- •Глава 3. Биологическая очистка сточных вод в анаэробных условиях
- •3.1. Характеристика метанового брожения
- •3.2. Факторы, влияющие на процесс анаэробной очистки стоков
- •3.2.1. Состав и концентрация загрязнений
- •3.2.2. Величина рН сточной воды и температура процесса
- •3.2.3. Наличие в сточной воде биогенных элементов, ингибиторов и токсичных веществ
- •3.3.Кинетические закономерности функционирования анаэробных биореакторов
- •Кинетические параметры роста анаэробных
- •3.4. Конструкции современных анаэробных биореакторов
- •3.4.1. Анаэробный биофильтр с восходящим потоком жидкости
- •1 − Поддерживающая решетка; 2 − слой засыпного загрузочного материала; а − исходная сточная вода; б − биогаз; в − очищенная сточная вода
- •3.4.2. Биореактор с нисходящим потоком жидкости
- •1 − Поддерживающая решетка;
- •2 − Слой вертикально ориентированного загрузочного материала;
- •3.4.3. Биореактор с гранулированной биомассой активного ила
- •3.4.4. Комбинированный (гибридный) биореактор
- •1 − Распределительная система; 2 − поддерживающая решетка;
- •3 − Слой загрузочного материала;
- •3.4.5. Биореактор с псевдоожиженным слоем носителя.
- •1 − Распределительная система; 2 − слой частиц носителя; 3 − насос;
- •3.5.Технологические особенности анаэробных методов очистки сточных вод
Кинетические параметры роста анаэробных
микроорганизмов
Группа микроорганизмов |
μmax, сут−1 |
Y, кг/кг ХПК |
Ks, кг ХПК/м3 |
b, сут−1 |
Кислотогенные бактерии |
2,0 |
0,15 |
0,20 |
0,40 |
Метаногенные бактерии |
0,1−0,4 |
0,03 |
0,05 |
0,02 |
Анаэробный консорциум в целом |
0,1−0,4 |
0,04−0,08 |
− |
0,03 |
3.4. Конструкции современных анаэробных биореакторов
Типичным представителем анаэробных биореакторов первого поколения является метантенк, который широко применяется и в настоящее время в производстве биогаза сбраживанием сельскохозяйственных отходов и осадков сточных вод (см. гл. 13). Анаэробные биореакторы второго поколения принципиально отличаются тем, что их конструкция предусматривает удержание биомассы метанового биоценоза в реакционном пространстве путем использования разнообразных инженерно-технических решений.
Концентрация микроорганизмов в реакционном объеме является важнейшим фактором, определяющим производительность анаэробного биореактора и продолжительность обработки стоков. В биореакторах второго поколения низкая удельная метаболическая активность метанового биоценоза компенсирована высокой концентрацией биомассы в аппарате. В современных анаэробных биореакторах концентрация активного ила по сухой массе достигает 100 кг/м3 и более (для сравнения в аэротенках − 2−4 кг/м3). Такая высокая концентрация ила недостижима в аэробных сооружениях из-за лимитации роста и размножения микроорганизмов кислородом.
Разработаны различные методы удержания биомассы микроорганизмов в реакционном объеме биореактора:
1) формирование биопленки на поверхности частиц носителя (подвижных (псевдоожиженных) или неподвижных);
2) удержание флокул биомассы в пустотах неподвижного загрузочного материала;
3) ультрафильтрация выводимой из аппарата жидкости через синтетические мембраны;
4) применение газоилоотделительных устройств, обеспечивающих формирование в аппарате агрегатов клеток (компактных флокул и гранул) с высокой седиментационной способностью.
В начале 80-х гг. XX в. зарубежными учеными был разработан ряд конструкций высокопроизводительных анаэробных биореакторов. К настоящему времени в Западной Европе сотни таких аппаратов успешно функционируют в составе промышленных установок для очистки стоков различных производств.
Распространенными типами анаэробных биореакторов являются:
− биореакторы с прикрепленной биомассой − анаэробные биофильтры с неподвижным слоем загрузки, биореакторы с псевдоожиженным слоем носителя;
− биореакторы с гранулированной биомассой активного ила;
− комбинированные биореакторы.
В качестве загрузки (носителя) для закрепления биопленки и улавливания флокул активного ила используют самые разнообразные материалы: пластмассовые керамические элементы (гофрированные или гладкие кольца, трубы, листы), пенополиуретан, «Ерши» и «Вии» из стекловолокна или синтетических нитей, гранулы из вспененных и композиционных материалов, синтетические ткани и нетканые материалы, активированный уголь, специальные носители из обожженного пористого стекла (материал SIRAN) и т. д.
В настоящее время за рубежом уделяется большое внимание разработке и производству специальных видов носителей для закрепления (иммобилизации) микроорганизмов.
Рассмотрим конструкции основных типов анаэробных биореакторов.