Анаэробные
биологические методы очистки применяются в различных отраслях
промышленности для очистки сточных вод, загрязненных органическими
соединениями. Эти методы привлекательны для потребителей тем,
что в процессе очистки сточных вод от органических загрязнений,
что выражается в уменьшении концентрации ХПК, в качестве конечного
продукта образуется биогаз, который можно сжигать, получая либо
тепло, либо электричество. Кроме того, при использовании анаэробных
методов не образуется большого количества избыточного активного
ила. Особенную трудность для инженеров и технологов с точки зрения
очистки представляют прежде всего сточные воды, имеющие однородный
состав (загрязненные, например, в основном жирами ) - так называемые
моносточные воды. В этом случае при проектировании очистных сооружений
необходимо учитывать условия разложения микроорганизмами основного
органического компонента, что и должно быть заложено в основу
технологического процесса с целью достижения максимальной эффективности
очистки при минимуме инвестиционных затрат.
Что является основой анаэробной очистки сточных
вод
При анаэробном преобразовании органических субстратов в метан
под воздействием микроорганизмов (бактерии, анаэробный ил) должны
быть последовательно реализованы 4 стадии разложения. Отдельные
группы органических загрязнений (углеводы, протеины, липиды/ жиры)
в процессе гидролиза преобразуются сначала в соответствующие мономеры
(сахара, аминокислоты, жирные кислоты). Далее эти мономеры в ходе
ферментативного разложения (ацитогенеза) преобразуются в короткоцепочечные
органические кислоты, спирты и альдегиды, которые затем окисляются
дальше в уксусную кислоту, что связано с получением водорода.
Только после этого доходит очередь до образования метана на этапе
метаногенеза (ср. рисунок 1). В качестве побочного продукта наряду
с метаном образуется также и углекислый газ (CO2).Все процессы
преобразования тесно взаимосвязаны друг с другом и должны протекать
в емкости анаэробного реактора в строго установленном порядке,
т.к. любое нарушение одного из промежуточных этапов приводит к
нарушению всего процесса. Поэтому требуется точное проектирование
очистных сооружений и их настройка на соответствующую сточную
воду.Для сточных вод с однородным составом на практике осуществляются
далеко не все возможные реакции разложения. На так называемом
адаптивном этапе осуществляется выбор определенного пути разложения
органических веществ в результате жизнедеятельности соответствующих
микроорганизмов.
Рисунок
1: Этапы разложения анаэробного преобразования
В
зависимости от того, какой класс органических веществ преобладает
в сточной воде, меняется состав биогаза и доля метана в нем (см.
таблицу 1). Углеводы в большинстве случаев разлагаются легко,
однако они дают сравнительно меньшую долю метана. При разложении
жиров и масел образуется большее количество биогаза с высоким
содержанием в нем метана, однако, разлагаются они очень медленно.
Кроме того, жирные кислоты, образующиеся как побочные продукты
при разложении жиров и масел, могут препятствовать всему процессу
разложения.
Таблица 1:
Выход биогаза и доля метана в нем в зависимости от класса веществ
Класс
веществ |
Выход
биогаза
[нл/г субстрат] |
Доля
метана [%] |
| Углеводы |
0,83 |
50 |
| Белки |
0,72 |
71 |
| Жиры/Масла |
1,43 |
70 |
