ПРИМЕНЕНИЕ АНАЭРОБНЫХ БИОРЕАКТОРОВ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД СВИНОКОМПЛЕКСОВ

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 q_i ≤ 260 мг БПК_полн/(г_ила^. 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%.

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/ (г_{бз ила}∙ч)	21,2	± 1, 96	2,72

Выводы.

Доказано, что в анаэробных условиях имеется возможность достигать 80% деструкция органических соединений, присутствующих в сточных водах свинокомплексов.
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.
Результаты исследований являются основой для планирования и формирования благоприятных условий, позволяющих совершенствоваться биосистемам, что приведет к трансформированию активности всей системы.

Список литературы:

СП 32.13330.2012 Канализация. Наружные сети и сооружения. Актуализированная редакция СНиП 2.04.03-85.
Дроздов А.А., Дядя Г.И., Осипова О.В. Общая биология: учеб. пособие. М: Эксмо, 2007.- 319 с. ISBN: 978-5-699-21462-4.[schema type=»book» name=»ПРИМЕНЕНИЕ АНАЭРОБНЫХ БИОРЕАКТОРОВ ПРИ ОЧИСТКЕ СТОЧНЫХ ВОД СВИНОКОМПЛЕКСОВ» description=»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. » author=»Белопольский Леонид Марксович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-05-05″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_ 28.02.2015_02(11)» ebook=»yes» ]

euroasia

Похожие записи