27. Методы и сооружения стабилизации осадков. Сущность и характеристики процесса анаэробного сбраживания осадков в метантенках.

Стабилизация первичных и вторичных осадков достигается путем разложения орган-ой части до простых соед-ий или продуктов, имеющих длит-ый период ассимиляции ОС. Эффект стабилизации осадка может быть получен разными методами – биол-ми, хим-и, физ-ми, а также их комбинацией. Целесообразность прим-ия того или иного метода стабилизации опред-ся рядом усл-й, главными из кот-х явл-ся вид осадков, их кол-во, возм-ть и усл-ия дальнейшего исп-ия, наличие терр-ии для их разм-ия.

Наибольшее распр-ие получили методы биол-ой анаэробной и аэробной стабилизации. При небольшом кол-ве осадков применяют септики, двухъярусные отстойники и осветлители-перегниватели, в которых биол-й процесс разл-я орган-й массы происходит экстенсивно под влиянием внешних условий. Интенсивный процесс минерализации требует создания спец-х усл-й, оптимально обеспеч-их все его стадии. Для его осущ-ия применяют метантенки и аэробные минерализаторы.

Метантенки – сооружения, предназначенные для стабилизации осадков, отделяемых в процессах очистки СВ. Одновременно в зависимости от принятой технологии в той или иной степени обеспеч-ся обеззараживание осадков. Биохим-й процесс стабилизации осущ-ся в анаэробных усл-ях и представляет собой разложение орган-го вещ-ва осадков в результате жизнедеят-ти сложного комплекса микроорг-ов до конечных продуктов, в основном метана и диоксида углерода.

Биохимия и микробиология анаэробного CH4-го сбраживания сложнее, чем аэробных процессов. До наст-го времени нет полной ясности относит-но роли и степени участия в нем разных групп микроорг-ов, однако, очевидно, что в отл-е от активного ила, биоценоз метантенка пред-ен только бактериями.

Согласно современным представлениям анаэробное CH4-е сбраживание включает 4 взаимосвязанные стадии, осущ-е разными группами бактерий: 1)Стадия ферментативного гидролиза осущ-ся быстрорастущими факультативными анаэробами, выд-ми экзоферменты, при участии кот-х осущ-ся гидролиз нерастворенных сложных орган-их соед-ий с образ-ем более простых растворенных вещ-в. Оптим-ое знач-е рН для развития этой группы бактерий находится в интервале 6,5-7,5. 2)Стадия кислотообразования (кислотогенная) сопровождается выд-ем летучих жирных кислот, аминокислот, спиртов, а также Н и СО2. Стадия осущ-ся быстрорастущими, весьма устойчивыми к неблагоприятным условиям среды гетерогенными бактериями. 3) Ацетатогенная стадия превращения ЛЖК, аминокислот и спиртов в уксусную к-ту осущ-ся 2 группами ацетатогенных бактерий. 1я группа, образ-ая ацетаты с выд-ем Н из продуктов предшествующих стадий, наз-ся ацетатогенами, образующими Н:

Таким образом, анаэробное разложение орган-их вещ-в осущ-ся сообществом микроор-ов, сост-их трофическую цепь первичных и вторичных анаэробов. В отличие от троф-х цепей микроорг-ов в аэробных условиях, где взаимоотн-ия между группами орг-ов характеризуются отн-ем “жертва – хищник”, для троф-их систем при СН4 сбраживании характерно исп-ие прод-ов метаболизма одних групп бактерий другими. Первичные факультативные анаэробы осущ-ют стадии гидролиза и кислотооб-ия, вторичные – стадии ацетатогенеза и метаногенеза на субстратах, образ-ся первич-и анаэробами.

Ко вторичным анаэробам относятся и сульфатредуцирующие бактерии, работающие параллельно метаногенам и исп-щие продукты первых стадий процесса. При низком сод-ии сульфатов работают в основном метаногены с обр-ем СН4 и С02 и незначит-го кол-ва H2S. При повыш-и конц-ии сульфатов до 0,5 ммоль/л сульфатвосстанавливающие бактерии конкурируют с метаногенами за энергетические субстраты (Н2 и ацетат) и образуют значит-е кол-во сульфидов, ингибирующих рост метаногенов.

Все стадии анаэробного сбраживания имеют важное знач-е, однако очевидно, что последующие стадии не могут начаться, пока для них не будут подготовлены условия предыдущим ходом процесса. Поскольку ацетогены и особенно метаногены имеют более низкие скорости роста по сравнению с гидролитическими бактериями и более чувствительны к условиям процесса, то стадия обр-ия СН4 оказывается существенно зависимой от этих условий.

Помимо трофических связей между группами бактерий в процессе СН4 брожения должны осущ-ся и физ-ие взаим-ия, в том числе необходим непосредственный контакт гидролит-их бактерий с твердым гидролизуемым субстратом и пространственный симбиоз ацетатогенов и метаногенов с субстратом. Разрыв этих связей, вызванный, например, сильными динамическими нагрузками при интенсивном перемеш-и, оказ-т отрицат-е воздействие на эффективность процесса.

Поэтому для создания сбалансированной и эффективно работающей системы метанового сбраживания осадка всегда необходимо рассматривать не отдельные группы бактерий, а все сообщество в целом в конкретных условиях его существования.

Эфф-ть процесса анаэробного сбраживания оценивается по степени распада орган-го вещ-ва, кол-ву и составу образ-ся биогаза, кот-е, в свою очередь, опред-ся хим-м сост-м осадка, а также такими осн-ми технол-ми парам-ми процесса, как доза загрузки метантенка, t, конц-ия загруж-го осадка. Кроме того, сущ-ую роль играют такие фак-ры, как режим загрузки и выгрузки осадка, сис-ма его перемеш-я и др.

В орг-ом вещ-ве основную часть (до 80%) сост-ют жиры, белки и углеводы. Именно за счет их распада образ-тся все кол-во выделяющегося биогаза, в том числе 60-65% за счет распада жиров, остальные 40-3 5% приходятся примерно поровну на долю углеводов и белков. Отсюда следует, что при сбраживании осадков первичных отстойников, сод-их больше жиров, обр-ся больше газа, чем при сбраживании активного ила, в кот-ом больше белков. Даже при очень длительной продолж-ти пребывания осадка в метантенке указанные комп-ты орган-го вещ-ва распадаются не полностью. Имеется max предел сбраживания и, следов-но, max выход газа с единицы распавшегося вещ-ва, кот-е существенно различны у жиров, белков и углеводов. Различен и состав выделяющегося газа.

Пределы распада не зависят от t, но скорости распада каждого комп-та с повышением t возрастают.

Процесс брожения необходимо осущ-ть при выбранном оптимальном t-ном режиме, даже кратковременное нарушение кот-го, особенно в сторону снижения t, приводит к торможению стадии метаногенеза, накоплению кислот за счет активной работы более устойчивых гидролитических организмов, нарушению трофических связей и процесса в целом.