Анаэробная обработка вторичных продуктов

Общие положения. Анаэробная обработка - один из наименее изученных процессов обработки вторичных продуктов. Неспособность использования преимущества анаэробной обработки происходит от недостаточного понимания теоретических основ процесса. Только в последние годы процессы анаэробной обработки были исследованы и подверглись прогрессивным изменениям, которые позволяют технологу использовать процесс более оптимальным образом и получать вторичные продукты лучшего качества.

Во-первых, анаэробно могут разлагаться практически все природные органические вещества и многие синтетические соединения. Если процесс доводится до конца, то газообразными продуктами распада будут метан и диоксид углерода. Если происходит частичный распад, то образуются промежуточные продукты, многие из которых обладают неприятным запахом (индолы, фенолы).

Во-вторых, анаэробное разложение становится рентабельным при концентрации ХПК отходов и сточных вод выше 4000-20000 мг/л. Предполагается, что при концентрациях ХПК ниже 4000 мг/л предпочтение должно быть отдано любым аэробным методам переработки вторичных продуктов перерабатывающей промышленности. Анаэробные процессы их обработки позволяют получать больше полезных продуктов, чем аэробные процессы, и управляемо стабилизировать органические вещества в сбраженном иле и горючие газы. При этом отмечается слабый рост микроорганизмов (кроме специализированных ассоциаций), что снижает возможную потребность в дополнительных питательных веществах.

В-третьих, сброженные биологически неразложимые твёрдые вещества (или шлам) не имеют неприятного запаха, могут быть подвергнуты дополнительно обработке агрономически полезными микроорганизмами и использоваться как высококачественные органические удобрения.

Незаменимым параметром для контролирования сбраживания отходов является содержание летучих жирных кислот в метантенке. Пока не проявляется токсичность катионов и пока щёлочности достаточно для нейтрализации образующихся летучих жирных кислот, анаэробные метаболические процессы продолжаются и анаэробная установка функционирует удовлетворительно.

Низкая и снижающаяся концентрация летучих жирных кислот указывает на удовлетворительный анаэробный метаболизм. Неудовлетворительное течение анаэробного процесса включает снижающуюся щёлочность, снижение pH, увеличение содержания летучих жирных кислот и двуокиси углерода в газах метантенка.

Губительными для анаэробных установок являются не только избыточные количества летучих жирных кислот. Соли щелочных металлов (Na, К, Mg), тяжёлых металлов (Си, Zn, Ni), содержащиеся во вторичных продуктах в высоких концентрациях, могут быть причиной неэффективности анаэробной системы. Двухвалентные ионы менее токсичны при наличии оптимальной концентрации одновалентного иона. В анаэробной системе аммиак будет находиться в равновесии в форме иона аммония или растворённого аммиака:

По мере повышения pH системы равновесие сдвигается вправо, и в растворе будет находиться больше свободного аммиака. Между содержанием аммонийного азота в содержимом метантенке, летучими жирными кислотами сброженного вторичного продукта или ила и щёлочностью в метантенке существует естественная взаимозависимость.

Концентрации аммиачного азота более 3000 мг/л при любом pH признаны губительными. Следовательно, концентрация свободного аммиака определяет токсичность аммиачного азота. Скорость образования аммиачного азота регулируется подачей азота в метантенк и контролируется определением отношения летучих кислот к щёлочности. Необходимо знать как концентрацию аммиачного азота, так и pH в метантенке, чтобы определить концентрацию свободного аммиака, которая может быть причиной токсичности.

Преимущества анаэробной системы - образование конечного полезного продукта - метана и минимальное образование биологических твёрдых веществ. Микроорганизмы используют пути метаболизма, обеспечивающие наибольшее количество энергии. Оптимально, когда микроорганизмы получают минимальное количество энергии от метаболических реакций и когда конечный продукт реакции - метан - содержит значительное количество полезной энергии.

