Анаэробная очистка сточных вод: суть процесса, подробное описание, устройство и работа анаэробных биореакторов, преимущества и недостатки данного метода, область применения

Почему сточные воды нужны очищать?

Сточные воды содержат различные примеси, коллоидные и крупнодисперсные частицы, минеральные, органические, биологические вещества. Для того чтобы сточные воды не оказывали отрицательного воздействия на окружающую среду и не загрязняли окружающую среду, перед сбросом необходимо проводить очистку, основной задачей которой является обеззараживание, осветление, дегазация, дистилляция и умягчение. Сточные воды, загрязненные различными химическими веществами, очищаются по-разному. Наиболее популярными среди них являются механические, химические, физико-химические и биологические.

Что такое анаэробная очистка сточных вод?

Анаэробная (без доступа кислорода) очистка сточных вод представляет собой двухстадийный процесс биохимической конверсии органических примесей в метан и углекислый газ. В природе аналогичное явление наблюдается на заболоченных участках — со дна стоячих водоемов выделяется болотный газ в результате гниения ила и других остатков растительного и животного происхождения.

На первом этапе под действием микроорганизмов происходит ферментация органических веществ в простые органические кислоты (кислая фаза), а на других этапах эти кислоты уже становятся источником питания для метанообразующих бактерий (щелочная фаза).

При определенных условиях конечным продуктом превращения может стать аммиак. Анаэробные бактерии сверхчувствительны к внешним факторам.

Этот факт характеризует анаэробные процессы как:

• менее гибкая и стабильная по сравнению с аэробикой;
• что требует контроля и корректировки входных параметров загрязненных сточных вод.

Оптимальными показателями для окружающей среды считаются температура 30-35 0С и рН 6,8-7,2.

Как правило, анаэробная технология применяется для сбраживания ила первичных отстойников и избыточного активного ила аэробных биохимических систем очистки хозяйственно-бытовых сточных вод и их смесей с промышленными сточными водами.

Анаэробной очистке могут подвергаться только высококонцентрированные сточные воды с БПК5 не менее 500-1000 г/м3. Если вода недостаточно загрязнена органикой, микроорганизмы будут испытывать дефицит питательных веществ, и очистка будет неэффективной.

Типы анаэробных устройств

Анаэробные установки представляют собой герметичные резервуары. Обычно под землей. Такие конструкции более сложны по конструкции, чем аэротенки, и требуют больших затрат при строительстве. Это одно- и двухступенчатые системы, а также различные типы реакторов.

Схема двухэтапной установки:

1. Первый резервуар представляет собой непрерывную биологическую установку с полным перемешиванием.
2. Вторая емкость – емкость для отделения и концентрирования твердых примесей (отстойник или центрифуга).

Возврат (рециркуляция) части ила из второго резервуара в первый предусмотрен для увеличения в нем доли биологически активной микробиоты и интенсификации очистки.

Газовыделение препятствует седиментации, поэтому использование стандартных отстойников на второй ступени возможно только при условии предварительной дегазации потока на первой ступени.

По этой причине такие системы используются для частичного разделения двух стадий анаэробной переработки – получения летучих органических кислот и метанового брожения.

В автономных системах канализации частных домовладений устанавливаются компактные очистные сооружения.

Промышленные комплексы анаэробной очистки включают:

1. Отстойники — лагуны и пруды. Установка на открытом воздухе или в помещении. В жарких районах такие сооружения служат не только очистными сооружениями. Попутно здесь производят биогаз — необходимое сырье для топливных систем компаний. Отстойники обычно строят вблизи животноводческих, мясоперерабатывающих комплексов, в них сливают жидкий навоз и нечистоты.
2. Метантенки являются представителями первого поколения биореакторов. Это искусственное сооружение в виде большой емкости для разложения ила и производства биогаза.
3. Биореакторы представляют собой современные устройства, конструкция которых предусматривает хранение биомассы метанового биоценоза в реакционном пространстве. Такие установки не требуют жесткого контроля условий внешней среды и медленно развивающейся популяции анаэробов, поэтому отличаются эффективностью.

Наиболее часто используемые варочные котлы работают как полные смесительные реакторы:

• открытый или закрытый;
• с жестким или плавающим полом.

