1.5.Анаэробная биологическая очистка

Анаэробную очистку используют для удаления загрязнений из сточных вод,

вкачестве первой ступени очистки сточных вод с высокой концентрацией ор-

ганических загрязнений (БПКп > 4–5 г/л), а также для переработки активного ила, других осадков и твердых отходов (см. разд. 3.2.5). Многие твердые отходы содержат целлюлозу, легче поддающуюся анаэробному разложению с образованием биогаза, чем аэробному окислению.

Входе метаногенерации (метаногенеза) – анаэробного процесса с образованием метана – органические загрязнения конвертируются в биогаз, содержащий

восновном CH4 и CO2. Его можно использовать в качестве топлива. Количество выделяемого биогаза достаточно не только для компенсации энергетических затрат на анаэробное разложение, но и для использования сторонними потребителями – в котельных или нагревателях для получения пара и горячей воды,

встационарных газогенераторах для получения электроэнергии с рекуперацией тепла, в технологических процессах термосушки и сжигания осадков и др. Биогаз может быть трансформирован в электрическую энергию с к.п.д.

33%, в тепловую – с к.п.д. 50%. После удаления CO2 и H2S его можно использовать в двигателях внутреннего сгорания или в дизельных двигателях. В средней полосе России биогаз, выделяемый метантенком при переработке навоза одной коровы, способен обогреть дом семьи из 4 человек и стойло коровы.

ВКитае и Индии для утилизации отходов домашнего хозяйства эксплуатируется несколько млн биогазовых установок относительно несложной конструкции объемом 8–10 м3 каждая, несколько десятков тыс. установок с реакторами большого объема и несколько десятков млн печей и водонагревателей на биогазе. В развитых странах построено множество крупных биогазовых установок для очистки стоков промышленных предприятий, переработки отходов ферм, городского твердого мусора (см. также разд. 3.2.5).

Промышленное применение систем анаэробного разложения неуклонно расширяется в связи с возрастанием требований к энергоэкономичности процессов, особенно при очистке сильно загрязненных стоков, с возможностью получения альтернативного топлива – биогаза, непригодностью других способов очистки некоторых сточных вод и появлением высокоэффективных анаэробных реакторов нового поколения.

1.5.1.Биоценозы и биохимические процессы при анаэробной очистке

Анаэробные биоценозы при очистке сточных вод могут представлять собой флокулы, биопленки и гранулы ила. Они развиваются в экосистемах с доминированием аноксигенных и анаэробных условий, в которых протекают процессы брожения, аноксигенного окисления (анаэробного дыхания) и метанообразования. Такие условия наблюдаются в анаэробных биореакторах при очистке сточных вод и сбраживании органических отходов, в центральных зонах крупных флокул,

виях осуществлять денитрификацию и сульфатредукцию. Одновременно могут протекать сульфатредукция и метанообразование, нитрификация и денитрификация, окисление сульфидов и сульфатредукция.

Важный фактор, управляющий анаэробными процессами – окислительновосстановительный потенциал среды. Облигатные анаэробы могут осуществлять обмен веществ при Eh не выше (+110) – (+170) мВ (rН2 < 18–20), но размножаются они при более низких значениях Eh (–330) – (–260) мВ (rН2 не более 3–5).

При использовании микроорганизмами акцепторов электронов Eh снижается, создаются условия сначала для развития аэробов, а по мере понижения Eh – денитрификаторов, сульфатредукторов и метаногенов. В плотных флокулах аэробного активного ила достаточно большого размера (диаметром > 2–3 мм) или в биопленках толщиной >1–2 мм, где диффузия кислорода затруднена, аэробное дыхание сменяется на анаэробное в направлении от поверхности в глубь гранулы или биопленки. Возникает стратификация концентраций кислорода, нитратов, сульфатов и продуктов их восстановления вдоль профиля гранулы или пленки (рис. 1.54). В таких микробиотопах аэробные микроорганизмы находятся снаружи гранулы или пленки, а нитратредукторы и сульфатредукторы – внутри. Во внутренней зоне возможно развитие также процессов брожения сахаров, аминокислот, маслянокислое и другие типы брожения. Однако условий, существующих внутри флокул ила и пленок сооружений аэробной очистки, недостаточно для развития бактерий-метаногенов.

Вбиореакторах, предназначенных для удаления азота из сточных вод аэроб- но-анаэробным методом, у поверхности флокул и пленок протекает нитрификация, глубже в аноксигенной зоне – денитрификация. Во внешней зоне доминируют популяции нитрифицирующих бактерий родов Nitrosomonas и Nitrobacter, внутри – денитрификаторы.

Впроцессе метаногенерации (часто называемом «метановым брожением», что с биохимической точки зрения не совсем корректно) происходит разложение органических субстратов и загрязнений, обеззараживание и детоксикация стоков. В природе этот процесс протекает в различных средах с анаэробными условиями, в рубце жвачных животных, в термитниках.

Метаногенерация – сложный, многостадийный процесс, в котором исходные органические вещества последовательно превращаются в более простые

спереходом значительной части углерода в метан и углекислый газ и в иловую жидкость. Биохимические и микробиологические особенности анаэробного разложения органических веществ в стоках и отходах изучены достаточно хорошо, что позволяет осуществлять эффективные биотехнологические процессы.

Метановое разложение включает три стадии анаэробного брожения (рис. 1.55): гидролиз, кислотную (ацидогенную), ацетогенную и четвертую, метаногенную, стадию (стадию газообразования); оно способно протекать при пониженных (10–20 °С, психрофильный режим), умеренных (30–37 °С, мезофильный режим) и повышенных (50–55 °С, термофильный режим) температурах. Протекание этих стадий нестрого последовательно во времени – часть субстрата может претерпевать гидролитическое расщепление при одновременном метанообразовании из продуктов разложения (рис. 1.56).

Рис. 1.54. Профили концентраций и скорости конверсии акцепторов электронов в биопленке (по D. De Beer, P. Stoodley, с изменениями): а – концентрация O2, NO2–, NO3–; б – скорость восстановления O2, NO2–, NO3–; в – скорость окисления H2S и восстановления SO2

В первой стадии брожения принимают участие микроорганизмы-гидро-ли- тики, обладающие целлюлолитической, протеолитической, амилолитической, липолитической, аммонифицирующей активностью. Содержащиеся в среде нитраты и сульфаты восстанавливаются бактериями-денитрификаторами и сульфатредукторами. В результате ферментативного гидролиза целлюлоза

На ацидогенной стадии протекают различные виды брожения: спиртовое, маслянокислое, ацетоно-бутиловое, пропионовое и другие, в ходе которых бактерии-ацидогены сбраживают образующиеся продукты гидролиза, например глюкозу, до органических кислот:

Потребляя моно- и олигосахариды, аминокислоты и другие промежуточные продукты гидролиза, эти бактерии тем самым предотвращают ингибирование продуктами гидролиза гидролитических ферментов, участвующих в первой фазе брожения.

