Пособие в области охраны окружающей среды и природопользования (стр. 128 )

Одним из самых основных свойств анаэробной очистки сточных вод является преобразование подавляющего количества органического углерода, имеющего отношение к БПК поступающих сточных вод, в метан, по сравнению с увеличением количества биомассы. Сопоставление проводится с аэробными процессами, в которых органический углерод почти полностью преобразовывается в биомассу, которая в результате формируют твердые отходы и требуют дополнительной очистки или утилизации за пределами предприятия. В результате применения анаэробных процессов образуется меньше количество избыточного анаэробного ила. Образующийся метан имеет высокую теплотворную способность и поэтому может быть повторно использован в качестве топлива, например, в какой либо установке.

В результате применения одной анаэробной системы невозможно достигнуть допустимых концентраций загрязняющих веществ, соответствующих требованиям для отведения сточных вод в водные объекты. Поэтому после анаэробной очистки обычно применяют аэробную (см. раздел 7.5.3.1), так как в результате применения последней уменьшаются концентрации загрязняющих веществ в отводимых сточных водах и удаляется сероводород, обеспечивая надлежащую аэрацию на этапе окончательной очистки сточных вод и снижение остаточного БПК. Потребление энергии на анаэробных и аэробных установках сопоставимо. При определенных обстоятельствах аэробная очистка может осуществляться на КОССВ. Это зависит от очистных сооружений сточных вод, на которые поступают сточные воды, и соотношения между расходами на очистку сточных вод и стадией аэробной очистки на территории предприятия. Воды, очищенные анаэробным способом, могут быть подвергнуты поверхностной аэрации на территории предприятия перед поступлением на КОССВ. Обычно этот процесс осуществляется в сборнике для доочистки, в котором достигается соответствующая концентрация растворенного кислорода перед поступлением на очистные сооружения сточных вод.

Метанобразующие бактерии, используемые в последней стадии анаэробной очистки, нуждаются в защите от хлорированных и серных окислителей, изменений рН и температуры. На стадии подкисления преобладают другие бактерии, которые разрушают многие вещества, влияющие на анаэробные процессы. В силу низкой скорости роста микроорганизмов не происходит удаление фосфора. Отсутствует нитрификация и денитрификация, поэтому азот не удаляется в результате анаэробной очистки.

Современные конструкции реакторов позволяют более высокие объемы нагрузок, увеличивают образование биогаза и предлагают бóльшую стабильность. Стабильность увеличивается, так как в таких системах микроорганизмы смешиваются со сточными водами.

Очистные установки на территории предприятия с анаэробным реактором в качестве основного процесса очистки имеют аналогичную схему. Они имеют отстойник/бак для сточных вод или уравнительный резервуар, из которого откачиваются сточные воды и направляются в резервуар для первичной очистки. Процессы первичной очистки аналогичны тем, которые описаны для аэробных систем.

Из стадии первичной очистки сточные воды поступают в буферный резервуар или резервуар для предварительной обработки, в котором сточные воды подвергаются предварительной обработке, например, корректируется рН или добавляются питательные вещества перед прохождением сточных вод через систему распределения воды в биореактор. Перед поступлением в биореактор в резервуаре для предварительной обработки осуществляются первоначальные этапы анаэробного метаболизма (часто этот резервуар называется резервуар для подкисления). Современные конструкции реакторов позволяют комбинировать различные метаболизмы организмов в одном реакторе. Поэтому, резервуар для предварительной обработки в основном требуется для корректировки рН и добавления питательных веществ.

В реакторе происходит очистка, в результате которой вырабатывается накапливающийся биогаз. Также используется и другое оборудование: емкость для хранения, отстоя, установки по использованию отходящих газов и первичной очистки.

В таблице 7.58 приведены типичные эксплуатационные данные некоторых методов анаэробной очистки.

Таблица 7.58 - Типичный процесс и типичные эксплуатационные данные процессов очистки сточных вод

[145, Metcalf & Eddy, 1991 г., 159, CIAA-CEFS, 2003 г.]

Процесс	ХПК входного потока сточных вод (мг/л)	Время пребывания сточных вод (ч)	Нагрузка по органическим веществам (кг ХПК/м3 в день)	Снижение ХПК (%)
Анаэробные пруды			0,6-1
Анаэробный контактный процесс	1500-5000	2-14	0,5-5,3	75-90
Неподвижный слой	10000-70000	24-48	1-15	75-85
UASB	5000-15000	4-12	2-12 (-60)	75-85
Реактор с увеличенным придонным слоем	5000-10000	5-10	5-30	80-85
Реактор с псевдоожиженным слоем			40-60
Реактор с внутренней циркуляцией			31

В таблице 7.59 приведены распространенные проблемы функционирования анаэробных процессов очистки.