Полезный объем стандартного метантенка 1000–3000 м3; его условно можно разделить на четыре с разным функционалом:

1. Для образования жидкой корочки.
2. Для шламовой воды.
3. Для ферментации.
4. Для уплотнения и дальнейшей стабилизации осадка при хранении.

Требования пожарной безопасности

При монтаже естественных анаэробных конструкций установлены строгие правила пожарной безопасности. Метан, который выделяется в результате деятельности микроорганизмов, должен быть качественно уловлен или рассеян в воздухе.

Поэтому объекты, где установлены очистные сооружения, оборудуются системами вентиляции и газоанализаторами. Открытые пруды и отстойники строят на ровной, хорошо проветриваемой площадке.

Обязательной мерой является оснащение оборудования датчиками метана. Если концентрация биогаза превышает нормативное значение, срабатывает сигнализация.

Читайте также: Домашние компостеры: кухонные для пищевых отходов в квартире, электрические и автоматические компостные ящики, другие

Как определяется максимум по загрузке

Максимально возможная суточная загрузочная доза (в м3/сут на 1 м3 вместимости) определяется таким образом, чтобы увеличение этой дозы не приводило к тому, что вынос активных бактерий с оттоком из установки превысит их рост и, как В результате в системе не останется достаточного количества активных организмов.

Технологии MY AMI

Технологические преимущества:

• высокая эффективность и стабильность работы;
• низкое энергопотребление;
• получение газа как сырьевого ресурса;
• возможность размещения на небольшой площади;
• полная автоматизация работы;
• не лишний ил;
• очистка сточных вод от ХПК, БПК до 95-98%.

Для очистки сточных вод различных производств МОЙ ПРОЕКТ предлагает индивидуальные методы анаэробной очистки:

UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) — первый из анаэробных реакторов, который был введен в качестве очистной установки. Технология широко распространена во всем мире и во всех отраслях. UASB очень чувствителен к жидким твердым веществам (жирам, маслам, нефтепродуктам) и количеству взвешенных веществ. Максимальная нагрузка для таких реакторов составляет 1000-20000 мгХПК/л, а расчетная нагрузка варьируется в пределах 10-15 кгХПК/м3 в сутки.

Модернизированная технология UASB представляет собой вертикальный анаэробный реактор EGSB с одноуровневым трехфазным сепаратором. В отличие от UASB, этот тип реактора может работать с более высокими нагрузками (15-25 кгХПК/м3 в сутки), а производство биогаза намного выше.

Универсальный реактор анаэробной очистки с внутренней и/или внешней рециркуляцией и двумя трехфазными сепараторами, проверенный более чем 30-летним опытом и работающий более чем в 1000 точках по всему миру. Этот тип реактора подходит для всех отраслей промышленности: пищевой, целлюлозно-бумажной и нефтяной, химической и фармацевтической промышленности. В отличие от своего предшественника УАСБ реактор менее подвержен изменениям состава сточных вод, а нагрузка составляет уже 1000-20000 мгХПК/л, а расчетная нагрузка варьируется в пределах 20-30 кгХПК/м3 в сутки, что снижает объемы реакторы.

Для очистки промышленных сточных вод, которые помимо анаэробной биологической очистки требуют и других установок (флотации, аэробной биологической очистки и др.), разработаны технические решения, позволяющие сочетать:

• анаэробная и флотационная обработка;
• анаэробная и аэробная очистка;
• анаэробная очистка и мембранный биореактор;
• анаэробная очистка и доочистка.

Такие решения, помимо своей сложности и функциональности, являются энергосберегающими и требуют меньше места, чем традиционные аналоги.

Плюсы и минусы процесса

Аэробный и анаэробный методы имеют свои преимущества:

• эффективное удаление органических веществ и других компонентов;
• простой принцип работы;
• низкие эксплуатационные и эксплуатационные расходы;
• надежность оборудования;
• экологичность очищенной воды;
• степень очистки до 99%;
• не выделяются вредные вещества.

Недостатки аэробных и анаэробных систем:

• большие вложения в строительные работы;
• требуется строгое соблюдение технологического процесса;
• некоторые токсичные компоненты приводят к гибели бактерий;
• при работе с некоторыми продуктами требуется дополнительная стадия очистки.

Аэробный способ

Аэробная очистка сточных вод происходит с участием бактерий и кислорода. В результате такой деятельности происходят:

• вода;
• углекислый газ;
• тепловая энергия.

