ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 20.06.2024
Просмотров: 120
Скачиваний: 1
ных вод (БПКполн более 4—5 г/л), содержащих органи ческие вещества. Оно недостаточно изучено и мало применяется для обезвреживания промышленных сточ
ных вод.
При анаэробном брожении органические вещества разрушаются анаэробными бактериями. Для них, как и для аэробных бактерий, источником энергии являются окислительные процессы. Различие заключается в том, что последние получают энергию из окислительно-вос становительных реакций, в которых акцептором водоро да служит свободный кислород. Энергодающие окисли тельно-восстановительные реакции анаэробных бактерий протекают с освобождением энергии за счет энзимати ческого расщепления сложных органических веществ. Подобные процессы называются бродильными. Броже ние ведет к глубокому распаду веществ, но никогда не заканчивается их полным окислением. Процессы эти экзотермические, т. е. сопровождаются выделением тепла.
Различают много видов брожения: спиртовое, мо лочнокислое, маслянокислое, ацетонобутиловое и др. Для очистки сточных вод используются анаэробные про цессы, где преобладает метановое брожение, в резуль тате которого образуется метан.
Схематически метановое брожение можно разделить на две фазы. В первой из них расцепляются сложные органические вещества (белки, углеводы и др.) под влиянием обычной сапрофитной, анаэробной микрофло ры и образуются органические кислоты жирного ряда. Вначале образуются уксусная, креновая и масляная кис лоты со следами муравьиной, валериановой, пзо-валери- ановой и капроновой кислот [131]. Большое количество анионов уксусной кислоты снижает активность бактерий, участвующих в первой фазе брожения, так как она умень шается при pH = 6 [41]. Содержание кислот в бродя щей массе может снизить pH до 5. Во второй фазе мета
241
новые бактерии разрушают образовавшиеся кислоты, при этом выделяются углекислый газ и метая.
Процессы, происходящие при расщеплении органиче ских веществ в метантенке, еще недостаточно изучены. Одни исследователи предполагают, что метан образует ся при восстановлении углекислого газа за счет карбо ксильных групп, другие считают, что он является резуль татом распада уксусной кислоты [141]. В. Эккенфельдер считает, что основными источниками образования мета на являются и тот, и другой процессы согласно следую щим схематически представленным реакциям [122]:
1. Брожение уксусной кислоты
СН3СООН -> СН4 + СОя.
2.Восстановление С02
С02 + 8Н СН4 + 2Н20.
При этом pH повышается до 6,7—7,4. Метанообразу ющие бактерии сбраживают, кроме названных веществ, этиловый спирт и многие другие соединения.
Не все органические вещества, находящиеся в сточ ных водах, могут быть разрушены путем анаэробного брожения; так, например, в анаэробных условиях цел люлоза почти не разрушается, а лигноцеллюлоза оста ется интактной [30]. Возможность разрушения жиров подвергается сомнению.
Процесс метанового брожения осуществляется бак териями Methanobacterium OmelanskH, Methanobacterium Söhngenü, Methanosarcina methanica и др. Они яв ляются строгими анаэробами и не образуют спор. Эти бактерии обладают ферментом гидрогеназой, под влия нием которой активируется водород, акцептируемый углекислотой, в результате чего синтезируется метан. Все упомянутые виды бактерий должны принимать участие
242
в процессе брожения, иначе он нарушается, масса заки сает. Нормальный процесс восстанавливается очень мед
ленно.
Метантенки представляют собой герметически закры тые резервуары для обеспечения анаэробных условий, оборудованные приспособлениями для ввода несброженного и отвода сброженно го осадка, подогрева со держимого, отвода мета на и устройствами для перемешивания (рис. 67).
