АНАЭРОБНЫЕ МЕТОДЫ

Эти методы используют для анаэробной обработки осадка сточных вод. Цель анаэробной переработки:

1. изменение физической структуры осадка для облегчения его последующего использования или уничтожения

2. уменьшение массы осадка за счет превращения органического вещества в газы брожения и растворимые соли

3. утилизация части органического вещества в виде газов брожения, а остатка после брожения в виде удобрения

Одним из методов обработки осадков, выделенных из сточных вод, является метановое брожение, в процессе которого происходит преобразование сложных органических веществ в простые.

Метановое брожение – сложный процесс, протекающий при участии нескольких групп микроорганизмов. Направленность биохимических процессов и развитие определенных групп метанобразующих микроорганизмов определяются химическим составом разлагающегося вещества, температурными условиями и нагрузкой на сооружение по органическому веществу. Сущность основных закономерностей метанового брожения заключается в сбраживании органических кислот, спиртов, образующихся на первой стадии брожения, с выделением метана и диоксида углерода. Одновременно может проходить восстановление диоксида углерода с водородом до метана. Для метанового брожения характерно участие воды или образование ее в процессе биохимических реакций.

Основные биохимические процессы, протекающие с образованием метана, можно выразить следующими уравнениями:

1. брожение органических кислот

4НСООН → СН₄ + 3СО₂ + 2Н₂О

СН₃СООН→ СН₄ + СО₂

2. брожение спиртов

4СН₃ОН → 3СН₄ + СО₂ + 2Н₂О

2С₂Н₅ОН + СО₂ → 2СН₃СООН

3. восстановление диоксида углерода водородом

СО₂ + 4Н₂ → СН₄ + 2Н₂О

Для анаэробной обработки осадков сточных вод используются следующие сооружения: септиктенк, двухъярусный отстойник, метантенк.

СЕПТИКТЕНК – представляет собой горизонтальный отстойник через который медленно протекает сточная жидкость. Осадок, содержащийся в сточной жидкости, оседает на дно и хранится до 12 месяцев. При разложении осадка выделяются газы брожения, которые поднимаясь наверх, увлекают за собой частички ила. Всплывшие частицы слипаются и образуют на поверхности корку, постепенно уплотняющуюся со временем. На корке развиваются грибы, которые, пронизывая ее своими нитями, увеличивают ее прочность. Благодаря образующейся корке улучшается температурный режим перегнивания осадка.

Сточная вода, протекающая между коркой и разлагающимся осадком, насыщается газами брожения. Кроме этого, в ней содержится значительное количество летучих жирных кислот. Для того, чтобы процесс минерализации протекал достаточно хорошо необходимо перемешивание бродящей массы и разбавление иловой жидкости водой. Такого перемешивания в септиках не предусмотрено, поэтому область применения этих сооружений ограничена. Их используют для очистки сточных вод от отдельно стоящих зданий, в составе временных очистных сооружений: оздоровительные лагеря, базы отдыха и т.п., функционирующих в летнее время. Очистки от патогенных микроорганизмов в септиках не происходит.

ДВУХЪЯРУСНЫЕ ОТСТОЙНИКИ. Предназначены для выделения осадка из сточных вод и его анаэробной обработки. В двухъярусных отстойниках сточная вода протекает с небольшой скоростью по осадочным желобам, взвешенные вещества при этом осаждаются, проваливаясь через щели, и попадают в нижнюю часть отстойника. Газ, который поднимается со дна не попадает в протекающую по желобам сточную жидкость и выходит в атмосферу. Процесс сбраживания осадка длится от 1 до 6 месяцев. За это время разлагается 40-60% органической части осадка.

В двухъярусных отстойниках активно работает микрофлора поверхностных слоев бродящего осадка. Процесс распада углеродсодержащих органических веществ протекает в анаэробных условиях в две фазы, условно называемой кислой (или водородной) и щелочной (или метановой). Первая фаза характеризуется образованием жирных кислот, в период второй происходит разложение этих кислот до газообразных продуктов и спиртов.