Это приводит к увеличению активного ила, который образуется из колоний микроорганизмов.

Процесс аэробной очистки включает в себя несколько этапов:

1. Фильтрация воды от твердых частиц.
2. Окисление органических веществ. В результате образуется активный ил – осадок, состоящий из колоний бактерий. Он находится в отдельной комнате.
3. Обработка и обеззараживание полученного осадка.

Процесс очистки происходит в биореакторе. Это емкость из пластика, бетона или металла. На дне биореактора есть сита, где находятся сами микроорганизмы.

Доступ к кислороду обеспечивают аэраторы – перфорированные трубы. При прохождении через них воздуха сточные воды насыщаются кислородом.

Важно! Аэробно-активный ил подлежит утилизации.

В процессе жизнедеятельности бактерий выделяется тепловая энергия. В результате температура всей системы повышается. Это может привести к гибели микроорганизмов.

Для контроля микроклимата необходимо установить датчики и систему управления. Значительные энергетические затраты тратятся на поддержание работы воздуходувок.

Особенности аэробных установок:

• удаление более 99% ХПК;
• 1 кг загрязнения дает 0,4 кг активного ила;
• не производится биогаз;
• на устранение 1 кг загрязнения расход электроэнергии составит 5 кВтч.

Эффективность аэробных методов снижается под влиянием ряда факторов:

• наличие токсических веществ и солей тяжелых металлов;
• работа с загрязнителями, долго окисляющимися;
• большие габариты;
• высокая концентрация активных веществ, замедляющих активность микроорганизмов;
• температура выше 20-30 градусов;
• нарушение кислотно-щелочного баланса, которое установлено для каждого вида бактерий.

Эти факторы подавляют активность микроорганизмов или приводят к их полной гибели. Поэтому при выборе аэробного метода необходимо учитывать, какие компоненты содержатся в сточных водах.

Аэробный метод повышает качество лечения. После очистки допускается сброс водной массы в реки и водохранилища.

Для возведения аэробных сооружений требуется больше свободного места и значительные вложения.

Где и зачем применяется?

Анаэробный метод является разновидностью биологической очистки. Принцип обработки основан на жизнедеятельности микробов и бактерий, расщепляющих органику на отдельные компоненты — строительный материал для их развития.

В сточных водах много органических примесей, которые становятся питательной средой для микроорганизмов.

Метод анаэробной очистки наиболее целесообразен при сильном загрязнении сточных вод органическими веществами, для очистки хозяйственно-бытовых сточных вод.

Основной областью применения, где анаэробные методы полностью оправданы эффективностью очистки, получением биогаза и шлама в качестве органического удобрения, является производство напитков (нектара, сока, пива, другой алкогольной продукции), а также:

• сельское хозяйство;
• молочная промышленность;
• фармацевтическая продукция и производство косметических средств;
• мясокомбинат;
• химические производства.

Процесс очистки подробно

Анаэробное разложение органических примесей представляет собой многостадийный процесс с участием различных микроорганизмов:

• гидролитические агенты;
• ацетогены;
• ферментеры;
• метаногены.

Между микроорганизмами существуют сложные взаимоотношения. Метаногены отличаются субстратной специфичностью, они не способны развиваться вне трофических взаимоотношений с другими членами сообщества.

Также существуют метаногены, способные создавать сформированные структуры с другими бактериями или смешанные колонии. В свою очередь метановые археи с помощью веществ, продуцируемых первичными анаэробами, определяют скорость бактериальных реакций.

Важнейшим свойством анаэробного ила является метаногенная активность, которая определяется составом сточных вод.

На стабильность анаэробного процесса влияют:

• фазовый и химический состав субстрата;
• гидродинамический режим, определяемый расходом;
• наличие токсичных соединений.

Отрицательно влияют на эффективность анаэробного процесса:

• высокий уровень pH в сточных водах;
• понижение температуры очищаемой воды;
• низкая концентрация загрязняющих веществ.

Анаэробное превращение органических субстратов в метан под действием микроорганизмов происходит в 4 стадии разложения:

1. Гидролиз. Углеводы, белки, липиды/жиры сначала превращаются в соответствующие мономеры (сахара, аминокислоты, жирные кислоты).
2. Ацидогенез. Мономеры подвергаются ферментативному расщеплению, превращаясь в органические кислоты, спирты и альдегиды.
3. Ацетогенез. Вещества окисляются до уксусной кислоты, что связано с образованием водорода.
4. Метаногенез. На последнем этапе в качестве побочного продукта образуются метан и углекислый газ.

