1.5. Характеристика продуктов процесса.
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 и др. Из этих промежуточные продуктов в щелочной среде образуются метан и диоксид углерода.
При анаэробной переработке ила в метанотенке образуется газовая смесь, накапливающаяся в верхней части метантенка и состоящая в основном из метана (65-70%) и углекислого газа. В небольших концентрациях в этой смеси содержатся также сероводород, водород и углекислый газ.
Осадок твердой фазы, не разрушенной при брожении, содержащий минеральные и органические вещества, требует дальнейшей обработки и утилизации.
1.6. Технологическое оформление процесса.
Процесс анаэробного брожения происходит в метантенках.
Метантенк (от англ. methane — метан и англ. tank — резервуар) — устройство для анаэробного брожения жидких органических отходов с получением метана. В отличие от аэротенков в них поступает, как правило, не сама сточная жидкость, а концентрированный осадок, выпадающий в отстойниках. Для малых количеств сточной жидкости (как правило, до 25 м³ в сутки) обычно применяют септики, для средних количеств (до 10 000 м³ в сутки) — двухъярусные отстойники. Конструктивно метантенк представляет собой цилиндрический или реже прямоугольный резервуар, который может быть полностью или частично заглублён в землю. Днище метантенка имеет значительный уклон к центру. Стенки и днище метантенка выполняются, как правило, из железобетона.
Рис.1. Метантенк: 1-корпус; 2- труба; 3- мешалка; 4- змеевик.
Основная реакция метанообразования может быть записана уравнением (Н2А-органическое вещество, содержащее водород):
СО2+4Н2А-СН4+4А+Н2О
Технологическая схема процесса
В корпус метантенка (3) по трубе поступает осадок и активный ил (1). Для ускорения процесса брожения метантенк подогревают, а содержимое перемешивают. Подогрев осуществляется водяным или паровым радиатором (2). В условиях отсутствия кислорода из органических веществ (жиров, белков и т. д.), вступая во взаимодействие с анаэробной микрофлорой, субстрат в ходе последовательно осуществляемых ферментативных биохимических реакций преобразуется в продукты переработки- жирные кислоты, из которых при дальнейшем брожении образуется метан и углекислый газ. Процесс метанового брожения состоит из двух фаз: кислой и щелочной (или метановой). При анаэробном преобразовании органических субстратов в метан под воздействием микроорганизмов (бактерии, анаэробный ил) должны быть последовательно реализованы четыре стадии разложения. Отдельные группы органических загрязнений (углеводы, протеины, липиды/жиры) в процессе гидролиза преобразуются сначала в соответствующие мономеры (сахара, аминокислоты, жирные кислоты). Далее эти мономеры в ходе ферментативного разложения преобразуются в короткоцепочечные органические кислоты, спирты и альдегиды, которые затем окисляются дальше в уксусную кислоту, что связано с получением водорода. Только после этого доходит очередь до образования метана на этапе метаногенеза. В качестве побочного продукта наряду с метаном образуется также и углекислый газ (СО2).
Сброженный ил высокой влажности удаляется из нижней части метантенка (12) и направляется на сушку (например, иловые площадки). Образовавшийся газ (6) отводится через трубы в кровле метантенка. Установка на линии выпуска сброженного осадка рекуперативного теплообменника типа “осадок-осадок” (4) 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” (9) обеспечивает дополнительный нагрев осадка (11), за счет чего существенно улучшается процесс брожения. Наиболее эффективно применение этой схемы подогрева при термофильном сбраживании осадков.
Разлагающаяся часть осадка сточных вод состоит главным образом из углеводов, жиров и белковых веществ. Находясь в одинаковых условиях, эти составные части осадка минерализуются с различными скоростями и достигают различной величины разложения.