Кузнецов А.Е., Градова Н.Б., Лушников С.В. и др. Прикладная экобиотехнология. Учебное пособие. В 2-х томах

Таблица 1.29.

Показатели очистки сточных вод пищевой, пивоваренной, ликеро-водочной и родственных отраслей промышленности с использованием высокоинтенсивных анаэробных реакторов

192 Глава 1

Окончание таблицы 1.29.

Общими проблемами реакторов с биопленкой и гранулами являются:

ограничение скорости биологических процессов транспортом субстратов и продуктов в пленке, осуществляемым в основном за счет диффузии;

затрудненность контроля толщины биопленки;

возможность выноса частиц из реактора при избыточном росте биомассы;

сложность равномерного распределения потоков при больших объемах реакторов;

образование застойных зон и заиливание рабочей зоны.

В условиях России проблемами анаэробной очистки пока еще остаются инициирование процесса брожения засевным илом, транспортировка больших масс засевного ила без потери его качеств и медленное нарастание массы гранул или пленки анаэробного ила в реакторе, вводимом в эксплуатацию. После инокулирования анаэробного реактора время его выхода на проектную мощность может составить от 0,5 до 1 года. Кроме того, ил должен быть адаптирован к спектру загрязнений стоков и содержать все необходимые группы микроорганизмов для обеспечения метаногенеза. В случае очистки сточных вод на предприятии с профилем выпускаемой продукции иным, чем для предприятия, с которого отбирается ил, проблема инокулирования реактора анаэробным илом может стать серьезной. Существующие предприятия, где могли бы использоваться анаэробные системы нового поколения, как правило, располагаются в черте жилой застройки, и размещение реакторов на их территории не санкционируют соответствующие органы надзора вследствие повышенной взрывоопасности выделяемого в анаэробном процессе метана.

1.6.Технологические схемы многостадийной биологической очистки сточных вод

Комбинируя различные методы удаления загрязнений, можно создать десятки тысяч вариантов технологических схем очистки сточных вод. Общее правило построения технологических схем: процесс очистки должен осуществляться таким образом, чтобы на первых стадиях удалялась основная масса загрязнений, при этом для последующих стадий должно оставаться как можно меньше веществ, подлежащих удалению. Удаление загрязнений, извлекаемых методами глубокой очистки, осуществляется на финишных стадиях. Такие схемы позволяют снизить суммарные капитальные и эксплуатационные затраты на очистку, что особенно важно при очистке сточных вод промышленных предприятий, где стоимость очистных сооружений достигает 25% стоимости строительства всего предприятия.

Исходя из этих принципов, из различных вариантов биологической очистки сточной воды с аэробной и анаэробной стадиями необходимо сначала использовать анаэробную, а затем аэробную; из комбинации аэротенк–биофильтр на первой стадии должен быть аэротенк; при сочетании биоочистки и адсорбции – сначала биоочистка, а адсорбционная обработка – на финишном этапе.

Чем глубже очистка, тем ниже необходимая степень разбавления очищенного стока чистой водой при сбросе в водоем, однако выше стоимость очистки. При повышении степени очистки с 85 до 95% расходы возрастают в 2–3 раза, а свыше 95% – примерно в 10 раз на каждый дополнительный процент повышения степени очистки. Если существует возможность снизить требования к качеству очищенной воды, то выбирают оптимальную степень очистки.

На рис. 1.81 и в табл. 1.30 приведены примерные варианты очистки бытовых сточных вод небольших населенных пунктов при различных требованиях к качеству воды и ориентировочные показатели очистки. В районах с пониженными санитарными требованиями схема очистки наиболее простая, включающая септик и дезинфекцию хлорированием.

Требования к очистке оборотной воды обычно ниже, и сама очистка дешевле, чем для сбросовых вод. Поэтому при использовании малосточных, водооборотных систем не только уменьшается ущерб окружающей среде, но и достигается значительная экономия затрат на очистку. Эта экономия еще выше в регионах с дефицитом пресной воды.

Стоки с высоким содержанием (свыше 0,5–5%) веществ, растворенных в жидкой фазе, и узким набором специфических загрязнений: различные маточники при выделении целевых продуктов, концентраты после упаривания и отгонки растворов, стоки с ионообменных колонн, шламы с различных стадий технологических процессов и т. п. могут быть токсичны для микроорганизмов общепроизводственных сооружений биологической очистки. Их следует обрабатывать отдельно на локальных очистных сооружениях и без разбавления для уменьшения общего потока жидкости и стоимости очистки. Иногда такие стоки можно очищать биологически, используя микроор- ганизмы-деструкторы, селекционированные для разложения конкретного

Для очистки промышленных стоков с высокой концентрацией органических загрязнений наиболее экономична анаэробная очистка. Однако содержание загрязнений в воде, прошедшей только анаэробную очистку, можно понизить лишь до 200–300 мг/л (по ХПК). При этом органические соединения азота и фосфора минерализуются, в среде накапливаются ионы аммония и фосфаты. Такое качество очищенного стока может удовлетворять требованиям приема

вгородские системы канализации. Избыточный ил в этом случае может быть удален вместе с очищенным стоком без устройства отдельных сооружений для его обработки. В случае сброса непосредственно в водоемы сточные воды, обработанные анаэробными методами, должны подвергаться более глубокой, аэробной очистке. Поэтому современные схемы биологической очистки воды с высоким ХПК (>2000–3000 мг/л) предусматривают двухстадийный анаэробно-аэробный процесс удаления загрязнений. В таком процессе основная часть загрязнений удаляется высокопроизводительным анаэробным методом, а оставшаяся часть – аэробно и на стадиях финишной (третичной очистки) до требуемых природоохранных норм. Стоки с высокой концентрацией загрязнений направляются без разбавления в анаэробный биореактор, где подвергаются биоконверсии; после анаэробного разложения остатки загрязнений, содержащиеся в иловой воде, окисляются аэробно

ваэротенке или на биофильтре. Анаэробно-аэробная схема позволяет уменьшить загрязненность сточных вод на 98,0–99,8%. При необходимости дальнейшая их доочистка производится в биопрудах или других сооружениях третичной очистки, после чего сточные воды можно сбрасывать в открытые водоемы.

