Инженерное оборудование

Инженерное оборудование зданий и сооружений

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

— один из основных методов обработки осадков городских сточных вод.

Цель — предотвращение загнивания осадков и их обезвреживание. Совокупность превращений органич. компонентов осадков при сбраживании, по схеме Баркера, состоит из кислой и щелочной (метановой) стадий. Первую стадию осуществляют кислотообразующие бактерии. Благодаря разнообразию физиологич. групп и метабиотич. взаимоотношениям между отдельными видами кислотообразующих бактерий биохим. деструкции подвергаются все компоненты осадков: жиры, белки, углеводы. Под действием разнообразных гидролаз сложные органич. составляющие осадков подвергаются внеклеточному гидролизу, превращаясь в соединения, доступные для питания клеток бактерий. Внутриклеточное окисление продуктов ферментативного гидролиза белков, жиров и углеводов приводит к образованию конечных продуктов первой стадии сбраживания осадков: низших жирных к-т (НЖК), спиртов жирного ряда, аммиака, водорода, диоксида углерода, сероводорода. Более 70% жирных к-т приходится на долю уксусной к-ты, примерно 25% составляют пропионовая и масляная к-ты. Кроме того, в процессе кислого брожения в незначит, кол-ве образуются муравьиная, валериановая, капроновая к-ты. Очевидно, кроме белков, жиров и углеводов кислотообразующие бактерии могут использовать и др. в-ва, способные сбраживаться. К числу таких в-в относятся пурины и пиримидины, есть данные о сбраживании алканов и ароматич. углеводородов. Щелочную или метановую стадию брожения осадков городских сточных вод осуществляют метаногенные бактерии, превращающие продукты жизнедеятельности кислотообразующих бактерий в метан. Реакции метанообразоваиии многоступенчаты и протекают с участием разнообразных ферментов и витамина Ви, входящего в метилтрансферазы. Биологич. роль этих реакций — получение клеткой необходимой энергии. Различают реакции двух типов: 1) осуществляемые бактериями, способными использовать уксусную к-ту и метиловый спирт и 2) бактериями, не способными к этому процессу и потребляющими в качестве донора водорода другие соединения.

При ферментации уксусной к-ты и метилового спирта по реакции 1-го типа метан образуется в результате восстановления метилыюй группы. В реакциях 2-го типа синтез метана происходит путем восстановления диоксида углерода. Многие виды метапогениых бактерий восстанавливают СОг, используя молекулярный водород.

Общая схема превращения НЖК и соответствующих спиртов на стадии метанового брожения показана па схеме. Примерно 70% метана образуется в реакциях 1-го типа, остальная часть — при восстановлении СОг- В условиях пром. метанового брожения сложных субстратов, осуществляемого сообществом разнообразных микроорганизмов, нек-рые сапрофитные бактерии, обычно не образующие метан, при совместном развитии начинают его продуцировать, сбраживая сложные органич. в-ва. Обе стадии брожения протекают синхронно, процесс в целом контролируют метаногенные бактерии, При нормально протекающем процессе брожения образующийся газ состоит из метана (65—70%) и С02. Молекулярный водород — продукт первой стадии брожения — может обнаруживаться в очень незначит. кол-ве, т.к. используется метано-геиными бактериями. Сероводород — продукт распада серосодержащих аминокислот — связывается с железом, присутствующим в осадке, с образованием нерастворимого сульфида. Аммиак гидролизу-ется и остается в р-ре. Эффективность процесса сбраживания оценивается по выходу газа с I кг загруженного беззолыюго в-ва. Для каждого вида осадка существует теоретич. предел сбраживания, зависящий от его состава: содержания в беззольном в-ве осадков жиров, белков и углеводов. Теоретически при сбраживании этих в-в выход газа составляет соответственно 0,92; 0,34 и 0,62 кг/кг. Предел сбраживания показывает, какая часть беззольного в-ва осадков может перейти в газ. Для осадков городских сточных вод он составляет 45—58%, при этом активный ил, содержащий больше белков и меньше жиров, имеет меньшее значение предела сбраживания. Реальный выход газа, т.е. эффективность процесса сбраживания, зависит от ряда параметров. Существенно влияет на скорость процесса темп-pa. В иловых камерах септиков, двухъярусных отстойников, осветлителей-перегнива-телей, в к-рых процесс протекает при ес-теств. темп-ре, длительность созревания осадка составляет соответственно 160; 60 — 120 и 20 — 130 сут. в зависимости от средней темп-рм сточных вод. В обогреваемых метантенках продолжительность сбраживания снижается до 5—14 сут. Процесс можно проводить в двух темп-рных режимах: мезофильном — при 30— 35°С и термофильном — при 50—55°С, Во втором случае скорость процесса в 2 раза выше, кроме того, достигается полная гибель яиц гельминтов и патогенных микроорганизмов. При мезофильных темп-рах степень обеззараживания осадка по содержанию сальмонелл и фекальных коли-форм достигает 90 %, по яйцам гельминтов 50—80%. В обоих режимах анаэробный ил легче переносит понижение темп-ры, чем ее повышение за указанные предельные значения. Важный показатель для ме-таногенных бактерий, имеющих оптимум рН в пределах 6,8—7,5,— реакция среды, Образующийся в процессе брожения СОг частично переходит в р-р. Между р-ром и газовой фазой устанавливается подвижное равновесие.