Очищаемая жидкость или осадок должны быть по возможности обезвожены, так как избыток влаги тормозит брожение. Очи щаемые сточные воды или осадок подаются, а очи щенные воды отводятся
самотеком или при помо- ЩИ насосов. Для перемешивания применяются
пропеллерные мешалки или гидроэлеваторы. Под перекрытием метантенка на
капливается газ, возникающий в процессе брожения осадка, состоящий из 70—75% метана и 20—25% угле кислого газа. Метан отводится в газосборник, так назы ваемый газгольдер. Он используется в котельной для подогрева пара, подаваемого в очищаемую жидкость и на обогрев метантенков. Принятым способом повышения температуры в этом сооружении является также подача подогретой до температуры 60—90° С очищенной сточной воды в количестве 2—3% от объема метантенка.
Ежедневно в метантенк подается от 3 до 11% подле жащих сбраживанию осадка и избыточного активного ила. Одновременно такое же количество сброженного
243
осадка удаляется из апларата. Оставшийся осадок тща тельно смешивают с добавленным и подогревают до требуемой температуры.
Показателями работы метантенка являются БПК и ХПК поступающей и очищенной жидкости, pH и темпе ратура, количество жирных кислот в иловой жидкости, а также количество образующегося газа. Иловая жид кость поддерживает pH содержимого метантенка на не обходимом уровне, когда вследствие неполного окисле ния органических кислот активная реакция изменяется в кислую сторону.
При мезофильных температурах разложение органи ческих веществ достигает 50% [7]; pH колеблется в пре делах 5,6—8.
Для интенсификации брожения в метантенках соз дается более высокая температура (50—52° С), при ко торой процесс брожения протекает быстрее. В этом слу чае участвуют термофильные бактерии. Брожение в термофильных условиях более эффективно, чем в мезо фильных, распад загрязнений происходит более полно. Термофильное брожение имеет также преимущества с гигиенической точки зрения, так как при высоких темпе ратурах погибают многие патогенные возбудители забо леваний и частично — яйца гельминтов, очень устойчи1 вые к внешним воздействиям.
Переход от мезофильного к термофильному режиму работы метантенка не нарушает бактериальных процес сов брожения, если перед повышением температуры метантенк работал в мезофильном режиме без нарушений. В период перехода от одного температурного режима к другому суточная нагрузка на метантенк по осадку со ставляет 4—6% по объему, кроме того, в аппарат необ ходимо вводить сброженный осадок (затравку) из ме тантенка, работающего при температуре 52—53° С. Термофильная микрофлора более чувствительна к пере менам температуры и нагрузки, поэтому развивается
244
медленнее, чем мезофильная. Переход от мезофильного
ктермофильному брожению можно успешно осуществить
втечение 40 суток [75].
При брожении с использованием высоких температур образуется больше газа, чем при низких. В зависимости от нагрузки, состава осадка, влажности, температуры и других показателей из 1 мг осадка образуется 10—18 м3 газа. Норма загрузки для термофильного брожения со ставляет 20% по беззольному веществу, для мезофиль ного— 8-f- 10% объема метантенка. В таких условиях клетчатка разлагается довольно активно. При ведении процесса брожения в различных температурных усло виях с указанными нормами загрузки количество выде ляющегося газа почти одинаково.
Сбраживание в метантенках осадка производствен ных сточных вод подобно сбраживанию осадков быто вых сточных вод, но имеет особенности. Высокая началь ная влажность и высокое содержание в промышлен ных сточных водах солей металлов и детергентов требуют снижения нагрузки на метантенки на 20—50%.
Сбраживание активного ила и осадков из первичных отстойников в метантенках производится при мезофильных (+ 33° С) или термофильных (+ 53° С) температурах. Очень затруднено сбраживание осадков, полученных при совместной обработке бытовых и промышленных сточных вод, вследствие наличия в последних трудно разлагаемых микроорганизмами или токсических орга нических веществ. При мезофильном брожении суточная нагрузка на метантенк меняется в связи с влажностью сбраживаемого осадка от 4,2 до 5,6 кг/м3 по сухому веществу при влажности 90—97% [20]. При термофиль ном брожении нагрузку можно увеличить вдвое.
За рубежом анаэробное брожение используется для очистки сточных вод пищевых, целлюлозно-бумажных производств и др. [8], в СССР оно испытано для сточных вод фабрик первичной обработки шерсти [20],
245
сбраживания избыточного ила и др. При этой очистке концентрация загрязняющих веществ в сточных водах может снижаться в 10—20 раз.
Процесс анаэробного брожения при очистке сточных вод можно осуществлять также в две ступени. Двухсту пенчатые метантенки сбраживают 2 кг/м3 • сут загрязне ний. Такая высокая производительность метантенков возможна в результате возврата зрелого осадка в метантенк первой ступени из второй и постоянного пере мешивания сбраживаемой массы в метантанке первой ступени.
Ниже приведены предельно допустимые концентра ции токсичеоких веществ при метановом брожении [98]:
Органические вещества, металл |
Концентрация, м г / л |
Толуол |
200 |
Амиловый спирт |
100 |
Ацетон |
800 |
Бензол |
200 |
Хром трехвалентный |
25 |
Хром шестивалентный |
3 |
Медь |
25 |
Свинец |
50 |
Конечно, этот перечень токсических веществ, для ко торых установлены предельно допустимые концентрации, очень мал и не удовлетворяет запросам практических ра ботников. Необходимы дальнейшие исследования в этом направлении с соответствующим утверждением допусти мых норм этих веществ, не нарушающих метановое бро жение.
Часть сброженной зрелой массы из метантенка, со держащей от 85—90% воды, перекачивается на иловые площадки для подсушивания, при этом количество вла ги в обезвоженном иле снижается до 60—70%. Иловые площадки бывают открытые и закрытые. Открытые пло щадки — это неглубокие бассейны, в которых сброжен ный осадок из метантенков фильтруется через материалы
246
с увеличивающейся крупностью — песок, шлак, или мелкий щебень, крупный шлак. Слой фильтрующего мате риала толщиной 40—50 см располагается непосредствен но на грунте или на специально подготовленном основа нии из водонепроницаемых материалов — бетона, кир пича и т. д. В основании площадки уложены трубы для отвода дренажной воды. Дренажную воду от иловых пло щадок возвращают на биологическую очистку. Закрытые иловые площадки перекрывают стеклянными крышами, ограждают стенами и отапливают. На таких площадках ил обезвоживается в 2—3 раза скорее, чем на откры тых. Закрытые иловые площадки имеют наибольшее распространение в США. В СССР такие площадки рекомендованы для использования в курортных ра
йонах.
В последнее время для обезвоживания осадков быто вых сточных вод используются фильтр-преосы типа ФПАКМ [1]. При испытаниях этих фильтр-прессов для обезвоживания бытовых сточных вод, коагулированных 4% хлорного железа и 20—22% окиси кальция (к сухо му веществу осадка), установлена возможность получе ния кека влажностью 42—56%. хорошо отделяемого от фильтрующей ткани. На основании этих данных можно заключить, что фильтр-прессы типа ФПАКМ могут быть применены для обезвоживания осадков смеси бытовых и производственных сточных вод.
Л и т е р а т у р а
1. А б р а м о в и ч И. А. Проектирование водоснабжения и кана-. лизации. Информационный реферативный сборник. IV серия. Вып. 3(72). М., Союзводоканалпроект, 1971, 6, 16.
2. А л е к е а и д р о в а П. П. и др. Сб.: «Биохимическая очистка сточных вод предприятий химической промышленности». М., Гос-
стройиздат, 1962. |
Л. |
Жидкостная экстракция. М., ИЛ, 1966. |
3. А л ь д е р е |
||
4. А н і н а Я- |
О. |
Санітарна охорона водоймищ і очистка про- |
мислових стічних вод. |
Киів, вид-во АН УРСР, 1959, 131— 138. |
247
5. Б а з я к и н а Н. А. Роль активного ила в работе аэротенка на полную очистку. М., «Власть Советов», 1936.
6. Б а з я к н н а Н. А. Очистка концентрированных промышлен ных сточных вод. М., Госстройиздат, 1958.
7. Биохимическая очистка промышленных сточных вод. Киев, Институт технической информации, 1965.
8. |
В а н и н В. |
В. Со.: «Очистка сточных вод». Вып. II, М., Гос |
стройиздат, 1963. |
Г. Г., О с т а п е н я П. В. Очистка сточных вод |
|
9. |
В и н б е р г |
вбиологических прудах. Минск, изд-во АН БССР, 1961.
10.Вода и сточные воды в пищевой промышленности. М., «Пи щевая промышленность», 1972.
11. |
В о р о н к о в а |
Ю. В., К о р е н ь к о в |
В. Н. |
«Водоснабжение |
||
и санитарная техника». 1968, № 7, 11— 13. |
|
|
||||
12. |
Г а е в с к а я |
Н. |
С. Жизнь |
пресных |
вод.- |
М.— Л., нзд-во |
АН СССР, 1949, 251. |
|
|
|
|
|
|
13. |
Г в о з д я к П. И. и др. Установка для |
очистки сточных вод. |
||||
Авторское свидетельство, |
кл. С 02с |
5/10 № 333, 135(1340236), 23 ию |
||||
ня 1969.— Бюллетень: |
«Открытия, изображения, |
промышленные |
||||
образцы, товарные знаки». 1972, № |
11. |
|
|
14.Г о р о н о в с к и й И. Т. и др. Краткий справочник по химии. Киев, изд-во АН УССР, 1962, 349.
15.Г р и н б е р г А. М. Обесфенолнвание сточных вод коксохи мических заводов. М., «Металлургия», 1968.
16. |
Г ю н т е р |
Л. |
И. Журнал ВХО. 1972, XVII, |
№ |
2, 150— 155. |
||||
17. Д о г е л ь |
В. |
А. |
Зоология |
беспозвоночных. |
Л., |
«Советская |
|||
наука», 1959. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
18. Е в с т и г н е е в |
И. А. «Водоснабжение и санитарная техни |
||||||||
ка». 1966, № 1, 15— 17. |
|
|
|
|
|
|
|||
19. |
Е р ш о в |
В. А. и др. Сб.: «Наука и техника в городском хо |
|||||||
зяйстве». Вып. 14. Киев, «Будівельннк», 1970, |
116— 124. |
|
|||||||
20. |
Ж у к о в А. И. и др. Канализация промышленных предприя |
||||||||
тий. М., Стройиздат, 1969. |
|
|
|
|
|
|
|||
21. |
Ж у к о в |
А. И. и др. Канализация. М., Госстройиздат, 1969. |
|||||||
22. |
Ж у к о в |
А. И., Н е ч а е в |
А. П. «Водоснабжение |
и санитар |
|||||
ная техника». 1971, № 3, 14. |
|
|
|
|
|
||||
23. |
Ж у к о в |
А. И. и |
др. Сб.: |
«Труды |
института |
ВОДГЕО». |
|||
Вып. 20. 1968, 45. |
|
|
|
|
|
|
|
||
24. |
З е м л я к |
М. М. и др. Аэротенк-осветлитель. Авторское сви |
|||||||
детельство 268286.— Бюллетень: |
«Изобретения, промышленные об |
||||||||
разцы, товарные знаки». 1970, № 13, 165. |
|
|
|
||||||
25. |
З е м л я к |
М. М. та ін. 36.: «Наука 1 техніка в міському го- |
|||||||
сподарстві». Вип. XVII. Киів, «Будівельннк», 1971. |
|
|
|||||||
26. |
Иовлев Б. К., |
К у р и л о |
Ю. С- Опыт |
работы |
песколовок тан |
||||
генциального типа. М., ГОСИНТИ, |
1968. |
|
|
|
248
