7.5. Анаэробные процессы очистки сточных вод

Для анаэробной очистки сточных вод устраиваются сооружения, рассчитанные на использование весьма сложного комбинированного процесса, возбуждаемого целым комплексом анаэробных микроорганизмов. В процессе такой очистки воды происходит: 1) изменение физической структуры осадка, чтобы облегчить его последующее использование или уничтожение; 2) уменьшение массы осадка за счет превращения органического вещества в газы брожения и растворимые соли; 3) утилизация части органического вещества в форме газов брожения, а остаток от брожения – в форме удобрения.

Одним из методов обработки осадков, выделенных из сточных вод, является метановое брожение, заключающееся в ферментативном преобразовании сложных органических веществ в простые. При анаэробной минерализации осадков сточных вод конечным продуктом является метан, поэтому этот процесс называют метановым брожением.

Для анаэробной обработки осадков сточных вод применяют следующие очистные сооружения: септиктенк, двухъярусные отстойники и метантенки. В этих сооружениях с различной скоростью происходит минерализация органических веществ осадка сточных вод.

На рис. 26 приведена схема устройства септиктенка.

Рис.26. Схема устройства септиктенка:

а) общий вид (в разрезе); б) в плане

Это сооружение представляет собой горизонтальный отстойник, через который медленно протекает сточная жидкость. Осадок из жидкости оседает на дно и хранится в нем до 12 месяцев. По истечении времени происходит расслаивание осадка. Частично происходит всплытие осажденных веществ с образование плавающего слоя, называемого коркой. При длительном хранении данный осадок уплотняется (до 85-88 % влаги), загнивает и в нем протекают процессы брожения. В процессе брожения осадка образуются газы. Они поднимаются наверх, увлекая за собой частички осадка, которые слипаются с коркой, увеличивая ее толщину. На корке развиваются различные грибы, которые, пронизывая ее своими нитями, увеличивают прочность корки.

За счет плавающего слоя в сооружении сохраняется теплота, способствующая интенсификации биологических процессов. Наряду с этим в корке поселяются аэробы, поглощающие кислород, чем обеспечивают анаэробиоз сооружения.

Схема устройства двухъярусного отстойника приведена на рис. 27.

Рис. 27. Схема устройства двухъярусного отстойника

(цифрами указана влажность бродящего осадка)

Осаждение осадка в двухъярусном отстойнике, в отличие от септиктенка, происходит в отстойных лотках с продольной щелью на дне, через которую осадок попадает в нижнюю септическую часть и накапливается в ней слоем до 7 м. В септической части происходят те же процессы, что и в септиктенках. В двухъярусном отстойнике осадок не расслаивается. Выпуск перегнившего септического ила производится через иловую трубу под гидростатическим напором в 1,5-2,0 м.

В двухъярусном отстойнике активно работает микрофлора поверхностных слоев бродящего осадка, где влажность не ниже 94 %. Процесс распада органических веществ в двухъярусном отстойнике происходит гораздо глубже, чем в септике.

Метантенком называется сооружение, в котором создаются оптимальные условия для анаэробного разложения органического вещества осадка сточных вод.

Устройство метантенка с незатопленным перекрытием приведен на рис. 28.

Рис.28. Схема метантенка:

1 – трубопровод для загрузки свежего осадка и активного ила; 2 – трубопровод для выгрузки сброшенного осадка из конусной части метантенка; 3 – трубопровод для удаления иловой воды и выгрузки сброшенного осадка с разных горизонтов; 4 – паровой инжектор для подогрева бродящей массы; 5 – пропеллерная мешалка; 6 – труба для выпуска газа;

7 – переливная труба; 8 – термометр сопротивления.

Метантенки применяются для минерализации осадков бытовых и производственных вод, содержащих доступные для анаэробных микроорганизмов органические вещества.

Основа работы метантенка-наличие в нем сброженного осадка (септического ила), обильно заселенного микроорганизмами, адаптированными к данному загрязнению.

Процессы брожения в метантенках осуществляются в мезофильных (от 30 до 35 °С) и термофильных (от 50 до 55 °С) условиях.

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. Максимально возможную минерализацию осадка (в %) беззольного вещества определяют по формуле

где ж, у, б – соответственно содержание жиров, углеводов и белков в граммах на 1г беззольного вещества осадка.

Минерализация беззольного вещества загружаемого осадка в зависимости от дозы загрузки рассчитывается по формуле:

где y – количество минерализовавшегося беззольного вещества, %; –коэффициент, зависящий от влажности осадка, который определяется по табл. 8; – доза загружаемого осадка, % табл. 9.

Таблица 8

Значение коэффициента при различной влажности загружаемого осадка (влажность осадка, %)

Температура брожения, °С	93	94	95	96	97
33 53	1,05 0,45	0,89 0,38	0,72 0,31	0,56 0,24	0,40 0,17

Таблица 9

Суточная доза загружаемого в метантенк осадка различной влажности, %

Режим брожения	93	94	95	96	97
Мезофильный Термофильный	7 14	8 16	9 18	10 20	11 22

Возбудителями метанового брожения в метантенке являются те же группы микробов, которые участвуют в минерализации органического вещества в септиктенке и двухъярусном отстойнике. Только в метантенке эти процессы распада протекают более напряженно из-за того, что в нем создаются благоприятные условия для развития анаэробной микрофлоры.

Наиболее интенсивно процессы распада протекают в термофильных условиях. При термофильном брожении распад органического вещества достигает 55-65 %. Кроме того, в этих условиях происходит отмирание патогенных микроорганизмов кишечной группы и яиц гельминтов.