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 (СО₂,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):

CO₂ + 4H₂A ® CH₄ + 4A + 2H₂O, (II.232)

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

CO + 3H₂ ® CH₄ + H₂O, (II.233)

4CO + 2H₂O ® 3CO₂ + CH₄ (II.234)

Метан может образовываться в результате распада уксус­ной кислоты:

CH₃СOOH ® CH₄ + CO₂, CO₂ + 4H₂ ® CH₄ + 2H₂O, (II.235)

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

5AH₂ + SO₄^2- ® 5A + H₂S + 4H₂O, (II.236)

При денитрификации в анаэробных условиях:

6AH₂ + 2NO₃^- ® 6A + 6H₂O + N₂, (II.237)

Рис. II-80. Метантенк:

1 —корпус; 2—труба; 3— мешалка; 4— змеевик

При определенных условиях конечным продуктом может быть и аммиак.

Процесс брожения проводят в метантенках—герметически закрытых резервуарах, оборудованных приспособлениями для вво­да несброженного и отвода сброженного осадка. Схема метантенка показана на рис. II-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 ведут 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 температуру процесса, концентрацию беззольного вещества более 15 г/л, интенсивную степень перемешивания, рН среды 6,8—7,2. Сни­жают эффективность сбраживания присутствие катионов тяже­лых металлов (меди, никеля, цинка); избыток ионов NН₄+, сульфидов, некоторых органических соединений и в том числе детергентов.

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

Вещество ПДК, мг/л

Толуол

Ацетон

Бензол

Хром (Сr^3+/Сr^6+) 25/3

Медь

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

a =(0,92ж + 0,62у + 0,34б)100, (II.238)

а для смеси осадков

a _см=(0,53Q_бз + 0,62U_бз)/K_бз, (II.239)

где ж, у, б—содержание соответственно жиров, углеводородов и белков, г/г беззольного вещества осадка; Q_бз, U_бз, К_бз — образованиесоответственно веззольного вещества осадка, ила, смеси осадков, т/сут.

Дата добавления: 2015-08-03