Transcript Конструкції метантенків

Лекція 7
Анаеробні процеси
переробки відходів
1
Переваги анаеробних процесів:



1) утворення меншої кількості мулу порівняно
з аеробними процесами (в аеробних
процесах утворюється від 1 до 1,5 кг біомаси
(мулу), в анаеробних – 0,1- 0,2 кг на кожний
вилучений кілограм БСК);
2) в анаеробних процесах утворюється метан,
що може використовуватися як пальне;
3) потреба в енергії на аерацію в аеробних
процесах перевищує потребу в енергії на
перемішування при анаеробних процесах.
2
Недоліки анаеробних процесів:
менша швидкість реакції порівняно з
аеробними процесами;
 потрібні установки більших розмірів;
 недолік фундаментальних наукових
знань, а також досвіду й даних по
великомасштабній експлуатації
анаеробних установок.

3
ТЕОРЕТИЧНІ ОСНОВИ ПРОЦЕСУ
Анаеробні системи очищення стічних
вод за температурним режимом
поділяються на:
 Мезофільні ;
 Кріофільні (<20°С);
 Термофільні (<55°С).
4
Склад біогазу:
До складу біогазу входять метан і диоксид
вуглецю, загальна кількість і процентне
співвідношення компонентів біогазу багато в
чому визначається вихідним складом
зброджуваного середовища.
Так, при розпаді 1 г жироподібних речовин у
середньому утворюється 1200 мл газу складу
(у %): СН4 - 68, СО2 - 32.
При розпаді вуглеводоподібних з'єднань
утворюється близько 800 мл газу з одного
грама, склад газу при цьому (у %): СН4 - 50,
СО2 - 50.
5
6
Рис.7.1. Шляхи біодеградації субстрату за анаеробного оброблення
ГІДРОЛІТИЧНІ БАКТЕРІЇ (I ГРУПА)





Ця функціональна група бактерій гидролізує
макромолекули до розчинних продуктів, які можуть
бути перетворені в низькомолекулярні органічні
сполуки.
Серед продуктів гідролізу найбільше значення мають:
органічні кислоти - оцтова, пропіонова, масляна,
капронова, мурашина, молочна, бурштинова;
спирти й кетоны - метанол, етанол, ізопропіловий
спирт, бутанол, гліцерин, ацетон;
гази - водень, метан, діоксид вуглецю;
ферменти - целлюлаза, алкогольдегідрогеназа;
вітаміни - рибофлавін, вітамін B12.
7
ГІДРОЛІТИЧНІ БАКТЕРІЇ (I ГРУПА)


Кількісний вміст: між 105—106 і 108—109 клітин
гідролітичних бактерій на 1 мл мулу, або 1010—
1011 клітин на 1 г органічних речовин у мулі
Видовий склад: спорулюючі й неспорулюючі
грам-позитивні палички, такі як протеолитичні
Eubacterium, целюлолітичні Clostridium,
Acetobacterium, облігатні анаероби, такі як
Bacteroides і Bifidobacteria і факультативні
анаероби Streptococcus і
Enterobacteriaceae, грам-позитивні коки
Peptostreptococcus, Peptococcus, Streptococcus
8
ГЕТЕРОАЦЕТОГЕННі БАКТЕРІЇ (II ГРУПА)


Ця група бактерій здійснює симбіотичну ацетогенну
дегідрогенізацію жирних кислот з довшою, ніж в
оцтової кислоти, ланцюгом (пропіонова, масляна,
бензойна) яка є лімітуючою стадією при утворенні
метану
Кількісний вміст: 4,2106 клітин на 1 мл сирого мулу
Видовий склад: гомоацетогенні бактерії, такі як
Acetobacterium woodi , гетероацетогенні бактерії:
Synthrobacter wolinii (грам-негативна паличка) і
Synthrophomonas wolfii (нефототрофна бактерія)
9
МЕТАНОГЕННІ БАКТЕРІЇ (ІІІ ГРУПА)


Ця трофічна група вирізняється на основі
специфічних субстратів, використовуваних
для утворення метану:
підгрупа IIIA – хемолітотрофні бактерії, які
перетворюють водень і диоксид вуглецю в
метан, використовуючи газоподібний водень
як джерело електронів;
підгрупа ІІІВ – ацетотрофні бактерії, які
перетворюють оцтову й мурашину кислоту,
метанол і метиламіни в метан
10
МЕТАНОГЕННІ БАКТЕРІЇ (ІІІ ГРУПА)


