Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 13
1.1 Состав и свойства сточных вод предприятий молочной промышленности
1.2 Современное состояние технологий анаэробной очистки сточных вод от органических загрязнений
1.2.1 Микробиологические основы анаэробной очистки 22
1.2.2 Современные биореакторы для интенсивной очистки сточных вод в анаэробных условиях
1.2.2.1 Реакторы со взвешенно-седиментирующей биомассой 28
1.2.2.2 Реакторы с прикрепленной биомассой (биопленкой) 34
1.2.3 Современные подходы к моделированию систем анаэробной очистки
1.3 Разработки в области технологий анаэробной очистки сточных вод предприятий молочной промышленности
Выводы 54
2 Экспериментальные исследования процесса очистки сточных вод предприятий молочной промышленности в анаэробных условиях
2.1 Обоснование и общие положения методов исследований 57
2.1.1 Обоснование масштаба и направлений исследований 57
2.1.2 Общие положения методики исследований 62
2.2 Исследования процесса очистки в биореакторах различных конструкций.
2.2.1 Методика проведения исследований 70
2.2.2 Эффект образования гранул анаэробного ила 71
2.2.3 Результаты исследования процесса очистки в анаэробных биофильтрах
2.2.4 Результаты исследования процесса очистки в комбинированных биореакторах
2.2.5 Результаты исследования процесса очистки UASB-реакторах
2.3 Изучение влияния концентрации трудноразлагаемых загрязнений
2.4 Разработка и изучение эффективности усовершенствованных конструкций анаэробных биореакторов
2.5 Исследования влияния температуры на процесс анаэробной очистки
2.6 Исследования влияния перегрузок по органическим веществам
2.6.1 Резкое увеличение расхода сточных вод 100
2.6.2 Повышение концентрации (ХПК) стока ГМЗ в результате сброса части сырья (продукта)
2.6.3 Залповые сбросы сыворотки 105
2.7 Изучение влияния щелочности сточной воды и содержания в ней моющих веществ
2.7.1 Влияние щелочности 107
2.7.2 Влияние резкого снижения рН (сброс кислот) 108
2.7.3 Влияние нитратов (сброс азотной кислоты) 109
2.7.4 Влияние резкого повышения рН (сброс щелочей) 111
2.7.5 Влияние содержания СПАВ в сточных водах 112
2.8 Изучение влияния рециркуляции очищенной воды 112
2.9 Изучение процесса очистки в биореакторе усовершенствованной конструкции в условиях рециркуляции
2.10 Формализация основных зависимостей процесса анаэробной очистки
2.11 Определение свойств анаэробного ила и параметров биогаза 135
2.11.1 Параметры анаэробного ила 135
2.11.2 Удельный прирост ила 136
2.11.3 Оценка возраста ила и нагрузки на ил 137
2.11.4 Определение удельного выхода и состава биогаза
Выводы 138
3 Разработка и обоснование технологических схем и аппаратурного оформления интенсивного процесса очистки сточных вод предприятий молочной промышленности в анаэробных условиях
4 Расчет и конструирование сооружений интенсивной анаэробной очистки
4.1 Расчет технологических параметров анаэробной очистки 148
4.1.1 Определение максимальной расчетной нагрузки по органическим веществам через нагрузку по жирам.
4.1.2 Определение оптимальной нагрузки исходя из требуемой загрязненности анаэробно очищенных сточных вод
4.1.3 Определение расчетной нагрузки по органическим загрязнениям
4.1.4 Определение расчетной эффективности анаэробной очистки 151
4.1.5 Определение необходимого расчетного объема анаэробного биореактора
4.2 Расчет технологических параметров анаэробной очистки для ф условий работы биореактора при оптимальной температуре
4.3 Расчет размеров биореактора 153
4.4 Расчет выхода метана и его энергетической ценности 155
4.5 Расчет прироста избыточного анаэробного ила 155
4.6 Примеры расчетов сооружений анаэробной очистки 155
5 Технико-экономический анализ 160
Эффективности использования анаэробной очистки
5.1 Технико-экономический анализ температурных режимов анаэробной очистки
5.2 Технико-экономический анализ эффективности использования биогаза.
