Анаэробные системы очистки сточных вод

В ряде случаев для очистки СВ используют метановое брожение – анаэробный процесс, осуществляемый в метантенках. В этом случае деградация протекает в три последовательные стадии (таблица 30).

Таблица 30

Фазы метанового брожения

В процессе биогидролиза ~ 76 % органических продуктов переходит в R – COOH, в том числе ~ 20 % - в СН₃СООН, ~ 4 % - в Н₂. На стадии ацетогенеза образуется ~ 25 % R – COOH, ~ на 50 % - СН₃СООН и ~ на 25 % - Н₂. Наконец, в третьей стадии из СН₃СООН образуется ~ 70 % СН₄ и остальной метан из Н₂ и СО₂.

В качестве субстрата многие метаногены потребляют муравьиную кислоту, трансформируя ее в метан по суммарной реакции

4 НСООН ® СН₄ + 3 СО₂ + 2 Н₂О.

При переработке коммунальных и промышленных сточных вод пищевых производств основным субстратом для метаногенов служит уксусная кислота по суммарной реакции

СН₃СООН ® СН₄ + СО₂.

Некоторые метаногены продуцируют СН₄ по схемам:

2 СН₃ОН ® СН₄ + СО₂ + 2 Н₂

СН₃NН₂ + Н₂О ® СН₄ + СО₂ + азотсодержащие соединения.

Количество биогаза, получаемого из 1 моля кислоты в процессе брожения, можно оценить посредством уравнения Баксвелла:

С_nH_aO_b + (n - - ) Н₂О = ( - + ) СО₂ + ( + - ) СН₄.

Для анаэробного брожения стоков применяют различные металлические или железобетонные биореакторы больших объемов в виде вертикальных и горизонтальных цилиндров или прямоугольных резервуаров. Метановое брожение применяют при очистке городских стоков, для утилизации активного ила или после аэробной ферментации. Для поддержания жизнедеятельности анаэробных бактерий используют не только углеводы, липиды, нуклеиновые кислоты, но и продукты нефтехимического синтеза, в частности, бензойную кислоту.

4 С₆Н₅СООН + 18 Н₂О ® 15 СН₄ + 13 СО₂.

Под их действием возможна деградация СН₃СНО, СН₃СОСН₃, С₄Н₉ОН, С₆Н₅NО₂, С₆Н₅ОН, парафинов, синтетических полимеров. Схема установки метанового брожения представлена на рис. 52.

Рис. 52. Схема установки для метанового брожения ила, получаемого в очистных сооружениях городских стоков: 1 - отстойник, 2-метантенк, 3 - теплообменник, 4 - устройства для очистки биогаза, 5 - парогенераторы

Использование продуктов метанового брожения

При очистке сточных вод

В процессе метанового брожения получают два основных продукта – биогаз и переброженный шлам.

Использование биогаза.Его основными компонентами являются СН₄ (55 – 70 %) и СО₂ (26 – 44 %), соотношение которых определяется природой исходного субстрата, температурой процесса, временем пребывания массы в реакторе и т. д. Кроме того, биогаз содержит небольшие количества Н₂
(до 1 %), Н₂S (до 1 %) и N₂ (до 3 %).

Простейшим способом применения биогаза явялется использование его как источник тепловой, механической и электрической энергии. Крупные биоэнергетические установки можно использовать для создания производств по получению многочисленных химических продуктов.

На биогазе могут работать газосжигающие устройства, энергия которых идет на отопление, освещение, функционирование газовых плит и т. д. Наиболее простой метод – сжигание биогаза в газовых горелках, к котрым он подводится под низким давлением.

Биогаз экономически целесообразно использовать в газоэлектрогенераторах. При этом сжигание его 1 м³ позволяет получить от 1,6 до 2,3 кВт×ч электроэнергии. На биогазе (метане) могут работать карбюраторные и дизельные двигатели. Но так как он является высокооктановым топливом, то более эффективно его использование вторыми. 1 литр дизельного топлива эквивалентен 1,5…2,0 м³ биогаза.

Однако перед применением необходима очистка биогаза от СО₂ и Н₂S. На крупных установках практикуется обычно использование для этого КОН, Са(ОН)₂ или NаОН. Жидкостная абсорбция СО₂ усиливается при перемешивании щелочного раствора и его оптимальном рН. Например, для NаОН
рН_опт = 2,5…3,0. СО₂ биогаза может идти на производство сухого льда. Хлорирование метана позволяет получить СНСl₃ и ССl₄, которые широко используются при производстве красителей.

Использовани переброженного шлама.Этот продукт содержит значительное количество питательных веществ и может быть использован в качестве удобрения и кормовых добавок. Его состав определяется химической природой исходного сырья, используемого биореактором.

При эффективном метановом брожении деструктирует ~ 70 % органических веществ, остальное уходит в шлам в виде: веществ, защищенных от бактериального разложения лигнином, новых бактериальных клеток и небольшого количества жирных кислот.

Преимущество метанового брожения в сохранении в органической или аммонийной форме практически всего азота исходного сырья. Это позволяет использовать шлак как удобрение.

На некоторых предприятиях остаток после метанового брожения перерабатывают на кормовые добавки, в частности, кормовой белок.

Установлено, что при анаэробном разложении органики в массе метановых бактерий накапливается витамин В₁₂. Причем в процессах с участием термофилов синтезируется форма, активная для человека и животных. Поэтому подобные отходы ацетонобутилового и спиртового производства можно использовать для производства кормовых препаратов витамина В₁₂. С этой целью барду подвергают термофильному метановому брожению, затем культуральную жидкость упаривают и высушивают на распылительной сушилке.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: