tratarea anaerobă a apei - abstract, pagina 2

degradarea biologică Fig.2 Etapa a compușilor organici complecși

În conversia anaerobă a substraturilor organice în metan prin acțiunea microorganismelor (bacterii, il anaerob) se pune în aplicare succesiv patru etape de descompunere. Grupuri separate impurități organice (glucide, proteine, lipide / grăsimi) în procesul de hidroliză se transformă mai întâi în monomerii corespunzători (zaharuri, aminoacizi, acizi grași). În plus acești monomeri în cursul degradării enzimatice (Acidogeneza) sunt transformați în acizi organici cu catenă scurtă, alcooli și aldehide, care sunt apoi oxidate mai departe la acid acetic, care este conectat pentru a produce hidrogen. Numai atunci vine rândul său, a formării de metan în etapa metanogeneza. Ca produs secundar, împreună cu metan se formează și dioxid de carbon (CO2) (Fig.3).

Fig. descompunere anaerobă 3.Etapy transformare

Toate procesele de conversie sunt strâns legate între ele și trebuie să continue într-un vas reactor anaerob într-un mod strict prescris, ca Orice încălcare a uneia dintre etapele intermediare conduce la perturbarea procesului. Prin urmare, un design actual al instalațiilor de tratare și stabilirea lor pe purificarea apelor reziduale corespunzătoare pentru volume mari.

compoziție uniformă de canalizare în practică efectuată, nu toate posibile reacții de descompunere. În așa-numita etapă adaptive, alegerea unui anumit mod de descompunere a substanțelor organice în rezultatul activității microorganismelor relevante.

In plus, acizii grași formate ca produși secundari în descompunerea grăsimilor și uleiurilor, poate împiedica întregul proces de descompunere.

Pentru practica stațiilor de tratare de operare, mai presus de toate, foarte important este faptul că toate aceste faze diferite trebuie să aibă loc în apele uzate simultan. Descompunerea compușilor organici complecși la metan se vor produce atât de repede în apele reziduale vor forma materiale potrivite pentru bacteriile metanogene alimentar. bacterii producătoare de metan poate fi utilizat ca acid acetic substrat nutritiv, hidrogen (H2), monoxid de carbon (CO2) sau metanol (pentru stațiile de epurare a neimportante).

Procesele de hidroliză și solubilizarea compușilor insolubili în apă (polimeri, emulsii.) Sunt lente și necesită un sistem cu o durată de ședere de mai multe zile.

Cu toate acestea, majoritatea fazei vitezei de curgere de limitare este reacțiile de fază acetogenice (formarea de acid acetic). La lucrările la start-up, în special în situații de urgență sau în exces față de sarcina de proiectare pentru stațiile de epurare anaerobă, concentrația acizilor organici, în special acidul propionic și acetic, poate crește foarte mult. Concentrațiile mari de acizi organici, în combinație cu pH scăzut ca urmare inhibă fluxul proceselor acidogene și metanogene. In cazuri extreme, un pH foarte scăzut ar putea duce la suprimarea a instalațiilor vitale de tratament biocenoză.

În sistemele închise, compusul organic anaerob în absența oxigenului sunt descompuse și sunt transformați unul în celălalt, fără reacții de oxidare. Valoarea totală COD (chimic de oxigen) rămâne în sistem, în orice moment constant. Cu toate acestea, valoarea COD în apele reziduale care conțin compuși organici, care datorită fermentației metan sunt transformate în biogaz este redusă datorită îndepărtării COD apă - metan, format în timpul purificării. Acest proces poate fi descris prin următoarea formulă:

CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O 16

Materia organică în procesul de purificare în stația de epurare anaerobă nu este complet transformată în biogaz. Partea inferioară formează o biomasă (nămol excedentar) - de la 5 la 15% din totalul contaminanților. Unele dintre biogaz (0 până la 5%), se pierde sau rămâne dizolvată în care curge în afara reactorului (30 până la 50 ml / l) apa.

În industria alimentară și în casă, unde compuși organici ridicat de impurități de ape uzate, metode de utilizare a epurării apelor uzate anaerob este deosebit de avantajoasă. Dacă produse în instalații de epurare de biogaz este utilizată în mod eficient, de exemplu, pentru a produce apă fierbinte sau abur, instalația de tratare poate fi exploatată în mod profitabil.

