Вважається, що серед можливих форм резервуарів метантенків
(рис. 14.25) найкращою є яйцеподібна форма, яка має максимальний об’єм при мінімальній площі поверхні, дозволяє скоротити матеріалоємність при будівництві та тепловтрати при експлуатації. Крім цього, така форма метантенка перешкоджає накопиченню піску й утворенню кірки. На рис. 14.26 зображені два залізобетонні метантенки очисної станції Галле-Норд (ФРН) яйцеподібної форми об’ємом по 11,5 тис. м3, а на рис. 14.27 - два металеві метантенки очисної станції м. Ясло (Польща) об’ємом по 4261 м3 кожен.
У колишньому СРСР в різні роки було розроблено три серії типових проектів метантенків, які за являють собою резервуари циліндричної форми з жорстким конічним перекриттям і конічним дном. Відношення їх діаметра до висоти знаходиться, звичайно, в межах від 0,8:1 до 1:1. Верхня частина перекриття в центрі метантенків закінчується вузькою горловиною. Робочий рівень осаду в метантенках підтримується на 0,2-0,4 м вище основи горловини, внаслідок чого значно зменшується площа вільного дзеркала й полегшується боротьба з кіркою. Площа горловини метантенків визначається з розрахунку пропускання до 600-800 м3/добу газу в розрахунку на 1 м2 поперечного перетину. Труби для відведення газу із горловини метантенків розміщуються на відстані не менш ніж 2 м від максимального рівня осаду. Конструктивні розміри типових метантенків наведені у табл . 14.16.
Таблиця 14.16
Конструктивні розміри типових метантенків
Номер |
Діаметр, |
Корисний |
|
Висота, м |
|
типового |
м |
об’єм резер- |
верхнього |
циліндричної |
нижнього |
проекту |
|
вуара, м3 |
конуса |
частини |
конуса |
ТП 902-2-227 |
12,5 |
1000 |
1,9 |
6,5 |
2,15 |
ТП 902-2-228 |
15 |
1600 |
2,35 |
7,5 |
2,6 |
ТП 902-2-229 |
17,5 |
2500 |
2,5 |
8,5 |
3,05 |
ТП 902-2-230 |
20 |
4000 |
2,9 |
10,6 |
3,5 |
ТП 902-5-15.86 |
11 |
1100 |
2,1 |
9,0 |
2,0 |
ТП 902-5-16.86 |
15 |
2500 |
1,9 |
12,5 |
2,8 |
ТП 902-5-17.86 |
19 |
5000 |
1,6 |
14,9 |
4,2 |
ТП 902-5-18.86 |
23 |
9000 |
4,5 |
17,9 |
5,6 |
Найстаріші типові залізобетонні метантенки (ТП 902-2-227 - ТП 902- 2-230) мають діаметр 12,5, 15, 17,5 і 20 м за об’єму одного резервуара відпо-
відно 1000, 1600, 2500 і 4000 м3 (рис. 14.28). Завантаження метантенків
здійснюють через завантажувальні бункери, в які насосами подають сирий осад первинних відстійників і надлишковий активний мул із мулозгущувачів. Осад і мул далі самопливом надходять по трубопроводам із бункерів у верхню частину метантенків. Для рівномірного розподілу осаду і мулу між мета-
нтенками в завантажувальних бункерах встановлені незатоплені водозливи з гострим порогом і щитові затвори.
Метантенки вивантажують під гідростатичним тиском завантажуваного осаду, який витісняє зброджену масу в вивантажувальний бункер по одному із двох трубопроводів, один з яких йде від низу конусного дна, а другий - від основи циліндричної частини метантенка (рівень порогу водозливу вивантажувального бункера визначає рівень осаду в горловині метантенка). Завантажувальні і вивантажувальні бункери розміщуються у верхній частині приміщення управління, в нижній частині якої знаходяться насоси, а в середній - трубопроводи комунікацій. Для зручності обслуговування метантенки компонуються в групи по чотири резервуари з приміщенням управління в центрі. Схема метантенка з технологічними трубопроводами наведена на рис. 14.29, а генплан вузла із чотирьох метантенків - на рис. 14.30.
