Значения критериев гидродинамического подобия при разделении активного ила

Тип сепаратора	Qпр, л/ч (эксперим. данные)		 103	Ккр	Qпр, л/ч (расчетные данные)
АСГ - 3М	700	7,5	0,65	0,00422	702
СПВ -12	3000	9,2	0,517	0,00425	3010
АСЭ - 3	5100	9,6	0,559	0,00480	5190

В отечественной практике обработки осадков сточных вод чаще всего используют следующие типы сепараторов АСГ-3М (производительность до 750 л/ч), СПВ-12 (производительность 2200 л/ч) с ручной выгрузкой, АСЭ-3 и ВСС-2 (производительностью до 10 м³/ч) и ВСВ (производительность до 7 м³/ч). При обезвоживании активного ила влажностью 99,4-99,6%, влажность осадка после обработки в сепараторе составила 88,1-91,4%, а содержание взвешенных веществ в фугате было равно 66-212 мг/л.

Для сгущения осадков также используют гидроциклоны (как напорные, так и открытые), скорость разделения суспензий в которых в 10-20 раз превышает скорость гравитационного уплотнения.

В частности, напорные гидроциклоны применяют для сгущения осадков и классификации шламов металлургических предприятий. Для улучшения процесса обезвоживания сгущенные в напорных гидроциклонах осадки подаются на ленточные фильтры (в т.ч. и вакуумные), где происходит дальнейшее отделение воды.

Следует отметить, что для сгущения осадков принципиально возможно использовать различные схемы и аппараты фильтрования (например, динамические фильтры - сгустители, однако в практике обработки осадков они применяются крайне редко).

8.4. Анаэробное (метановое) сбраживание осадков

8.4.1. Понятие об анаэробном сбраживании.

Анаэробное сбраживание - это процесс разложения органических веществ до конечных продуктов, в основном метана и углекислого газа, в результате жизнедеятельности сложного комплекса микроорганизмов в анаэробных условиях. При проведении этого процесса в оптимальных условиях указанные газы образуются в количестве 90-95% от биологически распавшегося органического вещества. Остальные 5-10% расходуется на воспроизводство бактериальных клеток. Рассматриваемый процесс применяют для обработки сырых осадков из первичных отстойников, избыточного активного ила или для их смеси.

Анаэробное сбраживание осадков - очень сложный биохимический процесс, зависящий от многих физических (температура, концентрация сухого вещества, степень перемешивания, нагрузки по беззольному веществу, длительность сбраживания) и химических (рН, щелочность, концентрация летучих кислот, элементов питания и токсичных веществ) факторов.

Смесь метана и диоксида углерода называется биогазом. Теплота его сгорания составляет 18-24 МДж/м³, а чистого метана - 37,3 МДж/м³.

Еще недавно принимались предложения Баркером теория двухстадийного процесса разложения органического вещества, но в результате проведенных дальнейших исследований эта схема была отвергнута.

Согласно современным представлениям анаэробное метановое сбраживание включает четыре взаимосвязанных стадий:

1) стадия ферментативного гидролиза нерастворимых сложных органических веществ с образованием более простых растворимых веществ;

2) стадия кислотообразования с выделением короткоцепочных летучих жирных кислот (ЛЖК), аминокислот, спиртов, а также водорода и углекислого газа (кислотогенная стадия);

3) ацетогенная стадия превращения ЛЖК, аминокислот и спиртов в уксусную кислоту, диссоциирующую на анион ацетата и катион водорода;

4) метаногенная стадия - образование метана из уксусной кислоты, а также в результате реакции восстановления водородом углекислого газа.

Иногда первые две стадии объединяются в одну, и процесс рассматривается как трехстадийный. Схема рассматриваемого процесса представлена на рис.8.7.

Рис.8.7 Схема анаэробного метанового сбраживания осадков

(по Л.И.Гюнтер и Л.А.Гольдфарб).

1-5 - участвующие группы бактерий, I - ферментативные кислотогены, 2 - ацетогены, образующие Н₂, 3 - ацетогены, использующие Н₂, 4 - метаногены, восстанавливающие СО₂, 5 - метаногены, использующие ацетат; I-IV - стадии процесса, I - гидролиз, П - кислотообразование (кислотогенез), Ш - образование уксусной кислоты (ацетогенез), 1V - образование метана (метаногенез).

Процесс гидролиза осуществляется с участием биологических катализаторов (экзоферментов), которые выделяются в среду бактериями. В результате этого процесса твердые нерастворимые соединения переходят в растворенное состояние. Скорость гидролиза зависит от природы органических веществ и условий его проведения. Часто общая скорость процесса лимитируется скоростью гидролиза.

Ацетогенная стадия осуществляется двумя группами ацетогенных бактерий. Первая образует ацетат с выделением водорода (ацетогены, образующие водород - группа 2) из растворимых продуктов. Ниже приводятся в качестве примера химические уравнения образования уксусной кислоты из пропионовой и масляной кислот:

СН₃СН₂СООН + 2Н₂О  СН₃СООН +СО₂ + 3Н₂  ( 8.0)

СН₃СН₂СН₂СООН + 2Н₂О  2СН₃СООН + 2Н₂  ( 8.0)

Вторая группа ацетогенных бактерий приводит к образованию уксусной кислоты путем использования водорода для восстановления СО₂ (ацетогены, использующие водород - группа 3):

4Н₂ +2СО₂  СН₃СООН + 2Н₂О ( 8.0)

Микробиология этой стадии брожения требует дальнейшего изучения.

На четвертой (метагенной стадии) метановые бактерии образуют метан двумя путями - путем расщепления ацетата (группа бактерий 5) и восстановлением углекислоты водородом (группа бактерий 4):

СН₃СООН  СН₄  + СО₂  ( 8.0)

СО₂ +3Н₂  СН₄  + Н₂О ( 8.0)

Первым путем образуется 72% метана, а вторым - 28%.