3.4.1. Анаэробный биофильтр с восходящим потоком жидкости
Является наиболее простым анаэробным реактором с прикрепленной биомассой микроорганизмов. Имеет неподвижный слой загрузки, через который восходящим потоком проходит очищаемая сточная вода (рис. 30). Биомасса анаэробного активного ила удерживается в виде флокул в пустотах загрузочного материала и биопленки на его поверхности. Основную роль в очистке сточной воды выполняют флокулы. Поэтому определяющим фактором является не адгезионная способность материала загрузки, а удельный объем пустот в загрузке и их способность задерживать флокулы биомассы. Большая пустотность загрузки (90–95%) обусловливает низкую скорость движения жидкости через материал, что способствует удержанию флокул в пустотах. Большая часть биомассы скапливается в нижних слоях загрузки. Гидравлический режим в аппарате близок к режиму идеального вытеснения, что приводит к формированию значительных градиентов концентраций биомассы, загрязнений и продуктов метаболизма (ЛЖК) по высоте биореактора.
Рис. 30. Анаэробный биофильтр:
1 − Поддерживающая решетка; 2 − слой засыпного загрузочного материала; а − исходная сточная вода; б − биогаз; в − очищенная сточная вода
При высоком содержании в очищаемой сточной воде трудноразлагаемых взвешенных веществ возможно заиливание (кольматация) загрузки в нижней части биореактора с образованием каналов, по которым проходит большая часть сточной воды, минуя основной слой загрузки с активной биомассой. В результате снижается эффективность очистки стоков. Для предотвращения каналообразования в конструкции биофильтров предусматривают равномерное распределение подаваемой на очистку сточной воды по сечению аппарата. Вероятность заиливания резко уменьшается, если в нижней части биореактора располагают вертикально ориентированную загрузку (например, в виде труб или плоских элементов), а в верхней − засыпной загрузочный материал (например, из гофрированных колец).
Анаэробные биофильтры могут работать при достаточно высоких нагрузках по загрязнениям (7−12 кг ХПК/(м3 ˙ сут)), они устойчивы к колебаниям величины рН и температуры сточной воды, гидравлическим и органическим перегрузкам, перерывам в подаче субстрата.
3.4.2. Биореактор с нисходящим потоком жидкости
Отличается от анаэробного биофильтра тем, что сточная вода подается в верхнюю часть аппарата и нисходящим потоком проходит через слой загрузочного материала (рис. 31). Развивающийся в аппарате метановый биоценоз сосредоточен главным образом в биопленке, формирующейся на поверхности загрузки. Взвешенная биомасса в пустотах загрузки представлена преимущественно быстрорастущими гидролитическими и кислотогенными микроорганизмами. Для закрепления медленнорастущих метановых бактерий в биопленке очень важны поверхностные (адгезионные) свойства материала загрузки. Толщина биопленки составляет 1−4 мм, в ней сосредоточено до 90% активной биомассы реактора. Производительность биореактора находится в прямой пропорциональной зависимости от удельной поверхности загрузочного материала, в качестве которого считают наиболее целесообразным использование мягкой плоскостной загрузки, например нетканых материалов из синтетических нитей.
Встречные потоки очищаемой воды и пузырьков биогаза создают в реакторе режим, близкий к полному перемешиванию, что значительно повышает устойчивость аппарата к заиливанию. Чрезмерный рост биопленки контролируется абразивным действием взвешенных веществ сточной воды и потоком пузырьков биогаза. В отличие от анаэробного биофильтра нет необходимости в тщательном распределении сточной воды в аппарате.
Рис. 31. Биореактор с нисходящим потоком сточной воды: