книги из ГПНТБ / Очистка промышленных сточных вод

При анаэробном сбраживании сточных вод свино­ ферм доочистка их в аэробном пруде давала очень хорошие результаты (табл. 25) [119]. Следовательно, целесообразно создание каскада аэробных прудов, пос­ ле которых можно будет сбрасывать очищенную воду в водоем. Этот вид очистки сточных вод недостаточно изу­ чен, но перспективен, поскольку позволяет удалять боль-

Таблица 25

Показатели анаэробного сбраживания и аэробной доочистки сточных вод свиноферм в прудах [119]

шое количество загрязнений. Одним из недостатков ме­ тода являются неприятные запахи (в том числе серо­ водорода) при расположении анаэробных прудов вбли­ зи жилых зданий. Для борьбы с запахом сероводорода исследователи предлагают добавлять к подаваемым во­ дам NH4NO3 или НШ з (400—800 мг/л), что способству­ ет также регулированию pH в прудах.

АНАЭРОБНОЕ БРОЖЕНИЕ

Анаэробное брожение применяется для сбраживания осадков, образующихся при биохимической очистке про­ изводственных сточных вод, а также как первая ступень очистки очень концентрированных промышленных сточ­

240

ных вод (БПКполн более 4—5 г/л), содержащих органи­ ческие вещества. Оно недостаточно изучено и мало применяется для обезвреживания промышленных сточ­

ных вод.

При анаэробном брожении органические вещества разрушаются анаэробными бактериями. Для них, как и для аэробных бактерий, источником энергии являются окислительные процессы. Различие заключается в том, что последние получают энергию из окислительно-вос­ становительных реакций, в которых акцептором водоро­ да служит свободный кислород. Энергодающие окисли­ тельно-восстановительные реакции анаэробных бактерий протекают с освобождением энергии за счет энзимати­ ческого расщепления сложных органических веществ. Подобные процессы называются бродильными. Броже­ ние ведет к глубокому распаду веществ, но никогда не заканчивается их полным окислением. Процессы эти экзотермические, т. е. сопровождаются выделением тепла.

Различают много видов брожения: спиртовое, мо­ лочнокислое, маслянокислое, ацетонобутиловое и др. Для очистки сточных вод используются анаэробные про­ цессы, где преобладает метановое брожение, в резуль­ тате которого образуется метан.

Схематически метановое брожение можно разделить на две фазы. В первой из них расцепляются сложные органические вещества (белки, углеводы и др.) под влиянием обычной сапрофитной, анаэробной микрофло­ ры и образуются органические кислоты жирного ряда. Вначале образуются уксусная, креновая и масляная кис­ лоты со следами муравьиной, валериановой, пзо-валери- ановой и капроновой кислот [131]. Большое количество анионов уксусной кислоты снижает активность бактерий, участвующих в первой фазе брожения, так как она умень­ шается при pH = 6 [41]. Содержание кислот в бродя­ щей массе может снизить pH до 5. Во второй фазе мета­

241

новые бактерии разрушают образовавшиеся кислоты, при этом выделяются углекислый газ и метая.

Процессы, происходящие при расщеплении органиче­ ских веществ в метантенке, еще недостаточно изучены. Одни исследователи предполагают, что метан образует­ ся при восстановлении углекислого газа за счет карбо­ ксильных групп, другие считают, что он является резуль­ татом распада уксусной кислоты [141]. В. Эккенфельдер считает, что основными источниками образования мета­ на являются и тот, и другой процессы согласно следую­ щим схематически представленным реакциям [122]:

1. Брожение уксусной кислоты

СН3СООН -> СН4 + СОя.

2.Восстановление С02

С02 + 8Н СН4 + 2Н20.

При этом pH повышается до 6,7—7,4. Метанообразу­ ющие бактерии сбраживают, кроме названных веществ, этиловый спирт и многие другие соединения.

Не все органические вещества, находящиеся в сточ­ ных водах, могут быть разрушены путем анаэробного брожения; так, например, в анаэробных условиях цел­ люлоза почти не разрушается, а лигноцеллюлоза оста­ ется интактной [30]. Возможность разрушения жиров подвергается сомнению.

Процесс метанового брожения осуществляется бак­ териями Methanobacterium OmelanskH, Methanobacterium Söhngenü, Methanosarcina methanica и др. Они яв­ ляются строгими анаэробами и не образуют спор. Эти бактерии обладают ферментом гидрогеназой, под влия­ нием которой активируется водород, акцептируемый углекислотой, в результате чего синтезируется метан. Все упомянутые виды бактерий должны принимать участие

242

в процессе брожения, иначе он нарушается, масса заки­ сает. Нормальный процесс восстанавливается очень мед­

ленно.

