Сбраживание (стабилизация) смешанного, сгущённого ила

3.2 Сбраживание (стабилизация) смешанного, сгущённого ила

Ил, возникающий в процессе очистки сточных вод, может быть стабилизированный или нестабилизированный. Данное свойство зависит от септичности ила (присутствие различных микроорганизмов) и содержания в нём органических веществ, являющихся питательной средой для микроорганизмов. Ил является тем менее стабильным, чем больше в нём содержание биологически разлагаемых веществ, то есть раньше начинается процесс сбраживания, сопровождаемый неприятными запахами.

Стабилизация осадков это не что иное, как ограничение возможности протекания вредных микробиологических процессов, вызывающих неприятные запахи (в значительной части процессов это означает уменьшение количества ила). Стабилизация достигается двумя принципиальными решениями:

- эффективным удалением содержания биологически разлагаемой органики в осадке;

- уничтожением микроорганизмов (обеззараживание).

В многоступенчатом процессе обработки осадка, направленного на снижение его количества и негативного воздействия, два способа стабилизации не всегда могут быть разделены. Так называемые термофильные методы биологической стабилизации одновременно решают обе задачи, тогда как остальные методы (сбраживание при мезофильной температуре, сушка и т.д) могут решить только одну из этих задач.

Стабилизации ила главным образом основана на удалении разложении органических веществ, то есть на уничтожении органики, служащей пищей для микроорганизмов. Существует два главных направления:

Снижение количества биологически разлагаемой части органики ила чаще всего проводится после сгущения.

На больших очистных сооружениях сточных вод традиционным методом стабилизации сырого и избыточного ила является сбраживание. В этом случае биологически разлагаемую органическую часть ила анаэробные микроорганизмы перерабатывают в биогаз. В результате процесса стабилизации ила коммунальных сточных вод 50% исходного количества органики разлагается, с образованием биогаза, содержащего 65% метана, около 33 - 34% С0₂, немного азота, сероводорода, водорода. Из 1 кг разложенной органики образуется около 700 - 900 л биогаза [9].

Сбраживание может происходить в двух температурных интервалах. В традиционных системах температура мезофильного сбраживания 30 - 38°С. При такой температуре сбраживание выполняет только функцию стабилизации, потому что за 15 - 25 дней нахождения ила при такой температуре соотношение гибели патогенных микроорганизмов и яиц составляет пропорцию 1:2.

С точки зрения эффективности уничтожения патогенов, термофильный метод сбраживания (при температуре 50 - 60°С) является более совершенным. При такой температуре процесс сбраживания протекает быстрее (необходимое время нахождения ила всего 8 - 10 дней), чем при мезофильной температуре, при этом патогенные микроорганизмы практически полностью погибают.

Стабилизация ила сбраживанием имеет следующие традиционные преимущества:

- значительный объём метантенка сглаживает все количественные и качественные колебания поступающего осадка;

- обезвоживаемость стабилизованного ила значительно лучше, чем необработанного;

- использование биогаза в газовом двигателе значительно может снизить расход электроэнергии очистных сооружений;

- в результате сбраживания значительно сокращается количество обезвоживаемого и в последствии складируемого осадка;

- в связи с закрытостью метантенка легко справиться с неприятным запахом, который образуется при обработке осадка (при дальнейшей обработке ила запахи будут возникать также в минимальном размере).

Образующийся на очистных сооружениях смешанный осадок с точки зрения сбраживания относится к хорошо сбраживаемому.

Эффективность процесса анаэробного сбраживания оценивается по степени распада органического вещества, количеству и составу образующегося биогаза, которые, в свою очередь, определяются химическим составом осадка, а также такими основными технологическими параметрами процесса, как доза загрузки метантенка, температура, концентрация загружаемого осадка. Кроме того, существенную роль играют такие факторы, как режим загрузки и выгрузки осадка, система его перемешивания и другое

В органическом веществе основную часть (до 80%) составляют жиры, белки и углеводы. Именно за счет их распада образуется все количество выделяющегося биогаза, в том числе 60—65% за счет распада жиров, остальные 40—35% приходятся примерно поровну на долю углеводов я белков. Отсюда следует, что при сбраживании осадков первичных отстойников, содержащих больше жиров, образуется больше газа, чем при сбраживании активного ила, в котором больше белков, даже при очень длительной продолжительности пребывания осадка в метантенке указанные компоненты органического вещества распадаются не полностью. Имеется максимальный предел сбраживания и, следовательно, максимальный выход газа

Пределы распада не зависят от температуры, но скорости распада каждого компонента с повышением температуры возрастают.

