28 Фев

ПРИМЕНЕНИЕ АНАЭРОБНЫХ БИОРЕАКТОРОВ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД СВИНОКОМПЛЕКСОВ




Номер части:
Оглавление
Содержание
Журнал
Выходные данные


Науки и перечень статей вошедших в журнал:

Сточные воды свинокомплексов характеризуются присутствием большого количества взвешенных веществ и сложных органических соединений, которые относятся в классу трудноокисляемых и, следовательно, требующих длительного времени для биодеструкции [1, табл.40]. После задержания грубодисперсных примесей применение анаэробного биореактора на первой ступени узла биологической очистки позволяет снизить нагрузку на аэрационные сооружения второй ступени очистки. Кроме того, в сточных водах снижается общая токсичность, что позволяет значительно увеличить удельную скорость окисления в аэрационных сооружениях. Это связано с тем, что сложные органические соединения в анаэробном реакторе подвергаются четырем стадиям разложения [2]. На первой стадии жиры, углеводы, липиды, протеины в процессе гидролиза расщепляются до жирных кислот, сахаров и аминокислот. На второй стадии в процессе ацитогенеза эти соединения разлагаются до низкомолекулярных органических соединений, спиртов и альдегидов. Как правило, эти соединения уже не относятся к токсичным веществам и могут быть далее направлены на доочистку в аэрационные сооружения, если объемы сточных вод не превышают 300 м3/сутки. Если объемы сточных вод более 300 м3/сутки, но менее 1000 м3/сутки, то необходимо проводить дальнейшее окисление в биореакторе до уксусной кислоты. Однако здесь необходимо учитывать, что одновременно образуется и молекулярный водород. На больших объемах сточных вод, как правило, используется и четвертая стадия – метаногенез, позволяющая получать метан, который направляется на сжигание.

Все стадии ферментативного разложения тесно взаимосвязаны и поэтому при выполнении проекта требуется четкое понимание особенностей классов органических загрязнений, характерных именно для данных сточных вод. При  проектировании анаэробных биореакторов в технологической схеме очистки свинокомплексов необходимо учитывать суточную нагрузку по величине БПК5 на беззольное вещество всей биомассы, то есть иммобилизованного и свободноплавающего биоценоза. На второй ступени очистки и доочистки применение аэрационных сооружений являются гарантами получения значений контролируемых показателей на нормативном уровне.

Опыт эксплуатации анаэробных биореакторов показал, что нагрузка не должна превышать qi ≤ 260 мг БПКполн/(гила. сут.):

Концентрация свободноплавающего активного ила в аэротенке, работающего после биореактора на второй ступени в режиме доочистки, в зависимости от температурного режима в биореакторе меняется от 1,8 г/дм3 до 3,0 г/дм3. При  проектировании следует принимать величину аi= 2,0 г/дм3, так как на территории России зимний период около 6 месяцев, а биореакторы строятся в основном на открытых площадках. Кроме того, в аэротенках используется биозагрузка «Водоросль», которая способствует максимальному закреплению биоценоза с возрастом до 8 суток, который характеризуется низкими значениями плотности ρ1,1г/см3 и зольности S 15-18%.

  1. II. Постановка задачи. Целью исследований являлось определение оптимального времени создания активных ассоциатов синтрофных бактерий и метаногенных архей для проведения анаэробного процесса биохимической деструкции коллоидных агломератов, присутствующих в сточных водах свинокомплексов.

III. Результаты исследований.

На первом этапе исследований необходимо было определить интервал значений величины БПК5  в воде, выходящей из биореактора, в зависимости от температуры поступающих сточных вод. Влияние температуры на эффективность очистки в биореакторе,  работающем на первой стадии технологической схемы биодеструкции сложных органических веществ, представлены на рис. 1, 2.

Рисунок 1. Автоматическая запись изменений показателя температуры сточных вод, поступающих в распределительную чашу биореактора

Рисунок 2. Автоматическая запись изменений показателя БПК5 сточных вод, выходящих из биореактора, и поступающих на вторую стадия очистки в аэрационном сооружении

Полученные результаты показывают, что при температуре воды в биореакторе 25-30 получается достаточно стабильный результат величины БПК5 в выходящей воде на уровне 60-75 мг/дм3. Подогрев воды до температуры 32-35 позволяет повышать эффективность биоразложения и снижать величину БПК5 очищенной воды до 25-40 мг/дм3.

Снижение температуры в распределительной чаше ниже 20  и отсутствие подогрева воды приводит к падению суммарной активности биомассы по всей технологической цепочке биореактор-аэротенк-вторичный отстойник на 40-54%. Но увеличение линейной скорости потока с помощью рецикла жидкости в 3 раза позволяет восстановить активность биоценоза.

Для увеличения эффективности процесса конверсии органических веществ, особенно находящихся в коллоидном состоянии, была использована методика  последовательного подключения UASB-реакторов, позволившая разделить стадии биодеструкции. Одновременно это позволило создать более благоприятные условия для наращивания и развития биомассы синтрофных и метаногенных микроорганизмов, активность которых лимитирует эффективность очистки в биореакторе. Контроль проводился по показателям БПК5 и редокс-потенциалу (табл. 1).

Таблица 1.

