1.7. Экологические аспекты процесса
Обработка исходного субстрата внутри метантенка осуществляется при соблюдении следующих основных условий процесса:
1) строгий анаэробиоз, т.е. практически полное отсутствие кислорода;
2) дозированная подача исходного субстрата во избежание перегрузки (отравления) или голодания анаэробной микрофлоры в суточном количестве до 20% от рабочего объема метантенка;
3) перемешивание (гомогенизация) содержимого метантенка с целью подведения субстрата к анаэробным микроорганизмам и отведения из реакционной зоны продуктов метаболизма;
4) поддержание температуры содержимого метантенкана на одном из оптимальных уровней (мезофильном, t=33-36°С, или термофильном, t=53-55°С), при котором достигается максимальная интенсивность процесса обработки.
Наиболее интенсивно процессы распада протекают в термофильных условиях. Термофильные микроорганизмы имеют весьма энергичный обмен веществ; процессы осмотического всасывания и удаления ненужных веществ из клеток протекает быстрее, чем у мезофиллов. При термофильном брожении распад органического вещества достигает 55 – 65 %. Кроме того, в этих условиях происходит отмирание патогенной микрофлоры кишечной группы.
При брожении в метантенках из одного кубометра твердой фазы сточной жидкости образуется от 10 до 18 м3 газа, который в среднем содержит 63—65% метана, 32—34% СО2. Теплотворная способность газа 23 МДж/кг. Его сжигают в топках паровых котлов. Пар используют для нагрева осадков в метантенках или для других целей.
Осадок твердой фазы, не разрушенный при брожении, содержит минеральные и органические вещества, необходимые для нормального развития растений, поэтому его можно использовать как удобрение. Кроме того сброженный осадок используют в виде топлива. Для этого его подсушивают на иловых площадках, а затем формуют в топливные брикеты.
Заключение
В пищевой промышленности и в быту, где высока загрязненность сточных вод органическими соединениями, применение анаэробных методов очистки сточных вод особенно выгодно. Если образующийся на очистных сооружениях биогаз эффективно использовать, например, для получения горячей воды или пара, то очистные сооружения могут функционировать с прибылью. Анаэробные установки особенно подходят для сточных вод с высоким значением ХПК и БПК.
Следует отметить, что эффективность биологической очистки на самых современных очистных установках составляет 90% по органическим веществам и 20-40% по неорганическим веществам.
Но, к сожалению не всякие сточные и природные воды могут быть очищены биологическими методами, так как не все органические вещества разлагаются под действием микроорганизмов. При малом содержании биологических веществ в поступающих сточных водах в анаэробных системах не будет полного окисления таких стоков. Так, не могут быть очищены воды, содержащие более 1000 мг/л фенолов, 300-500 мг/л спиртов, 25 мг/л нефтепродуктов. Практически не разрушаются бензин, красители, мазут и т.д.
Для сточных вод с однородным составом на практике осуществляются далеко не все возможные реакции разложения. В зависимости от того, какой класс органических веществ преобладает в сточной воде, меняется состав биогаза и доля метана в нем. Углеводы в большинстве случаев разлагаются легко, однако они дают сравнительно меньшую долю метана. При разложении жиров и масел образуется большее количество биогаза с высоким содержанием в нем метана, однако разлагаются они очень медленно. Кроме того, жирные кислоты, образующиеся как побочные продукты при разложении жиров и масел, могут препятствовать всему процессу разложения.
Преимуществами анаэробного процесса являются также относительно незначительное образование микробной биомассы, простота аппаратурного оформления, относительно невысокие эксплуатационные затраты. К недостаткам следует отнести невозможность удаления органических загрязнений в низких концентрациях, необходимость строгого соблюдения технологического режима очистки. Но для глубокой очистки концентрированных сточных вод анаэробную обработку следует использовать в комбинации с последующей аэробной стадией.