Dar nu întotdeauna recomandabil să se utilizeze sisteme anaerobe. La concentrații scăzute de substanțe biologice prezente în apele reziduale care intră în sistemele anaerobe nu se va finaliza oxidarea efluenților.

instalare anaerob deosebit de potrivit pentru ape reziduale cu un înalt COD și BOD. Într-un cerințe deosebit de stricte pentru calitatea efluentului, în special atunci când dumping efluenților în apă de suprafață, eventual, o combinație de anaerob și purificare aerobă. Astfel de instalații de tratare funcționează fiabil în condiții climatice diferite, inclusiv în Ucraina.

3. Instalații pentru tratarea anaerobă a apelor reziduale

Apele uzate care conțin cantități substanțiale de compuși organici fermentabile este supus tratării biologice în absența oxigenului în condiții anaerobe. Deși tratamentul anaerob este aplicat în mai multe procese domeniu biotehnologie principal de utilizare a acestei metode este prelucrarea nămolului excedentar activat format în timpul purificării biologică a apelor uzate. Nămolul concentrat se formează în mai multe etape, inclusiv separarea particulelor pe filtre și grătare din rezervorul de decantare primară, dar și în timpul creșterii microorganismelor în oxidare biologică (la tratarea secundară a apelor reziduale). Yl concentrate sau concentrate prin simpla sedimentare (sedimentarea) în continuare; Eliminarea nămolului este de obicei precedată de o etapă de tratare biologică anaerobă, una dintre etapele de purificare.

Mecanismul de tratare anaerobă a deșeurilor, în care participă o multitudine de specii de microorganisme, în termeni generali pot fi descrise prin următoarea schemă:

În prima etapă, solidele digerate nămol (solubilizată) prin enzime extracelulare sintetizate varietate de bacterii. proteolitica În sistemele de tratare anaerobă a nămolului sunt fixe, lipolitică și enzime celulolitice sunt câteva. Deoarece în bioreactoare pentru tratarea anaerobă a solidelor de nămol nu se acumulează, astfel încât reacția se efectuează suficient de rapid, iar acest pas nu limitează viteza întregii secvențe de transformări.

studiu următor etapă de tratare anaerobă experimentală a nămolului - sinteza microbiologic cu greutate moleculară mică și acizi grași volatili din substanțele organice dizolvate, au arătat că rata se efectuează pe această etapă a reacției este de asemenea destul de mare. Cei responsabili pentru aceste transformări organisme numite Formatori acide; Ele sunt heterotrophs facultativ anaerobe si functioneaza cel mai bine într-un interval de pH de la 4,0 până la 6,5. Produsul principal al acestei etape este acidul acetic, dar în unele cantități sunt de asemenea formate de acid propionic și butiric.

Cel mai important substrat pentru etapa finală a procesului este acidul acetic; Acesta a arătat că aproximativ 70% din metan a fost format din acest substrat. etapa de gazeificare este realizată cu bacterii metanogene, care sunt anaerobi obligatorii ai. Aceste organisme sunt cele mai active într-un interval mult mai îngust de pH 7.0-7.8; acestea sunt dificil de izolat sub forma culturilor pure corespunzătoare, dar operat bioreactor (digestor) cultură mixtă de bacterii este un mediu foarte bun pentru traiul lor. Datele disponibile indică faptul că transformarea acizilor volatili în amoniac (NH4) și dioxid de carbon (CO2) limitează viteza întregii secvențe de reacții descrisă prin ecuația reacției.

Fig. 4 este o diagramă de aparate pentru digestia anaerobă a nămolului (fermentator). Pentru a preveni concentrațiile locale excesive de conținut de acid digestor amestecat. Crearea de condiții satisfăcătoare pentru acidifiante și pentru bacteriile metanogene, aceasta este asigurată prin menținerea unui pH de aproximativ 7. Figura schimbător de căldură extern, de asemenea, specificat pentru a menține temperatura ridicată în rezervor digestor. In cele mai multe cazuri, conținutul digestor este menținut la un interval mezofile (aproximativ 32-38 ° C), ceea ce asigură o viteză maximă de reciclare a nămolului. Există premise pentru faptul că viteza de proces poate fi crescută într-o măsură și mai mare, în cazul în care să-l transporta în intervalul termofil (aproximativ 55 ° C). Cu toate acestea, această condiție de temperatură este relativ rară; Unul dintre motivele pentru care preferința pentru intervalul de temperatură mezofilă, un consum mai mic de energie pentru încălzirea digestor. Cu agitare eficientă și temperatură moderată (32-35 ° C), necesare pentru prelucrarea completă a nămolului în timpul șederii sale în aparat este de la 10 la 30 de zile.

Fig. plante 4Shema pentru digestia anaerobă a nămolului. (De la locul de muncă :. reactoare Atkinson B. biochimice - M. Food Industry, 1989).

