как было указано ранее, анаэробный метод применим для предварительной очистки сточных вод на локальных очистных сооружениях с последующим сбросом сточной воды в коммунальную канализационную систему либо как первая ступень глубокой анаэробно-аэробной очистки в составе комплекса очистных сооружений.
Многие предприятия в Республике Беларусь не располагают собственными очистными сооружениями и сбрасывают сточные воды в городскую канализационную сеть. В последние годы все в большей степени ужесточаются требования к уровню загрязненности сточных вод, принимаемых на очистку городскими очистными станциями (таблица 4.1), и возникла потребность в компактных, малоэнергозатратных и малоотходных установках для предварительной очистки стоков непосредственно на территории предприятий. Этим условиям в полной мере отвечают современные анаэробные технологии. В ряде случаев целесообразно разделение сточных вод предприятия с выделением и локальной очисткой наиболее загрязненного стока.
Таблица 4.1