Ацидогенные бактерии, как правило, наиболее активны при pH среды от 4,5 до 7,0. Пропионовая и масляная кислоты слабее уксусной; при их образовании среда закисляется меньше, чем при образовании уксусной кислоты, что позволяет популяции поддерживать оптимальный pH. Время генерации клеток на этой стадии составляет несколько часов. Стадию кислотообразования способны осуществлять бактерии рр. Bacillus, Pseudomonas, Sarcina, Micrococcus и других, многие из которых принимают участие и на первой, гидролитической, стадии брожения.

В результате расщепления на первых двух стадиях 70–80% образующихся органических продуктов составляют высшие жирные кислоты, до 20% – ацетат и 3–5% – водород. Среди других продуктов – изомасляная, фенилуксусная, бензойная, индолилбензойная кислоты, NH4+, H2S, бутанол, пропанол, CO2 и др.

На ацетогенной стадии брожения гетероацетогенные бактерии (ацетогены) рр. Clostridium, Syntrophus и других переводят органические кислоты, например пропионовую и масляную, и прочие продукты ацидогенеза в уксусную кислоту:

Эти реакции обратимые, протекают с затратой или небольшим выходом энергии, поэтому они возможны только при низком парциальном давлении H2 в смешанных культурах микроорганизмов, потребляющих водород. Они лимитируют весь процесс метанообразования. Потребление водорода метаногенными бактериями (в специальной литературе называемое межвидовым переносом водорода) на последующей стадии смещает равновесие реакций в сторону образования ацетата, и бактерии-ацетогены получают из исходного субстрата больше энергии. Поэтому ацетогенные и метаногенные бактерии часто пространственно взаимосвязаны; в агрегатах, например в гранулах анаэробного ила и в био-

пленках, они встречаются в непосредственной близости друг от друга. Такие субстраты, как пропионат, этанол и лактат, сначала превращаются ацетогенной микрофлорой в ацетат и H2. При нарушении метаногенерации в среде сбраживания накапливаются водород, а также пропионовая, масляная и высшие жирные кислоты. Жирные кислоты в нейтральной форме в концентрации >2 г/л токсичны для анаэробного сообщества. По достижении концентрации водорода 0,2–0,5% может полностью прекратиться биодеградация субстрата и нарушиться метанообразование.

Конечными продуктами ацетогенной стадии являются ацетат (50–55%), H2 (23–25%) и CO2.

Основную роль в заключительной, метаногенной, стадии выполняют строгие анаэробы – метанообразующие бактерии. Они более чувствительны к условиям среды. Время генерации клеток метаногенов составляет несколько суток. Их активность максимальна при pH среды от 6,8 до 7,5. При более низких и высоких значениях pH развитие метаногенов замедляется либо прекращается совсем.

Продукт реакций метаногенной стадии – CH4. Образование его возможно двумя путями. Метаногенные бактерии-литотрофы (рр. Methanococcus, Methanobacterium, Methanospirillum, Methanomicrobium, Methanogenium, Methanothermus, Methanobrevibacter) потребляют в качестве субстрата H2 и CO2, а также CO и формиат:

Микроорганизмы-ацетотрофы (рр. Methanosarcina, Methanosaeta, Methanoplanus) используют ацетат, метанол, метиламин:

Вследствие разрушения органических кислот pH среды повышается, реакция среды становится щелочной, поэтому метаногенную стадию иногда называют «щелочным брожением».

При разложении уксусной кислоты образуется 70–75% метана, а остальные 25–30% – в результате синтеза из углекислоты и водорода и протекания других реакций. Соотношение конечных продуктов в процессе метанового брожения зависит от состава среды, условий ферментации и присутствующей микрофлоры.

Таким образом, в процессе метанообразования участвуют сложные метаногенные ассоциации, в которых одни члены сообщества функционируют в тесной связи с другими. Ряд таких ассоциаций получил самостоятельное название (например, Methanobacillus kuzneceovii, образующая метан при разложении биомассы водорослей).

Cуммарно процесс метанообразования при полном разложении органического субстрата с формулой CnHaOb (т. е. без учета новообразования биомассы) можно представить следующим образом:

CnHaOb + (n – a/4 – b/2)H2O (n/2 – a/8 + b/4)CO2 + (n/2 + a/8 – b/4)CH4 (1.66)

на 1 г жиров выделится 0,775 г CO2 и 0,732 г CH4.

При полном разложении белка с условной формулой (в долях от массы бел-

ка) C0,53H0,07O0,23N0,16S0,01 :

1г C0,53H0,07O0,23N0,16S0,01 + 0,714г H2O 0,206г NH4+ + 0,7г HCO3– +

на 1 г белка выделится 0,433 г CO2 и 0,365 г CH4 .

Таким образом, наибольшее количество биогаза и наибольшее содержание метана в биогазе наблюдается при разложении жиров.

Биомасса микроорганизмов при метаногенном разложении состоит из 45–50% углерода, 30–40% кислорода, 7–8% водорода, 10–12% азота, 1,5–2% фосфора и 0,8–1,2% серы. Кроме того, в биомассе содержатся калий, натрий, кальций, магний и ряд микроэлементов, наиболее важные из которых кобальт, молибден и никель (см. табл. 1.24 на с. 167). В среднем, чтобы обеспечить формирование клеточной массы с эмпирической формулой C5H9O3N, оптимальное соотношение ХПК : N : P в среде должно быть близко к 700 : 5 : 1 (при разложении загрязнений в аэробных условиях оптимальное соотношение ХПК : N : P составляет 100 : 2–6 : 0,6–1,2).

Без учета CO2, растворяющегося в иловой жидкости (в виде карбоната или гидрокарбоната), и образования биомассы при распаде 1 г жиров приведенного состава в среднем будет образовано 1420 мл газа, в котором объемная доля CH4 = 72%, CO2 = 28% (1,51 г газа на 1 г беззольного вещества). При распаде 1 г углеводов образуется 750 мл газа, содержащего по объему 50% CH4 и 50% CO2 (1 г биогаза на 1 г беззольного вещества). При распаде белков приведенного состава образуется 730 мл биогаза, содержащего по объему 70 % CH4 и 30% CO2 (0,8 г газа на 1 г беззольного вещества). Жироподобные вещества разлагаются на 70–90%, сложные углеводоподобные – на 60–85%. Остальное частично переходит в новообразованную биомассу, частично остается не до конца разложившимся.