5.3 Технико-экономическое сравнение анаэробной очистки и традиционных методов
Выводы 180
Общие выводы 182
Список использованной литературы
- Современное состояние технологий анаэробной очистки сточных вод от органических загрязнений
- Обоснование масштаба и направлений исследований
- Изучение процесса очистки в биореакторе усовершенствованной конструкции в условиях рециркуляции
- Определение необходимого расчетного объема анаэробного биореактора
Современное состояние технологий анаэробной очистки сточных вод от органических загрязнений
Крупные городские молочные заводы (ГМЗ), работающие в зимний сезон на сухом молоке, не имеют описанной неравномерности производства. Им также свойственен менее выраженный часовой коэффициент неравномерности, т.е. более равномерная загрузка производственных мощностей в течении суток.
В таблице 1.1 обобщены данные по загрязненности сточных вод основных типов предприятий молочной промышленности, содержащиеся в нормативной и справочной литературе. Главными компонентами загрязнений являются молочные белки и жиры (в виде взвешенных частиц и коллоидных суспензий) и лактоза. Фазово-дисперсный состав загрязнений относительно неоднороден. Взвешенные вещества представлены кусочками творога (частицами скоагулированного" белка), сырным зерном, молочными пленками, а также эмульгированными частицами жира. На органическую часть взвешенных веществ приходится 35-45% всех органических загрязнений, определяемых в анализе на химическое потребление кислорода (ХПК). Минеральная часть взвешенных веществ представлена в основном частичками грунта и песка, попадающими в стоки при мойке помещений. Коллоидная фракция загрязнений (определяющая 30-40% всей ХПК) представлена в основном гидратированными частицами молочного жира и белка. В растворенном состоянии (25-30 % всего ХПК) находятся лактоза и органические кислоты (продукт биоконверсии лактозы).
Основным растворенным минеральным загрязнением являются хлориды. Их содержание в сточных водах сыродельных заводов может достигать 800-1000 мг/л [1]. Таблица 1.1
Загрязненность сточных вод основных типов предприятий молочной промышленности (по нормативной и справочной литературе) концентрации в мг/л
По проанализированным источникам [1-4] исходное значение рН сточных вод цельномолочных производств, в основном, близко к нейтральному и составляет 6-8. Для сточных вод сыродельных производств характерен несколько больший разброс в пределах 5,5-8,0. При нахождении сточных вод в емкости-усреднителе возможно развитие процессов молочнокислого
Важным фактором, влияющим на загрязненность и состав сточных вод, является сыворотка, образующаяся в результате разделения сложной полидисперсной системы молока на белково-жировой концентрат и фильтрат (саму сыворотку). Состав и свойства молочной сыворотки зависят от вида основного продукта (творога, сыра, казеина и т.д.) и особенностей технологии ее получения, а также аппаратурного оформления процесса. Состав сыворотки колеблется в значительных пределах. Средние значения основных показателей, характеризующих состав сыворотки, в сравнении с цельным молоком, приведены в таблице 1.2 [5,6].
Основная часть органических веществ, содержащихся в сыворотке, представлена углеводами (в основном, лактоза). Жир в сыворотке диспергирован в большей степени, чем в молоке, что облегчает его гидролитическое расщепление в процессе биологической очистки сточных вод. Таблица 1.2
Существенной характеристикой сыворотки является пониженное значение рН, равное 4,4 для творожной и 6,3 - для подсырной сыворотки. В сточных водах в результате жизнедеятельности бактерий, ферментирующих лактозу, значение рН еще более снижается.
Основным способом утилизации сыворотки является непосредственное ее использование в качестве добавки в корм скота или на хлебопекарных и кондитерских заводах. В этом случае возможность полного использования сыворотки зависит от ряда факторов, а именно: мощности и расположения потребителей и их потребностей, транспортных сетей в регионе и возможностей транспорта, а также регулярности вывоза. На многих предприятиях совокупность перечисленных факторов действует таким образом, что образующаяся сыворотка не может быть полностью использована и часть ее неизбежно сбрасывается в общий сток. По данным специалистов отрасли, утилизируется не более 50 % образующейся сыворотки. Трудности, связанные с утилизацией сыворотки, не являются исключением и для стран с очень высоким уровнем развития молочной промышленности, животноводства и кормопроизводства.
