Анаэробные процессы переработки отходов

Анаэробные способы очистки применяются, как правило, для сбраживания высококонцентрированных стоков и осадков, содержащих большое количество органических веществ. Процессы брожения осуществляются в специальных аппаратах — метантенках.

Для описания процесса распада органических веществ используется схема, предложенная Баркером. По этой схеме процесс брожения состоит из двух стадий — кислой и метановой. Каждая из этих стадий осуществляется определенной группой микроорганизмов, кислая — органотрофами, метановая — литотрофами. Обе эти группы присутствуют в метантенке одновременно, поэтому кислото- и газообразование протекают параллельно. В нормально работающем метантенке появляющиеся при кислом брожении продукты успевают переработаться бактериями второй фазы, и в целом процесс протекает в щелочной среде.

Формирование микрофлоры метантенка происходит за счет микроорганизмов, попавших вместе со сточными водами или осадком. По видовому составу биоценоз метантенков значительно беднее аэробных биоценозов, из них выделено лишь около 50 видов бактерий, способных осуществлять первую стадию расщепления загрязнений — стадию кислотообразования. Среди них присутствуют представители бацилл (Вас. cereus, Вас. megate-rium, Вас. subtilis), псевдомонад (Ps. aeraginosa, Sarcina). Наряду с облигатными анаэробами в метантенке могут встречаться и факультативные анаэробы. Общее количество бактерий в осадке колеблется от 1 до 15 млг/мл. Конечным продуктом процесса брожения этой группы микроорганизмов являются низшие жирные кислоты, диоксид углерода, ионы аммония, сероводород. Образовавшиеся на первой стадии продукты брожения подвергаются дальнейшим превращениям, в результате которых в значительном количестве образуются метан и диоксид углерода. Основная роль во второй стадии брожения принадлежит метанобразующим бактериям, которые относятся к строгим анаэробам. Морфологически метанобразующие бактерии весьма разнообразны, среди них есть кокки, сарцины, палочки (Methanococcus, Methanosarcina, Methanobacterium). Процесс образования метана необходим бактериям для получения энергии, другие способы получения энергии у них неизвестны.

В результате жизнедеятельности биоценоза метантенка происходит снижение концентрации органических загрязнений в отходах или сточных водах с одновременным образованием биогаза. В состав биогаза входят метан и диоксид углерода, общее количество и процентное соотношение компонентов биогаза во многом определяется исходным составом сбраживаемой среды.

Как и при проведении процессов аэробной очистки сточных вод, содержание многих компонентов в среде метантенка не должно превышать определенных концентраций, выше которых происходит ингибирование процессов брожения.

Существенную роль в интенсивности газообразования и увеличении скорости деградации отходов играет перемешивание.

Конструктивное оформление метантенков весьма разнообразно; в общем случае это строго герметичный ферментер объемом до нескольких кубических метров с перемешиванием и рубашкой для обогрева. Метантенк обязательно должен быть оборудовав газоотделителями с противопламенными ловушками. Как правило, метантенки работают в периодическом режиме загрузки отходов или сточных вод с постоянным отбором биогаза и выгрузкой твердого осадка по мере завершения процесса. С осадком из метантенка удаляется и часть имеющихся в нем микроорганизмов. Это приводит к увеличению времени сбраживания следующей порции. Обеспечение задержки клеток в объеме аппарата при его разгрузке позволяет значительно интенсифицировать процесс и увеличить выход газа.

Рядом работ показана целесообразность применения метантенков не только для сбраживания осадков и избыточного активного ила, но и в качестве первой ступени очистки высококонцентрированных стоков, с последующей их аэробной доочисткой.

В целом, активное использование метаногенеза при сбраживании органических отходов является, по современным представлениям, одним из наиболее перспективных путей совместного решения экологических и энергетических проблем, который позволяет, например, агропромышленным комплексам перейти на практически полностью самостоятельное энергоснабжение. Интенсификация и оптимальное технологическое оформление процессов метаногенеза — одна из важных задач современной промышленной биотехнологии.

Дата добавления: 2015-07-07