Дослідження процесу газовиділення з осадів стічних вод при їх термофільному зброджуванні

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Дослідження процесу газовиділення з осадів стічних вод при їх термофільному зброджуванні

Осади міських стічних вод (ОСВ) являють собою суспензії, виділювані в процесі їх механічного, біологічного і фізико-хімічного очищення. Мінеральна частина осадів містить окисли кремнію, алюмінію, заліза, кальцію, магнію, калію, натрію, сірки, цинку, міді, нікелю і хрому. Склад сухої речовини активного мулу коливається в дуже широких межах; орієнтовно в ньому може бути 16-75% вуглецю, 3-8% водню, 0,9-2,7% сірки, 3-10 азоту, 12-43% кисню [1]. ОСВ забруднюють навколишнє середовище - воду, ґрунт і повітря важкими металами і яйцями гельмінт, продуктами гниття. В Україні щорічно утвориться до 40 млн. т. ОСВ. Проблема утилізації ОСВ вирішується повільно в зв'язку з їхньою високою вологістю (98-99%), а також постійною жорсткістю вимог природоохоронного законодавства. Для реалізації можливості використання ОСВ як добрива їх необхідно збезводнювати, знезаражувати і доводити до кондиції з наступним упакуванням і транспортуванням до споживачів. При цьому на всіх стадіях вимагаються знаходити ефективні рішення, що дозволяють знизити капітальні й експлуатаційні витрати, у тому числі енергії.

Представляється вигідним піддавати ОСВ анаеробному частинному чи повному окислюванню з одержанням метану, що може компенсувати цілком чи частково витрату електроенергії на процес утилізації ОСВ у цілому. З огляду на коливання якості ОСВ у широких межах, нами поставлена задача експериментально вивчити умови раціонального анаеробного окислювання ОСВ м. Дніпродзержинська з перспективою використання отриманих даних для розробки і впровадження енерготехнологічного виробництва органо-мінеральних добрив.

Дана проблема широко обговорювалася на ІV Міжнародному Конгресі «ЕТЕВК» [2], у рекомендаціях якого міститься пропозиція по здійсненню комплексу науково-технічних досліджень і організаційно-технічних заходів з ефективним використанням твердих побутових відходів як енергоресурсу. Робота виконувалася за планом науково-дослідних робіт Дніпродзержинського державного технічного університету.

Розроблено цілий ряд способів і технологій утилізації осадів міських стічних вод [3]: зневоднювання на центрифугах, фільтрах різних конструкцій і сушіння в барабанних сушилах, у киплячому і фонтануючому шарі, брикетування, кондиціонування шляхом добавок вапна, фосфогіпсу, органічних відходів (лігніну, листів, деревних обпилювань) з метою готування органомінеральних добрив, будівельних матеріалів, паливних брикетів.

Важливою задачею при обробці осадів є максимальне зниження їхньої вологості й обсягу, їхня стабілізація і знезаражування. Усі зазначені операції проводять з метою видалення їх з території водоочищення і подальшої утилізації. У залежності від типу водоочисних споруджень ОСВ бувають: грубими, затримуваними ґратами; важкі (пісок), що осідають у пісколовках; спливаючі (жири і механічні домішки), затримувані у відстійниках і жироловках; сирий осад - в основному зважені речовини, що осідають у первинних відстійниках; активний мул - комплекс мікроорганізмів колоїдного типу з адсорбованими і частково окисленими забруднюючими речовинами, що випадають у вторинних відстійниках при біологічному очищенні стічних вод. Середня вологість осаду, що вивантажується з первинних відстійників коливається в межах від 93 до 95%. Вологість активного мулу, що вивантажується з вторинних відстійників, після аеротенків складає 99-99,7%, а після мулоущільнювачів 97-98%. Велику частину сухої речовини осаду з первинних відстійників і активного мулу складають органічні компоненти (60-75%) в основному білкового походження (до 50%) при змісті жирів до 20% і вуглеводів до 8% [1,4]. Склад і властивості ОСВ із первинних і вторинних відстійників залежать від характеру стічних вод, що очищаються, і стану техніки і технології очищення. Очисні спорудження лівобережної частини міста Дніпродзержинська приймають виробничі стічні води Орільської птахофабрики, хлібозаводу, заводу електровиконавчих механізмів, і побутові стічні води. У технологічній схемі передбачені, але не задіяні метантенки для одержання газу з ОСВ, що значно знижує техніко-економічні показники очисних споруджень, і забруднює навколишнє середовище. Мулові площадки, на яких здійснюється зневоднювання ОСВ, морально застаріли головним чином через відсутність дренажної системи.

Основною задачею досліджень було вивчити експериментально кінетику анаеробного окиснення ОСВ лівобережних очисних споруджень. Відомо, що на практиці використовують два режими окиснення подібних осадів: мезофільний (при температурі порядку 33°С) і термофільний (при температурі порядку 53°С). Нами була віддана перевага другому, тому що при високій температурі забезпечується дегельмінтизація осаду. Термофільному окисненню при температурі 50°С піддавали мул після мулоущільнювачів і осад з мулових карт. Для виконання досліджень була змонтована установка (рисунок 1).