Метантенки представляют собой герметически закры­ тые резервуары для обеспечения анаэробных условий, оборудованные приспособлениями для ввода несброженного и отвода сброженно­ го осадка, подогрева со­ держимого, отвода мета­ на и устройствами для перемешивания (рис. 67).

Очищаемая жидкость или осадок должны быть по возможности обезвожены, так как избыток влаги тормозит брожение. Очи­ щаемые сточные воды или осадок подаются, а очи­ щенные воды отводятся

самотеком или при помо- ЩИ насосов. Для перемешивания применяются

пропеллерные мешалки или гидроэлеваторы. Под перекрытием метантенка на­

капливается газ, возникающий в процессе брожения осадка, состоящий из 70—75% метана и 20—25% угле­ кислого газа. Метан отводится в газосборник, так назы­ ваемый газгольдер. Он используется в котельной для подогрева пара, подаваемого в очищаемую жидкость и на обогрев метантенков. Принятым способом повышения температуры в этом сооружении является также подача подогретой до температуры 60—90° С очищенной сточной воды в количестве 2—3% от объема метантенка.

Ежедневно в метантенк подается от 3 до 11% подле­ жащих сбраживанию осадка и избыточного активного ила. Одновременно такое же количество сброженного

243

осадка удаляется из апларата. Оставшийся осадок тща­ тельно смешивают с добавленным и подогревают до требуемой температуры.

Показателями работы метантенка являются БПК и ХПК поступающей и очищенной жидкости, pH и темпе­ ратура, количество жирных кислот в иловой жидкости, а также количество образующегося газа. Иловая жид­ кость поддерживает pH содержимого метантенка на не­ обходимом уровне, когда вследствие неполного окисле­ ния органических кислот активная реакция изменяется в кислую сторону.

При мезофильных температурах разложение органи­ ческих веществ достигает 50% [7]; pH колеблется в пре­ делах 5,6—8.

Для интенсификации брожения в метантенках соз­ дается более высокая температура (50—52° С), при ко­ торой процесс брожения протекает быстрее. В этом слу­ чае участвуют термофильные бактерии. Брожение в термофильных условиях более эффективно, чем в мезо­ фильных, распад загрязнений происходит более полно. Термофильное брожение имеет также преимущества с гигиенической точки зрения, так как при высоких темпе­ ратурах погибают многие патогенные возбудители забо­ леваний и частично — яйца гельминтов, очень устойчи1 вые к внешним воздействиям.

Переход от мезофильного к термофильному режиму работы метантенка не нарушает бактериальных процес­ сов брожения, если перед повышением температуры метантенк работал в мезофильном режиме без нарушений. В период перехода от одного температурного режима к другому суточная нагрузка на метантенк по осадку со­ ставляет 4—6% по объему, кроме того, в аппарат необ­ ходимо вводить сброженный осадок (затравку) из ме­ тантенка, работающего при температуре 52—53° С. Термофильная микрофлора более чувствительна к пере­ менам температуры и нагрузки, поэтому развивается

244

медленнее, чем мезофильная. Переход от мезофильного

ктермофильному брожению можно успешно осуществить

втечение 40 суток [75].

При брожении с использованием высоких температур образуется больше газа, чем при низких. В зависимости от нагрузки, состава осадка, влажности, температуры и других показателей из 1 мг осадка образуется 10—18 м3 газа. Норма загрузки для термофильного брожения со­ ставляет 20% по беззольному веществу, для мезофиль­ ного— 8-f- 10% объема метантенка. В таких условиях клетчатка разлагается довольно активно. При ведении процесса брожения в различных температурных усло­ виях с указанными нормами загрузки количество выде­ ляющегося газа почти одинаково.

Сбраживание в метантенках осадка производствен­ ных сточных вод подобно сбраживанию осадков быто­ вых сточных вод, но имеет особенности. Высокая началь­ ная влажность и высокое содержание в промышлен­ ных сточных водах солей металлов и детергентов требуют снижения нагрузки на метантенки на 20—50%.

Сбраживание активного ила и осадков из первичных отстойников в метантенках производится при мезофильных (+ 33° С) или термофильных (+ 53° С) температурах. Очень затруднено сбраживание осадков, полученных при совместной обработке бытовых и промышленных сточных вод, вследствие наличия в последних трудно разлагаемых микроорганизмами или токсических орга­ нических веществ. При мезофильном брожении суточная нагрузка на метантенк меняется в связи с влажностью сбраживаемого осадка от 4,2 до 5,6 кг/м3 по сухому веществу при влажности 90—97% [20]. При термофиль­ ном брожении нагрузку можно увеличить вдвое.