Все этапы конверсии взаимосвязаны и должны протекать в баке анаэробного реактора по строгому алгоритму; отклонение от одного промежуточного шага нарушает весь процесс. Для достижения максимальной эффективности реакторы анаэробной очистки должны быть точно спроектированы и адаптированы к сточным водам с особыми характеристиками.

В зависимости от того, какие органические примеси находятся в очищаемой сточной жидкости, изменяется состав биогаза и процентное содержание метана. Углеводы обычно легко расщепляются, но производят относительно небольшое количество метана.

Жиры и масла расщепляются очень медленно, но в результате образуется большой объем биогаза с высокой концентрацией метана. Кроме того, происходит образование побочного продукта – жирных кислот, способных замедлять процесс разложения.

Обезвоживание ила

При периодической очистке резервуаров необходимо удалять часть активного ила с помощью ассенизационной техники или вручную.

Обработка избыточного анаэробного ила представляет собой простой процесс без особых проблем, поскольку биомасса характеризуется:

• небольшой объем;
• значительная начальная концентрация сухого вещества (до 100 г/дм3);
• высокая зольность и стабильность;
• хорошая водоотталкивающая способность.

Показатели позволяют обезвоживать шлам без применения реагентов. Для обработки используются стандартные устройства – центрифуги, ленточные фильтр-прессы. При больших нагрузках обезвоживание проводят на иловых площадках.

Анаэробный ил, образующийся при переработке пищевых отходов, не содержит патогенной и токсичной микробиоты, безвреден для человека и животных.

Это высококачественное органо-минеральное удобрение, которое используется практически без ограничений. С помощью сушильных центрифуг из шлама можно получить концентрат ила. Кроме того, анаэробный ил содержит много минеральных элементов и витамина В12, что делает его полезной пищевой добавкой для кормления животных.

Преимущества и недостатки метода

Деятельность анаэробных бактерий не сопровождается выделением энергии, поэтому температура внутри емкости остается постоянной. Оборудование работает без системы управления, что положительно сказывается на стоимости.

Другие преимущества включают в себя:

• эффективное удаление органических примесей;
• простое управление;
• низкие эксплуатационные расходы (например, анаэробная микробиота не нуждается в дополнительной аэрации);
• надежность оборудования;
• отсутствие необходимости частого избавления от постоянно растущей избыточной биомассы, как у аэробных растений;
• экологичность очищенной воды;
• не выделяются опасные вещества.

Ошибка:

• серьезные инвестиции на этапе строительства;
• необходим строгий контроль за соблюдением всех стадий технологического процесса;
• некоторые токсичные компоненты сточных вод могут привести к гибели микробиоты;
• иногда требуется дополнительное лечение.

Экологическая переработка канализационных стоков

Информация об аэробах и анаэробах будет интересна тем, кто решил купить септик для загородного участка или хочет «модернизировать» существующий септик.

Правильно подобрав виды бактерий и определив дозировку (согласно инструкции), можно улучшить работу простейшей конструкции накопительного типа или наладить работу более сложного агрегата – двух-трехкамерного септика.

Биологическая переработка органического материала – естественный процесс, издавна используемый человеком в хозяйственных целях.

Простейшие микроорганизмы, питающиеся продуктами жизнедеятельности человека, превращают их за короткое время в твердый минеральный осадок, осветленную жидкость и жир, всплывающий на поверхность и образующий пленку.

Использование бактерий в бытовых и санитарно-гигиенических целях рекомендуется по следующим причинам:

• Природные микроорганизмы, которые развиваются и живут по законам природы, не наносят вреда окружающей флоре и фауне. Этот факт необходимо учитывать владельцам приусадебных участков, которые используют свободную территорию для выращивания садовых и огородных культур, устройства газонов и клумб.
• Нет необходимости покупать агрессивные химикаты, в отличие от природных элементов, негативно влияющих на почву и растения.
• Запах, характерный для хозяйственно-бытовых стоков, ощущается значительно слабее или полностью исчезает.
• Стоимость биоактиваторов невелика по сравнению с преимуществами, которые они обеспечивают.