Осадок первичных отстойников содержит 15–20% углеводов, 20–30% жироподобных веществ, 20–30% белков. Избыточный активный ил с вторичных отстойников – 50% белков. Поэтому выход и доля метана в биогазе на единицу беззольной части осадка из первичных отстойников обычно выше, чем при разложении активного ила.

Взависимости от состава сбраживаемого субстрата объемная доля CH4

вбиогазе колеблется от 50 до 75%, его теплотворная способность от 20,9 до 33,4 МДж/ м3.

С 1 кг ХПК усредненных органических загрязнений образуется 0,4–0,7 м3

биогаза с типичным составом (объемная доля, %): CH4 – 60–65, CO2 – 30–32, H2 – до 2, CO – 1–2, N2 – 0,3–0,5, O2 < 0,2 (появляется из-за негерметичности биореактора при загрузке и выгрузке сырья). 1 м3 биогаза такого состава имеет теплотворную способность 21–23 МДж/м3, что эквивалентно 6 кВт·ч электроэнергии, 0,6 л керосина, 1,5 кг угля, 3,5 кг дров, 0,4 кг бутана.

По сравнению с окислением глюкозы до CO2 и H2O при разложении глюкозы до метана в нем сохраняется до 83% энергии. При синтезе CH4 выход энергии не превышает 2 моль АТP на 1 моль СH4, поэтому для роста метанообразующих бактерий должно образоваться значительное количество CH4, при этом 5–10% от исходного углерода переходит в клеточный материал, а остальные 90–95% –

вметан. Вследствие низкого энергетического выхода (в виде ATP) при анаэробном брожении активного ила образуется в несколько раз меньше (0,05–0,1 кг/ кг ХПК), чем при аэробном, что облегчает решение проблемы захоронения его избытка.

Большим стимулом к развитию многих из современных методов анаэробной очистки послужило обнаружение в середине 1970-х гг. способности микроорганизмов, входящих в состав метаногенного сообщества, образовывать агрегаты – гранулы (пеллеты) при росте в анаэробном реакторе в условиях восходящего потока (рис. 1.57, см. также вклейку, рис. III).

Первоначально гранулы формируются в результате совместного агрегирования суспендированных частиц и растущих бактерий. Под действием восходящего потока воды более легкие частицы и неагрегированные бактерии вымываются, а агрегаты остаются, и таким образом происходит их автоселекция. Направление и скорость процесса грануляции, а также характеристики сформированного гранулированного ила зависят от видового состава и соотношения микроорганизмов в гранулах, таких их свойств, как скорость роста и отмирания, морфология, субстратная специфичность, гидрофобность, заряд поверхности, способность синтезировать специфические полимеры. Среди этих свойств особенно важны скорости роста и отмирания. Медленно растущие метаногенные и ацетогенные микроорганизмы формируют компактные плотные гранулы с хорошей осаждаемостью. Благодаря этой способности гранул в реакторе можно достичь высокой концентрации биомассы, скорости сбраживания загрязнений и метаногенерации.

Рис. 1.57. Гранулы анаэробного ила

Плотные, стабильные гранулы формируются на субстратах, содержащих растворимые белки и ионы Ca2+. Карбонат кальция может образовывать пористый скелет, что обеспечивает подходящие для метаногенеза условия. Стабильность и седиментационные свойства гранул становятся хуже при очистке стоков с высоким содержанием углеводов, в присутствии таких неполярных соединений, как нафталин, поверхностно-активных веществ, при невысоких нагрузках на ил, резких колебаниях в составе субстратов, лимитировании метаногенеза фосфором, присутствии в питающем растворе дисперсных ацидогенных микроорганизмов.

На поверхности гранул наблюдаются поры различной величины, служащие для транспорта субстрата и выхода биогаза. Концентрация микроорганизмов в гранулах варьирует в пределах (1–4)•1012 клеток на 1 г сухого вещества гранул, в том числе метаногенов – до 1010 кл./г. В гранулах присутствуют внеклеточные полимеры в виде оболочки, покрывающей поверхность гранул, а также волокон. Эти полимеры могут быть белками, липополисахаридами, веществами клеточных стенок и капсул лизированных клеток. Минеральный состав гранул варьирует в очень широких пределах.

Особую роль в формировании и функционировании гранул выполняют метаногенные бактерии Methanosaeta concilii (Methanothrix soehngenii), а также

Methanosarcina spp. Бактерии р. Methanosaeta образуют хворосто- и клубкообразные структуры (рис. 1.58, см. также вклейку, рис. IV), внутри которых группируются микроколонии бактерий Methanosarcina (рис. 1.59, см. также вклейку, рис. V). Благодаря этому формируются агрегаты в виде плотных легкооседающих гранул размером 1–5 мм. В таких гранулах снаружи развиваются сульфатредукторы, а внутри – метаногены. В промежуточном слое развиваются ацидогенные и гетероацетогенные бактерии, которые сбраживают субстраты до низкомолекулярных органических кислот и обеспечивают сульфатредукторов и метаногенов водородом и ацетатом (рис. 1.60).

Гранулы такого ила стабильны, в них создаются оптимальные условия для всех его биообъектов с единой метаболитной цепью, в которой продукты жизнедеятельности микроорганизмов внешних слоев служат энергетическим субстратом для микроорганизмов центральных зон. Ацетотрофные метаногены, находящиеся в центральной зоне и расщепляющие ацетат на CH4 и CO2, функционируют как метановый мотор, который при продавливании метана через поры гранул навстречу потоку метаболитов из внешних слоев осуществляет метаболизм популяции анаэробного микробиотопа.

Рис. 1.58. Сканирующая электронная микрофотография клеток Methanosaeta, растущих в виде длинных нитей (а) и коротких цепочек (б)

Рис. 1.59. Микроагрегаты бактерий р. Methanosarcina, присутствующих в гранулированном метаногенном иле

По видовому составу анаэробные ил и биопленки менее разнообразны, чем аэробные. В активном иле анаэробных реакторов встречается около 50 видов бактерий, осуществляющих различные стадии брожения и метанообразования, а также сульфатредукторы. Наряду с облигатными анаэробами в этих сооружениях могут встречаться и факультативные анаэробы. Количество анаэробных бактерий достигает 1,5•1010 кл./мл ила. Могут присутствовать грибы, дрожжи и простейшие, попадающие в реактор вместе со сбраживаемым материалом. В метаногенном активном иле содержится намного меньше патогенных микроорганизмов, чем в аэробном. Это обусловлено бактерицидным действием образующихся летучих жирных кислот (уксусной, пропионовой, изомасляной, каприловой, гептановой) на патогенную микрофлору. При термофильном режиме сбраживания гибель патогенов происходит и вследствие действия повышенных температур.

