|
Более совершенными сооружениями для сбраживания осадков являются метантенки. Сокращение сроков сбраживания в них за счет искусственного подогрева приводит к значительному уменьшению объема сооружений. В настоящее время метантенки широко применяются в отечественной и зарубежной практике. Метантенк представляет собой цилиндрический железобетонный резервуар с коническим днищем и герметическим перекрытием, в верхней части которого имеется колпак для сбора газа, откуда газ отводится для дальнейшего использования.
Осадок в метантенке перемешивается и подогревается с помощью особых устройств.
В зависимости от температуры, при которой происходит брожение, различают два типа процесса — мезофильное сбраживание, происходящее при температуре 30—35° С, и термофильное сбраживание, происходящее при температуре 50—55°С.
За рубежом в основном применяется ме-зофильный процесс. В СССР наряду с ме-зофильным сбраживанием широкое распространение получил и термофильный процесс.
Термофильное сбраживание отличается большей интенсивностью распада органических веществ и заканчивается примерно в 2 раза быстрее, за счет чего вдвое сокращается требуемый объем сооружений. На рис. 4.50 показаны зависимости сроков сбраживания от температуры, а также ход процесса при мезофильном и термофильном сбраживании.
При термофильном сбраживании достигается полная дегельминтизация осадка, тогда как в условиях мезофильных температур погибает лишь 50—80% яиц гельминтов.
Основным преимуществом мезофильного сбраживания является обеспечение процесса теплом, получаемым от сжигания газов брожения. Подогрев осадка до термофильных температур, особенно в зимнее время, требует дополнительного расхода топлива, что влечет за собой увеличение эксплуатационных затрат.
Осадок, сброженный в термофильных условиях, значительно труднее обезвоживается, чем осадок, сброженный при мезофильном процессе, поэтому выбор температурного режима брожения должен производиться с учетом принятой схемы дальнейшей обработки осадка. На современных очистных станциях сбраживанию обычно подвергается смесь сырого осадка и активного ила. Минерализация органических веществ осадка и ила в процессе брожения сопровождается выделением продуктов распада в газ и в иловую воду и приводит к значительным изменениям в химическом составе сброженной смеси. Общий объем бродящей смеси практически не изменяется и, так как сухое вещество в результате распада уменьшается, влажность осадка в процессе брожения возрастает. Возрастает и зольность, поскольку зольная часть осадка при сбраживании остается неизменной, а сухое вещество уменьшается.
Эффективность работы метантенков оценивается по величине распада беззольного вещества, который подсчитывают либо по выходу газа РТ, либо по убыли беззольного вещества Рьэ- В первом случае массу газа
выражают в процентах от массы загруженного беззольного вещества. Распад по газу показывает, какая часть беззольного вещества превратилась в процессе брожения в газ. Значение Рбз подсчитывают по данным анализа загруженного и выгруженного осадков на влажность и зольность. Убыль беззольного вещества выражают в процентах от массы загруженного беззольного вещества.
Величины Рг и Рбз могут совпадать или значительно отличаться друг от друга. Для метантенков высоконагружаемых Рт обычно больше Рбз-Обратное соотношение Рба>Рг характерно для низконагружаемых метантенков с длительным периодом сбраживания, когда значительная часть продуктов распада после окончания газовыделения поступает в иловую воду.
Выход газа при сбраживании в метантенках обусловливается распадом только жиров, белков и углеводов, составляющих основную массу беззольного вещества осадков.
Родигер на основании обобщения обширных литературных данных и многочисленных экспериментов по сбраживанию углеводов, жиров и белков, присущих городским канализационным осадкам, показал, что состав и удельный выход газа при распаде каждого компонента осадка различны.
Наибольшая масса газа образуется при распаде жиров, наименьшая— при распаде белков. Поскольку в составе активного ила преобладают белки, выход газа при его сбраживании оказывается меньшим, чем при сбраживании осадка из первичных отстойников.
Образующийся в метантенках газ состоит в основном из метана — 60—67% и угольной кислоты—30—33%, содержание водорода не превышает 1—2%, азот составляет около 0,5%. Высокое содержание метана в газе обусловливается распадом жиров и белков. Углеводы дают газ с большим содержанием угольной кислоты.
Установлено, что полного сбраживания беззольного вещества осадка и каждого из его компонентов независимо от условий сбраживания в метантенке добиться невозможно. Все они имеют свой предел сбраживания, зависящий от их химического состава.
Исследованиями Л. И. Гюнтер установлено, что жироподобные вещества осадков городских сточных вод способны распадаться не более чем на 70%, предел распада углеводов равен 62,5%, белков—48%. Важным фактором, предопределяющим весь ход распада органического вещества, является доза загрузки. Обычно указываются суточные дозы загрузки по объему и по беззольному веществу.
Доза загрузки по объему выражается в процентах. Она показывает, какую часть от объема метантенка составляет суточный объем загружаемого осадка.
Доза загрузки по беззольному веществу Дбз— это масса беззольного вещества осадка, кг, подаваемая на 1 м3 объема метантенка в сутки [кг/(м3-сутки)].
В зависимости от влажности и зольности осадка одной и той же объемной дозе могут соответствовать разные значения доз загрузки по беззольному веществу.
Доза загрузки является одним из важнейших технологических параметров, определяющих в совокупности с рядом других факторов степень распада органических веществ в метантенке.
В зарубежной литературе процесс брожения в метантенках часто описывается как обычная мономолекулярная реакция. В отечественной практике для математического описания этого процесса наиболее широкое применение нашли прямолинейная и степенная зависимости степени распада беззольного вещества от дозы загрузки метантенков. Влияние других параметров (таких, как влажность, температура, состав осадка) учитывается введением в уравнение коэффициентов, полученных экспериментально.
|
|