В связи с загрязнением почвы и водоемов проблема экологии коснулась дач, поселков и территорий с новой загородной застройкой — коттеджными застройками. Благодаря действию упорядоченных бактерий ее можно частично решить.

В системе канализации участвуют два вида бактерий: анаэробные и аэробные. Более подробная информация о функциях жизнедеятельности двух видов микроорганизмов поможет вам понять принцип работы септиков и накопительных баков, а также нюансы обслуживания очистных сооружений.

Специально для обслуживания септиков и накопительных емкостей налажен выпуск бытовых биоактиваторов, отличающихся низкой себестоимостью и простым способом приготовления (+)

Основные принципы анаэробной очистки

Микроорганизмы, способные функционировать в бескислородном пространстве, называются анаэробными бактериями или анаэробами. Попробуем выяснить, какое место они занимают в системе очистки сточных вод.

Откуда взялись анаэробы

Следует понимать, что штаммы анаэробных бактерий для бытовых септиков не были специально выведены искусственно (хотя сейчас налажено производство новых, более активных штаммов), они всегда были частью природы.

В заболоченной и просто влажной почве, в иле, в почве на больших глубинах развиваются микроорганизмы, способные существовать без кислорода. Некоторые виды принимают активное участие в образовании перегноя и гумуса, образующихся при гниении отмерших растений и погибших животных.

Микроорганизмы, работающие в почве и в воде (в прудах, канализации, озерах), очищают жидкость и отделяют минералы и газы. Эта способность пригодилась при строительстве канализационных септиков и септиков

Анаэробные сточные воды очищаются в герметичных резервуарах. Пример такой емкости на даче – уличный туалет «скворечник» с канализацией. Процесс брожения осуществляют анаэробные бактерии, выделяющие метан и тепло в течение своей жизни.

Принцип анаэробной очистки также используется в бытовых приборах (емкостях для хранения, септиках) и промышленных предприятиях (метантенках). Анаэробное брожение активно используется в животноводческих и птицеводческих хозяйствах.

Условия существования бактерий

Для существования микроорганизмов необходимы особые условия, в том числе:

• изоляция — отсутствие кислорода, за исключением факультативных анаэробов;
• температурный режим – от +9ºС до +37ºС, оптимальное значение +28ºС;
• показатель рН – кислотность от 6 до 8;
• регулярность уборки – выемка твердого осадка.

В результате процесса брожения часть веществ опускается на дно и гниет, а другая поднимается наверх. Жидкость остается мутной, часто черной. Если в бак попадает большое количество кислорода, бактерии могут погибнуть.

Отрицательные температуры также являются основной угрозой, поэтому выгребные ямы рекомендуется утеплять.

Анаэробные бактерии являются эффективным биопрепаратом для ускорения процессов брожения в стоках хранилищ. Пример привода – дачный туалет летнего типа

Для нормальной жизнедеятельности анаэробам нужна жидкая среда, то есть не менее 2/3 емкости должно быть заполнено водой. Если вовремя не вызвать ассенизаторы, количество твердого осадка достигнет критического уровня и бактерии начнут погибать.

Если объем станции не соответствует количеству проживающих, опорожнять емкость нужно довольно часто – 2-3 раза в месяц. Поэтому к выбору септика нужно подходить внимательно, оценивая параметры и сопоставляя их с предстоящими условиями эксплуатации.

Как происходит анаэробная очистка

Выпадение органического материала в амбарах происходит в два этапа. Вначале может наблюдаться кислое брожение, сопровождающееся большим количеством неприятного запаха.

Это медленный процесс, при котором образуется первичный ил болотного или серого цвета, который также издает резкий запах. Время от времени куски ила отрываются от стенок и поднимаются вверх вместе с пузырьками газа.

Со временем газы, вызванные закислением, заполняют весь объем емкости, вытесняя кислород и создавая идеальную среду для развития анаэробных бактерий. С этого момента начинается щелочное разложение нечистот – метановое брожение.

Она имеет совершенно другую природу и, следовательно, другие результаты. Например, полностью исчезает специфический запах, а ил приобретает очень темный, почти черный цвет.

Аэробно-анаэробная схема ЛОС: двухкамерная конструкция, рассчитанная на очистку 95% стоков с доочисткой на дренажном поле (+)

Если небольшую порцию щелочного ила с анаэробами поместить в септик или приемную камеру, то процесс разложения будет более эффективным, а период окисления — значительно быстрее.