Таблица 7.59 - Распространенные проблемы функционирования биологических процессов очистки

[13, Агентство по окружающей среде Англии и Уэльса, 2000 г.]

Проблема	Возможное решение
Отсутствие питательных макроэлементов	Поддержание соотношения БПК : Азот : Фосфор на уровне 500:5:1
рН	Поддержание рН на уровне 6,8-7,5
Температура	Оптимальная температура для мезофильных бактерий 35-37°С
Отсутствие питательных микроэлементов	Поддержание минимального количества питательных микроэлементов, в частности Fe, Ca, Mg и Zn, согласно применяемому процессу
Физическое засорение всасывающего трубопровода реактора	Эффективное просеивание и первичная очистка
Перегрузка	Необходимо следить за тем, чтобы объем гидравлической нагрузки и нагрузки ВВ и органическими веществами не превышал рекомендации производителя

7.5.3.2.1 Анаэробные пруды (Т19)

Анаэробные пруды похожи на аэробные (см. раздел 7.8.3.1.4) и отличаются только тем, что не являются смешанными [145, Metcalf & Eddy, 1991 г.]. На них вследствие выделения H2S могут образовываться неприятные запахи [208, CIAA-AAC-UFE, 2003 г.].

Согласно имеющимся сведениям из сектора по производству безалкогольных и алкогольных напитков, анаэробные пруды имеют глубину более 2 м.

7.5.3.2.2 Анаэробные контактные процессы (Т20)

Описание

Анаэробный контактный процесс можно приравнять к аэробной очистке активным илом, так как процесс включает отделение и рециркуляцию биомассы. Неочищенные сточные воды смешиваются с возвратным илом и затем дочищаются в реакторе без доступа воздуха.

Экологические эффекты от внедрения метода

Снижение БПК/ХПК.

Эксплуатационные данные

По сравнению с высокоэффективными процессами UASB (см. раздел 7.5.3.2.4) и реакторами с увеличенным придонным и псевдоожиженным слоем (см. раздел 7.5.3.2.7), процессы очистки при контактной стабилизации не производят высокие концентрации биомассы в реакторе и поэтому работают с относительно низкими пространственными нагрузками (обычно до 5 кг ХПК/м3 в день). Основное преимущество этих процессов заключается в бесперебойной работе и отсутствие проблем, связанных с засорением.

Так как анаэробный ил вырабатывает газ вне реактора и объем газа продолжает увеличиваться, зачастую требуется использование установки для дегазификации между метановым реактором и сепаратором. Дегазификация может осуществляться при помощи вакуумирования, отгонки, остужения или медленно вращающихся смесителей. Это свойство позволяет осуществлять процесс в течение 6-14 часов пребывания сточных вод на очистном сооружении.

Применимость

Процессы широко применимы на установках в секторе ППНМ для сточных вод с высокой концентрацией растворимых веществ.

Движущая сила внедрения

Метод обеспечивает бесперебойную работу и отсутствие проблем, связанных с засорением.

Примеры предприятий

Применимы в секторе по производству мяса и сахара.

Справочная литература

[13, Агентство по окружающей среде Англии и Уэльса, 2000 г., 145, Metcalf & Eddy, 1991 г.]

7.5.3.2.3 Анаэробные фильтры (Т21)

Описание

В анаэробном фильтре рост анаэробных бактерий происходит на уплотняющем материале. Уплотнитель удерживает биомассу в пределах реактора и помогает при сепарации газа из жидкой фазы. Система может работать в режиме восходящего и нисходящего потока.

Экологические эффекты от внедрения метода

Снижение БПК/ХПК и стабилизация отходов.

Эксплуатационные данные

Так как бактерии сорбируются на материале и не вымываются, можно достигнуть среднего времени использования клеток в течение 100 дней.

Применимость

Подходят для очистки сильно загрязненных сточных вод с ХПК 10000-70000 мг/л.

Справочная литература

[1, CIAA, 2002 г., 13, Агентство по окружающей среде Англии и Уэльса, 2000 г., 65, Германия, 2002 г., 145, Metcalf & Eddy, 1991 г.]

7.5.3.2.4 Реактор с потоком, восходящим через слой активного ила (UASB) (Т22)

Описание

В системе UASB сточные воды направляются на дно реактора для равномерного распределения. Сточные воды проходят через слой естественно образовавшихся легко осаждаемых гранул бактерий, поэтому они не поддаются вымыванию из системы. Бактерии потребляют загрязняющие вещества из сточной воды, и в результате естественной конвекции к верху реактора поднимается смесь газа, очищенных сточных вод и гранул ила. Для отделения твердых веществ (биомассы) и биогаза из сточных вод используются запатентованные трехфазные сепараторы.