Анаэробная переработка сточных вод картонно-тарного производства в реакторах с гранулированной биомассой

Тында О. А., Зинченко М. Г., Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», Харьков, Украина
 Гордеенок Н. В., Бударин В. А., ООО «Экотэнк», Славянск, Донецкая обл., Украина

Установки анаэробного сбраживания органических отходов, использующие гранулирован­ную биомассу (с реактором восходящего потока через слой анаэробного ила — UASB-реактор, с расширенным слоем гранулированного ила — EGSB-реактор, с внутренней рециркуляцией — IC-реактор), составляют подавляющее большинство среди нашедших промышленное применение. Подобные реакторы появились на рынке более 30 лет назад. За последнее десятилетие прослеживается рост популярности реакторов типа EGSB и IC по сравнению с UASB. Они намного компактнее, требуют меньших эксплуатационных затрат, не нуждаются во внешней рециркуляции благодаря внутренней конструкции.

Для задерживания биомассы в IC-реакторе использованы так называемые трехфазные сепараторы. Фактически он состоит из двух UASB-реакторов, расположенных один над другим. Нижний справляется с высокими нагрузками по ХПК благодаря высокой концентрации активных метановых гранул, второй оказывается менее нагруженным. Верхняя часть служит в основном для задерживания активных гранул внутри реактора и окончательной доочистки сточных вод и отделения биогаза (рис. 1).

 

Рис. 1. Принципиальная схема ГС-реактора

Особенность анаэробных реакторов данного вида — выделение газа в две стадии. Биогаз, выделившийся в первом условном UASB-реакторе, создает эффект газлифта и тем самым вызывает внутреннюю циркуляцию субстрата. Окончательное отделение биогаза от очищенной жидкости происходит в двухфазном сепараторе. Уровень органической загрузки для IC-реактора обычно в 2 раза выше, чем для UASB-реактора.

IC-реактор способен перерабатывать большее количество отходов при меньших капитальных и эксплуатационных затратах. Благодаря этому он особенно эффективен при очистке высококонцентрированных сточных вод различного химического состава с содержанием ХПК от 1 000 мг/л, в частности сточных вод предприятий целлюлозно-бумажной промышленности. Для их очистки за последние два десятилетия мире запущено более 130 биогазовых установок. Преимущественно это комбинированные схемы с использованием UASB-реакторов на первой ступени и аэробной доочистки в качестве заключительного этапа, но прослеживается и общая тенденция: IC-реакторы уверенно завоевывают эту часть рынка.

В Украине оборудование подобного типа пока не нашло применения. Имеются сведения лишь об установке, внедренной одной из европейских фирм на предприятии ООО «Рубежанский картонно-тарный комбинат». После запуска она не вышла на проектный режим: производство биогаза не превышало 1 000 м³/сут, а в зимние месяцы практически прекращалось. Обследование работы установки выявило значительные колебания нагрузки по ХПК (от 600 до 4 000 мг/л), температуры (от 15 до 38 °С), высокое содержание соединений азота (25 мг/л) и фосфора (15 мг/л).

Микробиологические исследования метановых гранул, отобранных в период неудовлетворительной работы установки, показали, что содержание метаногенов в них менее 1 %, а основную массу составляют кислотогенные микроорганизмы. Очевидно, из-за неблагоприятных условий эксплуатации нарушалось симбиотическое равновесие: неприхотливые кислотогенные организмы выжили, а метаногены, чувствительные к колебаниям состава и кислотности сточных вод, температуры, содержания летучих жирных кислот и др., почти полностью погибли.

Микроскопический анализ образцов гранул выявил большое количество минеральных включений на поверхности гранул (рис. 2).

Рис. 2. Минеральные включения на поверхности метановых гранул