При устойчивом процессе брожения содержание СОг в газе примерно постоянно (30—35%), и в растворе поддерживается соответствующая концентрация бикарбонатов, определяющая величину щелочности, а следовательно, и значение рН бродящего осадка. Запас щелочности обеспечивает некоторую буферность среды. В случае снижения значения рН, т.е. увеличения концентрации ионов Н+ в среде, равновесие в системе сдвигается влево, что приводит к связыванию водородных ионов. На процесс сбраживания влияет возраст анаэробного ила, т.е. время и сутках, за к-рое происходит полный обмен активной биомассы метантенка. Биомассу принято оценивать но концентрации беа-зольного в-ва в бродящем осадке. Для поддержания пост, концентрации активной биомассы необходимо обеспечить равенство скоростей ее прироста и удаления микроорганизмов со сброженным осадком, Т.к. прирост биомассы в анаэробных системах невелик, возраст анаэробного ила должен быть достаточно большим, чтобы предотвратить вымывание микрофлоры из метантенка. Возраст анаэробного ила можно увеличить возвратом части сброженного и предварительно сгущенного осадка в метантенк. Наконец, на процесс брожения осадков городских сточных вод влияют такие токсичные соединения, как катионы тяжелых металлов, растворимые сульфиды, ПАВ, цианиды, фенолы. Резкое изменение любого из перечисленных параметров может привести к нарушению процесса сбраживания и прежде всего сказывается на жизнедеятельности метапо-генных бактерий, более требовательных и чувствительных к услоииям окружающей среды. При этом нарушается равновесие кислой и метановой стадий брожения, в среде накапливаются метаболиты кислотообразующих бактерий — НЖК. Обычно концентрация НЖК в бродящей массе составляет 300—700 мг/л, а в период нарушений она может достигать 2000— 3000 мг/л. Сами НЖК в концентрации до 6000—8000 мг/л не токсичны дли метано-генных бактерий, но их накопление выше уровня нейтрализующей способности системы приводит к снижению щелочности, а следовательно, и значения рН.

Процесс анаэробной стабилизации осадков реализуется в одно- и двухступенчатых схемах. Сбраживание по одноступенчатой схеме может осуществляться с рециклом части сброженного сгущенного осадка или без него. Двухступенчатые схемы применяют с целью либо отделения иловой воды и уменьшения объема сброженного осадка, либо интенсификации процесса брожения. В первом варианте необходимо предусматривать возврат иловой воды в начало очистных сооружений, чго приводит к повышению нагрузки на них и ухудшает качество очищенной воды. Второй вариант двухступенчатых схем основан па использовании принципиальных физиологич. различий кислотообразующих и метаиогенных бактерий и проведении каждой стадии брожения в отд. сооружении. Процесс получил название фазовой сепарации. Процесс анаэробной стабилизации позволяет получить стабильный, незагнивагощий осадок. Наличие в нем соединений азота, фосфора и калия позволяет использовать осадок в качестве удобрения в с.х~ве. Образующийся биогаз, имеющий теплотворную способность около 21000 кДж/м3 (5000 ккал/м ), обычно используют в котлах для поддержания выбранного темп-рного режима сбраживания. Процесс контролируют но совокупности параметров, важнейшими из к-рых являются рН, би-карбонатная щелочность, НЖК, кол-во и состав биогаза.

ХАРАКТЕРИСТИКА ОСАДКОВ, МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ СООРУЖЕНИЯ ...