Рис. 14.28. Метантенк з нерухомим незатопленим перекриттям:
1 - газопровід; 2 - газові ковпаки; 3 - випуск газу в атмосферу; 4 - блок для монтажу мішалки; 5 - пристрій для автоматичного зниження тиску газу; 6 - пропелерна мішалка; 7 - трубопровід для завантаження зброджуваного осаду; 8 - центральна труба; 9, 10 - відповідно напірний та всмоктуючий трубопроводи інжекторного підігрівача; 11 - трубопровід для вивантаження збродженого осаду
Рис. 14.29. Схема метантенка з технологічними трубопроводами:
1 - резервуар метантенка; 2 - напірний трубопровід для подачі осаду на перемішування; 3 - центральна труба; 4 - горловина метантенка; 5 - газовий ковпак; 6 - газова свічка для випуску газу в атмосферу; 7 - зброджуваний осад; 8 - завантажувальна камера; 9 - вивантажувальна камера; 10 - зброджений осад; 11 - інжектор для підігрівання осаду в метантенку; 12 - пара; 13 - всмоктувальний трубопровід спорожнення метантенка; 14 - насос для перемішування вмісту метантенка та його спорожнення; 15 - напірний трубопровід спорожнення метантенка; 16 - всмоктувальний трубопровід осаду, який подається на перемішування
У типових проектах ТП 902-5-15.86 - ТП 902-5-18.86 вивантажувальні камери влаштовуються на конічному перекритті кожного метантенка, безпосередньо біля горловини (рис. 14.31). Кожна камера має три відділення з рухомими водозливами, куди по трубам надходить зброджений осад із трьох різних рівнів метантенка. Ці самі водозливи визначають і рівень осаду в горловині метантенка. Завантаження метантенка здійснюється по напірному трубопроводу під рівень зброджуваного осаду.
Метантенки завантажуються періодично чи безперервно, почергово чи одночасно, що визначається, головним чином, режимом відкачування осаду з первинних відстійників. На крупних очисних станціях метантенки завантажуються та вивантажуються безперервно.
Метантенк повинен мати систему трубопроводів для спорожнення й промивання всіх робочих трубопроводів технічною водою.
Як вже зазначалося, перемішування вмісту метантенків здійсню-
ється з метою ефективного використання всього його об’єму, виключення можливості утворення мертвих зон, запобігання розшаровуванню осаду, від-
513
Рис. 14.30. Генплан вузла з чотирьох метантенків діаметром 15 м:
1 - приміщення управління метантенками; 2 - галерея; 3 - трап; 4 - місток обслуговування; 5 - гідроелеватор; 6 - газовий ковпак; 7 - люк-лаз; 8 - кіоск приладів газової мережі; 9 - газопровід; 10 - тонель; 11 - трубопровід для випуску осаду на мулові майданчики; 12 - водопровід; 13 - каналізація; 14 - трубопровід для подачі сирого осаду первинних відстійників; 15 - трубопровід для подачі надлишкового активного мулу; 16 - конденсатопровід; 17 - паропровід; 18 - паропровід до кіоску газової мережі
кладанню піску й утворенню кірки, вирівнювання температурного поля. Крім цього переміщування повинно сприяти вирівнюванню концентрацій метаболітів, що утворюються в процесі зброджування, а також концентрацій токсичних речовин, що можуть міститися у зброджуваному осаді, підтриманню щільного контакту між бактеріальною масою та субстратом. Перемішування осаду в метантенках може здійснюватись декількома способами (рис. 14.32):
1. Гідроелеваторами, в яких робочою рідиною служить осад, що подається насосом із нижньої зони метантенка;
2.Пропелерними мішалками з вертикальною віссю обертання, які розміщуються в центральній трубі усередині метантенка;
Рис. 14.31. Схема метантенка діаметром 15 м за ТП 902-5-16.86:
1 - резервуар метантенка; 2 - газопровід; 3 - горловина метантенка; 4 - газовий ковпак; 5 - дихальний клапан; 6 - щитові затвори; 7 - вивантажувальна камера; 8 - напірний трубопровід для перемішування вмісту метантенка; 9 - трубопровід для вивантаження зброджених осадів; 10 - переливний трубопровід; 11 - трубопроводи для вивантаження збродженого осаду з різних відміток метантенка; 12 - трубопровід для завантаження осадів в метантенки; 13 - всмоктувальний трубопровід осаду, який подається на перемішування; 14 - всмоктувальний трубопровід інжекторного підігрівача; 15 - напірний трубопровід інжекторного підігрівача
3.Насосами без гідроелеваторів;
4.Рециркуляцією газів бродіння за допомогою компресорів;
5.За допомогою пристроїв для підігрівання осаду в метантенку.