Кількісний вміст: 106—108 клітин в 1 мл
мезофільного сирого мулу
Видовий склад: грам-позитивні й грамнегативні мікроорганізми, нитковидні бактерії,
рухливі й нерухливі палички, коки й
ланцетоподібні бактерії родів
Methanobacterium, Methanospirillum,
Methanococcus, Methanosarcina і Methanothrix
З них такі види, як Methanosarcina barkeri,
Methanococcus mazei і Methanothrix
soehngenii
11
МЕТАНОГЕННІ БАКТЕРІЇ (ІІІ ГРУПА)
Метаногенні реакції мають потребу в
спеціальних метаболічних шляхах і
специфічних ферментних кофакторах:
 кофактор F430, тетрапірольний комплекс
нікелю
 кофермент F420 — синьо-зелене
флуоресціююче з'єднання
12
Організація анаеробних процесів
очищення


Для кращої підтримки високої концентрації
активної біомаси в апараті використовуються
два підходи:
1. Забезпечуються умови для рециркуляції
мулу або реактор проектується так, щоб мул
видалявся з меншою швидкістю, ніж рідина.
2. Забезпечується твердий носій, на якому
може рости анаеробна біомаса й, отже,
утримуватися в реакторі.
13
ТОКСИЧНІСТЬ ТА ПРИГНІЧЕННЯ


Багато субстратів істотно впливають на
мікробіологічні процеси при малих
концентраціях, стимулюючи ріст
мікроорганізмів.
При зростанні концентрацій катіонів вище
оптимальних процес починає пригнічуватися,
доказом чому служить більше низька
швидкість росту мікроорганізмів, ніж за
відсутності цих катіонів.
14
Гранично припустимі значення концентрацій токсичних
речовин (мг/л):
Ацетон
800
Свинець
50
Бензол
200
Мідь
25
Толуол
200
Хром ІІІ
25
Аміловий
спирт
100
Хром VІ
3
15
ПОДОЛАННЯ ТОКСИЧНОСТІ
Методики подолання пригнічення:
 Видалення токсичної рідкої фази (простіше
всього це зробити для реакторів з нерухливою
біоплівкою)
 Розведення стічних вод для зниження концентрації
токсичної речовини.
 Додавання антагоніста виявленого токсину.
 Осадження токсинів.
 Зв'язування шкідливих з'єднань у хелатний
комплекс.

Адсорбція токсинів, наприклад, активованим вугіллям.
16
ПРОМИСЛОВІ АПАРАТИ ДЛЯ АНАЕРОБНОЇ
ПЕРЕРОБКИ ВІДХОДІВ

СЕПТИКТЕНКИ - характерний великий час
перебування (>20 год) стічних вод. Тверді частки
залишаються на дні тенка, де органічний субстрат
піддається анаеробній біодеградації.
Рис. 7.2. Двокамерний септиктенк:
1 — регулятор; 2 відбивач; 3 — напірний трубопровід; 4 — ухил 1:4
17
Конструкції метантенків
Метантенки
проектуються у вигляді герметичних резервуарів з
рухливим (плаваючим), і нерухливим перекриттям.
Переваги метантенків із плаваючим перекриттям:
 вибухобезпечність,
 можливість регулювання завантаження й
вивантаження осаду за положенням плаваючого
перекриття по висоті.
Недоліки:
 внаслідок великого дзеркала маси, що бродить,
створюються сприятливі умови для утворення кірки.
 за низької температури повітря ускладнюється рух
плаваючого перекриття напрямними роликами через
їхнє обмерзання.
18
РЕАКТОРИ ЗМІШУВАННЯ
Анаеробні проточні
реактори того ж
типу, що й для
зброджування мулу
використовуються для
очищення промислових
і сільськогосподарських
Рис. 7.3. Апарат для очищення стоків
стоків.
тваринницьких ферм:
1-повітряна; 2-запобіжний клапан; 3-плаваюча
кришка, розрахована на 190 м3 біогазу; 4-напрямні
кришки; 5-водяна сорочка; 6-піднімальна труба;197компресор
20
Конструкції метантенків
Найбільшого поширення
одержали метантенки з
нерухливими перекриттями
 У верхній частині перекриття
такого метантенку
розташована горловина.
Поверхня маси, що бродить,
завжди перебуває вище
основи горловини, внаслідок
чого площа вільного
дзеркала в метантенках
значно скорочується. При
зменшенні цієї площі
збільшується інтенсивність
газовиділення на одиницю
площі, що сприяє
розбиванню кірки.
21
Двоступеневе очищення
22
Витрати тепла
У метантенках тепло витрачається:
 а) на безпосередній підігрів осаду, що
завантажується, до необхідної
розрахункової температури;
 б) на відшкодування втрат тепла, що
йде через стінки, днище й перекриття
метантенка;
 в) на відшкодування втрат тепла, що
уноситься з вихідними газами.
24
25