89Анаэробное (метановое) сбраживание осадков.

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.

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.

анаэробное метановое сбраживание включает четыре взаимосвязанные стадии:

6. стадия ферментативного гидролиза нерастворимых сложных органических веществ с образованием более простых растворимых веществ;

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

8. ацетоногенная стадия превращения ЛЖК, аминокислот и спиртов в уксусную кислоту, диссоциирующую на анион ацетата и катион водорода;

9. метаногенная стадия – образование метана из уксусной кислоты, а также в результате реакции восстановления водородом углекислого газа.

10. Иногда первые две стадии объединяются в одну, и процесс рассматривается как трехстадийный.

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.

Ацетоногенная стадия осуществляется двумя группами ацетоногенных бактерий. Первая образует ацетат с выделением водорода из растворимых продуктов.

Различают две принципиальные технологические схемы анаэробного сбраживания – одноступенчатое и двухступенчатое (многоступенчатое).

а – одноступенчатое сбраживание; б – двухступенчатое сбраживание; 1 – загрузка осадка; 2 – метатенк I ступени; 3 – биогаз; 4 – теплоноситель; 5 – выгрузка осадка из метатенка I ступени; 6 – метатенк II ступени; 7 – выгрузка сброженного осадка

Продолжительность процесса сбраживания в одноступенчатых метатенках достигает 30 – 50 сут. Эти устройства эксплуатируются практически без перемешивания и с небольшим подогревом. Для них характерен довольно глубокий распад органического вещества, загружаемого осадка (до 50%), хорошее расслоение осадка и его уплотнение в нижней части резервуара. Кроме того, в одноступенчатых метатенках появляется возможность отделения иловой воды и уменьшаются объемы сброженных осадков.

к высоким строительным затратам. ля устранения используют высоконагруженные метатенки, в которых интенсификация процесса сбраживания достигается за счет хорошего подогрева осадка, создания систем непрерывного перемешивания для равномерного распределения осадка и улучшения контактов микроорганизмов со сбраживаемым субстратом и перехода на непрерывную загрузку (или сокращаются интервалы между загрузками).

высоконагруженные метатенки, предусматривают равномерную загрузку осадка во все резервуары метатенков по напорному трубопроводу. Одновременно с загрузкой исходного осадка под гидростатическим давлением происходит выгрузка из метатенка сброженного осадка. Подогрев и горизонтальное перемешивание осадка в метатенке осуществляют острым паром, а вертикальное перемешивание – центробежными насосами.

Рис. 8.8. Схема метатенка: 1 – трубопровод для подачи осадка в метатенк; 2 – трубопроводы для выпуска сброженного осадка; 3 – устройство для выпуска газа из метатенка; 4 – устройство с мешалкой для перемешивания бродящей массы осадка; 5 – трубопровод для подвода теплоносителя

Конструктивно метатенки обычно представляют железобетонные или стальные вертикальные резервуары цилиндрической формы с жестким перекрытием и коническим или плоским днищем.