Анаэробные методы биохимической очистки

Анаэробные методы обезвреживания используют для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке производственных сточных вод, а также как первую ступень очистки очень концентрированных промышленных сточных вод (БПК_полн«4−5 г/л), содержащих органические вещества, которые разрушаются анаэробными бактериями в процессах брожения. В зависимости от конечного вида продукта различают следующие виды брожения: спиртовое, пропионовокислое, молочнокислое, метановое и др. Конечными продуктами брожения являются спирты, кислоты, ацетон, газы брожения (С0₂, Н₂, СН₄).

Для очистки сточных вод используют метановое брожение. Этот процесс очень сложный и многостадийный. Механизм его окончательно не установлен. Считают, что процесс метанового брожения состоит из двух фаз: кислой и щелочной (или метановой). В кислой фазе из сложных органических веществ образуются низшие жирные кислоты, спирты, аминокислоты, аммиак, глицерин, ацетон, сероводород, диоксид углерода и водород. Из этих промежуточных продуктов в щелочной фазе образуются метан и диоксид углерода. Предполагается, что скорости превращений веществ в кислой и щелочной фазах одинаковы.

Основная реакция метанообразования может быть записана уравнением (Н₂А — органическое вещество, содержащее водород):

Возможны и другие реакции (в присутствии и при отсутствии водорода):

Метан может образовываться в результате распада уксусной кислоты:

При очистке сульфатсодержащих промышленных стоков процесс протекает при участии сульфатвосстанавливающих бактерий:

При денитрификации в анаэробных условиях:

При определенных условиях конечным продуктом может быть и аммиак.

Процесс брожения проводят в метантенках — герметически закрыРис. 11−80. Метантенк: 1 — корпус; 2 — труба; 3 — мешалка; 4 — змеевик.

тых резервуарах, оборудованных приспособлениями для ввода несброженного и вывода сброженного осадка. Схема метантенка показана на рис 11.80. Перед подачей в метантенк осадок должен быть по возможности обезвожен.

Основными параметрами аэробного сбраживания являются температура, регулирующая интенсивность процесса, доза загрузки осадка и степень его перемешивания. Процессы сбраживания ведутся в мезофильных (30−35°С) и термофильных (50—55°С) условиях. Полного сбраживания органических веществ в метантенках достичь нельзя. Все вещества имеют свой предел сбраживания, зависящий от их химической природы. В среднем степень распада органических веществ составляет около 40%.

Для достижения высокой степени анаэробного сбраживания необходимо соблюдать по возможности высокую температуту процесса, концентрацию беззольного вещества более 15 г/л, интенсивную степень перемешивания, pH среды 6,8−7,2. Снижает эффективность сбраживания присутствие катионов тяжелых металлов (меди, никеля, цинка), избыток ионов NH₄% сульфидов, некоторых органических соединений и в том числе детергентов.

Существуют предельно допустимые концентрации токсичных веществ, при которых возможно метановое брожение, например:

Вещество Толуол Ацетон Бензол Хром (Сг³7Сг⁶*) Медь ПДК, мг/л 200 200 200 25/3 25.

Процесс брожения сточных вод ведут в две ступени. При этом часть осадка из второго метантенка возвращают в первый. В первой ступени обеспечивают хорошее перемешивание. При сбраживании выделяются газы, которые в среднем содержат 63—65% метана, 32- 34% С0₂. Теплотворная способность газа 23 МДж/кг. Его сжигают в топках паровых котлов. Пар используют для нагрева осадков в метантенках или для других целей. Сбраживание в метантенке осадка промышленных сточных вод из-за высокого содержания влаги, солей металлов и детергентов необходимо производить при снижении нагрузки на 25−50%.

Максимально возможное сбраживание беззольного вещества осадка (в %) определяют по формуле:

а для смеси осадков.

где ж, у, б — содержание соответственно жиров, углеводородов и белков, г/г беззольного вещества осадка; Q^, U_6j, К^ — образование соответственно беззольного вещества осадка, ила, смеси осадков, т/сут.