Микрофлора активного ила, биопленок и гранул анаэробных реакторов формируется в результате жизнедеятельности микроорганизмов, попавших вместе со сточными водами, осадком или отходами, а также аборигенной микрофлоры

Рис. 1.60. Основные процессы и профиль концентраций субстратов и продуктов в грануле анаэробного метаногенного ила (по S. R. Guiot et al., 1991)

(при анаэробных процессах очистки в почвенных экосистемах). На формирование анаэробного ила и биопленок требуется значительно больше времени, чем на формирование аэробных.

1.5.2. Очистка в сооружениях традиционной конструкции

Ксооружениямтрадиционныхконструкцийотносятсясептитенки,осветлителиперегниватели, контактные реакторы, анаэробные лагуны, метантенки, анаэробные биофильтры с восходящим потоком жидкости (см. рис. 1.14 на с. 50).

Септитенк (септик) представляет собой аппарат, состоящий из двух частей: отстойной и септической (рис. 1.61). В первой части происходит осветление воды вследствие движения ее с малой скоростью, а во второй части, расположенной под первой, – перегнивание осадка при хранении его в течение 6–12 мес. Отстойная и септическая части септика не разделены между собой. Продолжительность нахождения воды в септике 3–4 сут. Септики применяются, если количество сточных вод не превышает 25 м3/сут.

Септитенки часто используются для сбраживания активного ила вторичных отстойников, осадков первичных отстойников и пены с целью накопления осадка, уменьшения его объема, дурного запаха и количества патогенной микрофлоры. Септики являются наиболее распространенными очистными сооружениями для индивидуальных домохозяйств (см. разд. 1.9), поскольку могут работать автономно и не нуждаются в электропитании.

БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Врезультате разложения органических веществ и уплотнения объем осадка

всептике уменьшается в 2 раза. Ил периодически удаляют (обычно 1 раз в год); около 1/6 части ила оставляют для поддержания работы септитенка. В септике задерживается 80–95% взвешенных веществ, практически все жизнеспособные яйца гельминтов, количество микроорганизмов и коли-индекс уменьшаются на 20–40%. Большинство септитенков работают без обогрева – в криофильном (психрофильном) режиме при температуре <20 °С. Иногда в схеме очистки предусматриваются 2 тенка: первичный с подогревом 30–40 °С, перемешиванием и вторичный без подогрева и перемешивания.

Рис. 1.61. Септитенк

Осветлители-перегниватели, которые можно рассматривать как разновидность септитенка, применяют на станциях очистки сточных вод с пропускной способностью до 30000 м3/сут. На рис. 1.62 приведена конструкция осветлителяперегнивателя, выполненного в виде комбинированного сооружения, состоящего из осветлителя, концентрически располагаемого внутри перегнивателя.

Метод анаэробной очистки в контактном реакторе был одним из первых, широко применяемых в промышленности с начала 1930-х гг., в частности, для обработки стоков сахарных, спиртовых и дрожжевых производств. По сравнению с септитенком контактный реактор намного производительнее, поскольку в нем предусматривается перемешивание среды с анаэробным илом и поддерживается более высокая концентрация ила за счет возврата его части из вторичного отстойника (см. рис. 1.14 на с. 50), т. е. аналогично тому, как это реализуется в аэротенке с вторичным отстойником. Для повышения эффективности разделения иловая жидкость перед вторичным отстойником может дополнительно подвергаться дегазации (в отдельной емкости) или охлаждению. При дегазации газ удаляют механическим (гидравлическим) способом или действием вакуума. Охлаждение приводит к замедлению процессов метанообразования и, как следствие, образования новых пузырьков, что улучшает седиментационные свойства анаэробного ила.

Максимальная нагрузка для анаэробного контактного процесса невысока и составляет около 2,5–3,0 кг ХПК/(м3·сут). Причина заключается в том, что при такой нагрузке по органическим веществам концентрация взвешенных твердых веществ внутри реактора составляет от 10 до 15 г/л; концентрация твердых веществ выше этого уровня слишком большая для эффективного гравитационного разделения во вторичном отстойнике. Контактный реактор малопригоден для обработки сточных

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Рис. 1.62. Осветлитель-перегниватель (по М. П. Лапицкой и др., 1983): 1 – подающий лоток; 2 – лоток для удаления корки; 3 – сборный лоток; 4 – илораспределительная труба; 5 – труба для удаления корки; 6 – подающая труба; 7 – отстойная камера; 8 – отражательный щит; 9 – камера флокуляции; 10 – иловая труба; 11 – камера для сбраживания осадка; 12 – труба для удаления сброженного осадка; 13 – лоток для отвода осветленной воды

вод с повышенным содержанием твердых частиц, скорость анаэробного разложения которых невелика и которые плохо отделяются во вторичном отстойнике.

Традиционными и наиболее распространенными аппаратами для проведения анаэробного разложения являются метантенки. Они используются для сбраживания стоков с высокой концентрацией загрязнений и разложения органических отходов, в частности активного ила очистных сооружений (см. разд. 3.2.5).

Метантенки с неподвижным незатопленным перекрытием имеют недостаток, свойственный сооружениям с жесткими перекрытиями, – непостоянство давления внутри реактора. При выгрузке осадка внутри метантенка может образоваться вакуум, а при загрузке – повыситься давление. Это приводит к разрушению конструкций, образованию трещин. При образовании вакуума засасывается воздух, возможно образование взрывоопасной горючей смеси. Поэтому для устранения неравномерностей при выделении газа, его сбора, хранения и предотвращения попадания воздуха в метантенк при выпуске осадка на линии газоотвода устанавливают газгольдеры. При длительной эксплуатации метантенков в них возможно образование слоя плотной корки под перекрытием вследствие скапливания газа и подсыхания осадка. В метантенках большого объема толщина такого слоя может достигать нескольких метров и существенно уменьшать их полезный объем, поэтому в некоторых конструкциях метантенков могут быть предусмотрены рыхлители корки.