За рубежом анаэробное брожение используется для очистки сточных вод пищевых, целлюлозно-бумажных производств и др. [8], в СССР оно испытано для сточных вод фабрик первичной обработки шерсти [20],

245

сбраживания избыточного ила и др. При этой очистке концентрация загрязняющих веществ в сточных водах может снижаться в 10—20 раз.

Процесс анаэробного брожения при очистке сточных вод можно осуществлять также в две ступени. Двухсту­ пенчатые метантенки сбраживают 2 кг/м3 • сут загрязне­ ний. Такая высокая производительность метантенков возможна в результате возврата зрелого осадка в метантенк первой ступени из второй и постоянного пере­ мешивания сбраживаемой массы в метантанке первой ступени.

Ниже приведены предельно допустимые концентра­ ции токсичеоких веществ при метановом брожении [98]:

Конечно, этот перечень токсических веществ, для ко­ торых установлены предельно допустимые концентрации, очень мал и не удовлетворяет запросам практических ра­ ботников. Необходимы дальнейшие исследования в этом направлении с соответствующим утверждением допусти­ мых норм этих веществ, не нарушающих метановое бро­ жение.

Часть сброженной зрелой массы из метантенка, со­ держащей от 85—90% воды, перекачивается на иловые площадки для подсушивания, при этом количество вла­ ги в обезвоженном иле снижается до 60—70%. Иловые площадки бывают открытые и закрытые. Открытые пло­ щадки — это неглубокие бассейны, в которых сброжен­ ный осадок из метантенков фильтруется через материалы

246

с увеличивающейся крупностью — песок, шлак, или мелкий щебень, крупный шлак. Слой фильтрующего мате­ риала толщиной 40—50 см располагается непосредствен­ но на грунте или на специально подготовленном основа­ нии из водонепроницаемых материалов — бетона, кир­ пича и т. д. В основании площадки уложены трубы для отвода дренажной воды. Дренажную воду от иловых пло­ щадок возвращают на биологическую очистку. Закрытые иловые площадки перекрывают стеклянными крышами, ограждают стенами и отапливают. На таких площадках ил обезвоживается в 2—3 раза скорее, чем на откры­ тых. Закрытые иловые площадки имеют наибольшее распространение в США. В СССР такие площадки рекомендованы для использования в курортных ра­

йонах.

В последнее время для обезвоживания осадков быто­ вых сточных вод используются фильтр-преосы типа ФПАКМ [1]. При испытаниях этих фильтр-прессов для обезвоживания бытовых сточных вод, коагулированных 4% хлорного железа и 20—22% окиси кальция (к сухо­ му веществу осадка), установлена возможность получе­ ния кека влажностью 42—56%. хорошо отделяемого от фильтрующей ткани. На основании этих данных можно заключить, что фильтр-прессы типа ФПАКМ могут быть применены для обезвоживания осадков смеси бытовых и производственных сточных вод.

Л и т е р а т у р а

1. А б р а м о в и ч И. А. Проектирование водоснабжения и кана-. лизации. Информационный реферативный сборник. IV серия. Вып. 3(72). М., Союзводоканалпроект, 1971, 6, 16.

2. А л е к е а и д р о в а П. П. и др. Сб.: «Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности». М., Гос-

247

5. Б а з я к и н а Н. А. Роль активного ила в работе аэротенка на полную очистку. М., «Власть Советов», 1936.

6. Б а з я к н н а Н. А. Очистка концентрированных промышлен­ ных сточных вод. М., Госстройиздат, 1958.

7. Биохимическая очистка промышленных сточных вод. Киев, Институт технической информации, 1965.

вбиологических прудах. Минск, изд-во АН БССР, 1961.

10.Вода и сточные воды в пищевой промышленности. М., «Пи­ щевая промышленность», 1972.

14.Г о р о н о в с к и й И. Т. и др. Краткий справочник по химии. Киев, изд-во АН УССР, 1962, 349.

15.Г р и н б е р г А. М. Обесфенолнвание сточных вод коксохи­ мических заводов. М., «Металлургия», 1968.

248

тута ВОДГЕО. Очистка промышленных сточных вод». Вып. 14. М.,

ние в области очистки буроугольных и торфяных газогенераторных

водоснабжения и канализации». Информационный выпуск. М., Союз-

канализации. Информационный реферативный сборник. Вып. 8 (69). М., Союзводоканалпроект, 1970, 17—25.

40. К а р п и н с к и й А. А. Непрерывное брожение и выращива­ ние микроорганизмов. Материалы совещания, проведенного Инсти­ тутом микробиологии АН СССР. М., ГІищепромиздат, 1960.

249