Процесс брожения необходимо осуществлять при выбранном оптимальном температурном режиме, даже кратковременное нарушение которого, особенно в сторону снижения температуры, приводит к торможению стадии метаногенеза, накоплению кислот за счет активной работы более устойчивых гидролитических организмов, нарушению трофических связей и процесса в целом.

Температурный режим сбраживания тесно связан со временем пребывания осадка в метантенке или суточной дозой загрузки метантенка по объему (%), а также количеством органического вещества загружаемого 1 осадка на единицу рабочего объема метантенка (кг/м³). Если максимальный распад органического вещества, как указывалось выше, зависит только от его химического состава, то с уменьшением продолжительности сбраживания, т.е. с повышением дозы загрузки, распад органического вещества и выход газа снижаются при всех температурных режимах. В зоне термофильных температур это снижение происходит медленнее, чем в зоне мезофильных температур. Отсюда следует, чем выше доза загрузки, тем выше преимущества температурного процесса по степени распада и выходу газа [10].

В связи с этим термофильный режим сбраживания, в основном применяемый в нашей стране, имеет преимущества перед мезофильным, так как. позволяет уменьшить объемы метантенков, кроме того, обеспечивает глубокое обеззараживание осадков не только от поточной микрофлоры, но и от гельминтов. Однако, недостатком термофильного сбраживания является низкая водоотдающая способность сброженного осадка, что требует его промывки при последующем механическом обезвоживании. В свою очередь, мезофильный режим сбраживания не обеспечивает обеззараживания осадка, требует больших объемов метантенков, но позволяет получить сброженный осадок, лучше поддающийся последующему обезвоживанию.

С экономической точки зрения самым значительным недостатком термофильного технологического способа является потребность в тепловой энергии, которая по сравнению с мезофильным способом приблизительно в два раза больше. Эту тепловую энергию нужно будет выплачивать в качестве эксплуатационных расходов ежедневно.

Значительным недостатком термофильного решения является также и то, что для этого решения требуется более сложное технологическое оборудование, которое по этой причине представляет собой более существенный эксплуатационный риск, а также

означает более существенную чувствительность термофильных микробиологических процессов. Это является существенной проблемой особенно по той причине, что в настоящее время в сточных водах и в иле еще могут присутствовать токсичные металлы и другие химикаты.

С учетом вышеуказанных аргументов за и против в рамках данной модернизации, считаем, что более выгодным является применение мезофильного процесса сбраживания.

Перемешивание содержимого метантенка необходимо проводить с целью обеспечения эффективного использования всего объема метантенка, исключения образования мертвых зон, предотвращения расслоения осадка, отложения песка и образования корки, выравнивания температурного поля. Кроме того перемешивание должно обладать способностью выравнивания концентраций метаболитов, образующихся в процессе брожения и являющихся промежуточными субстратами для микроорганизмов или ингибиторами их жизнедеятельности, а также поддержанию необходимого контакта между ферментами и субстратами, разными группами бактерий. Вместе с тем, как было упомянуто выше, существует некоторый предел интенсивности перемешивания, превышение которого может привести к механическому отрыву отдельных групп бактерий друг от друга, а также от частиц потребляемого ими субстрата.

При плохом перемешивании снижается эффективный объем метантенка, сокращается время пребывания в нем осадка, а, следовательно, рас ход органического вещества и выход биогаза.

Метантенки могут работать в периодическом, непрерывном и полунепрерывном режимах. При загрузке один раз в сутки скорость распада органического вещества и выход биогаза значительно меняется в период между загрузками. После загрузки выход газа в 2 раза превышает выход газа перед следующей загрузкой. Это свидетельствует о существенном изменении скорости биохимического распада за счет неравномерной подачи субстрата клеткам бактерии. Непрерывная загрузка и выгрузка метантенка снимает эту неравномерность. При непрерывной подаче предварительно подогретого сырого осадка, его хорошем смещении с массой бродящего осадка обеспечиваются равномерный тепловой режим сооружения, равномерное поступление питательных субстратов и возможность работы с повышенными дозами загрузки. Наконец, перевод метантенков на непрерывный режим загрузки делает возможным автоматизацию и механизацию процесса, обеспечивает уменьшение эксплуатационных затрат, равномерность газовыделения в однородность выгружаемого осадка.