Опасность образования вакуума отсутствует в метантенках с плавающим подвижным перекрытием из металла или железобетона. Такое перекрытие поднимается при загрузке осадка и опускается при его выгрузке, обеспечивая герметичность конструкции с одновременным сбором и отведением газа с поверхности. Металлическое перекрытие выполняется из нескольких радиально расположенных ферм, снизу подшитых газонепроницаемыми металлическими конструкциями. В перекрытии создают гидравлический затвор. Металлический цилиндрический обод опускается на 0,5–0,6 м ниже перекрытия в иловую смесь. Это препятствует выходу газа из метантенка наружу.

Преимущества метантенка с плавающим перекрытием:

взрывобезопасность, так как независимо от наполнения метантенка в нем поддерживается положительное давление газа, что исключает возможное попадание воздуха внутрь сооружения;

по положению плавающего перекрытия можно осуществить дозировку загрузки и выгрузки;

облегчается борьба с образованием корки.

Метантенки всех типов могут работать в мезофильном (20–45 °С, обычно 30–35 °С) и термофильном (50–60 °С) температурных режимах. Режим сбраживания выбирают с учетом методов последующей обработки и утилизации осадков, а также санитарных требований. Мезофильный режим используется чаще, поскольку он является менее энергозатратным и более экономически выгодным, допускает существование большего числа видов микроорганизмов и поэтому более стабилен, менее чувствителен к изменениям условий окружающей среды; осадки в этом режиме после переработки обезвоживаются лучше по сравнению с термофильным процессом. Однако при термофильном режиме скорость распада органических соединений выше (примерно в 2 раза) и выше степень их распада, достигается практически

полная дегельминтизация осадков, что важно, если осадки используются в качестве рекультиванта или удобрения для почвы. Продолжительность сбраживания при мезофильном режиме 20–30 сут, при термофильном – около 10 сут. Теплотворная способность газа при термофильном сбраживании на 2–5% ниже, чем при мезофильном.

Поскольку метаногенез протекает без выделения тепла, требуется обогрев метантенка. Обогрев осуществляют прямым вводом через пароструйные эжекторы острого пара низкого давления с температурой 100–110 °С или пара давлением от 0,1 до 0,5 МПа, горячей водой через теплообменник или электронагревательными элементами. В условиях средней полосы России зимой системы подогрева работают от 11 до 13 ч в сутки, летом – от 3 до 4 ч. Перегретый пар целесообразно подавать в дозирующую камеру, в которой поступающий на перереботку материал перемешивается и нагревается до 70–80 °С, что приводит к его дегельминтизации. Если используется нагрев через теплообменник или электронагревательные элементы, то конструкция биореактора, режим обогрева и скорости движения субстрата должны быть такими, чтобы температура вблизи теплообменников не превышала 60 °С и не было налипания субстрата на теплообменные поверхности, приводящего к снижению эффективности теплообмена. Для обогрева обычно используются трубчатые или спиральные теплообменники. В технологической линии может быть предусмотрен дополнительный теплообменник для подогрева подаваемого на обработку осадка теплом сброженного осадка. При температуре, превышающей 70 °С, процесс газообразования прекращается в связи с гибелью метанообразующих бактерий.

Очень часто пар получают, сжигая образующийся биогаз. При мезофильном режиме сбраживания на обогрев и перемешивание затрачивается 15–30% выделившегося биогаза, при термофильном – 30–60%. Для мезофильного режима сбраживания удельный расход острого пара составляет 25–40 кг/м3 осадка, для термофильного – 50–70 кг/м3. Если выход биогаза составляет менее 10 м3/м3 осадка при термофильном режиме и 5 м3/м3 осадка при мезофильном режиме, то тепла, выделяемого при сжигании биогаза, недостаточно для подогрева метантенка. Для уменьшения потерь тепла и расхода биогаза на подогрев метантенки теплоизолируют. Для теплоизоляции применяются стекловолокно, стекловата, ячеистый пластик.

Для более полного проведения процесса метаногенерации необходимо тщательное перемешивание содержимого метантенка, чтобы обеспечить равномерное распределение содержимого реактора, необходимые условия массо- и теплообмена, свести к минимуму слипание, образование пены и корки, формирование придонного осадка, удалить газы. Для перемешивания в метантенке используют механические мешалки, циркуляционные насосы, гидроэлеваторы или комбинацию этих систем. Достаточно скорости перемешивания мешалкой 3–10 об./мин. Перемешивание за счет рециркуляции газа в системе обеспечивается при скорости подачи газа 0,9–1 м3 газа на 1 м2 площади аппарата. В аппаратах, оборудованных мешалками, при увеличении интенсивности перемешивания с 3 до 5 об./мин выход биогаза возрастает на 12–15%. Без перемешивания

выделение биогаза за сутки снижается примерно в 3 раза. В конструкциях без мешалок однородность содержимого метантенка может обеспечиваться режимом впуска и выпуска и подогревом осадка с помощью инжекторов. В случае содержания в среде токсичных веществ перемешивание может увеличить доступ токсикантов к метаногенам, что приведет к ингибированию процесса метанообразования.

Оптимальная концентрация взвешенных веществ в метантенке, при которой наблюдается высокая интенсивность метанообразования, находится в интервале 2–10%. При концентрации твердых частиц выше 10–12% перемешивание среды затрудняется, и это приводит к снижению газовыделения. В таких случаях применяются специальные конструкции биореакторов, обеспечивающие необходимый уровень перемешивания.

Метанообразование протекает с максимальной скоростью при рН от 6 до 8. При понижении рН ниже 5,5 (в случае «закисания» метантенка) активность метаногенных бактерий прекращается. Как правило, pH не регулируют вследствие высокой буферной емкости среды. Но при закислении среды наилучшим нейтрализующим средством является раствор NaHCO3.

Оптимальное значение Eh для активности метаногенов лежит в интервале от –400 до –300 мВ. Кратковременная аэрация метантенка повышает Eh, но не приводит к гибели метаногенов, так как сопутствующая факультативно анаэробная микрофлора утилизирует кислород, и через 2 сут метаногенез возобновляется.

Концентрация жирных кислот не должна превышать 500–1000 мг/л. При перегрузке метантенка в нем возможно нарастание продуктов кислой фазы, наблюдается «закисание» метантенка, содержание жирных кислот повышается, снижается pH и одновременно снижается щелочность иловой воды. Концентрация пропионовой и масляной кислот при перегрузке системы возрастает быстрее, чем концентрация уксусной. Повышение концентрации образующихся жирных кислот ингибирует метаногенную активность. Эти изменения происходят довольно быстро – в течение 1–24 ч. При опасности «закисания» для поддержания pH на оптимальном уровне в метантенк могут вносить CaCO3 в соотношении ЖК : CaCO3 = 1 : 6.

