ВИРОБЛЕННЯ БІОГАЗУ З ОСАДУ СТІЧНИХ ВОД Гнатишин Я.М., Бурда О. Національний

університет України м. Львів
BIOGAS OF PRODUCTION FROM SEWAGE SLUDGE
Gnatishin Ya.M.,

Burda O.A.
National Forestry University of Ukraine. Lviv

які при неналежному поводженню приносять найбільшу шкоду навколишньому природному середовищу.

Це збір та переробка твердих комунальних (побутових) відходів та переробка стоків очисних споруд. Причому, як перше, так і друге наносять шкоду, забруднюючи землю, воду і повітря. Сотні гектарів земель зайняті під складування ТПВ та осадів очисних споруд, які забруднюють атмосферу, виділяючи біогаз, а також забруднюють водні ресурси. Відходи, які зберігаються під відкритим небом, без належних заходів, що, як правило, існує на практиці, під дією опадів переносять шкідливі елементи в притоки та річки. На території Львівщини маємо транскордонні ріки Західний Буг, Шкло, Дністер. В умовах складної економічної та політичної ситуації в Україні не вирішені питання як по ТПВ, так і по очисних спорудах.

330 тис.м3/добу.
Під час очищення виробничих і комунальних стічних вод

(КСВ) утворюється значна кількість осадів, які підлягають подальшій переробці. Проблема зневоднювання, утилізації та збереження оcадів – одна з найбільш актуальних проблем екології. У разі відсутності переробки цих відходів вони забруднюють довкілля, насамперед важкими металами й адорантами, можуть бути джерелом біологічного засмічення. З іншого боку, переробка осадків стічних вод (ОСВ), наприклад, із отриманням біогазу, є не лише екологічно раціональною, а й економічно ефективною.

ВИРОБЛЕННЯ БІОГАЗУ З ОСАДУ СТІЧНИХ ВОД

стічних вод, протягом багатьох років є невирішеними. Первинний мул з

первинного відстійника разом із надлишковим активним мулом після біологічного очищення скидаються на мулові майданчики. Оскільки мул є нестабалізованим, спостерігають сильну загазованість, крім цього він має дуже погані зневоднювальні властивості. Осад на мулових майданчиках перебуває на відкритій території, тому забруднює атмосферне повітря Забруднюється ґрунт і підземні води. За таких умов і таким способом мул стабілізується на майданчиках для сушіння протягом 80-100 діб, постійно гниє, а цінне джерело енергії – біогаз (переважно метан з додатками сильного запаху) виділяється в атмосферу. На сьогодні утилізація мулу поряд з недостатньою енергетичною ефективністю є головною проблемою підприємств водопостачання і водовідведення. Тому питання біотрансформації органічних відходів каналізаційних очисних споруд є актуальним.

ВИРОБЛЕННЯ БІОГАЗУ З ОСАДУ СТІЧНИХ ВОД

в джерело енергії. Метанове бродіння- це складний анаеробний процес (без

доступу повітря), який відбувається внаслідок життєдіяльності мікроорганізмів і супроводжується біохімічними реакціями. Анаеробний біохімічний метод застосовують також для обробки осадів первинних відстійників і надлишкового активного мулу очисних споруд каналізації.
Основними спорудами при анаеробній обробці осадів стічних вод є метантенки. Це ємнісні споруди, які називаються реакторами або резервуарами метантенків, для зброджування органічної речовини, в яких процеси інтенсифікуються підігрівом і перемішуванням завантаженого субстрату із зрілим збродженим субстратом.

ВИРОБЛЕННЯ БІОГАЗУ З ОСАДУ СТІЧНИХ ВОД

осаду стічних вод
Процес анаеробного зброджування органічних речовин відбувається трьома

етапами:
ферментативний гідроліз - розклад високомолекулярних сполук на низь-комолекулярні під дією кислотоутворю- ючих бактерій;
кислотогенна стадія - утворення органічних кислот, їх солей, спиртів, сірководню, аміаку, двоокису вуглецю і водню;
метаногенез - бактеріальне перетворення органічних речовин у СО2 та СН4, додаткова кількість СН4та Н2О утворюється з СО2 та Н2.

