Курсовая работа: Способы биологической очистки сточных вод и получения биогаза

Вывод. Преимуществом аэробной очистки является высокая скорость и использование веществ в низких концентрациях. Существенными недостатками, особенно при обработке концентрированных сточных вод, является высокие энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств избыточного ила. Аэробный процесс используется при очистке бытовых, некоторых промышленных и свиноводческих сточных вод с ХПК не выше 2000. Исключить указанные недостатки аэробных технологий может предварительная анаэробная обработка концентрированных сточных вод методом метанового сбраживания, которая не требует затрат энергии на аэрацию и более того сопряжена с образованием ценного энергоносителя - метана. Преимуществом анаэробного процесса является также относительно незначительное образование микробной биомассы. К недостаткам следует относить невозможность удаления органических загрязнений в низких концентрациях. Для глубокой очистки концентрированных сточных вод анаэробную обработку следует использовать в комбинации с последующей аэробной стадией. Выбор технологии и особенности обработки сточных вод определяется содержанием органических загрязнений в них.

Сточные воды больших городов и небольших поселков значительно отличается по концентрации органических загрязнителей. Содержание органических загрязнителей в сточных водах больших городов не превышает 500 мг/л, составляя обычно 200-300 мг/л. Бытовые сточные воды небольших населенных пунктов содержат больше органики, от 500-1000 г./л и более. В современных дачных и коттеджных поселках часто туалетные и кухонные сточные воды, содержащие большое количество органических загрязнений, отделяются от стоков ванных комнат. Для очистки сточных вод интенсивно развивающихся коттеджных поселков строятся локальные очистные сооружения, для пуска которых и вывода на рабочий необходимо использовать активный ил городских станций аэрации или специальные микробные препараты[3].

2. Метантенк как аппарат для получения топлива из промышленных отходов

Биохимическая технология Ї один из эффективных методов обезвреживания в сточных водах загрязняющих компонентов и дальнеи?шие их преобразования в зависимости от различных факторов. Очистные сооружения с высокоразвитои? индустриеи? городов не справляются с поставленнои? задачеи?. В связи с этим предложены альтернативные способы неи?трализации и обезвреживания стоков с использованием биофильтров, метантенков и других аппаратов. С другои? стороны также все большеи? популярностью пользуются альтернативные виды топлив, одним из которых является биометан, имеющии? в своем составе до 87% чистого метана. «Биометан» или иногда встречается его другое название «биогаз» образуется в результате безкислородного сбраживания - анаэробных условиях. Необходимо отметить, что наряду с метаном образуются и другие газы такие как оксид углерода (II), оксид углерода (IV), сероводород, небольшие примеси водорода, азота и аммиака. Учитывая оба фактора можно провести модернизацию очистных сооружении? с использованием ресурсосберегающеи? биохимическои? технологиеи? очисткисточных вод различных предприятии?.

Предполагаемая схема очистки сточных вод заводов и коммунальных стоков представлена на рис. 2. Сточная вода поступает на решетки 1, где удаляется мусор и крупные механические включения.

Усреднитель 2 обеспечивает накопление и усреднение стока, предварительное биологическое зачисле- ние органических веществ, что способствует более эффективнои? дальнеи?шеи? обработке. Далее в пер-вичном отстои?нике 3 происходит отделение легко осаждаемых взвесеи? и зооглеи?ных бактерии?. В аэротенке 6

После чего вода поступает на вторичныи? осветлитель 7. Очищенная вода из осветлителя самотеком по- ступает на дизинфекцию от бактерии? 8. Активныи? ил после вторичного осветлителя 7 поступает на илоуплотнитель 9.?Ключевым этапом биологическои? очитки являются метантенки 12 (анаэробные реакторы), где происходит обезвоживание осадков. Осадки после усреднителя 2, радиального отстои?ника 5 и вторичного осветлителя 7 поступают на горизонтальную центрифугу 10, где происходит разделение неоднородных систем. После чего суспензия поступает на гидроэлеваторы 11 и благодаря напору осадок по- ступает в метантенки 12. Осадок после деструкции отводится из метантенка на иловые площадки 13. После сушки осадок утилизируется. Биогаз, образующии?ся в процессе сбраживания осадка, собирается в верхнеи? части метантенка, откуда с помощью газопровода отводиться в газгольдер 14, и далее может использоваться вторично, например, поступать в котельную или мини ТЭЦ.