Вместе с тем, как показывает теория непрерывных процессов, при имеющейся загрузке одноступенчатого термофильного метантенка, работающего в режиме смесителя, следует ожидать присутствие в выгружаемом осадке хотя бы незначительной части несброженного, следовательно, необеззараженного осадка.

На процесс брожения оказывают ингибирующее действие некоторые органические и неорганические вещества, которые могут содержаться в осадках в значительных концентрациях. К нм в первую очередь относятся тяжелые металлы, сульфиды, СПАВ.

Эксплуатация метантенков требует организации четкого и постоянного контроля за основными показателями процесса брожения. К этим показателям относятся:

• выход и состав биогаза, в котором обычно содержится 60—65% метана, 32—35% диоксида углерода а также некоторые количества водорода, сероводорода, азота и др.;

• степень распада органического вещества;

• содержание летучих жирных кислот, аммонийного азота и щелочность вловой жидкости;

• влажность я зольность загружаемого сброженного осадка;

• рН

С точки зрения режима подачи осадков наиболее рациональной является эксплуатация метантенков по прямоточной схеме, при которой загрузка и выгрузка осадков происходит одновременно и непрерывно (или с минимальными перерывами). Такой режим создает благоприятные температурные условия в метантенке, так как исключается охлаждение бродящей массы вследствие залповых поступлений более холодных сырого осадка и избыточного ила. Кроме того, такой режим обеспечивает равномерность газовыделения в течение суток.

В различных конструкциях метантенков подача осадка на сбраживание может осуществляться либо через общую для всех метантенков загрузочную камеру, либо насосом непосредственно в каждый метантенк. В том в другом случае должна быть обеспечена равномерность распределения нагрузки между отдельными сооружениями и возможность ее регулирования.

Осадок подают в верхнюю зону метантенка, а выгружают из самой нижней точки

днища. Максимальное удаление друг от друга трубопроводов подачи и выгрузки предотвращает попадание несброженного осадка в выгружаемую массу. Кроме того, при постоянной выгрузке сброженной массы из нижней части удается замедлить процесс накопления песка, который вместе с осадком из первичных отстойников попадает в метантенк.

В метантенках тепло расходуется непосредственно на подогрев загружаемого осадка до необходимой расчетной температуры, на возмещение потерь тепла, уходящего через стенки, днище и перекрытие метантенка, на возмещение потерь тепла, уносимого с отводимым из метантенка газом.

В отечественной практике подогрев осадка наиболее часто осуществляют острым паром. Пар низкого давления с температурой 110-112ºС подается во всасывающую трубу насоса при подаче и перемешивании осадка или непосредственно в метантенк через паровой инжектор. Инжекторы устанавливаются в каждом метантенке. Забирая в качестве рабочей жидкости осадок из метантенка и подавая смесь его с паром снова в метантенк, паровой инжектор обеспечивает и подогрев осадка в частичное перемешивание бродящей массы.

За рубежом получили распространение спиральные теплообменники типа "осадок-осадок" и " вода - осадок ".

Обобщенная принципиальная схема подогрева осадка для анаэробного сбраживания представлена на рисунке 12.

Установка на линии выпуска сброженного осадка рекуперативного теплообменника типа "осадок-осадок" обеспечивает использование теплоты сброженного осадка для частичного подогрева осадка, подаваемого в метантенк, что сокращает расход энергии котельной установки на сбраживание осадков. Применение на второй ступени подогрева теплообменника типа "вода-осадок" обеспечивает дополнительный нагрев осадка. На рисунке 13 представлен вариант схемы подогрева осадка, в котором нагрев осадка совмещен с гидравлическим перемешиванием бродящей массы. Содержимое метантенка перемешивается насосом, обеспечивая, как минимум, трехкратный оборот осадка за 20 ч. Установленный на нагнетательной линии насоса теплообменник типа "вода-осадок" обеспечивает подогрев осадка и компенсирует все теплопотери метантенка (для мезофильного процесса). Подогрев осадка полностью автоматизирован и управляется датчиком температуры, установленным на всасывающем патрубке циркуляционного насоса.