Сброс сыворотки в канализацию значительно увеличивает концентрацию загрязнений сточных вод и их состав. При попадании в стоки даже части образующейся при выработке сыра и творога сыворотки, рН общего стока снижается до 5,6 - 6,2. Залповые сбросы сыворотки могут приводить к снижению рН до 4,5. Сброс сыворотки со сточными водами крайне негативно влияет на работу сооружений аэробной биологической очистки. Резкое изменение факторов среды и, прежде всего, концентрации субстрата и растворенного кислорода, а также наличие в стоках как легкоразлагаемых соединений (лактоза), так и трудноразлагаемых (белки, жиры), приводит к "вспуханию" ила в аэротенках, перегрузке биофильтров и, в конечном счете, к выходу этих сооружений из строя.
На предприятиях отрасли возможны резкие колебания рН - от 3,5 до 10,5, обусловленные залповыми сбросами в канализацию моющих растворов, содержащими кислоты (в основном, азотная кислота) и щелочи (NaOH и Na2C03). Набор возможных моющих веществ, как индивидуальных, так и композиционных, весьма широк. Композиции могут содержать в себе анионоактивные и неионогенные СПАВ.
В сточных водах также могут содержаться остаточные концентрации веществ - дезинфектантов, в основном препаратов, содержащих активный хлор.
Температура сточных вод определяется температурой исходной водопроводной воды, нормой водопотребления и особенностями технологии. Как правило, температура колеблется от 16 до 33 С, при этом для зимнего периода характерны значения 16-18 С, для летнего - 22-25 С. Высокие значения температуры определяется главным образом использованием горячей воды для мойки технологического оборудования, либо применением термических процессов в технологии (производство сгущенного и сухого молока).
В вышеизложенных отраслевых нормативных и справочных документах содержится весьма однозначная картина загрязненности сточных вод предприятий молочной промышленности. Однако, современные отраслевые данные в значительной степени противоречат нормативным и справочным показателям. В таблице 1.3. приведены основные показатели фактической загрязненности (по данным ведущего отраслевого института - ВНИМИ) [7].
Обоснование масштаба и направлений исследований
Однако, несмотря на вышеописанные достоинства, единого подхода к необходимости и полноты разделения фаз пока не выработано. Ряд исследователей и фирм (Sulzer, Gist Brocades) разрабатывают и реализуют двухфазные технологии для широкого спектра сточных вод, другие (Paques В.V., SGN) успешно применяют для этих же стоков однофазные схемы. По мнению Леттинга, глубокое разделение процесса применительно к реакторам с удержанием биомассы не оправдано [55]. Оно приводит к увеличению капитальных затрат и эксплуатационных расходов. Последнее вызвано прежде всего необходимостью нейтрализации (в большинстве случаев) ЛЖК, образующихся в кислофазном реакторе (например, при обработке углеводсодержащих стоков с низкой щелочностью кислотообразование приводит к быстрому падению рН ниже 5). Другими недостатками глубокого разделения фаз являются образование большого количества плохо стабилизированного гидролитического и ферментативного ила на первой стадии (до 20% от конвертированного ХПК) и очень медленный рост метаногенного ила (биопленки) на второй стадии. Теоретически, его прирост составляет 3-5% от удаленного ХПК, причем независимо от разделения фаз. Однако вынос биомассы пропорционален не ее приросту, а гидравлической нагрузке, которая на отдельный метаногенный реактор, как правило, выше, чем на однофазную систему. Низкая скорость накопления биомассы на практике значительно увеличивает время, необходимое для достижения двухфазными системами проектной производительности. В то же время при эксплуатации анаэробных фильтров (с восходящим потоком) на высококонцентрированных стоках низкая скорость накопления биомассы из недостатка превращается в преимущество, т.к. многократно уменьшает риск заиливания загрузочного материала.