Рис. 2 - Блок - схема очистки сточных вод: 1 - реше?тки; 2 - усреднитель; 3 - бак с HCl; 4 - бак с NaOH; 5 - радиальныи? отстои?ник; 6 - аэротенк; 7 - вторичныи? осветлитель; 8 - хлорирование; 9 - илоуплотнитель; 10 - горизонтальная центрифуга; 11 - гидроэлеваторы; 12 - метантенки; 13 - иловые площадки; 14 - газгольдер

Литературныи? обзор показал, что промышленные метантенки имеют недостаток в том, что осадок около стенок, в верхнеи? и нижнеи? его частях неполностью подвергается деструкции. В настоящее время активно ведется обсуждение о внедрении в конструкцию метантенков мешалок. Нами предложена съемная крышка, с размещением внутри корпуса лопастных мешалок (рис. 3). Конструкция разработана с учетом тяжелого органического остатка после пищевых производств. Дополнительно предусмотрено устрои?ство для обезвоживания осадка от пищевого производства перед поступлением его в метантенк. Модернизация конструкции метантенка подрузумевает кроме установки мешалки оставить рециркуляцию для увеличения скорости процесса деструкции.

Схема устрои?ства модернизированного метантенка для деструкции осадка сточных вод производства с органическими остатками представлена на рис. 3. Внутреннии? объем метантенка представляет собои? герметичныи? железобетонныи? резервуар 4, в которыи? через приемныи? трубопровод 5 поступает на переработку сырои? осадок, а через трубопровод 6 подводится водянои? пар для подогрева осадка и дальнеи?шего сбраживания. Для интенсификации процесса сбраживания содержимое метантенка постоянно перемешивается лопастнои? мешалкои? с помощью двигателя 1 и редуктора 2 для обеспечения циркуляции осадка и иловои? воды. Сброженныи? осадок отводиться из метантенка через трубопровод 8 с помощью насоса 7. Осадок, переработанныи? в метантенке, безопасен в санитарном отношении, его подсушивают на иловых площадках и дробят. Далее он может использоваться в качестве удобрения для рекультивации почв, либо отправляться на депонирование. Горючии? газ метан, образующии?ся в процессе сбраживания осадка, собирается в верхнеи? части метантенка, откуда с помощью газопровода 9 отводиться в газгольдер 10, которыи? можно заменить на любои? аппарат очистки и разделения газовои? смеси, и далее газ может поступать в котельную или мини ТЭЦ.

Рис. 3 - Схема устрои?ства модернизированного метантенка: 1 - двигатель; 2 - редуктор; 3 - крышка; 4 - железобетонныи? корпус; 5 - трубопровод для подачи осадка; 6 - трубопровод для подачи пара; 7 - насос; 8 - трубопровод для отвода осадка; 9 - газопровод для отвода биогаза; 10 - газгольдер

Для расчета метантенка очистных сооружении? необходимо знать количество органического остатка и приблизительныи? его состав для выбора режима аппарата. Учитывая специфику сточных вод с большим содержанием органических субстратов, режим сбраживания Ї термофильныи?, а концентрация взвешенных веществ в воде С поступающеи? на первичные отстои?ники приблизительно равна 12,46 г/л.

Расчетные данные показывают, что на очистных сооружениях необходим метантенк. Полученныи? биометан можно использовать в качестве топлива. Соответственно, ликвидируется загрязнение атмосферы, что исключает влияние биогаза на парниковыи? эффект.