1 ferestre de observare; 2 - o conductă de evacuare a gazelor; 3 - supapa de siguranta pentru controlul presiunii (vacuum); 4 - plamyagasitel; 5 - conducte pentru evacuarea gazelor; 6 - întoarce apă; 7-returnabil de apă și camera de expansiune în circulație; 8 - ajustare evacuare a mâlului suspensie; 9 - regulatorul de nivel; 10 de ieșire din camera cu nămol; 11 - apa de retur în încălzitor; 12 - Eliberarea nămolului reciclat; 13 - burlanele; 14 - hrăni nămolul brut; 15 - gaz; 16 - alimentarea cu apă care circulă; schimbător de căldură extern 17; / S - Returnează apa circulant; 19 - stratul superior al nămolului.

La tratarea anaerobă a nămolului produs în biocombustibil metanotenke (biogaz), care pot fi utilizate pentru a reduce costurile de exploatare ale stațiilor de epurare a apelor uzate. Uneori, formate în timpul tratării anaerobe a nămolului metan utilizat este o instalație de tratare a apei pentru a produce căldură și electricitate. Amestecul gazos format în timpul tratării anaerobe a nămolului și se acumulează așa cum se arată în partea superioară a digestorului este compus în principal din metan (65-70%) și dioxid de carbon.

La concentrații scăzute în amestecul conține, de asemenea, hidrogen sulfurat (produs de bacterii reducătoare de sulfați), hidrogen și dioxid de carbon. Amestecul de gaz are o valoare de încălzire 5800-6700 Kcal / m3 și a produs un randament de 1 m3 0,75-1,12 kg reciclat materiale organice.

Deoarece biogazul este semnificativ inferior gazele naturale (aproximativ 8900 kcal / m3) din valoarea sa calorică, apoi în prezența unor rezerve suficiente ultima biogaz nu este convenabil sau atrăgătoare de combustibil. Cu toate acestea, din cauza creșterii continue a prețurilor la petrol, procesele de digestie anaerobă a nămolului ca o sursă potențială de combustibil (după eliminarea obligatorie a hidrogenului sulfurat (H3S)) beneficiază de o atenție tot în cele mai importante companii de biotehnologie din lume. Acesta poate fi utilizat pentru încălzirea digestorului, în care fermentarea anaerobă. De exemplu, complexul de vite din SUA având 500 de porci, prin arderea metanul produs în tratarea apelor reziduale anaerobe nu se poate oferi numai energie electrică, dar, de asemenea, uneori, în timpul verii pentru a vinde.

La rândul său, format după anaerobă a apelor reziduale de tratare biologică pot fi utilizate pentru cultivarea chlorella tip alge, care apoi sunt destinate pentru hrana animalelor.

În prezent, o atenție foarte gravă este acordată prevenirii poluării apelor deversate în gospodăria și apele uzate industriale.

Metodele de tratament biologic este dat un rol mai mare în decontaminarea generală a apei complexe.

Biologică Metoda de tratare a apelor reziduale anaerob - un proces de distrugere a substanțelor organice de către microorganisme în absența oxigenului.

Metodele biologice anaerobe sunt utilizate în diferite industrii pentru ape uzate contaminate cu compuși organici. Aceste metode sunt atractive, deoarece în procesul de epurare a impurităților organice, adică, pentru a reduce concentrația COD în biogaz este format ca un produs final care poate fi ars pentru a produce fie de căldură sau electricitate. Mai mult, atunci când se utilizează tehnici anaerobe nu formează o cantitate mare de nămol activat în exces.

Trebuie remarcat faptul că eficiența purificării biologice în cele mai multe stații de epurare moderne este de 90% din substanța organică și 20-40% substanțe anorganice.

Din păcate, nu toate apele naturale și deșeurile pot fi purificate prin metode biologice, deoarece nu toate substanțele organice sunt descompuse de microorganisme. Deci, nu poate fi purificată apă care conține 1000 mg / l fenol, 300-500 mg / l de alcool 25 mg / l de ulei. Practic, distrus de benzină, vopsele, uleiuri etc.

Calitatea efluentului deversate în rezervoare trebuie să îndeplinească cerințele tot mai ridicate. Prin urmare, la alegerea schemei tehnologice trebuie să ia în considerare toți factorii (tipul de poluant, și concentrația acestora, etc.), care afectează calitatea de purificare.

1. reactoarele Atkinson B. biochimice. - M. Industria Alimentară 1989.

2. J. Baillie, D. Ollis. Bazele ingineriei biochimice. Mir, 1989, 2 T.