Еще одним недостатком глубокого разделения фаз является присутствие дисперсной кислотогенной биомассы в стоке после первой фазы, которая оказывает негативное воздействие на удержание метаногенного ила (путем вытеснения и т.д.) во втором реакторе. По мнению Леттинга, при двухфазной обработке высококонцентрированных стоков ил после кислотогенной фазы следует отделять отстаиванием [17]. Вместо глубокого разделения фаз Леттинга рекомендует частичную преацидификацию - до 20-40% по ХПК. В таких пределах процесс ферментации может протекать без применения отдельных кислофазных биореакторов: в усреднителях, или даже в канализационных трубах.
Современные подходы к моделированию систем анаэробной очистки Закономерности процесса метанового сбраживания, учитывающие всю сложность взаимоотношений между группами и видами бактерий, а также разнообразие состава субстратов, как уже отмечалось выше, чрезвычайно сложны, во многом не изучены. Их математическое моделирование является предметом самостоятельного направления исследований.
Своеобразие свойств биомассы в биореакторах с гранулированным илом (необходимость учета таких факторов, как гидравлические свойства гранул, их способность к флотации, наличие в биореакторе зон с различными свойствами и т.п.) дополнительно усложняют задачу создания адекватной модели UASB и гибридных биореакторов, в особенности при работе на сточных водах сложного состава. В целом проведенный литературный анализ показал, что моделирование и инженерный расчет анаэробных биореакторов, прежде всего типа UASB, значительно отличается от подходов, принятых в отечественной практике. Так, расчеты ведутся не через нагрузку на беззольное вещество ила, а с использованием объемных нагрузок на биореактор (определенных по результатам исследований, либо по аналогу), а также скоростей восходящего потока. Расчет биореакторов по математическим моделям (типа ASM-1,2, применительно к аэротенкам) до настоящего времени не производится. Это объясняется сложностью процессов происходящих в биореакторах, работающих с использованием гранулированного (флокулированного) ила: наряду с аналогичным аэробной очистке использованием закономерностей ферментативной кинетики, необходимо также учитывать массобмен между различными зонами биореактора, гидродинамические процессы в слое ила, наличие макроструктуры анаэробной биомассы, ее прочностные, седиментационные свойства, дифференциацию биомассы по различным функциональным группам метанового биоценоза и другие факторы (56-59).
Ввиду вышеизложенного, наиболее актуальной задачей на стадии промышленного освоения современных технологий анаэробной очистки является разработка основ инженерного расчета для проектирования и эксплуатации.
Разработки в области технологий анаэробной очистки сточных вод предприятий молочной промышленности
Пилотные исследования с применением полностью перемешиваемого контактного биореактора были проведены в Бельгии [60]. При температуре 35С, нагрузке 1 кгХПК/м3 сут. и времени пребывания 2,5 суток эффект очистки по ХПК составлял в среднем 78 % (при начальном значении 3 г/л). При увеличении нагрузки до 2,5 кгХПК/м сут эффективность очистки по ХПК упала до 60 %, концентрация ЛЖК поднялась с 200 до 630 мг/л.
В опытах Чой и Буркхид биореакторы объемом по 9 л были загружены пластиковыми кольцами Flexirings диаметром 3,8 см с удельной площадью
поверхности 132 м/м и пустотностью 96% [61]. Опыты проводились при температуре 38С. Сточная вода искусственно приготовлялась путем разбавления натурального молока; использовались 5-кратная рециркуляция сточной воды. При повышении нагрузки по ХПК от 0,9 до 7,4 кг/м3 в сутки эффективность очистки снизилась с 94 до 65 %.
В работе, проведенной в университете г. Бостон (США) Бэкмэн с соавторами использовали 6 биореакторов объемом по 17 л, загруженные цилиндрическими кольцами Pall диаметром и высотой 50,8 мм с удельной площадью поверхности 118 м/м и пустотностью 96% [62]. Опыты проводились на синтетической сточной воде, приготовленной из сухого молока разбавлением водопроводной водой до значений ХПК 1000-3000 мг/л Также для поддержания щелочности добавлялся бикарбонат натрия ЫаНСОз.