Чтобы обеспечить формирование клеточной массы, в среде должны содержатьсянеобходимыепитательныевещества.Измикроэлементовдляметанообразующих бактерий наиболее важны железо, никель, кобальт. Последний необходим для синтеза витамина B12, участвующего в ферментативных процессах метанообразования. В табл. 1.24 приведен элементный состав метаногенных бактерий, входящих в состав бактериального консорциума. Как правило, содержание макро- и микроэлементов в подаваемой на очистку среде должно в 1,5–2 раза превышать количества, необходимые для роста биомассы.

Нельзя допускать недостатка и избытка азота. Оптимальные соотношения C : N лежат в интервале 15 : 1– 50 : 1. В качестве источника фосфора используют соли фосфатов или фосфорную кислоту, не осаждающиеся на стенках труб и в объеме реактора.

Таблица 1.24.

Типичный элементный состав биомассы метаногенов (по K. V. Rajeshwari et al., 2000)

Образующиеся ионы аммония в концентрации 1500–2000 мг/л, ионы калия, натрия и кальция в концентрации 3000–6000 мг/л могут ингибировать активность метанообразующих бактерий, однако при сбраживании таких отходов, как куриный помет, метаногенерация может не ингибироваться и при содержании NH4+ 20000 мг/л. Цианид-ионы (CN–) в концентрации 5–50 мг/л, формальдегид в концентрации 100–400 мг/л угнетают метаногенерацию.

Ингибирование метаногенеза вызывают сульфаты, которые при метановом брожении восстанавливаются сульфатредуцирующими бактериями до сульфидов и H2S. Поскольку эти микроорганизмы конкурируют с метаногенами за предшественники метана – ацетат и водород, а эффективность потребления этих компонентов у сульфатредукторов выше, чем у метаногенов, выход метана уменьшается. Образующиеся сульфиды в концентрации 100–500 мг/л ингибируют метаногенез.

Одна из трудностей применения анаэробного сбраживания вызвана повышенной концентрацией в обрабатываемых материалах, особенно в осадках сточных вод, тяжелых металлов, которые токсичны для анаэробных микроорганизмов. В ряде случаев концентрация металлов в осадках превышает фоновые значения в несколько сот раз. В среде сбраживания тяжелые металлы распределяются между жидкой фазой, неорганической фракцией осадка и биомассой анаэробных бактерий. Чем больше содержание растворенных металлов, тем больше их поглощается биомассой. Увеличение pH приводит к уменьшению содержания металлов в растворе, поэтому в биомассе их тоже становится меньше. Увеличение pH на 0,3 единицы снижает содержание меди в биомассе на 30%, а никеля и цинка – на 60%, но одновременно повышает количество неорганической металлсодержащей фракции осадка. Концентрации металлов, вызывающие ингибирование образования метана на 20% (в мг/кг сухой биомассы): Ni – 1800–2300, Cd – 2000–2500, Cu – 2500–3000, Zn – 3000–4000.

Добавление извести в «закисший» метантенк понижает содержание металлов в биомассе и их ингибирующее действие. Осаждению металлов вне клеток способствуют добавки сульфидов. В виде осажденных сульфидов металлы менее токсичны, и с ростом концентрации сульфида содержание металлов в бактериях быстро уменьшается. В большинстве случаев необходимо ввести лишь неболь-

В ходе эксплуатации метантенков в них контролируют температуру осадка, уровень загрузки, расходы поступающего осадка, пара и газа, давление пара и газа, состав жидкой фазы (иловой воды) и состав биогаза. В жидкой фазе определяют pH, содержание летучих жирных кислот, щелочность, азот аммонийных солей. При устойчивом процессе метанообразования pH 7,6–8,0, содержание жирных кислот невелико: около 5 мг-экв/л для мезофильного процесса и 8–12 мг-экв/л для термофильного процесса, щелочность высокая – 65–90 мг-экв/л для мезофильного и термофильного процессов. В результате брожения происходит аммонификация белкового азота с накоплением в среде ионов NH4+. При нормальном брожении содержание NH4+ не превышает 500–800 мг/л.

В биогазе контролируют содержание CH4, CO2 и H2. При «закисании» метантенка количество CH4 уменьшается, а доля CO2, CO и H2 увеличивается.

Для запуска метантенка можно использовать в качестве посевного материала отобранный активный ил из метантенков других производств. Однако для достижения необходимой активности требуется адаптация используемого ила к новому субстрату. Для мезофильных режимов период запуска реактора обычно составляет 30–60 сут. При запуске вначале осуществляется инокулирование реактора с разовой подачей субстрата. Затем примерно через неделю задают 10%-ю нагрузку от максимальной и начинают постепенно повышать ее до рабочего уровня. Нагрузку начинают повышать, когда содержание летучих жирных кислот в иловой жидкости падает до 200–400 мг/л.

Большим недостатком метантенка является невозможность переработки сточных вод с ХПК ниже 20–30 г/л, небольшая скорость конверсии: 0,5– 5 кг/ (м3·сут).

В периодическом режиме работы метантенка в него трудно загружать твердые отходы и выгружать сброженные, что обычно проводится вручную. Чтобы устранить неравномерности в интенсивности образования газа и подогреве метантенков, небходимо иметь несколько реакторов, в которых процесс находится на разных стадиях.

Повысить скорость сбраживания и метаногенерации в метантенках можно путем:

1)увеличения концентрации сухого вещества в загружаемых в метантенк стоках или отходах;

2)увеличения концентрации анаэробного ила в реакторе;

3)разделения метаногенеза на отдельные стадии по фазам сбраживания в разных реакторах;

4)применения стимулирующих добавок и предобработки сырья.

Вбольшинстве вариантов анаэробной переработки загрязнения и отходы разлагаются в жидкой фазе с содержанием воды 90–99%. В технологии твердофазного брожения и твердофазной метаногенерации перерабатываются мусор, навоз, помет

идругие отходы с влажностью 10–80%. Содержание твердых веществ в реакторе при такой технологии составляет от 8–11% до 80–85% (по асв).

Технология твердофазной метаногенерации позволяет обрабатывать сбраживаемые отходы без их разбавления и соответственно уменьшить объемы обрабатываемых отходов, реакторов, сброженного шлама, затраты энергии и т. д. При переработке концентрированных субстратов количество теплоты, необходимое для поддержания температурного режима процесса, значительно меньше, чем при переработке разбавленных субстратов.