Значения показателей БПК5 и Eh вод, выходящих из анаэробного реактора

п/п

Время биообрастания,

сутки

БПК5 очищенной воды, мг/дм3

Eh воды, мВ

1 Свободноплавающий биоценоз 200…280 — 70…(-80)
2 первые сутки 190…220 — 75…(- 85)
3 вторые сутки 160…180 — 75…(- 85)
4 третьи сутки 140…160 — 80…(- 90)
5 четвертые сутки 127…150 — 80…(- 90)
6 седьмые сутки 100…120 — 85…(- 97)
7 девятые сутки 90…115 — 90…(- 100)
8 одиннадцатые сутки 80…100 — 95…(- 100)
9 четырнадцатые сутки 80…90 — 100…(- 108)
10 шестнадцатые сутки 80…90 — 105…(- 110)

Полученные результаты показали, что за одиннадцать суток практически формируется биомасса и наблюдается стабилизация контролируемых показателей, что говорит об отсутствии закисления среды в биореакторе при  сбраживании сточных вод свинокомплекса. Следовательно, за этот промежуток времени формируются анаэробные сообщества, обладающие разнообразием ферментных систем и большой лабильностью метаболизма, способных разлагать не только широкий спектр химически устойчивых соединений, но и токсичных веществ, характерных для сточных вод свинокомплексов.

С целью увеличения концентрации биомассы в анаэробном биореакторе в работающем сооружении была закреплена кассета с биозагрузкой «Водоросль». Концентрация биомассы на этот момент в сооружении достигала С=6,1 г/л. Процесс закрепления и наращивания ила на загрузке отслеживался в течение 16 суток. Через каждые два дня от общей загрузки отрезался квадрат площадью  60*90 мм2, который и анализировался на прирост биомассы (табл. 2).

Таблица 2.

Динамика процесса биообрастания загрузки «Водоросль» в анаэробном биореакторе

п/п

Время биообрастания,

сутки

Концентрация биомассы,

г/м2

1 седьмые 57,2
2 девятые 84,8
3 десятые 114,3
4 двенадцатые 121,6
5 четырнадцатые 127,8
6 шестнадцатые 129,0
7 восемнадцатые 130,2

 

Полученная динамика биообрастания позволяет сделать вывод о том, что на биозагрузке «Водоросль» максимально можно получить 128-130 г/м2 активной биомассы. При этой концентрации иммобилизованной биомассы наблюдались снижения значений органических соединений в воде, выходящей из биореактора, по величине ХПК с 1700…2100 мг/л в присутствии только свободноплавающей биомассы до 610…650 мг/л по мере наращивания активного ила на загрузке (табл. 3).

Если сравнивать скорости биохимической деструкции органических соединений по высоте анаэробного биореактора, то появляется возможность объяснить увеличение степени очистки в присутствии иммобилизованного биоценоза (рис.3). Таким образом, высокие  концентрации иммобилизованной биомассы, умноженные на высокие скорости окисления по высоте сооружения, позволяют повышать не только скорость биоразложения, но и снимать суммарную токсичность воды (табл.4).

Таблица 3

Значения величины ХПК воды, выходящей из биореактора, в присутствии биозагрузкой «Водоросль»

п/п

Время биообрастания,

сутки

ХПК воды, выходящей из биореактора, мг/л

1 свободноплавающий биоценоз 1800…2100
2 первые сутки биообрастания 1600…1720
3 вторые сутки биообрастания 1400…1540
4 третьи сутки биообрастания 1000…1320
5 четвертые сутки биообрастания 700…910
6 седьмые сутки биообрастания 680…770
7 девятые сутки биообрастания 650…700
8 одиннадцатые сутки биообрастания 630…700
9 четырнадцатые сутки биообрастания 620…670
10 шестнадцатые сутки биообрастания 610…650

  

Рисунок 3. Динамика изменения концентраций органических веществ в   анаэробном биореакторе со свободноплавающей биомассой и иммобилизованным биоценозом

Таблица 4

 

Значения контролируемых показателей в воде, выходящей из анаэробного биореактора

Контролируемый показатель

Среднее

арифметическое значение,

Среднеквадратичное отклонение, s

Дисперсия,

s2

ХПК, мг/л 610,4 ± 3,97 13,7
N-NH4+ , мг/л 32,7 ± 1, 42 1,96
-, мг/л 19,8 ± 0,29 0,08
Еh, мВ — 100,0 ± 1,53 2,41
r, мг БПК/ (гбз ила∙ч) 21,2 ± 1, 96 2,72

  1. Выводы.

  1. Доказано, что в анаэробных условиях имеется возможность достигать 80% деструкция органических соединений, присутствующих в сточных водах свинокомплексов.
  2. Показано, что увеличение биомассы на носителе «Водоросль» позволяет повышать окислительную мощность комплекса анаэробно-аэробных сооружений, что приводит к сокраще­нию продолжительности обработки сточных вод, более глубокой их очис­тке и  уменьшению объемов сооружений.
  3. Результаты исследований являются основой для планирования и формирования благоприятных условий, позволяющих совершенствоваться биосистемам, что приведет к трансформированию активности всей системы.

Список литературы:

  1. СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85.
  2. Дроздов А.А., Дядя Г.И., Осипова О.В. Общая биология: учеб. пособие. М: Эксмо, 2007.- 319 с. ISBN: 978-5-699-21462-4.
    ПРИМЕНЕНИЕ АНАЭРОБНЫХ БИОРЕАКТОРОВ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД СВИНОКОМПЛЕКСОВ
    В статье представлены результаты исследований, полученные на промышленных анаэробных реакторах, которые позволили определить оптимальное время создания активных ассоциатов синтрофных бактерий и метаногенных архей при проведении анаэробного процесса биохимической деструкции коллоидных агломератов, присутствующих в сточных водах свинокомплексов.
    Written by: Белопольский Леонид Марксович
    Published by: БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА
    Date Published: 05/05/2017
    Edition: ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.02.2015_02(11)
    Available in: Ebook