При повышении нагрузки по ХПК от 0,8 до 7,6 кг/м в сутки эффективность очистки снизилась с 90 до 61 %. Этими же авторами были проведены исследования по определению лимитирующей стадии процесса, показавшие, что при концентрации ХПК в сточной воде 1000 мг/л и низких нагрузках лимитирующей стадией является образование кислот. При увеличении загрязненности сточной воды и нагрузки на реактор, лимитирующей также становится стадия гидролиза. В Хельсинском технологическом университете (Финляндия) после удачных лабораторных исследований, были проведены пилотные испытания анаэробного биофильтра, имевшего объем 1 м3 [63]. Сточная вода представляла собой смесь стоков цельномолочного цеха и цеха сухого молока Опыты проводились без подогрева сточной воды или обогрева биореактора при исходной температуре сточной воды, изменявшейся в пределах 20-30С. Средняя эффективность очистки при нагрузке 2,5 кг ХПК/м3 в сутки составила 80%.
Изучение процесса очистки в биореакторе усовершенствованной конструкции в условиях рециркуляции
Изложенные выше результаты поставили дополнительную задачу разработки конструкции UASB-реактора, более адаптированной к работе на высокожирных стоках.
Визуальные наблюдения за работой комбинированных биореакторов, работавших более надежно, позволили сделать вывод, что слой засыпного загрузочного материала (колец) можно рассматривать как совокупность "ловушек" для мелких всплывающих частиц и пузырьков биогаза. В этих "ловушках" происходит значительное укрупнение большинства пузырьков биогаза - до 3-7 мм. При таких размерах они уже не способны флотировать частицы загрязнений и ила. Данный вывод позволил предположить эффективность привнесения в UASB-реактор небольшого (10% от высоты реактора, что составило около 11 см) слоя засыпного загрузочного материала, расположенного в средней части реактора. Слой должен был обеспечивать следующие функции: - препятствовать всплытию к газосборной поверхности крупных агломератов ила, обеспечивая отделение газа из агломератов биомассы, - препятствовать эффекту флотации мелких флокул, приводящему к образованию пены на газосборной поверхности.
В целях получения наиболее контрастной картины сравнительные исследования работы усовершенствованной (№4 по табл. 2.1, см. рис. 2.2 г) и обычной (№3) конструкции UASB-реакторов проводили при температуре 15-22 С. В ходе эксперимента в одинаковых условиях при температуре 15-22 С и нагрузке 1,5 -2,0 кг ХПК/м .сут. в обычном UASB-реакторе за 50 дней работы произошло три "всплытия", приведших к вынужденным остановкам, тогда как слой загрузки в усовершенствованном реакторе препятствовал значительному всплытию ила. Процессы всплытия также происходили, но ил, задержанный слоем загрузки, постепенно оседал вниз.
Данное конструктивное усовершенствование показало свою эффективность, но потребовало дальнейшей проработки, т.к. слой промежуточной загрузки постепенно забивался биомассой. Чтобы избежать накопления биомассы в промежуточном слое, было разработано другое конструктивное решение: применить дополнительный газо-иловый сепаратор - в виде совокупности четырех рядов взаимоперекрывающихся открытых книзу "колоколообразных" полостей, выполненных в виде опрокинутых треугольных желобов, жестко присоединенных к стенкам биореактора (см. рис. 2.12 д). Нижние грани желобов были снабжены надрезами, предназначенными для точечного выпуска биогаза (аналогично треугольному водосливу отстойников). Такая конструкция была призвана препятствовать свободному подъему мелких пузырьков биогаза и флотированию с ними частиц биомассы, и в то же время противостоять механическому забиванию илом.
Работу усовершенствованной конструкции (UASB-5) сравнивали с работой обычного реактора такого же объема. Эксплуатация осуществлялась при 30 С на стоке с кцр = 0,14 при нагрузках около 3,7 кг ХПК/м3 сут. с дальнейшим ее повышением.