27. К а з а р о в е ц |
Н. М. |
Биохимическая очистка воды. Матери |
алы семинара Московского |
дома научно-технической пропаганды |
|
им. Ф. Э. Дзержинского. 1969, № 58. |
||
28. К а л а б и н а |
М. М. и др. Сб.: «Научные сообщения инсти |
тута ВОДГЕО. Очистка промышленных сточных вод». Вып. 14. М.,
ВОДГЕО, 1960. |
М. М. и др. Сб.: «Научные сообщения инсти |
|
29. |
К а л а б и н а |
|
тута ВОДГЕО. Очистка промышленных сточных вод». Вып. IV. М., |
||
ВОДГЕО, 1960, 6—9. |
М. М., Р о г о в с к а я Ц. И. Сб.: «Исследова |
|
30. |
К а л а б и н а |
ние в области очистки буроугольных и торфяных газогенераторных
вод». М., ОНТИ, 1934. |
промышленных сточных |
||
31. |
К а л а б и н а |
М. М. Сб.: «Очистка |
|
вод». Вып. 1. М., Стройиздат, 1957, 5. |
института сооружений». |
||
32. |
К а л а б и н а |
М. М. Сб.: «Труды |
|
Вып. 3. М., Гостехиздат, 1930, 65. |
и санитарная техника». |
||
33. |
К а л и ц у н |
В. И. «Водоснабжение |
|
1970, № |
11, 6. |
|
|
34. |
К а л и ц у н В. И., Ш в а н с к а я И. М. Сб.: «Проектирование |
водоснабжения и канализации». Информационный выпуск. М., Союз-
водоканалпроект, 1968, № 51, 1. |
|
||||
35. |
К а н с к и й |
А. Б. и др. «Водоснабжение и санитарная тех |
|||
ника». |
1971, № |
3, 9. |
И. И., Р е з н и к Н. Ф. Флотационная очистка |
||
36. |
К а р а в а е в |
||||
сточных вод от нефтепродуктов. М., ЦНИИТЭнефтехим, 1966. |
|||||
37. |
К а р е л и н |
Я. А. и |
др. «Изв. вузов. Строительство и архи |
||
тектура». 1966, № 11, 79—86. |
др. Проектирование водоснабжения и |
||||
38. |
К а р е л и н |
Я- А. и |
|||
канализации. |
Информационный |
реферативный сборник. IV серия. |
|||
Вып. 7 (68). М., Согозводоканалпроект, 1970, 17—28. |
|||||
39. |
К а р е л и н |
Я- А. и |
др. |
Проектирование водоснабжения и |
канализации. Информационный реферативный сборник. Вып. 8 (69). М., Союзводоканалпроект, 1970, 17—25.
40. К а р п и н с к и й А. А. Непрерывное брожение и выращива ние микроорганизмов. Материалы совещания, проведенного Инсти тутом микробиологии АН СССР. М., ГІищепромиздат, 1960.
41. |
К и г е л ь М. Е., К о л о б а н о в С. К. Сб.: «Биохимическая |
||
очистка воды». М., Стройиздат, 1969, 102— 107. |
|
|
|
42. |
К л я ч к о В. А., А п е л ь ц и н И. А. Очистка природных вод. |
||
М., Стройиздат, 1971, 194— 198. |
|
|
|
43. |
К л я ч к о В. А., К а с т а л ь с к и й А. А. Очистка воды для |
||
промышленного водоснабжения. М., Стройиздат, 1950. |
|
||
44. |
К о г а н о в с к и й А. М. и др. Новые |
методы очистки |
сточ |
ных вод химической промышленности. Киев, |
УкрНИИНТИ, |
1971. |
|
45. |
К о г а н о в с к и й А. М. и др. УХЖ. 1956, 22. № 3, 401—404. |
249