Показатели по выходу биогаза из навоза

Таблица 3.1

Показатель	Значения показателя для
молочных коров	птицы	свиней
Выход, на 1 голову в сутки:
навоза, кг	55,0	0,2	3,5
биогаза, м³	1,62	0,02	0,32
Объем биогаза, м³ на 1 т сухого вещества навоза

Для экономии энергии на поддержание термофильного процесса сбраживания проектируют биогазовые установки в комплексе с солнечными водонагревателями или ветровыми двигателями для привода перемешивающего устройства.

Американские эксперты утверждают, что при максимальной утилизации сельскохозяйственных отходов можно за счет биогаза полностью обеспечить потребности сельского хозяйства в энергии.

Сбраживание осадков городских очистных сооружений канализации чаще всего осуществляют в мировой практике в мезофильном режиме (33–37°С) при продолжительности процесса 20−25 сут. Преимуществом такой обработки является высокая степень распада органического вещества (40%) и, соответственно, высокий выход биогаза, хорошие водоотдающие свойства осадка после сбраживания, а также минимальный расход тепла на поддержание требуемой температуры. Однако длительное время пребывания осадка в метантенках требует больших капитальных затрат на строительство установок.

В термофильных условиях (50−55°С) продолжительность сбраживания осадка значительно меньше (5−7 сут), но степень распада органического вещества и водоотдающие свойства осадка недостаточно высоки.

Лимитирующей стадией процесса сбраживания осадков сточных вод является гидролиз взвешенного (твердого) вещества, в связи с чем эту стадию целесообразно проводить в более интенсивном (термофильном) режиме. В дальнейшем процесс следует продолжать в мезофильных условиях для получения оптимальных водоотдающих свойств осадка. С учетом этого обстоятельства в ведущих странах мира стали применять термофильно-мезофильный режим сбраживания осадков.

Российскими учеными разработана технология двухфазного сбраживания осадков городских сточных вод, основанная на экстратермофильном режиме работы метантенков первой фазы (температура 65°С, продолжительность процесса 0,6−1,0 сут) и мезофильном режиме второй фазы (температура 30°С, время пребывания осадка не менее10 сут). Двухфазная технология обеспечивает увеличение степени распада органического вещества осадка по сравнению с мезофильным режимом в 1,2–1,6 раза (в зависимости от концентрации сухого вещества в осадке) и снижение дозы флокулянта при последующем механическом обезвоживании сброженного осадка на 40–50% (расход флокулянта составляет 3–4 кг/т сухого вещества осадка против 5–6 кг/т при обезвоживании термофильно сброженного осадка).

В основу технологии анаэробной переработки осадков очистных сооружений, разработанной на кафедре биотехнологии и биоэкологии, положены следующие технологические решения:

· предварительная ферментативная обработка смеси сырого осадка и избыточного активного ила с целью разрушения труднорасщепляемых полисахаридных компонентов;

· разделение процесса анаэробного сбраживания осадков на стадии преацидификации и метангенерации, реализуемые в отдельных аппаратах;

· совмещение в одном аппарате процессов преацидификации осадков при температуре 50 ^оС, ферментативной обработки и гравитационного разделения суспензии на осветленную жидкость и концентрат взвешенных веществ;

· раздельное анаэробное сбраживание (метангенерация) осветленной жидкости в высокопроизводительном UASB-реакторе, а концентрата взвешенных веществ – в метантенке.

Разработанная технологическая схема анаэробного сбраживания осадков очистных сооружений представлена на рис. 3.7.

Исходная смесь сырого осадка и активного ила (содержание сухих веществ 1,6-1,9%) ступенчато подогревается до температуры 50 ^оС и поступает в преацидификатор-разделитель (3). Подогрев осадков производится последовательно в спиральном теплообменнике (2) с использованием вторичного тепла сброженной массы и горячей водой в кожухотрубчатом теплообменнике (6). Во всасывающую линию подающего насоса дозируется раствор ферментного препарата. Продолжительность процесса преацидификации, совмещенного с ферментативной обработкой, составляет 20-24 ч. Повышенная температура в преацидификаторе (50 ^оС) ускоряет ферментативное расщепление компонентов осадков. Экспериментально установлено, что за время выдержки в преацидификаторе происходит расслоение суспензии с образованием верхнего и нижнего слоев, содержащих взвешенные вещества, и среднего слоя осветленной жидкости.

Осветленная жидкость, занимающая около 70% общего объема преацидификатора и содержащая 0,23–0,45% сухих веществ, выводится из его средней части через гребенку штуцеров, смотровой фонарь (5) и спиральный теплообменник (6) в UASB-реактор (7), функционирующий в мезофильном режиме (36 ^оС).

Рис. 3.7.– Технологическая схема переработки осадков сточных вод

1 – приемник-смеситель осадков; 2 – подогреватель кожухотрубчатый; 3 – преацидификатор-разделитель фаз;

4 – сборник концентрата взвешенных веществ; 5 – смотровой фонарь; 6 – спиральный теплообменник; 7 – UASB-реактор; 8 – метантенк;

9 – факельная свеча безопасности; 10 –установка сухой очистки биогаза от сероводорода; 11 – газгольдер; 12 – приемник сброженной массы;

13 – декантерная центрифуга; 14 – сборник осветленной жидкости; 15 – циркуляционный насос

Трансформация растворенных веществ в биогаз в UASB-реакторе осуществляется спонтанно формирующимся в аппарате гранулированным активным илом. Концентрат взвешенных веществ (около 30% от общего объема исходной смеси осадков) содержит 5,9–6,2% сухих веществ. Из сборника (12) концентрат направляется в метантенк (8), где сбраживается в мезофильном режиме (36 С) с образованием биогаза. Сброженная масса из метантенка совместно с избыточным активным илом из UASB-реактора поступает на обезвоживание центрифугированием (13). Кек используется в качестве удобрения в лесопитомниках. Осветленная жидкость из центрифуги (13) и UASB-реактора поступает на городские очистные сооружения. Биогаз после удаления водного конденсата и очистки от сероводорода направляется потребителю.

Достоинства предлагаемой технологии:

‑ интенсификация процесса генерации биогаза за счет ферментативной обработки осадков и применения высокоскоростного UASB-реактора;

‑ снижение капитальных затрат за счет резкого уменьшения требуемого объема метантенков в результате переработки 60–70% от общего объема осадков в высокоскоростном UASB-реакторе;

‑ уменьшение в 2,5–3 раза объема сброженной массы, подлежащей обезвоживанию, что снижает затраты реагентов и электроэнергии на процесс;

‑ возможность использования высокопроизводительного UASB-реактора для совместной анаэробной переработки осветленной жидкой части осадков и сточных вод других (например, молокоперерабатывающих) производств.