Твердофазный процесс чаще проводят в мезофильном режиме, чтобы избежать слипания компонентов (коксования). Особое внимание уделяется подготовке сырья к сбраживанию. Правильно подобранный способ предобработки обеспечивает максимальный контакт микроорганизмов с субстратом и тем самым способствует интенсификации метаногенеза. В твердофазном режиме скорость процесса метаногенерации лимитируется стадией гидролиза высокомолекулярных соединений, поэтому измельчение, предобработка сырья могут уменьшить время, необходимое для анаэробного разложения. В биореакторах твердофазная биогазификация может проводиться без перемешивания сырья или с перемешиванием – с помощью шнековой мешалки. Твердофазная метаногенерация протекает на полигонах твердых бытовых отходов.

Вдвухфазном процессе, предпочтительно используемом при обработке твердых отходов, последовательно в отдельных реакторах осуществляются стадия кислотообразования и стадия метанообразования. Раздельное проведение двух стадий анаэробного сбраживания позволяет создать оптимальные условия для разных групп бактерий, использовать разные температурные режимы и конструкции биореакторов, нейтрализовать ингибирующее действие токсичных веществ на метаногены, сбраживая или трансформируя ингибиторы на первой стадии. Например, кислотную стадию лучше проводить в мезофильном режиме, метановую – в термофильных условиях в реакторе с биопленкой. В результате такого разделения общая скорость процесса повышается не менее чем на 30%, общий объем реакторов и потребность в энергии для подогрева содержимого уменьшаются. Обычно реактор для кислой фазы небольшой, а для щелочной фазы – большего объема. Другой пример двухфазного процесса – последовательная сульфатредукция и метаногенерация при высоком содержании сульфатов в загрязненной среде. SMPA-реакторы (staged multi-phase anaerobic, многофазный анаэробный реактор с последовательным протеканием процессов) обеспечивают разделение стадий и одновременное протекание анаэробных, аноксигенных и микроаэрофильных процессов в едином аппарате.

Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»

Рис. 1.64. Анаэробный двухступенчатый процесс очистки стоков бумажного завода с последующей аэробной доочисткой, разработанный финской фирмой «Тампелла»: 1 – емкость для разбавления стоков; 2 – первичный отстойник-ловушка; 3 – метантенк для кислотного брожения (I ступень); 4 – метантенк для метаногенеза (II ступень); 5 – отстойник; 6 – ленточный фильтр-пресс; 7 – аэрационный пруд

На рис. 1.64 приведен пример системы очистки стоков пищевых и бумажных заводов с использованием двухстадийного процесса. Зоны ацидогенеза

иметаногенерации в данном случае размещены в одном вертикальном реакторе, разделенном горизонтальной перегородкой на верхнюю зону объемом 300 м3

инижнюю – объемом 350 м3.

Стимулировать метаногенез могут добавки порошкообразного активного угля к содержимому метантенка. В присутствии угля процесс становится менее чувствительным к токсичным примесям и перегрузкам, снижается уровень запахов, улучшаются структурно-механические характеристики и водоотдача сброженных осадков. Для повышения стабильности процесса обработки органических осадков в метантенках можно использовать также бикарбонат натрия. Однако данные приемы интенсификации процесса сбраживания не получили широкого распространения.

При твердофазной метаногенерации подстилочного навоза крупного рогатого скота (КРС) необходима предобработка сырья для создания благоприятных условий протекания гидролитической стадии процесса, изначально затрудненной высоким содержанием в сырье лигнина и других трудногидролизуемых растительных полимеров. Для этого может использоваться обработка ферментами при аэрации для частичного ферментативного гидролиза субстрата; задействуются гидролитические системы аэробной микрофлоры, в частности грибов.

В ряде случаев для удаления из стоков веществ, токсичных для анаэробного сообщества, может применяться аэробная предобработка стоков микроорганиз-

мами, устойчивыми к токсикантам. Например, аэробная ферментация стоков с плесневыми грибами Aspergillus niger, Geotrichum candidum, а также с дрожжами Saccharomyces cerevisiae и S. uvarum позволяет удалять фенолы и полифенолы, токсичные для метаногенеза. Повысить биодоступность и биодеградируемость субстрата в анаэробных условиях может предобработка его озоном или пероксидом водорода.

1.5.3. Анаэробные реакторы нового поколения

Установки анаэробного сбраживания совершенствуются с целью интенсификации и повышения стабильности брожения и метаногенерации, возможности быстрой переработки стоков с относительно невысокими концентрациями загрязнений. В последние десятилетия были разработаны и начали широко внедряться в промышленности реакторы нового поколения, лишенные недостатков традиционных септитенков и метантенков и по производительности превосходящие сооружения аэробной биологической очистки. Биореакторы просты в исполнении и представляют собой железобетонные или металлические емкости, содержащие минимум нестандартного оборудования (подвижные элементы отсутствуют). Компактность и практически полная герметичность анаэробных биореакторов позволяют устанавливать их не только на внеплощадочных очистных сооружениях, но и на территории предприятий и даже, в ряде случаев, внутри производственных помещений. В типичной схеме аэробной очистки они могут заменить первичный отстойник, метантенк для сбраживания ила, аэробный реактор и вторичный отстойник. Однако требуется дополнительная очистка для удаления остатков органических веществ и биогенных элементов.

Большинство разработанных реакторов работают в непрерывном режиме

ииспользуют принцип удержания биомассы. Их разделяют на:

1.реакторы с гранулированным слоем ила и восходящим потоком жидкости;

2.реакторы с биопленкой;

3.реакторы с псевдоожиженным слоем ила (бактериальная масса иммобилизована на мелких инертных частицах, которые сильным потоком подаваемой в реактор жидкости удерживаются во взвешенном состоянии);

4.фильтротенки и мембранные реакторы.

