Метантенки

Сбраживание - це процес мінералізації органічної речовини - застосовується для стабілізації опадів й одержання биогаза. При сбраживании в анаэробных умовах органічна речовина розпадається з утворенням основних кінцевих продуктів - метану (СН₄) і двоокису вуглецю (З₂). Умовно прийнято, що розпад відбувається у дві фази:

Гідроліз складних органічних речовин, при цьому утворяться жирні кислоти, спирти, альдегіди й ін. - кисле шумування.

Метанове шумування - перетворення проміжних речовин у метан, вуглекислоту, карбонатні й бикарбонатные солі - лужне шумування.

Процес сбраживания залежить від: t⁰, дози завантаження, вологості осаду.

Максимальні дози завантаження наведені в Снип т. 59.

При сбраживании опадів розпад органічної речовини становить - 25...53%. Суха речовина осаду зменшується до 30%, вологість підвищується на 1,4...1,6 %.

Анаэробные процеси порушуються при: збільшенні добової дози завантаження, зміні температурного режиму, надходженні токсичних речовин /іонів важких металів, з'єднань миш'яку, міді, хрому, а також органічних речовин важко піддаються розкладанню (наприклад СМС)/. Вихід газу коливається від 5 до 20 м³ на 1 м³ суміші, залежно від хімічного складу сбраживаемой суміші.

Газ, в основному, утвориться з жирів, білків і вуглеців, які становлять 80...85% загальної кількості органічних речовин. Найбільша кількість газу утвориться при розпаді жирів.

Наприклад при сбраживании активного мулу вихід газу нижче тому що в ньому менше жирів і вуглеводів.

Процес сбраживания характеризується: складом й обсягом газу, що виділяється, лужністю иловой води й відсотком розпаду органічних речовин осаду.

Газ має наступний склад, у відсотках:

метан - 60 - 70 %;

З₂ - 16 - 34 %; N₂ - 0 - 3 %; Н₂ - 0 - 3 %;

кисень - 0,4%; З - 2...4 %.

При нормальному процесі сбраживания иловая вода має наступні показники: рН>7, лужність 65...90 мг-экв /л, NH₄ - 400...820 мг/л, жирних кислот 4...10 мг-экв/л.

Існують 2 режими сбраживания: мезофильный (33⁰) і термофільний (55⁰).

Термофільний режим має переваги в санітарному відношенні тому що забезпечує дегельмінтизацію осаду, крім того дози завантаження при термофільному режимі в 2 рази вище, таким чином можна скоротити обсяг метантенка, а виходить, і капітальні витрати на їхнє будівництво. Однак, сбраживание в термофільних умовах вимагає більшої витрати тепла, що не покривається виділюваним газом, крім того осідання після термофільного сбраживания гірше віддають воду й вимагають більше глибокої підготовки до механічного зневоднювання.

Перевагою мезофильного сбраживания є можливість забезпечення процесу теплом при спалюванні газів шумування.

Газ із метантенков виділяється нерівномірно, тому, для його збору, зберігання й наступного використання застосовуються мокрі газгольдери (теплотворна здатність - 21 МДж/м³).

Підігрів осаду в метантенках може здійснюватися:

гарячою водою або гострою парою циркулюючим у теплообмінниках (застосовуються для метантенков невеликих розмірів);

гострою парою, що подається в усмоктувальну трубу насоса при надходженні й перемішуванні осаду;

безпосередньо подачею гострої пари в метантенки за допомогою эжектирующих пристроїв: пара, змішуючись із осадом конденсується й підігріває його;

подача пари в дозуючий прийомний колодязь - при цьому відбувається дегельмінтизація осаду (t у камерах 70...80 ⁰С).

Для забезпечення рівномірного підігріву всього осаду й перемішування знову, що надійшла порції, осаду зі сброженным застосовують штучне перемішування:

циркуляційними насосами;

насосами з гідроелеватором;

пропелерними мішалками;

газами шумування.

При мезофильном режимі питома витрата гострої пари коливається від 25 до 40 кг на м³ осаду; при термофільному 50...70 кг/м³.

При виході газу < 10 м³/м³ при термофільному й < 5 м³/м³ при мезофильном режимі баланс тепла виходить негативним < 5 м³/м³ - сбраживание припиняється. Мезофильное сбраживание економічно доцільно застосовувати до 100 тис. м³/доба (30...10 тис.) на великі (> 100 тис.) станціях аерації доцільно термофільне сбраживание.

Для скорочення витрати тепла перед сбраживанием застосовують згущення опадів, подогрев опадів у теплообмінниках осадом випущеним з метантенков.

З метою інтенсифікації процесу сбраживания застосовують (рециркуляцію газу під тиском), введення в метантенк біогенних добавок або двоокису вуглецю, двоступінчасте сбраживание: 1 щабель - мезофильное сбраживание, 2 щабель - не обігріває емкость, що, або відкритий резервуар, де відбувається дображивание й ущільнення осаду. Для інтенсифікації процесів сбраживания, усунення гальмування процесів сбраживания за рахунок надходження токсичних речовин і перевантажень існують метантенки із прикріпленими мікроорганізмами. Дози завантажень у таких биореакторах збільшуються в 2...3 рази. Час сбраживания 1 доба (Р=98%), 2 доби (Р = 95%) у порівнянні із традиційними метантенками t_МЕЗОФ. =14 доби, t_{ТЕРМОФ.} = 7 доби.

Збільшується розпад органічної речовини до 57%, зменшується обсяг спорудження в 2...3 рази.