Апробация модели UASB (№5) объемом 40 л с дополнительным газоиловый сепаратором в виде опрокинутых желобов показала высокую эффективность этой конструкции. Мелкие пузырьки, накапливаясь под желобами, формировали крупные (до 30 мм в диаметре) пузыри, выходившие через треугольные прорези. Эти пузыри, обладаюя значительной "ударной силой", разбивали корку пены под газосборным коллектором. В результате в течение 12 недель работы при 30 С на стоке с кцр = 0,14 при нагрузках около 3,7 кг ХПК/м3 в сут. поверхность под газосборным колпаком биореактора оставалась практически чистой. Также не происходило накопления биомассы внутри отстойной зоны сепаратора. При увеличении нагрузки до 4,7 кг ХПК/м3 сут. через полторы недели произошло интенсивное всплытие, приведшее к забиванию илом дополнительного сепаратора. В контрольной модели обычной конструкции UASB-реактора (№2) уже за месячный период одновременного сравнения при нагрузке 3,7 кг ХПК/м3 сут. произошло 2 всплытия ила, потребовавших механического вмешательства, тогда как устойчивая работа наблюдалась при нагрузке 3,15 кг ХПК/м3 сут. Условия и результаты работы реактора UASB -5 в период после усовершенствования приведены на рис. 2.17. По результатам этого эксперимента сделан вывод, что применение предложенного дополнительного газо-илового сепаратора позволило осуществлять надежную очистку при нагрузках на 20 % выше, чем в UASB-реакторе обычной конструкции.
Исследования влияния температуры на процесс анаэробной очистки Отобранные для дальнейших исследований 7 биореакторов различных конструкций (UASB № 1-5, 8, КР-4) эксплуатировали при различных значениях температуры в диапазоне 14-37 С. При этом запуск реакторов проводился при двух значениях температуры - 14-18 и 30 С.
После окончания биологического запуска и формирования биомассы температурные режимы в биореакторах изменяли (с учетом необходимой адаптации биомассы). Исследования проводили как на стандартной сточной воде ГМЗ с ХПК 2,0-2,5 г/л и содержанием жиров 280-350 мг/л, так и на стоках, моделирующих работу ГМЗ с высоким водопотреблением (ХПК 0,8 г/л, жиры ПО мг/л) и стоках сырзаводов (см. ниже). Данный эксперимент в части температуры 30 С был совмещен с частью других экспериментальных серий.
Определение необходимого расчетного объема анаэробного биореактора
Таким образом, средний удельный выход метана составил: - для молочного стока - 0,30 м /кг удаленной ХПК; - для стока с преобладанием сыворотки - 0,32 м3/кг удаленной ХПК. С учетом определенного для молочного стока удельного прироста биомассы, равного 0,12 кг ХПК/кг удаленной ХПК, истинное значение удельного выхода метана для стоков ГМЗ составит 0,30/(1-0,12) = 0,34 м3/кг удаленной ХПК. Это значение близко к теоретическому выходу метана от конвертируемой ХПК (0,35 м3/кг при 20 С и 1 атм.).
Аналогично для реактора, работавшего на стоке сырзавода, истинное значение удельного выхода метана для стоков ГМЗ составит 0,32/(1-0,094) = 0,35 м3/кг удаленной ХПК.
Таким образом, для стоков сырзавода более высокий фактический выход метана (0,31 м /кг удаленной ХПК) объясняется меньшим приростом биомассы на органическом веществе сыворотки.
Содержание сероводорода в биогазе составило около 0,3%. Это делает целесообразным при утилизации биогаза использования методов удаления сероводорода. Выводы процессов кальматации нижней части загрузки и отсутствия развития биопленки на поверхности загрузочных материалов. Экспериментально получено значение минимального диаметра колец загрузочного материала для гибридных биореакторов, равное 30 мм.
На стоках ГМЗ и сырзавода впервые в отечественной практике неоднократно получен устойчивый эффект образования гранул анаэробного ила.
Получена зависимость эффективности очистки по ХПК для различных типов стоков и температуры от обьемной органической нагрузки, описываемая линейным уравнением.
Показано, что лимитирующим фактором в очистке сточных вод ГМЗ является нагрузка по трудноразлагаемым жировым загрязнениям. Определены значения этой предельной нагрузки и ее зависимость от температуры.
Для повышения надежности работы UASB-реактора предложено и экспериментально проверено конструктивное решение, позволяющее повысить допустимую нагрузку на реактор на 20%.
Установлено, что процесс анаэробной очистки сточных вод молочных заводов не чувствителен к периодическим перегрузкам по расходу и загрязненности сточных вод, в том числе залповым сбросам сыворотки. В связи с этим использование усреднителя концентрации загрязнений и расхода сточных вод не является обязательным.
