Конверсию моносахаридов на примере глюкозы можно представить следующим образом:
C6H12O6 > C2H5OH + CH3COOH + 2CO2 + 2H2 C2H5OH + H2O > CH3COOH + 2H2 CH3COOH > CO2 + CH4?CO2 +4H2>CH4+2H2O
При распаде белков некоторые из образующихся продуктов (NH3, СО2) связываются между собои? или с другими веществами и остаются в растворе, создавая щелочность среды. Жироподобные вещества при гидролизе распадаются на глицерин и высокомолекулярные жирные кислоты, которые в результате других последовательно протекающих реакции? превращаются в уксусную кислоту и далее в СН4 и СО2.
При сбраживании белков выделяется меньше газа за счет образования продуктов распада, не переходящих в газ; удельныи? выход газа при распаде жиров почти в 1,5 раза выше, чем при распаде углеводов и белков; при сбраживании белков и жиров в биогазе содержится больше метана, чем при сбраживании углеводов [7].
Пределы сбраживания не зависят от температуры, но скорости распада каждого компонента в термофильных условиях в 1,6-1,7 раза выше, чем в мезофильных. Максимальнои? скоростью распада обладают белки, минимальнои? - углеводы [8].
Таким образом, при метановом сбраживании необходимо всегда рассматривать не отдельные группы бактерии?, а все сообщество в целом. Эффективность процесса сбраживания в таком сообществе зависит не только от деятельности организмов, участвующих в даннои? реакции, но и от жизнедеятельности бактерии?, потребляющих продукты этои? реакции. Накопление продуктов обмена однои? из стадии? процесса ведет к торможению других. Бактерии, работающие на разных стадиях, имеют свои морфологические и физиологические особенности, выражающиеся в разных скоростях роста, чувствительности к рН и О2 и др. Все это играет большую роль в создании сбалансированнои?, хорошо работающеи? системы [7].
Интенсификацию процесса метанового брожения проводят для достижения следующих целеи?:
- сокращение продолжительности сбраживания при достижении заданнои? степени распада с целью уменьшения объемов сооружении? и, следовательно, капитальных затрат;
- повышение количества биогаза, выделяющегося в процессе брожения, с целью его использования для сокращения затрат на обогрев самих метантенков и дополнительного получения других видов энергии;
- увеличение содержания метана в биогазе с целью повышения его теп- лоты сгорания и эффективности утилизации;
- достижение хорошего уплотнения и водоотдающих свои?ств сброженного осадка с целью сокращения затрат на сооружения для его обезвоживания.
К основным способам интенсификации технологии относят: повышение температуры сбраживания и эффективности перемешивания осадка в метантенке, переход на его непрерывную загрузку и выгрузку, двух- и многоступенчатое сбраживание, при котором вторая и последующие ступени используются для отделения иловои? воды и уменьшения объема сброженного осадка, и, наконец, повышение концентрации осадков и биомассы микроорганизмов в метантенке [7].
Повышение концентрации осадка в метантенке можно обеспечить путем предварительного сгущения загружаемого осадка или рециркуляции сброженного осадка. В первом случае в метантенке увеличивается концентрация сбраживаемого субстрата, во втором - биомасс микроорганизмов, участвующих в процессе.
Для организации процесса биологическои? очистки сточных вод на предприятиях молочнои? промышленности предлагается использовать анаэробные очистные сооружения BIOMAR. Благодаря специально рассчитанному объему в смеси- теле происходит качественное усреднение сточнои? воды: естественным образом сглаживаются резкие колебания рН, предотвращается неравномерность поступления стоков на очистку. Еще однои? важнои? функциеи? усреднителя является предварительное биологическое окисление органических веществ, находящихся в сточнои? воде. Продолжительность нахождения воды в усреднителе для предварительного окисления рассчитывали, исходя из степени ее загрязненности.
Прежде чем сточная вода попадет в анаэробныи? реактор Biomar, автоматически устанавливаются ее оптимальные параметры (pH =7,2-7,4 и t = 37 °С) [9]. Следует отметить, что при использовании реактора Biomar увеличится производительность очистных сооружении?, повысится качество очистки сточнои? воды, уменьшится количество избыточного ила. Наряду с этим, за счет использования образующегося биогаза (рассчитано, что суточныи? объем образующегося метана - 70 м3) снизится потребление природного газа. Технико-экономические расчеты показали, что годовая экономия от использования биогазового метана в качестве топлива вместо природного газа составит 116 тыс. руб.
Еще одно немаловажное преимущество реактора Biomar - небольшая потребность в производственных площадях, что позволяет производить реконструкцию уже существующих предприятии?.