біомасі описується системою рівнянь:

де - початкова кількість органічної речовини; х -

кількість органічної речовини, що взяла участь у розкладі;

- кількість активних бактерій в органічній масі; R() – функція отрути, що утворюється у процесі зростання числа мікроорганізмів; b,e,,k, с, , – сталі коефіцієнти залежні від температури середовища у метантенку;  - час протікання процесу; Vгаз - об’ємний вихід біогазу.

для умов стабілізації осадів міських стічних вод. Згідно з дослідженнями,

межа зброджування жирів становить близько 70%, білків – 48%, вуглеводів – 62,5%.Для композиції осадів (КСВ) межа повного збродження, у перерахуванні на беззольну частину осаду, становитиме :

Rlim = (0,92Cfat + 0,62Cgt + 0,34Cpzt)·´ 100 %,


де Сfаt, Cgl, Cpzt – уміст жирів, вуглеводів і білків у грамах на грам беззольної частини.

Фактичний розпад беззольної частини залежить від тривалості зброджування, вихідної
концентрації органіки, її виду й температури осадів:

Rr= Rlim– krDmt,

де kr – коефіцієнт, що залежить від вологості зброджуваного середовища, ураховуючи концен- трацію органіки; Dmt – доза добового завантаження осаду (відсоток від місткості метантенка), обернено пропорційна тривалості процесу.

що, знаючи ступінь розпаду, визначається тривалість процесу, а поній і

об’єм метантенка:

Wmt= Qwt.
Залежності, використовувані для розрахунку параметрів метантенка, ґрунтуються на емпіричних зв’язках між дозами завантаження, вологістю й іншими параметрами.

та його технології, можна виділити такі основні вимоги до реакторів:

абсолютна

герметичність стінок, що перешкоджає газообміну;
герметичність для рідини;
збереження міцності в статичному стані при дії власної сили тяжіння та маси завантаженого субстрату;
достатня товщина теплоізоляції;
корозійна стійкість;
надійність процесів завантаження і розвантаження;
доступність внутрішнього простору для обслуговування.

та його технології, можна виділити такі основні вимоги до реакторів:

абсолютна

герметичність стінок, що перешкоджає газообміну;
герметичність для рідини;
збереження міцності в статичному стані при дії власної сили тяжіння та маси завантаженого субстрату;
достатня товщина теплоізоляції;
корозійна стійкість;
надійність процесів завантаження і розвантаження;
доступність внутрішнього простору для обслуговування.

стабілізації процесів анаеробного зброджування осадів стічних вод та інтенсифікації роботи

метантенків необхідно забезпечити :
попередню підготовку осаду;
безперервне завантажування-розвантажування осадів ;
перемішування осаду в резервуарах метантенків з оптимальною інтенсивністю, а також сприятиме вирівнюванню температурного поля;
підтримання оптимальної температури режиму зброджування (мезофільного 32-35°С);
завантажування попередньо підігрітого осаду вважається за краще, тому що надходження холодного осаду сповільняє процес анаеробного зброджування;
нагрівання завантажуваного осаду краще робити в теплообмінниках, тому що подача пари до резервуару метантенків збільшує вологість зброджуванного осаду, (вище 100°С) негативно впливає на анаеробні мікроорганізми

мати необхідні пристрої: ємкість гомогенізації, завантажувач сировини, реактор, мішалки, газгольдер,

систему змішування води й опалювання, газову систему, насосну станцію, сепаратор, прилади контролю і систему безпеки.

До такого комплекс споруд відносяться:

споруди для забезпечення стабільності процесу зброджування осадів у метантенках (видалення грубодисперсних включень з рідких осадів);
споруди зі зброджування осадів та отримання біогазу (метантенки нової конструкції);
споруди з утилізації біогазу з отриманням електроенергії;
споруди для утилізації вторинного тепла для підігріву осадів.

можливість забезпечення автономним енергозабезпеченням станцій біологічного очищення стічних вод при

аварійних режимах в енергомережах.
За попередніми розрахунками ефективність пропонованої технології. Очікуване вироблення біогазу для міст України з населенням більше 200 тис. чоловік складе не менше 100 млн. м /рік (калорійністю 5500 ккал/м ), що еквівалентне 200 млн. кВт/год. за рік електроенергії, або 70 тис. т у. п.