Наибольшее применение анаэробно-аэробные технологии очистки сточных вод находят в пищевой и перерабатывающей отраслях промышленности (см. табл. 1.29). В России эти технологии внедряются на предприятиях с участием иностранного капитала. Характерный пример таких технологий – анаэробноаэробная система биологической очистки BIOMAR® фирмы «ЭнвироХеми ГмбХ» (Германия). Один из вариантов (BIOMAR® ASB) включает UASB-реактор (см. рис. 1.69), а другой – анаэробный реактор с фиксированной биопленкой ацетогенных и метаногенных микроорганизмов на носителе (BIOMAR® AFBметанреактор, см. рис. 1.79).

Всистеме BIOMAR® ASB при концентрации загрязнений на входе (по ХПК) 2000–20000 мг/л сбраживающая мощность реактора достигает (по ХПК) 10–20 кг/(м3·сут), время пребывания сточной воды в UASB-реакторе 20–30 ч. Метанообразование стабильно при пиковых нагрузках на очистные сооружения

ипосле кратковременных перерывов в подаче сточной воды и следует за изменением нагрузки на реактор.

ВBIOMAR® AFB-метанреакторе 4 на рис. 1.79, с. 186, основные фазы метаногенеза протекают раздельно. В зоне смешивания протекает ацетогенная фаза. Вторая фаза – метаногенная, проистекает в зоне метаногенерации. Для повышения эффективности работы метаногенных бактерий и увеличения площади поверхности используется оптимальный для этих бактерий материал обрастания. В данной схеме очистки перед поступлением в метанреактор воду нейтрализуют до рН 7,2–7,4 и доводят до оптимальной температуры 35–37 °С (с использованием системы нейтрализации и теплообменника 8). Образующиеся в процессе очистки микропузырьки биогаза отделяются от жидкости в зоне разделения, откуда биогаз

направляется для сжигания в паровой котел. Вода, очищенная на 60–80% с применением анаэробного метода, направляется на аэробную доочистку в аэротенк, где достигается необходимая степень ее очистки. В данной технологии очистки все ступени представляют собой закрытые системы, оснащенные воздуходувками, которые направляют отходящий воздух в биофильтр 6, на котором происходит его биологическая очистка на природном материале, благодаря чему предотвращается распространение неприятного запаха вблизи очистных сооружений.

Метанреакторы с загрузкой-носителем позволяют получать на выходе сточную воду с БПКп 100–300 мг/л, выход биогаза составляет 0,6 л/кг ХПК. Степень очистки по ХПК, БПК достигает 80–95%, по взвешенным веществам – более 85%.

На рис. 1.82 представлена технологическая схема очистки, а на рис. 1.83 и 1.84 – общая схема и внешний вид очистных сооружений с использованием высокопроизводительного анаэробного UASB-биореактора, построенных на ОАО «Пивоваренная компания «Балтика» в г. Самаре.

Сточная вода поступает в песколовку, где отделяется основная фракция песка. Время пребывания воды в песколовке составляет около 0,5 ч. Далее вода поступает на гравитационное отстаивание с временем пребывания 1 ч в первичный отстойник-осветлитель, совмещенный с усреднителем-смесителем. Осветленная вода подается в анаэробный метанреактор UASB-типа (BIOMAR® ASB), где протекают процессы гидролиза органических веществ и метанообразования. Среднее время пребывания жидкости в реакторе примерно 24 ч. Из метанреактора надиловая жидкость подается в аэротенк (BIOMAR® OSB) с вторичным от- стойником-осветлителем для доокисления остающихся загрязнений в аэробных условиях в течение 12 ч и на стадию третичной доочистки, включающей дисковый биофильтр (BIOMAR® OTB), тканевые дисковые фильтры (см. рис. 1.11 на с. 44) для удаления из воды остаточных взвешенных веществ и частиц ила, не успевших осесть во вторичном отстойнике, и УФ-обеззараживание воды. При доочистке на тканевых фильтрах снижается мутность воды, что особенно важно для последующего обеззараживания ультрафиолетом. Очищенные сточные воды сбрасываются в водоем. В схеме очистки предусмотрены емкости для избыточного ила, центрифуга-декантор для обезвоживания ила, емкости для приготовления и хранения вспомогательных реагентов.

На пивоваренном предприятии ХПК в подаваемой воде достигает 7000 мг O2/л, а удельная производительность анаэробного UASB-реактора (по ХПК) 5–8 кг/(м3·сут). В анаэробно-аэробной системе очистки анаэробный реактор обеспечивает удаление основной массы загрязнений (75–95% по ХПК). При ХПКвх. 5000–7000 мг/л после анаэробной очистки ХПКвых. составляет 300– 500 мг/л. В зависимости от времени суток и цикла работы основного производства гидравлическая нагрузка на анаэробный реактор меняется от 0,2 до 1,2 м3/(м3·сут).

На второй стадии – аэробной – происходит доочистка стоков до требуемых уровней. Вся система очистки обеспечивает удаление загрязнений из сточной воды на 99,0–99,5%.

В табл. 1.31 приведены основные показатели работы очистных сооружений на предприятии «Балтика» (Самара) в сравнении с показателями, характерными для некоторых других систем локальной биологической очистки, предлагаемых на российском рынке.