Анаэробная стабилизация осадков
Анаэробная стабилизация осадков, метановое сбраживание — один из осн. методов обработки осадков городских сточных вод.
Цель — предотвращение загнивания осадков и их обезвреживание. Совокупность превращений органич. компонентов осадков при сбраживании, по схеме Бартера, состоит из кислой и щелочной (метановой) стадий. Первую стадию осуществляют кислотообразующие бактерии. Благодаря разнообразию физиологич. групп и метабиотич. взаимоотношениям между отдельными видами кислотообразующих бактерий биохим. деструкции подвергаются все компоненты осадков: жиры, белки, углеводы. Под действием разнообразных гидролаз сложные органич. составляющие осадков подвергаются внеклеточному гидролизу, превращаясь в соединения, доступные для питания клеток бактерий. Внутриклеточное окисление продуктов ферментативного гидролиза белков, жиров и углеводов приводит к образованию конечных продуктов первой стадии сбраживания осадков: низших жирных к-т (НЖК), спиртов жирного ряда, аммиака, водорода, диоксида углерода, сероводорода. Более 70% жирных к-т приходится на долю уксусной к-ты, примерно 25% составляют пропионовая и масляная к-ты. Кроме того, в процессе кислого брожения в незначит, кол-ве образуются муравьиная, валериановая, капроновая к-ты. Очевидно, кроме белков, жиров и углеводов кислотообразующие бактерии могут использовать и др. в-ва, способные сбраживаться. К числу таких в-в относятся пурины и пиримидины, есть данные о сбраживании алканов и ароматич. углеводородов. Щелочную или метановую стадию брожения осадков городских сточных вод осуществляют метаногенные бактерии, превращающие продукты жизнедеятельности кислотообразующих бактерий в метан. Реакции метанообразования многоступенчаты и протекают с участием разнообразных ферментов и витамина Ви, входящего в метилтрансферазы. Биологич. роль этих реакций — получение клеткой необходимой энергии. Различают реакции двух типов: 1) осуществляемые бактериями, способными использовать уксусную к-ту и метиловый спирт и 2) бактериями, не способными к этому процессу и потребляющими в качестпе донора водорода другие соединения. При ферментации уксусной к-ты и метилового спирта по реакции 1-го типа метан образуется в результате восстановления метилыюй группы. В реакциях 2-го типа синтез метана происходит путем восстановления диоксида углерода. Многие виды метаногенпых бактерий восстанавливают СОг, используя молекулярный водород.
Общая схема превращения НЖК и соответствующих спиртов на стадии метанового брожения показана на схеме. Примерно 70% метана образуется в реакциях 1-го типа, остальная часть — при восстановлении СОг- В условиях пром. метанового брожения сложных субстратов, осуществляемого сообществом разнообразных микроорганизмов, нек-рые сапрофитные бактерии, обычно не образующие метан, при совместном развитии начинают его продуцировать, сбраживая сложные органич. в-ва. Обе стадии брожения протекают синхронно, процесс в целом контролируют метаногенные бактерии. При нормально протекающем процессе брожения образующийся газ состоит из метана (65—70%) и СОг. Молекулярный водород — продукт первой стадии брожения — может обнаруживаться в очень незначит, кол-ве, т.к. используется метано-генными бактериями. Сероводород — продукт распада серосодержащих аминокислот — связывается с железом, присутствующим в осадке, с образованием нерастворимого сульфида. Аммиак гидролизу-ется и остается в р-ре. Эффективность процесса сбраживания оценивается по выходу газа с 1 кг загруженного беззолыюго в-ва. Для каждого вида осадка существует теоретич. предел сбраживания, зависящий от его состава: содержания в беззольном в-ве осадков жиров, белков и углеводов. Теоретически при сбраживании этих в-в выход газа составляет соответственно 0,92; 0,34 и 0,62 кг/кг. Предел сбраживания показывает, какая часть беззольного в-ва осадков может перейти в газ. Для осадков городских сточных вод он составляет 45—58%. при этом активный ил, содержащий больше белков и меньше жиров, имеет меньшее значение предела сбраживания. Реальный выход газа, т.е. эффективность процесса сбраживания, зависит от ряда параметров. Существенно влияет на скорость процесса темп-ра. В иловых камерах септиков, двухъярусных отстойников, осветлителей-псрегнива-телей, в к-рых процесс протекает при ес-теств. темп-ре, длительность созревания осадка составляет соответственно 160; 60— 120 и 20— 130 сут. в зависимости от средней темп-ры сточных вод. В обогреваемых метантенках продолжительность сбраживания снижается до 5—14 сут. Процесс можно проводить в двух темп-рных режимах: мезофильном — при 30— 35°С и термофильном — при 50—55°С. Во втором случае скорость процесса в 2 раза выше, кроме того, достигается полная гибель яиц гельминтов и патогенных микроорганизмов. При мезофильных темп-pax степень обеззараживания осадка по содержанию сальмонелл и фекальных коли-форм достигает 90%, по яйцам гельминтов 50—80%. В обоих режимах анаэробный ил легче переносит понижение темп-ры, чем ее повышение за указанные предельные значения. Важный показатель для ме-таногенных бактерий, имеющих оптимумрН в пределах 6,8—7,5,— реакция среды. Образующийся в процессе брожения СОг частично переходит в р-р. Между р-ром и газовой фазой устанавливается подвижное равновесие.