Анаэробная обработка концентрированных стоков

Интенсивная анаэробная очистка сточных вод.

Постоянный рост цен на чистую воду и на очистку сточных вод привел промышленные предприятия к необходимости экономии чистой воды и дал толчок развитию предочистки стоков перед сбросом в централизованную канализационную систему или полной очистки перед сбросом в водоем. Благодаря развитию систем интенсивной анаэробной очистки стоков, так называемых анаэробных реакторов нового поколения, широкое распространение находит первичная анаэробная очистка концентрированных сточных вод. Применяется чередование аэробных и анаэробных ступеней очистки.

Первичная анаэробная обработка оказалась чрезвычайно подходящей и экономичной для современных концентрированных сточных вод различных отраслей промышленности. Более того, для стоков, ХПК которых превышает 2000 мг/л, анаэробная обработка является единственно приемлемым методом очистки, позволяющим удалить до 90% загрязнений. Последующая аэробная очистка нужна для окисления остатка органических веществ, аммония и сульфида. Так как анаэробное микробное сообщество развивается очень медленно, необходимо максимальное удержание активной биомассы в реакторе. Этому способствует использование реакторов нового поколения с прикрепленной микробной биомассой — анаэробных биофильтров и взвешенного слоя активного ила (рис. 4.3). Реакторы с фиксированной жесткой загрузкой представляют собой анаэробную модификацию биофильтра (рис. 4.3, Л). Очищаемая вода может подаваться как сверху, так и снизу. Недостатком анаэробного биофильтра считается относительно быстрое забивание пористого материала. Этот недостаток преодолевается в системах взвешенного слоя ила (рис. 4.3, Б). Наиболее эффективна система, представленная реактором восходящего потока с взвешенным слоем ила (upflow anaerobic sludge blanket reactor, UASB), разработанная в Нидерландах (рис. 4.3, В).

Эти реакторы имеют достаточно простую конструкцию и относительно просты в эксплуатации. Инертный носитель в них не используется. Очищаемая вода подается в нижнюю часть реактора, и ее восходящий поток медленно проходит через толстый.

Рис. 4.3. Типы современных реакторов для интенсивной аэробной и анаэробной очистки сточных вод.

(обычно 2—4 м) слой активного ила, более плотного внизу и взвешенного в верхней части. Метаногенный ил представлен плотными агрегатами до 2 — 3 мм в диаметре, так называемыми гранулами, которые спонтанно формируются из микробных клеток. Вместе с пузырьками образуемого ими метана микробные гранулы поднимаются в верхнюю часть реактора, пузырьки газа отрываются и гранулы ила опускаются вниз. В верхней части реактора установлены отбойники для сбора газа и предотвращения выноса микробных гранул. Критическим для этой системы является начальное образование легко осаждающихся микробных гранул, поскольку от этого зависит эффективность функционирования реактора.

Важными факторами образования гранул являются морфология и физиология микроорганизмов метаногенного сообщества и гидродинамический режим реактора. Основу структуры метаногенных гранул составляют археи родов Methanosarcina и Methanosaeta {Methanothrix). Метаносарцины образуют макроколонии и имеют гликокаликс, в который погружены клетки и колонии других бактерий, входящих в сообщество. Однако агрегаты с преобладанием метаносарцин мелкие, рыхлые и образуются, как правило, на сильно концентрированных стоках. Настоящие плотные гранулы формируются на основе Methanosaeta (Methanothrix). Ее нити образуют клубковые структуры, а в промежутках обитают остальные члены сообщества, для которых тесное пространственное расположение выгодно для транспорта промежуточных продуктов. Образование метаногенных гранул является феноменом естественной самоорганизации микробного сообщества в искусственной среде обитания. Сформированный гранулированный ил используется в качестве посевного материала для пуска новых реакторов.

Дальнейшим развитием UASB-системы являются башенные реакторы с расширенным взвешенным слоем ила (expanded granular sludge bed, EGSB), где толщина слоя ила благодаря рециклу воды и более высокой скорости ее подачи достигает 10 м.

Гибридные реакторы объединяют преимущества анаэробного биофильтра и взвешенного слоя ила. В них жесткая фиксированная загрузка расположена в верхней части реактора. Реакторы для интенсивной анаэробной очистки, особенно UASB-системы, получили в последние 20 лет широчайшее распространение и используются для очистки самых разнообразных стоков — от концентрированных бытовых в странах с дефицитом воды до специфичных сточных вод химической промышленности, в частности, содержащих галогенизированные соединения. Важная особенность систем с взвешенным слоем ила — высокая селективность в отношении микроорганизмов и сообществ, способных деградировать те или иные вещества в заданных условиях, лишние микроорганизмы не включаются в гранулы и вымываются из реактора. Из анаэробных реакторов выделены новые анаэробные бактерии. Образующийся в реакторах биогаз используют для обогрева реакторов или подаваемой на очистку воды, так как процесс очистки проходит в большинстве случаев в мезофильном режиме при 30 °C. В последнее время уделяется большое внимание анаэробной обработке при пониженных температурах (10−20 °С).

Новые анаэробные методы и реакторы разработаны недавно для обработки специфических стоков с высоким содержанием аммония или сульфата. Основу процесса «анаммокс» (anammox — anaerobic ammonia oxidation) составляет анаэробное окисление аммония нитритом с образованием молекулярного азота в качестве конечного продукта. Процесс сульфатредукции используется для осаждения тяжелых металлов.