Рисунок 1. Установка для вивчення динаміки виділення біогазу з ОСВ: 1 - термостат, 2 - реторта з досліджуваним осадом, 3 - приймач, 4 - мірник газу

стічний вода осад біогаз

У реторту ємністю 1 л завантажували досліджуваний осад і герметично закривали пробкою з трубкою, що з'єднує реторту, гідрозатвор і приймач газу. Приймач і мерник газу заповнювали водою. Реторту поміщали в термостат і перевіряли на герметичність усі з'єднання і канали.

Після позитивного результату приступали до виконання досвідів при постійній температурі 50^оС. Вихід газу заміряли по обсязі витиснутої рідини з приймача 3 у мірник 4. Газ, що виділився, аналізували на зміст вуглекислого газу і кисню. Установлено, що зміст вуглекислого газу закономірно збільшується від 2-3% за перші 5 доби, до 6,6-13% на наступні 5 доби і далі залишається на постійному значенні 10 - 12%. Зміст кисню, навпаки, зменшується від 15% на початку досвіду до постійного змісту 0,8%, що досягається вже на 5-ї добі. Стійким блакитнуватим полум'ям газ горить лише після 5-ти добового термостатирування і до кінця процесу виділення біогазу. Біогаз, отриманий протягом перших 5-ти діб, у полум'ї пальника горить погано чи зовсім не горить. На рисунках 2 і 3 представлена динаміка виділення біогазу з активного мулу, відібраного на виході радіального ущільнювача, а на рис 4 і 5 - динаміки виділення біогазу з мулу, відібраного на мулових картах.

Рисунок 2. Динаміка виділення біогазу з мулу, відібраного на виході з мулоущільнювача

Рисунок 3. Швидкість виділення біогазу з мулу, відібраного на виході з мулоущільнювача

На рисунках представлені математичні рівняння, що описують зміну досліджуваних параметрів у залежності від часу, а також поміщена величина вірогідності апроксимації (R²). При вивченні динаміки виділення загальної кількості газу з мулу після радіальних ущільнювачів установлене наступне (див. рисунок 2): інтенсивне виділення біогазу замічене в перші 2-5 годин, а потім воно припиняється на кілька діб (від 5 до 9), після чого знову продовжується протягом 20-50 діб. Швидкість виділення біогазу (див. рисунок 3) з цього мулу відрізняється істотною нерівномірністю. Після першої доби вона починає знижуватися, і в області 5-8 доби практично дорівнює нулю, а в проміжку від 9 і до 20 доби досягає максимуму, після чого поступово знижується. Характер кривих практично повторюється при аналізі рівнобіжних досвідів, а також проб мулу, відібраних іншим часом. При вивченні процесу виділення біогаза з мулу мулових площадок (рисунки 4 і 5) виявлено, що загальна кількість біогазу, що виділився, значно менше, ніж з мулу мулоущільнювачів. Однак процес газовиділення при цьому більш рівномірний. швидкість виділення газу (див. рисунок 5) з мулу мулових карт істотно нижче, ніж швидкості газовиділення з мулу мулоущільнювачів (див. рисунок 3). Інтервал коливання швидкості незначний (від 0,0002 до 0,0004 м³/кг на добу), а при іспиті мулу з відстійників коливання швидкості виділення газу значно ширше (від 0 до 15·10^-2 м³/ кг на добу).

Рисунок 4. Динаміка виділення біогазу з мулу, відібраного на мулових картах

Рисунок 5. Швидкість виділення біогазу з мулу, відібраного на мулових картах

Висновки

1. Вивчено динаміку термофільного виділення біогазу з активного мулу, відібраного на виході з радіальних ущільнювачів і на мулових картах лівобережних очисних споруджень міста Дніпродзержинська.

2. Приведено математичну залежність кількості і швидкості виділення біогазу від часу і якості активного мулу.

3. Результати досліджень можуть бути використані при реконструкції метантенков на очисних спорудженнях міста Дніпродзержинська. Подальший напрямок досліджень - детальне вивчення механізму і кінетики анаеробного окислювання ОСВ, у тому числі вплив тиску і вологості.

Перелік посилань

1. Шевчук В.Я._, Чеботько К.О., Разгуляєв В.Н. Біотехнологія одержання органо-мінеральних добрив із вторинної сировини. - К., 2001. - 203 с.

2. Збірка доповідей Міжнародного конгресу «ЕТЕВК-2003». Під загальною ред. І. А. Абрамовича. - Харків: Вокруг света, 2003. - 542 с.

3. Канализация населенных мест и промышленных предприятий / Н.И. Лихачев, И.И. Ларин, С.Х. Хаскин и др. Под общ. ред. В.Н. Самохина. - М.: Стройиздат, 1981. - 639 с.

4. Туровский И.О. Обработка осадков сточных вод. - М.: Стройиздат, 1988. - 223 c.

Размещено на Allbest.ru