Таким образом, необходимо проводить модернизацию устаревших очистных сооружении?. Предлагается технологическая схема модернизированных очистных сооружении? с термофильными метантенками. Проведены расчеты, которые обосновывают их необходимость не только с экологическои? точки зрения для утилизации отходов, но и с природоресурсосберегающеи? Ї получение сырья и переработка его в топливо. Модернизация метантенка заключается в размещениии внутри корпуса лопастных мешалок, которые способствуют перемешиванию тяжелого органического остатка.[6]

4. Анаэробная осчистка сточных вод предприятия молочной промышленности с применением биогаза

Ярким примером применение биогаза в производственном цикле служит приведенное ниже исследование, он направлено на поиск путеи? практического применения анаэробнои? очистки сточных вод на предприятиях молочного производства. Результатом исследования является разработка технологического процесса с использованием анаэробного реактора Biomar. В работе произведено масштабирование опытно-промышленнои? установки по очистке сточных вод молочного производства анаэробным методом. На основе лабораторных исследовании? составлена принципиальная технологическая схема производства, выполнен рас- чет материального баланса, а также технологические расчеты основного обору- дования. Технико-экономические расчеты показали, что использование получаемого при очистке сточных вод биогаза в качестве топлива для котельнои? установки позволяет сократить расход природного газа и снизить себестоимость процесса очистки сточных вод на предприятии Danone, г. Екатеринбург.

В настоящее время особое значение имеет развитие современных систем водоотведения хозяи?ственно-бытовых и производственных сточных вод, обеспечивающих высокую степень защиты окружающеи? природнои? среды от загрязнении?. Наибольшее внимание при проектировании, строительстве и реконструкции канализационных очистных сооружении? уделяется разработке новых технологических решении? в вопросах улучшения качества очищенных сточных вод, а также обработки и утилизации осадков, образующихся на очистных сооружениях.

Целью даннои? работы являлось проведение лабораторных исследовании? и проектирование на основе их результатов технологического процесса очистки сточных вод предприятия Danone.

Сточные воды молокоперерабатывающих заводов содержат высокие кон- центрации органических загрязнении? (жир, белок, лактоза), загрязнены также не- органическими соединениями и синтетическими поверхностно-активными веществами, бактериями. Их содержание может в тысячи раз превышать предельно допустимые значения.

Объектом лабораторных исследовании? в даннои? работе были сточные воды предприятия Danone, содержащие творожную сыворотку, суточныи? объем которых составляет 9,9 м3. Творожная сыворотка является разновидностью молочнои? сыворотки и представляет собои? жидкость от бледно-желтого до зеленоватого цвета. Химическии? состав творожнои? сыворотки приведен в табл. 1.

Таблица 1. Химическии? состав и свои?ства творожнои? сыворотки

В состав сыворотки входят также витамины Е, С, группы В, причем достаточно редкие их формы - биотин (В7, Н, кофермент Q) и холин (витамин В4). Сыворотка содержит ценные минеральные соли фосфора, магния, кальция.

Методы очистки сточных вод делят на механические, физико-химические и биологические. Биологические методы очистки сточных вод основаны на жизнедеятельности микроорганизмов, которые минерализуют растворенные органические соединения, являющиеся для микроорганизмов источниками питания.

Анаэробное разложение органических веществ осуществляется сообществом микроорганизмов, составляющих трофическую цепь первичных и вторичных анаэробов. В отличие от трофических цепеи? микроорганизмов в аэробных процессах, где взаимоотношения между группами организмов характеризуются в основном отношениями «хищник - жертва», для трофических систем при метановом сбраживании характерно использование продуктов обмена одних групп бактерии? другими. В процессе могут участвовать 5 основных групп метановых бактерии?: Methanococcus, Methanobacterium, Methanospirillum, Methanotrix, Methanosarcina. Метановые бактерии - строгие анаэробы; они весьма чувствительны к присутствию в среде растворенного кислорода и нитратов. Оптимальное значение рН = 7,0-7,5. Источниками углерода для метановых бактерии? являются ацетат-ион и углекислыи? газ, источником энергии служит водород, главным источником азота - аммиак, а источником серы - сульфиды, хотя могут быть также цистеин и сульфаты. Метаногены испытывают также потребность в раз- личных микроэлементах (К, Na, Mg, Co, Cu, B, Zn, Mo). Первичные анаэробы осуществляют стадии гидролиза и кислотообразования, вторичные - стадии ацетогенеза и метаногенеза. Для них питательные и энергетические субстраты образуются на предшествующих стадиях в результате деятельности первичных анаэробов. К вторичным анаэробам относятся сульфатредуцирующие бактерии.