Устарих конструкціях метантенків перемішування здійснюється першими двома способами. Перемішування за допомогою гідроелеваторів (рис. 14.29) є досить надійним і ефективним, однак через низький коефіцієнт кори-
сної дії йому властива підвищена витрата електроенергії. Тому гідроелеватори використовують у метантенках місткістю до 1700 м3. Для нормальної роботи за умови достатнього тиску, що створюється насосом перемішування, рівень осаду повинен підтримуватись на 0,3-0,4 м вище лійки гідроелеватора. Пропелерні мішалки, у порівнянні із гідроелеваторами, значно скорочують витрату електроенергії й виключають необхідність влаштування багатьох комунікацій (рис. 14.28). Зброджувана маса за допомогою робочого колеса пропелерного типу забирається з верхньої і подається в нижню частину метантенка по центральній напірній трубі, що і створює циркуляцію осаду в споруді. Однак експлуатація мішалок ускладнюється періодичним виходом з ладу опі-
Рис. 14.32. Способи перемішування осаду в метантенках:
а) - механічною мішалкою; б) - гідроелеватором; в) - насосом; г) - рециркуляцією біогазу; д) - насосом, що подає осад через теплообмінник; ж) - насосом, що подає осад через паровий інжектор; 1 - механічна мішалка в центральній трубі; 2 - гідроелеватор в усті центральної труби; 3 - насос; 4 - компресор; 5 - теплогенеруюча установка; 6 - теплообмінник; 7 - паровий інжектор
рних і радіальних підшипників. Крім цього мішалки мають велику вагу, що ускладнює їх ремонт.
У нових конструкціях метантенків переміщування здійснюють насосами, які забирають осад із низу конусного дна і подають у верхню частину (горловину) споруди (рис. 14.31). Ці ж насоси використовуються для подачі збродженого осаду на мулові майданчики чи у цех зневоднення осаду. Для обслуговування декількох метантенків влаштовується спільна насосна станція
(рис. 14.33).
Перемішування осаду в метантенках здійснюють на протязі 2-5 годин у добу. В метантенках відбувається також і природне перемішування осаду, зумовлене виділенням та підйомом бульбашок газів. Поєднання цього явища з частим або тривалим завантаженням метантенка, замість завантаження його великими порціями, дозволяє зменшити витрати на перемішування осаду.
В останні роки знаходить застосування спосіб перемішування вмісту метантенків біогазом, який відбирається з газгольдерів чи безпосередньо з горловин метантенків. За допомогою компресорів біогаз подається в метантенки з інтенсивністю 0,8 м3/(м2.год) через дифузори чи у вертикальну трубу, встановлену в центрі (газліфтний метод перемішування) [11]. Завдяки по-
516
Рис. 14.33. Генплан метантенків діаметром 15 м:
1 - резервуари метантенків; 2 - башти обслуговування; 3 - інжекторні; 4 - насосна станція перемішування; 5 - газозбірний пункт; 6 - пункт управління газової свічки; 7 - газова свічка; 8 - пункт управління газгольдерами; 9 - газгольдери
тужному рециркуляційному ефекту перемішування осаду біогазом дозволяє застосовувати метантенки з невеликим похилом дна. Перемішування біогазом супроводжується також збільшенням концентрації в осаді розчиненої вуглекислоти - акцептора водню, яка знижує його парціальний тиск і завдяки цьому поліпшує умови життєдіяльності метанових бактерій та збільшує вихід біогазу.
Підігрівання осаду в метантенках здійснюють з метою підтримання у ньому температур, оптимальних для мезофільного чи термофільного режимів зброджування. Більша частина теплової енергії використовується на підігрівання завантажуваного осаду, менша - припадає на компенсацію втрат теп-
517
ла через огороджуючі конструкції. Для зменшення втрат тепла метантенки старих конструкцій обваловувалися землею. У нових конструкціях метантенків теплоізоляція виконується з мінераловатних плит покритих тонколистовою оцинкованою сталлю. За кордоном для теплоізоляції часто влаштовують спеціальну стінку з пустотілої цегли чи блоків, яка знаходиться на відстані 20 см від стіни метантенка.
Пристрої для підігрівання осаду можна поділити на дві групи: пристрої для підігрівання осаду перед його надходженням у метантенки і пристрої, які подають тепло безпосередньо в метантенки. Підігрівання осаду в метантенку може здійснюватись:
1. Впусканням у метантенки гострої пари за допомогою пароструминних інжекторів (тиск пари 0,2-0,4 МПа);
2.Подачою пари у всмоктувальний трубопровід насоса, що перемішує осад в метантенку;
3.У теплообмінниках, розміщених перед метантенками (доцільно як теплоносій використовувати ще і осад, зброджений в метантенках);
4.Подачою гарячої води чи пари по змійовикам, розміщеним усередині метантенків (цей спосіб застосовується в метантенках старих конструкцій).