Рисунок 12 – Принципиальная схема подогрева осадка для анаэробного сбраживания: 1 – загрузка осадка; 2 – паровой инжектор; 3 – метантенк; 4 – теплообменник "осадок-осадок"; 5 – пар; 6 – биогаз; 7 – котельная; 8 – горячая вода; 9 – теплообменник "вода-осадок"; 10 – охлажденная вода; 11 – подогретый осадок; 12 – сброженный осадок

Рисунок 13 – Схема подогрева циркулируемого осадка

1 – загрузка осадка; 2 – метантенк; 3 – циркуляционный насос; 4 – теплообменник "вода-осадок"; 5 – сброженный циркулируемый осадок; 6 – горячая вода; 7 – охлажденная вода

Перемешивание бродящей массы обеспечивает ее однородность во всем объеме метантенка. При загрузке холодного осадка в верхнюю зону метантенка, он как более холодный устремляется вниз. Одновременно пузырьки выделяющегося газа поднимаются вверх. В результате происходит перемешивание бродящей массы в вертикальном направлении. Если метантенк оборудован инжектором, его работа приводит к перемешиванию осадка в горизонтальной плоскости. Однако эти процессы, сопровождающие процесс сбраживания, не могут обеспечить полного перемешивания содержимого метантенка.

Специальные системы перемешивания используют для этой цели циркуляционные насосы, пропеллерные мешалки или перемешивание с помощью газа.

Для сбора газа на горловине метантенка устанавливают газовые колпаки. Для транспортирования газа прокладывается специальная газовая сеть из стальных труб с усиленной противокоррозионной изоляцией.

В процессе сбраживания осадков выделение газа неравномерно. для поддержания постоянного давления в газовой сети на тупиковых концах ее устанавливают аккумулирующие газгольдеры. Мокрый газгольдер состоит из резервуара, заполненного водой, и колокола, перемещающегося на роликах по вертикальным направляющим. Вес колокола уравновешивается противодавлением газа. Благодаря этому при изменении объема газа под колоколом давление в газгольдере и газовой сети остается постоянным. При невозможности сбора газа метантенков, предусматривают его сжигание, используя специальное устройство – газовую свечу.

Сброженный осадок, выходящий из башен метантенков приблизительно с той же скоростью, с которой он поступает в них, должен отводиться в так называемые дегазаторы, представляющие собой буферные емкости, в которых одновременно с буферным хранением ила происходит процесс дегазации ила. Этот процесс имеет несколько положительных сторон:

- отведение сброженного осадка может выполняться независимо от процесса обезвоживания осадка;

- благодаря удалению биогаза, содержащегося в иле, обеспечивается защита оборудования системы обезвоживания от вредного воздействия биогаза;

- благодаря уменьшению температуры в процессе дегазации улучшается способность обезвоживания ила [12].

Похожие работы

Система водоотведения поселка с мясокомбинатом

Скачать

133051

22

4

... ,25/(41,12+1548)=382 мг/л В результате после прохождения локальных очистных сооружений стоки мясокомбината удовлетворяют требованиям к сбросу в поселковую канализацию, не нарушая при этом работы очистных сооружений и канализационной сети. На площадке предприятия запроектирована полная раздельная система водоотведения. Разработана очистка производственных сточных вод в количестве 41,12 м3/сут. ...

Влияние крупного промышленного центра на окружающую среду

Скачать

124589

6

0

... легковых автомобилей и 8 мотоциклов. Слабо развита была телефонная сеть. 2.         Современная экологическая ситуация в городе Уфа Высокая степень концентрации промышленности на территории города создает определенную нагрузку на окружающую среду. Однако в последние годы наметились существенные сдвиги для улучшения экологической ситуации. Так, в последнее десятилетие наблюдается отчетливая ...

Экологическое состояние города Уфы

Скачать

87627

0

0

... сбросов сократилась с 11,3% до 10,8%. В ближайшие годы администрацией города предусмотрено строительство важных объектов природоохранного назначения. Таким образом, налицо стабильная тенденция улучшения экологической ситуации в городе Уфа. Памятники природы.   Памятник природы - уникальный природный объект или ландшафт - может быть отдельным деревом и рощей, скалой и скальным массивом, ...

Оценка качества очистки сточных вод

Скачать

78438

15

3

... илом. При этом происходит образование комплексов ионов с белком активного ила, следствием чего является, с одной стороны, накопление соединений металлов в осадках, а с другой - снижение качества очистки сточных вод, так как сорбированные металлы концентрируются в активном иле и с возвратным илом неоднократно попадают в аэротенк, где значительная часть подаваемого кислорода воздуха затрачивается не ...