Анаэробные процессы переработки отходов

⇐ ПредыдущаяСтр 2 из 2

Анаэробные способы очистки применяются, как правило, для сбраживания высококонцентрированных стоков и осадков, содержащих большое количество органических веществ. Процессы брожения осуществляются в специальных аппаратах — метантенках.

Процесс брожения состоит из двух стадий — кислой и метановой. Каждая из этих стадий осуществляется определенной группой микроорганизмов, кислая — органотрофами, метановая — литотрофами. Обе эти группы присутствуют в метантенке одновременно, поэтому кислото- и газообразование протекают параллельно. В нормально работающем метантенке появляющиеся при кислом брожении продукты успевают переработаться бактериями второй фазы, и в целом процесс протекает в щелочной среде.

Формирование микрофлоры метантенка происходит за счет микроорганизмов, попавших вместе со сточными водами или осадком. По видовому составу биоценоз метантенков значительно беднее аэробных биоценозов, из них выделено лишь около 50 видов бактерий, способных осуществлять первую стадию расщепления загрязнений — стадию кислотообразования. Среди них присутствуют представители бацилл {Вас. cereus. Вас. megate-rium. Вас. subtilis), псевдомонад (Ps. aeragmosa, Sarcina). Наряду с облигатными анаэробами в метантенке могут встречаться и факультативные анаэробы. Общее количество бактерий в осадке колеблется от 1 до 15 млг/мл. Конечным продуктом процесса брожения этой группы микроорганизмов являются низшие жирные кислоты, диоксид углерода, ионы аммония, сероводород.

Образовавшиеся на первой стадии продукты брожения подвергаются дальнейшим превращениям, в результате которых в значительном количестве образуются метан и диоксид углерода. Основная роль во второй стадии брожения принадлежит метанобразуюшим бактериям, которые относятся к строгим анаэробам. Морфологически метанобразуюшие бактерии весьма разнообразны, среди них есть кокки, сарцины, палочки (Methanococcus, Methanosartina, Methanobacterium). Процесс образования метана необходим бактериям для получения энергии, другие способы получения энергии у них неизвестны.

В результате жизнедеятельности биоценоза метантенка происходит снижение концентрации органических загрязнений в отходах или сточных водах с одновременным образованием биогаза. В состав биогаза входят метан и диоксид углерода, общее количество и процентное соотношение компонентов биогаза во многом определяется исходным составом сбраживаемой среды. Так, при распаде I г жироподобных веществ в среднем образуется 1200 мл газа состава (в %): СН4 — 68, СОз —32. При распаде углеводоподобных соединений образуется около 800 мл газа из одного грамма, состав газа при этом (в %): СН4 — 50, СОг — 50. Различным является и предел сбраживания различных органических соединений, например жироподобные вещества сбраживаются на 70, а углеводоподобные на 62,5%. Предел сбраживания был найден экспериментально, по-видимому, если дальнейшее разложение органического вещества и имеет место, то оно не приводит к образованию газа.

Как и при проведении процессов аэробной очистки сточных вод, содержание многих компонентов в среде метантенка не должно превышать определенных концентраций, выше которых происходит ингибирование процессов брожения.

Существенную роль в интенсивности газообразования и увеличении скорости деградации отходов играет перемешивание. Так как в большинстве своем сбраживаемые жидкости содержат в большом количестве взвешенные вещества, то при определенных режимах перемешивания возможно частичное оседание их на дно метантенка. При увеличении интенсивности перемешивания с 3 до 5 об/мин увеличение выхода биогаза незначительно, в среднем на 12—15%, при полностью отключенном перемешивании выход биогаза за сутки снижается почти в 3 раза.

Существенную роль при проведении метанового брожения играет и температурный режим; различают мезофильный (30—35°С) и термофильный (50—60°С) режимы сбраживания.

Метантенк

В последнем случае скорость распада органических соединений увеличивается и, как следствие, возрастает доза суточной загрузки в метантенк. Трудность технологического осуществления процесса получения биогаза определяется, в первую очередь, тем, что метановое брожение, как и всякий анаэробный процесс, практически неуправляем и идет с очень низкой скоростью, а расход энергии, потребляемой клеткой на биосинтез, практически постоянен как в аэробных, так и в анаэробных условиях.

Конструктивное оформление метантенков весьма разнообразно; в общем случае это строго герметичный ферментер объемом до нескольких кубических метров с перемешиванием и рубашкой для обогрева. Метантенк обязательно должен быть оборудован газоотделителями с противопламенными ловушками. Метантенкн работают в периодическом режиме загрузки отходов или сточных вод с постоянным отбором биогаза и выгрузкой твердого осадка по мере завершения процесса. С осадком из метантенка удаляется и часть имеющихся в нем микроорганизмов. Это приводит к увеличению времени сбраживания следующей порции. Обеспечение задержки клеток в объеме аппарата при его разгрузке позволяет значительно интенсифицировать процесс и увеличить выход газа. Применение метантенков целесообразно не только для сбраживания осадков и избыточного активного ила, но и в качестве первой ступени очистки высококонцентрированных стоков, с последующей их аэробной доочисткой.

В целом, активное использование метаногенеза при сбраживании органических отходов является, по современным представлениям, одним из наиболее перспективных путей совместного решения экологических и энергетических проблем, который позволяет, например, агропромышленным комплексам перейти на практически полностью самостоятельное энергоснабжение. Интенсификация и оптимальное технологическое оформление процессов метаногенеза — одна из важных задач современной промышленной биотехнологии.

Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 470; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

⇐ Предыдущая 12

Мы поможем в написании ваших работ!