В процессе очистки сточных вод образуются осадки, которые подвергаются обезвреживанию, обеззараживанию, обезвоживанию, сушке, возможна по- следующая утилизация осадков. Осадки содержат значительное количество удобрительных макро- и микроэлементов, в первую очередь азота, фосфора и калия. Кроме того, в состав осадков входят цинк, марганец, медь, молибден и др. Осадки, как правило, утилизируются после их обезвоживания.
Обезвоживание сброженных осадков осуществляется с помощью механических аппаратов - вакуум-фильтров, центрифуг, фильтр-прессов различного типа - и подсушки в естественных условиях на иловых площадках [10]. Сброженныи? осадок имеет высокую влажность (95-98 %), что затрудняет применение его в сельском хозяи?стве. Влажность является основным фактором, определяющим объем осадка. Поэтому основнои? задачеи? обработки осадка является уменьшение его объема за счет отделения воды и получение транспортабельного продукта.
При проектировании очистных сооружении? предприятия Danone на основании проведенных нами лабораторных исследовании? была составлена схема-граф процесса анаэробнои? очистки сточных вод и обеззараживания осадка (рис. 1).
Для решения перечисленных проблем нами предложена система сооружении? и оборудования для анаэробнои? очистки сточных вод и обработки осадка, в которую входят:?1) метантенк для анаэробного сбраживания;?2) абсорбер для улавливания сероводорода;?3) газгольдер для сбора выделившегося биогаза;
4) центрифуга для обезвоживания сброженного осадка;?5) сушилка для приведения осадка в форму, пригодную для транспортировки и дальнеи?шего использования.
Для решения перечисленных проблем нами предложена система сооружении? и оборудования для анаэробнои? очистки сточных вод и обработки осадка, в которую входят:?1) метантенк для анаэробного сбраживания;?2) абсорбер для улавливания сероводорода;?3) газгольдер для сбора выделившегося биогаза; 4) центрифуга для обезвоживания сброженного осадка;?5) сушилка для приведения осадка в форму, при- годную для транспортировки и дальнеи?шего использования.
На рис. 2 приведена разработанная технологическая схема.
Рис. 2. Технологическая схема процесса очистки сточных вод и обеззараживания осадка
Продуктом разработанного технологического процесса очистки сточных вод, является очищенная сточная вода. Основные показатели качества очищеннои? сточнои? воды приведены в табл. 2.
В результате применения спроектированнои? системы сооружении? для очистки стоков молочного производства планируется достичь тех значении? контролируемых параметров, которые не нанесут вреда окружающеи? среде и позволят отправить очищенную воду на городские очистные станции.?Показатели очищеннои? сточнои? воды
Таблица 2
|
Показатель |
Содержание в очищеннои? сточнои? воде |
|
|
Фосфаты, мг/л |
3,5 |
|
|
Аммонии?ныи? азот, мг/л |
1,5 |
|
|
рН |
7,3 |
Таким образом, можно сделать вывод, что биологическая анаэробная технология переработки сточных вод имеет более низкие эксплуатационные за- траты, а использование биогаза позволит сократить потребление пара или электроэнергии на 10-15 %.
Список использованных источников
1. Васильев Г.В., Ласков Ю.М., «Водное хозяйство и очистка сточных вод предприятий текстильной промышленности». М.: Легкая индустрия, 1976.
2.Вишаренко В.С. «Принципы управления качеством окружающей среды городов. Урбоэкопогия.» М.: Наука. 1990.
3.Стольберг Ф.В. «Экология города» учебник. К.: Либра. 2000.
4. Трочешников Н.С., Родионов А.И., Кельцев И.В., «Техника защиты окружающей среды» Учебное пособие для ВУЗов. - М.: Химия, 1981.
5. Юрьев Б.Т. «Очистка сточных вод малых объектов». Рига, Авотс, 1983.
6. Чудакова О.Г., Бескровныи? Д.В. Анализ и оценка сточных вод. Метантенки. // Вестник технологического университета. - 2016. - Т. 19. - No 16. - С. 293-295.
7. Гюнтер Л. И., Гольдфарб Л. Л. Метантенки. М.: Строи?издат, 1991. 128 с.
8. Гюнтер Л. И. Роль углеводов, жиров и белков в газообразовании при сбраживании канализационных осадков в метантенках // Городская канализация: сб. научн. тр. М.-Л.: ОНТИ АКХ им. К.Д. Памфилова, 1961. Вып. VІ. С. 158-170.
9. Чеботаева М. Очистка сточных вод / пер. с нем. СПб. : Новыи? журнал, 2013. 496 с.
10. Прикладная экобиотехнология: учебное пособие: в 2 т., т. 1 / А. Е. Кузнецов. М.: БИНОМ. Лаборатория знании?, 2010. 629 с.