Двухъярусные отстойники применяют на небольших очистных сооружениях, производительностью до 10 тыс. м³/сут.

МЕТАНТЕНКИ. Герметически закрытый резервуар, оборудованный приспособлениями для ввода несброженного и отвода сброженного осадка. Основным условием работы метантенков является наличие в нем сброженного осадка, обильно заселенного микроорганизмами, адаптированными к поступающим загрязнениям. Осадок получают в пусковой период. Для нормальной работы метантенков необходимо создать условия для прохождения метанового брожения, которые определяются температурой, временем сбраживания, степенью перемешивания, соотношением между количеством свежего и сброженного осадка, химическим составом осадка, величиной рН, щелочностью, концентрацией органических кислот, наличием токсичных примесей, биогенных элементов, достаточным количеством микроорганизмов.

Интенсификация разложения органической части осадка достигается искусственным подогревом и перемешиванием осадка. Процессы брожения в метантенках осуществляются в мезофильных (от 30 до 35^оС) и термофильных (от 50 до 55^оС) условиях. Термофильные имеют ряд преимуществ перед мезофильными. К ним относятся: большая скорость и глубина распада органических соединений, увеличение скорости образования выделяющегося газа, кроме этого при термофильном брожении происходит полное отмирание патогенных микроорганизмов. Метановые бактерии чувствительны к колебаниям температуры. Поэтому в интервале температур от37 до 42^оС брожение замедляется, что связано с неблагоприятным воздействием температуры, низкой для развития термофильных и высокой для развития мезофильных бактерий.

При брожении в метантенках из одного м³ твердой фазы сточной жидкости образуется от 10 до 18 м³ газа, состоящег8о обычно на 62-65% из метана и 30-35% СО₂. сероводород при нормально протекающем процессе отсутствует, т.к. связывается в виде сульфидов, водорода содержится не более 0,5%, азота примерно 2,2-2,8%. Количество газа и его состав зависят от соотношения различных групп органических загрязнений в осадке.

Осадок твердой фазы, не разрушенный при брожении, содержит минеральные и органические вещества, необходимые для нормального развития растений. По содержанию фосфора и азота сброженный осадок можно сравнить с лучшими естественными удобрениями. Поэтому после дополнительного обезвоживания и сушки он может быть использован в качестве удобрения. После высушивания содержание бактерий снижается приблизительно в 4000 раз по сравнению со сточной жидкостью, кишечная палочка отсутствует полностью, что свидетельствует о безопасности осадка в санитарно-гигиеническом отношении.

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ по курсу «ХИМИЯ ВОДЫ»

Для студентов специальности 270112 «Водоснабжение и водоотведение»

1. Структура воды, строение ее молекул

2. Физико-химические свойства воды

3. Методы выражения концентрации растворенных в воде веществ

4. Свойства растворов. Осмос, упругость пара

5. Электролитическая диссоциация

6. Степень и константа диссоциации

7. Коэффициент активности. Мера электростатического взаимодействия ионов в растворе

8. Диссоциация воды

9. Активная реакция. Методы определения активной реакции растворов

10. Кислотно-основные индикаторы

11. Буферные системы

12. Произведение растворимости

13. Энергия активации

14. Санитарно-химический анализ природных вод Физические показатели качества воды Бактериальное загрязнение воды

15. Коллоидное состояние вещества

16. Особенности дисперсных систем

17. Строение коллоидной частицы

18. Образование и строение двойного электрического слоя

19. Устойчивость коллоидных систем

20. Седиментационная устойчивость

21. Агрегативная устойчивость

22. Строение, питание, дыхание, микроорганизмов

23. Химический состав клетки микроорганизмов

24. Разновидности микроорганизмов

25. Очистка сточных вод с помощью микроорганизмов

26. Аэробные процессы очистки сточных вод

27. Анаэробные процессы очистки. Метановое брожение