При отсутствии живого ила необходимо приобрести биоактиватор с подходящим составом – раствор или сухое вещество в виде таблеток или порошка, представляющее собой комплекс «спящих» анаэробных бактерий для септика.

Благодаря анаэробам отработанная биомасса в канализационном колодце быстро расщепляется на твердый осадок, газы и жидкость, а в двухкамерном септике на очистку уходит ок. 65-70%.

Преимущества анаэробной очистки:

• небольшое количество бактериальной биомассы;
• эффективная минерализация органического вещества;
• отсутствие вентиляции, поэтому экономия на дополнительном оборудовании;
• возможность использования метана (в больших количествах).

К недостаткам можно отнести строгое соблюдение условий существования: определенную температуру, рН, регулярное удаление твердого осадка. В отличие от активного ила осажденные минерализованные вещества не являются питательной средой для растений и не используются в качестве удобрения.

Схемы ЛОС с применением анаэробных бактерий

Самым простым устройством, в котором могут жить и размножаться анаэробные бактерии, является септик. Современные сточные ямы представляют собой бетонные или пластиковые герметичные резервуары, установленные в земле ниже уровня промерзания.

Изделия из ПНД можно приобрести в специализированных компаниях или на сайтах производителей, бетонные изделия можно построить из железобетонных колец самостоятельно, с помощью или под контролем специалистов.

Схема устройства простейшего септика, состоящего из двух помещений: в первом проводится комбинированная (механическая и анаэробная) очистка, во втором — в большей степени анаэробная (+)

Производительность конструкции увеличивается при использовании дополнительных функциональных камер. Самые распространенные конструкции имеют 2-3 помещения, первое из которых играет роль отстойника, а следующее – емкости для очистки и осветления.

Для создания благоприятной среды для жизнедеятельности микроорганизмов на дно емкости укладывают пористый материал, например щебень.

Дальнейшая очистка осветленной жидкости происходит в фильтрующем колодце или на поле фильтрации, через которое вода поступает в почву. Для их устройства требуется подходящий тип грунта (глина, песок, супесчаный грунт), а также низкий уровень грунтовых вод.

Пример установки очистных сооружений, включающих анаэробный септик и фильтрующий колодец, где происходит очистка сточных вод; роль фильтра выполняет песчано-гравийный слой (+)

Для поддержания баланса в камерах необходим регулярный уход. Он заключается в удалении твердого осадка из болота, перекачивании излишков активного ила из второй камеры в первую, добавлении биоактиваторов (в случае гибели или при недостаточном количестве анаэробов).

Описание анаэробного биореактора

Важнейшим фактором, влияющим на производительность анаэробного биореактора и продолжительность обработки, является концентрация микроорганизмов в реакционном объеме.

В биореакторах низкая удельная метаболическая активность метановых бактерий компенсируется высокой концентрацией биомассы; индекс сухой массы активного ила может достигать серьезных значений (до 100 кг/м3), недостижимых в аэробных установках из-за ограничения роста и размножения микроорганизмов кислородом.

Способы хранения биомассы в биореакторе:

• создание биопленки на поверхности частиц;
• удержание хлопьев биомассы в полостях кормового материала;
• фильтрация воды через синтетические мембраны;
• использование газо- и иловых сепараторов, образующих хлопья и гранулы.

Наиболее распространенными анаэробными биореакторами являются:

• с прикрепленной биомассой — биофильтры с неподвижным слоем;
• с биомассой гранулированного активного ила;
• комбинированный.

В качестве нагрузки для фиксации биопленки используется:

• элементы из пластика или керамики;
• гранулы из пенопласта и композитных материалов;
• полиуретановая пена;
• активированный уголь;
• изделия из обожженного пористого стекла, стекловолокна или синтетических нитей.

Использование анаэробного биореактора для биологической очистки сточных вод, загрязненных органикой, дает отличные результаты:

• повышает стабильность высокоэффективной биодеградации осадка;
• сокращается период брожения нечистот;
• улучшить качество очистки сточных вод;
• увеличивается выход биогаза;
• предотвращается удаление активного ила.

Метановое брожение ранее применялось только для обезвреживания осадков сточных вод, так как для длительного процесса (несколько дней) требовался внушительный объем агрегатов.