Образование метана можно увеличить, если в анаэробную систему вносить химические добавки (в наиболее восстановленной форме) и селектированные метанобразующие бактерии. При обработке сложных органических вторичных продуктов (сточные воды или навоз) со сбалансированным содержанием питательных веществ мало вероятно обнаружить недостаток какого-либо необходимого элемента. Однако для стабилизации и сбалансированности по составу питательных веществ вторичных продуктов пищевой промышленности следует уточнить их недостаток.

Для этого продолжительность пребывания биологических твёрдых веществ в метантенке и их удаление определяется сутками (2-6) и делением количества (кг) органических твёрдых веществ в анаэробной системе на количество (кг) тех же веществ, удаляемых из системы в сутки.

Анаэробные системы могут применяться не только для обработки вторичных продуктов с высоким содержанием твёрдых веществ. Они могут применяться также для обработки более растворимых соединений с низким содержанием органического вещества, если будут выдержаны основные закономерности процесса. При этом для них требуется большая продолжительность пребывания в анаэробной системе, непрерывное поступление продукта и высокая температура. Это может относиться к определённым вторичным продуктам, например, мясокомбинатов и отходам животноводства (жидкие стоки) и пищевой промышленности. При разведённых вторичных продуктах требуются большие объёмы установок, которые могут оказаться нерентабельными. Хотя анаэробную систему при обработке разведённых растворимых остатков можно модифицировать, используя анаэробный фильтр для регулирования содержания азота. Фильтр представляет собой погружаемый субстрат, сквозь который продукты проходят в направлении снизу вверх. Анаэробы растут на субстрате, прикрепляясь к нему, или в заполненных жидкостью порах. Фильтр обладает большой ёмкостью для микроорганизмов. Первоначальный запуск анаэробного фильтра следует производить осторожно, чтобы дать возможность адаптироваться нужным организмам. Как только метанобразующие микроорганизмы обосновались, нельзя допускать возникновения аэробных условий в фильтре.

Анаэробная обработка вторичных продуктов сельского хозяйства вполне возможна и будет эффективна вследствие высокого содержания в них органического вещества. Вторичные продукты бойни и мясокомбината требуют действия температур (от 25 до 55°С) и продолжительности пребывания в анаэробной системе разложения до 30-50 сут., а также улучшения качества получаемого ила. При обработке сыворотки в ме- тантенке ВПК кг/100 м3 продолжительность пребывания составляла до 80 сут. и ВПК снижалась до 99%. При нагрузке 210 кг ВПК кг/100 м3 в сутки при шестидневной продолжительности пребывания выход газа равнялся 37,6 л на литр сброженной сыворотки, причём газ содержал 65% метана. Содержание аммиачного азота в метантенке увеличилось с 75 до 450 мг/л по мере разложения белков; pH около 4,3 в необработанной сыворотке повысился до pH 6,9 в стоке из метантенка. В навозе от молочных коров разрушалось лишь 10-15% органических твёрдых веществ, а в помёте птиц их разрушалось около 50%. В последнем случае отмечалась токсичность аммиака, так как разлагались концентрированные твёрдые вещества помёта с высоким содержанием азота.

Разложение навоза свиней сопровождается накоплением летучих жирных кислот (от 16000 до 19000 мг/л) и нейтрализацией буферно- сти: pH при этом был 6,6-6,9. Концентрация аммиачного азота достигала 1800-2500 мг/л. Как известно, метанобразующие бактерии подавляются высокими концентрациями аммиачного азота.

Перемешивание субстрата и продолжительность пребывания от 10 до 20 сут. в анаэробной системе не даёт положительного результата.

По-видимому, температура, метод подачи навоза, перемешивание, проблемы токсичности и управление процессом отражается на его эффективности. Можно ожидать, что при разложении навоза от молочного скота и овец выход газа на килограмм разложенных органических веществ ниже, чем при разложении птичьего помета, навоза свиней и мясного скота на откорме, поскольку степень переваривания его у молочного скота и овец значительно ниже. Если разложение было неполным в анаэробной системе, появляются неприятные запахи.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ     След >