На підігрівання 1 м3 осаду на 1 °С витрачається в середньому 1300 ккал тепла.
Підігрівання осаду в метантенках старих конструкцій здійснюється за допомогою парових інжекторів (рис. 14.28), які встановлюються в камерах управління (по одному інжектору на кожен метантенк). Забираючи осад із метантенка й подаючи суміш осаду та пари знову в метантенк по дотичній до стінки, паровий інжектор забезпечує також і часткове перемішування осаду. Паровий інжектор, зображений на рис. 14.34, має продуктивність за парою 2 т/год, а за 1 год через нього проходить до 200 м3 осаду. У нових проектах інжектори встановлюються в спеціальних інжекторних чи в галереї управління по одному на кожен метантенк. На інжектори подають пару низького тиску з температурю 100-112 °С. У зимовий період інжектор працює 11-13, а в літній
-3-4 години на добу.
Узакордонній практиці часто застосовують двоступінчасте підігрівання завантажуваного осаду: спочатку у теплообміннику «осад-зброджений осад», а далі - в теплообміннику «осад-гаряча вода». Конструкція метантенка, типового для країн Західної Європи, наведена на рис. 14.35.
Урайонах із середньорічною температурою повітря понад +6 °С можуть застосовуватись двоступінчасті метантенки, перший ступінь яких являє собою закриті метантенки, що обігріваються, а другий - відкриті резервуари. На другому ступені осади не зброджуються, а ущільнюються. Ступінь розпаду беззольної речовини осаду в двоступінчастих метантенках не перевищує ступінь розпаду, який досягається в одноступінчастих метантенках
Рис. 14.34. Схема встановлення парового інжектора: а) - розріз; б) - план; 1 - паровий інжектор; 2 - паропровід; 3 - трубопровід для забору осаду з метантенка; 4 - трубопровід для подачі підігрітого осаду в метантенк; 5 - стінка метантенка; 6 - стовпчик з цегли; 7 - опірна плита
такого самого об’єму. Однак процес бродіння в них відбувається більш стійко, а об’єм збродженого осаду зменшується приблизно у два рази за рахунок його ущільнення та відділення мулової води.
Метантенки першого ступеню розраховуються за звичайною методикою для мезофільного режиму зброджування; доза завантаження метантенків другого ступеню приймається такою, що дорівнює 4 %. Метантенки другого ступеню являють собою відкриті земляні резервуари, облицьовані бетоном чи каменем. Глибина резервуарів невеликих розмірів приймається в межах 3-5 м; при більших розмірах глибина приймається до 5-12 м. Метантенки другого ступеню обладнуються механізмами для згрібання утворюваної кірки. Випуск
Рис. 14.35. Метантенк з механічним перемішуванням і підігріванням гарячою водою [1]
1 - мішалка з електроприводом; 2 - випуск кірки; 3 - зброджений осад; 5 - рециркуляція осаду; 6 - ущільнений сирий осад; 7 - газовий ковпак; 8, 11 - шибери; 9 - видалення збродженого осаду й кірки; 10 - теплообмінник; 12 - біогаз; 13 - подача осаду в метантенк; 14 - насос; 15 - гаряча вода
із них мулової води здійснюється на різних рівнях, видалення ущільненого осаду вологістю 92-94 % здійснюється із збірного приямка.
У Харківському відділенні НДІ ВОДГЕО розроблена конструкція метантенка, яка забезпечує одночасне здійснення процесів зброджування та ущільнення осаду. Виконані дослідження показали, що в такому метантенку можна відділити до 50 % (від загального об’єму осаду) мулової води з концентрацією завислих речовин до 4 г/л, за рахунок чого зменшити вологість збродженого осаду додатково на 1,5-2 %. Для ущільнення збродженого осаду виділяється до 10-15 % загального об’єму метантенка.
В районах із середньозимовою температурою найбільш холодного місяця року біля -5 °С може застосовуватись одноступінчасте зброджування у відкритих метантенках без підігрівання.
14.4.2.5. Використання газу метантенків
Біогаз, що виділяється в метантенках при анаеробному зброджуванні осадів міських стічних вод, складається, головним чином, із метану CH4 та
вуглекислого газу CO2 , - вміст цих газів за об’ємом складає відповідно 65-70