Потом выяснилось, что при создании определенных условий в биореакторах возможно образование гранулированного ила, обеспечивающего процесс биологической деградации загрязняющих веществ всего за несколько часов.

Образование биогранул в биореакторе – уникальная самоорганизация метаногенного микробного сообщества. Агрегаты биомассы образуются в результате процессов, происходящих на границе раздела жидкой и твердой фаз — микробиологических, химических, физических процессов.

По промежуточным формам различают 3 группы гранул:

1. Компактные плотные гранулы сферической или дисковидной формы из метановых нитей. Образуется в присутствии субстрата с высокой концентрацией летучих жирных кислот.
2. Крупные и менее плотные гранулы-сферы, содержащие разные группы анаэробов. Они образуются при переработке сточных вод молочной, пивоваренной промышленности.
3. Мелкие рыхлые округлые гранулы с метаносарцинами в основании. Образуется на высоконагруженных очистных сооружениях, очищающих сточные воды, загрязненные навозом или вином.

Все виды гранул имеют поры на поверхности для транспорта субстрата и выделения биогаза.

Устройство

Сверху биореактора установлены:

• сотовый бак-цилиндр;
• квадратная насадка для удержания анаэробных микроорганизмов;
• переливной лоток;
• сепаратор биологической пульпы и биологического газа;
• камера сбора биогаза;
• герметичная крышка с газовой крышкой.

В этом случае сепаратор биомассы и биогаза размещается в форсунке, а перегородка образует камеру для сбора биогаза и отделения пены в форсунке.

Квадратная форма патрубка и расположение в нем сепаратора не только упрощает монтаж и обслуживание реактора, но и препятствует удалению активного ила из агрегата, что способствует увеличению объема биомассы при ферментации зоне, что сокращает период ферментации органического материала.

Герметичность крышки предотвращает потерю биогаза, препятствует загрязнению окружающей среды.

Наличие специальной камеры сбора биогаза и отделения пены интенсифицирует выделение биогаза, снижает влажность.

В нижней части биореактора находится распределительный коллектор сточных вод. Кроме того, установка снабжена трубопроводом подачи и удаления осадка, протока сброженного осадка через ячейки. Для интенсивного массообмена между микробной средой и сброженным илом установлены газовые элеваторы рециркуляции ила.

Газлифты работают на биогазе из:

• компрессор через газопровод из газовой шапки;
• барботеры, установленные на дне бака под газлифтной трубой с насадкой.

Как работает?

Алгоритм работы биореактора:

1. Отработанная жидкость непрерывно перекачивается через распределительный коллектор в секцию пищеварения.
2. Вода постепенно поднимается и преодолевает слой гранулированного активного ила (размер гранул около 3 мм). Гранулы почти полностью состоят из метаногенов рода Methanotrix и питаются растворимыми органическими веществами. Метаногены имеют вид плотных структур в виде клубочков.
3. В результате жизнедеятельности микроорганизмов поверхность гранул покрывается тонким слоем пузырьков биогаза – биомасса в зоне ферментации становится подвижной.
4. Происходит взаимное трение гранул, пузырьки отрываются, увеличиваются и поднимаются вверх. Движение имеет вертикальное направление, благодаря чему пузырьки проникают не в отстойник, а сначала в сепаратор, затем в камеру, где освобождаются от пены. Биогаз выпускается через газопровод для использования, например, в котельной завода.
5. Часть гранулята, всплывающая из пузырьков биогаза, полностью освобождается от газовых остатков и опускается в зону ферментации.
6. Очищенные стоки, освобожденные от микробной биомассы, выводятся из установки через переливной лоток.
7. Вода через гидрозатвор самотеком направляется в аэробак для дальнейшей обработки.
8. Избыточный активный ил через равные промежутки времени удаляется по трубопроводу.

Природная биологическая очистка

В природе существуют процессы биологической очистки воды, но они занимают годы. Если загрязненные нечистоты попадают в землю, они тут же впитываются в почву, где обрабатываются специальными микроорганизмами. При попадании жидкости в глинистый грунт образуется биодамба – в ней происходит постепенное осветление сточных вод под действием гравитационного процесса, а на дне образуется органический осадок. Но эти процессы длятся очень долго – и пока сама природа очищает воду от загрязнений, экологическая ситуация стремительно ухудшается.