Обнаружение способности микроорганизмов, входящих в состав метаногенного сообщества, к агрегированию и грануляции в условиях восходящего потока послужило основой для разработки конструкций реакторов для очистки сточных вод, где эта способность реализуется наиболее эффективно. Гранулированный ил обладает хорошими седиментационными свойствами и метаногенной активностью, не вспухает, обеспечивает высокое содержание ацидогенной и метаногенной биомассы в рабочей зоне (см. разд. 1.5.1). Для отделения выходящей из реактора сточной воды и пузырьков газа от гранул ила, лучшего осаждения и удерживания гранул в реакторе применяются дополнительные сепарационные устройства в верхней части реактора (осадительная секция). Наличие сепарирующего устройства особенно важно при высоких нагрузках на систему, когда вывод газа происходит

Рис. 1.70. Общий вид сооружений с реактором «Biomar® ASB», используемых, в частности, для очистки стоков пивоваренного завода (графика ЭнвироХеми): 1 – удаление механических примесей (барабанная решетка); 2 – смесительусреднитель; 3 – реактор ASB с газоилоразделителями; 4 – емкость для подготовки рециркуляционного потока; 5 – теплообменник; 6 – главный щит управления; 7 – линия биогаза; 8 – факельная установка для биогаза; 9 – биофильтр для отработанных газов

Недостатки UASB-реактора – образование застойных зон в слое ила и как следствие – снижение интенсивности брожения и производительности, длительная начальная наработка гранулированной загрузки, что вызывает необходимость загружать вновь вводимые в эксплуатацию реакторы илом, наработанным действующими реакторами. При переработке субстратов, содержащих твердые частицы, в объеме реакторов накапливаются твердые инертные вещества. Это приводит к падению производительности реактора. Для совершенствования режима перемешивания и поддержания производительности предложены различные системы подвода сточных вод к слою ила. В таких системах очистки, как, например, реактор «Biomar ASB» (ЭнвироХеми, рис. 1.69), гидравлическая нагрузка на реактор обеспечивается с помощью линии рециркуляции очищенного стока, отбираемого с различных по высоте частей реактора в систему распределения, расположенную на дне (рис. 1.70). С помощью регу-

лирования рециркуляционных потоков в зависимости от приходящего стока возможна настройка потока внутри метанреактора с определенным постоянным градиентом скорости. Скорость восходящего потока жидкости в реакторе с иловой рециркуляцией в отдельных сечениях реактора выше, чем в обычном UASB-реакторе, благодаря чему обеспечиваются высокая производительность и стабильность работы при нагрузке 10 кг ХПК/(м3 сут) и более и небольших объемах самого реактора.

Специфическая проблема UASB-реактора во время пускового периода – образование пены, особенно при перегрузках. Для уменьшения пены стоки разбавляют в несколько раз и вносят дополнительные количества азота (ХПК : N= = 170 : 1) в виде мочевины. Кроме того, разбавление приводит к повышению гидравлической нагрузки и ускорению процесса селекции ила с необходимыми свойствами.

Рис. 1.71. Реактор Biomar® ASB для очистки стоков пивоваренного завода (фото ЭнвироХеми): 1 – емкость смешения-усреднения; 2 – факельная установка для сжигания биогаза; 3 – реактор ASB; 4 – аэротенк для доочистки и удаления азота и фосфора

UASB-реакторы и их модификации хорошо зарекомендовали себя при обработке стоков заводов пищевой промышленности. В России построены или находятся в стадии проектирования интенсивные анаэробные очистные сооружения для пивоваренной промышленности (рис. 1.71), производства безалкогольных напитков, чипсов, молокопродуктов. На большинстве из этих очистных сооружений используются UASB-реакторы или их модификации.

Одним из вариантов развития UASB-реактора является EGSB-реактор (expanded granular sludge bed) – реактор с расширенным и взвешенным слоем гранулированного ила (см. рис. 1.65). В нем скорость восходящего потока в несколько раз выше (4–12 м/ч), чем в UASB-реакторе, что обеспечивается большим соотношением высота/диаметр при высоте до 20 м и/или рециркуляцией стока (Biobed®-Reactor). Это создает лучшие условия перемешивания слоя ила, меньшие застойные зоны, ускоряет транспорт субстратов и продуктов реакций

внутри агрегатов. Ил в таком реакторе всегда имеет форму гранул и хорошие седиментационные свойства. Благодаря более интенсивному массообмену в реакторе можно эффективно перерабатывать стоки с ХПК до 40 кг/м3, обеспечивая удаление 98% органических загрязнений. Эти реакторы часто применяются при дефиците площадей, так как занимают меньше места благодаря своей вертикальной организации (соотношение высота/диаметр > 2 : 1).

Другие достоинства такого реактора – возможность эффективной обработки сточной воды с невысокой концентрацией загрязнений (~500 мг/л) и

впсихрофильных условиях. Благодаря возможности очистки разбавленных стоков EGSB-реактор лучше, чем другие анаэробные системы, подходит для удаления из воды токсичных загрязнений. EGSB-реактор эффективен при переработке сточных вод, содержащих большие количества жиров и высших жирных кислот. Очистка в EGSB-системе стабильна вплоть до нагрузок 30– 35 кг/(м3·сут).

Недостаток EGSB-реактора – вымывание при высоких скоростях восходящего потока суспендированных частиц и флокул с меньшей седиментационной способностью, чем гранулы. Суспендированные и коллоидные частицы при высоких нагрузках по растворимому органическому веществу плохо удаляются из сточной воды, флотируют при интенсивном выделении пузырьков газа. Поэтому к газоилоразделительным устройствам и системе отвода газа в верхней части EGSB-реактора предъявляются более высокие требования, чем

вобычных UASB-реакторах. Эти реакторы требуют дополнительных затрат энергии на рециркуляцию жидкости и поддержание ила во взвешенном состоянии.

ВIC-реакторе (internal circulation) – реакторе с внутренней рециркуляцией — для предотвращения флотирования и выноса анаэробной биомассы осуществляется частичное отведение газа минимум на двух различных уровнях реактора. Примером IC-реактора является реактор, включающий два вертикально расположенные отсека – два UASB-реактора: высоконагружаемый и низконагружаемый (рис. 1.72). Конструкция включает циркуляционные трубы – подъемную для смеси жидкости и выделяющегося газа и сливную для отсепарированной от газа жидкости, а также сепарационные устройства. Циркуляция обеспечивается подъемной силой выделяющегося газа. Рабочие нагрузки для IC-реактора – до 30 кг ХПК/(м3·сут). Степень удаления по ХПК 70–80%.

Модификацией реактора с внутренней циркуляцией является реактор «BIOMAR® AHP», высота которого может достигать 25 м. Для лучшего перемешивания и достижения высокой скорости восходящего потока часть образовавшегося биогаза отбирается из реактора и подается снова в его нижней части (рис. 1.73). Образующийся биогаз отводится как минимум с трех различных по высоте уровней реактора. Башня реактора имеет модульную конструкцию и в зависимости от потока сточных вод может быть надстроена при добавлении модулей. В башне-реакторе происходит сортировка ила: богатые органикой небольшие частицы поднимаются вверх, в то время как более крупные частицы ила с большей долей неорганических компонентов остаются на дне реактора.