Показано, что подача на анаэробную очистку не нейтрализованных (не усредненных) кислых и щелочных сточных вод от промывки оборудования нежелательна, однако их периодические проскоки в биореактор не способны вывести его из строя.
Установлено, что рециркуляция очищенного стока в размере 100-200% благотворно сказывается на устойчивости процесса как с точки зрения колебаний нагрузки и рН, так и с точки зрения долговременной производительности реактора. Это позволяет увеличить ее на 20%.
Изучено влияние возможных сбросов со сточными водами таких компонентов моющих растворов, как нитрат-ионы и СПАВ. Установлено, что постоянное присутствие в сточных водах ГМЗ нитрат-ионов, попадающих от промывки оборудования, не ухудшает работу реактора, при условии его адаптации. Анионоактивные СПАВ не оказывают отрицательного воздействия на процесс анаэробной очистки.
Определены основные характеристики процесса анаэробной очистки сточных вод ГМЗ: прирост ила, его характеристики, состав и удельный выход биогаза.
В целом проведенные исследования показали, что анаэробные реакторы с восходящим потоком сточной воды обеспечивают эффективную очистку сточных вод ГМЗ и сырзаводов до показателей, удовлетворяющих самым жестким нормам приема производственных сточных вод в канализационные сети населенных пунктов, так и в качестве первой ступени биологической очистки.
В зависимости от места расположения и масштабов предприятия возможно выделить три типовых ситуации использования интенсивной очистки сточных вод предприятий молочной промышленности в анаэробных условиях:
1) Сброс анаэробно-очищенных сточных вод в канализационную сеть крупного населенного пункта. В этом случае к анаэробной обработке предъявляются требования как к локальной очистке до действующих норм приема в канализационную сеть. Подобная ситуация характерна для крупных городских молочных заводов.
2) Очистка производственных сточных вод предприятия на отдельных очистных сооружениях. В этом случае требуется реализация технологической схемы полной анаэробно-аэробной очистки с последующей доочисткой.
3) Анаэробная очистка производственных сточных вод с последующей аэробной очисткой и доочисткой совместно с хозяйственно-бытовыми сточными водами поселка (маленького города). Данная ситуация является промежуточной между двумя первыми.
Таким образом, во всех трех рассмотренных ситуациях анаэробная очистка играет роль предварительной.
Данные варианты несколько отличаются друг от друга по требованиям, предъявляемым к сооружениям анаэробной очистки. Специфические требования для сооружений локальной очистки включают в себя: - соответствие качества очищенной воды нормам приема сточных вод в канализационную сеть населенного пункта (часто весьма жестким - 250-350 мгБПК5/л); 142 - компактность; -минимизация количества образующихся осадков, требующих обработки и удаления с территории предприятия; -соблюдение норм санитарно-гигиенической безопасности, предотвращение распространения запахов.
Вышеперечисленные требования менее значимы для отдельно расположенных комплексов очистных сооружений. В то же время для них возрастает значение надежности работы анаэробной ступени очистки и, в частности, к стабильности качества обработанной сточной воды. Так, например, в случае снижения эффективности анаэробной очистки от расчетного значения 85% до 70% (т.е. менее, чем на 20%) нагрузка на последующие сооружения аэробной доочистки возрастает вдвое, что может привести к общему ухудшению качества очищенной воды и к серьезным нарушениям в работе аэробной ступени. Подобная зависимость вообще характерна для большинства многоступенчатых схем очистки сточных вод.
Следует выделить также следующие существенные технологические различия, определяемые условиями применения анаэробных биореакторов: - в условиях локальной очистки на промплощадке предприятия во многих случаях может быть успешно использовано разделение сточных вод с подачей на анаэробную очистку наиболее концентрированных и (или) наиболее теплых потоков. При отдельном расположении комплекса биологической очистки экономический эффект от применения этого метода снижается, т.к. необходимо создавать две различные системы канализования сточных вод на промплощадку очистных сооружений; - на сооружениях локальной очистки за счет использования существующей инфраструктуры предприятия (наличие котельной, реагентного хозяйства) часто облегчаются условия кондиционирования стока до оптимальных значений температур и рН, а также условия подогрева биореактора и утилизации образующегося биогаза;
