CC BY
62
УДК 631.1.004.18:636.22/28
ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ ЛИНИИ АНАЭРОБНО-АЭРОБНОЙ ОЧИСТКИ НАВОЗНЫХ СТОКОВ
СВИНОКОМПЛЕКСОВ
Д.А. Ковалев, кандидат технических наук, заведующий отделом А.А. Ковалев, кандидат технических наук, старший научный сотрудник E-mail: kovalev ana@mail.ru Е.И. Азимжанов, аспирант
Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства E-mail: racketa2302@gmail. com
Аннотация. Представлены блок-схема технологической линии предлагаемой системы анаэробно-аэробной очистки навозных стоков свиноводческих комплексов и описание ее работы. Показано, что применение только аэробной обработки жидких органических отходов свиноводческих комплексов не обеспечивает должного качества очистки и требует высоких капитальных и эксплуатационных затрат. Анаэробно-аэробная технология очистки навозных стоков позволяет достигнуть требуемого уровня очистки при значительном снижении капитальных и эксплуатационных затрат. Приведены основные элементы предлагаемой системы. Описана суть блочно-модульного принципа построения систем анаэробной переработки жидких органических отходов животноводства. Приведены технологические схемы и описание основных элементов предлагаемой системы, включающих в себя биореактор-модуль новой конструкции для анаэробной обработки высококонцентрированных стоков, биореактор-модуль новой конструкции для анаэробной обработки сгущенных фракций и осадка и биореактор-модуль новой конструкции для аэробной обработки стоков. Проведено сравнение перегородчатого реактора с реактором с восходящим потоком обрабатываемой жидкости через слой анаэробного гранулированного ила.
Ключевые слова: свиные навозные стоки, анаэробно-аэробная очистка, основные элементы технологии.
Отсутствие систем очистки навозных стоков приводит к загрязнению окружающей среды и требует дополнительных затрат на оплату сбросов. Применение только аэробной обработки не обеспечивает требуемого качества очистки и приводит к высоким капитальным и эксплуатационным затратам. Анаэробно-аэробная технология очистки навозных стоков позволяет достигнуть требуемого уровня очистки при значительном снижении капитальных и эксплуатационных затрат.
Для утилизации навозных стоков свинокомплексов нами предлагается следующая система их анаэробно-аэробной обработки; блок-схема технологической линии представлена на рисунке 1.
Технологическая линия работает следующим образом.
Навозные стоки собираются в приемнике-усреднителе, откуда поступают в цех механического разделения на фракции. Фугат по-
ступает в вертикальные отстойники, а твердая фракция совместно с осадком из вертикальных отстойников подготавливается к анаэробному сбраживанию в метантенках.
Подготовка к сбраживанию состоит в переводе органического вещества в растворимую форму для повышения степени разложения при анаэробном сбраживании в ме-тантенке и, соответственно, увеличения выхода биогаза. Надосадочная жидкость совместно с жидкой фракцией, получаемой после механического разделения сброженного осадка, подается в биореактор с удержанием биомассы, где происходит ее очистка от органических веществ с высокой эффективностью.
После анаэробной обработки сточная жидкость дочищается в аэробных биореак-торах-аэротенках до норм сброса. Твердая фракция, полученная после механического разделения сброженного осадка, используется в качестве удобрения.
Сбор и гомогенизация отходов
Твердая фракция
Механическое разделение на фракции
Фугат
N
Гравитационное
разделение в отстойниках
Надосадочная жидкость
V
Сгущенная фракция
Осадок
Подготовка к анаэробной обработке
Анаэробная обработка
в метантенке
О
Блок утилизации биогаза
Анаэробная обработка
в биореакторе с удержанием биомассы новой конструкции
Механическое разделение на фракции
Очищенная жидкость
П)
1Z
Доочистка в аэробном биореакторе (аэротенке)
Рис. 2. Блок схема технологической линии анаэробно-аэробной переработки навозных стоков
свинокомплексов
Основными элементами технологической линии анаэробно-аэробной очистки навозных стоков свинокомплексов являются реакторы для проведения процессов биологической обработки компонентов сточных вод, образующихся в процессе очистки. Анаэробный биореактор для обработки густых фракций (твердая фракция после механического разделения стоков и осадок после гравитационного разделения фугата) - метантенк. Анаэробный биореактор для обработки жидкой фракции (надосадочной жидкости после гравитационного разделения фугата и жидкой фракции после механического разделения сброженного осадка) - реактор второго поколения с удержанием биомассы. Аэробный биореактор для доочистки эффлюента из реактора второго поколения - аэротенк.
Построение биореакторов основано на блочно-модульном принципе. Суть этого принципа заключается в делении требуемого объема реакторного пространства на наиболее эффективные объемы, отвечающие следующим критериям [1]:
1. эффективный тепло- и массообмен в выбранном температурном режиме обработки;
2. массогабаритные показатели с точки зрения удобства транспортировки и монтажа в хозяйственных условиях;
3. количество субстрата, подвергаемого биологической обработке.
На рисунке 2 представлена технологическая схема анаэробного биореактора с удержанием биомассы для обработки жидкой фракции. Реактор представляет собой гибрид двух биореакторов второго поколения - реактора с нисходящим потоком жидкости и неподвижно закрепленной биопленкой (Down flow stationary fixed film reactor-DSFF-реактор) и реактора с восходящим потоком жидкости через слой анаэробного ила (Up-flow anaerobic sludge blanket reactor - UASB-реактор). Кроме того, эти реакторы собираются в сборку, состоящую как минимум из трех реакторов, и представляющую собой перегородочный реактор.
На рисунке 3 представлена технологическая схема реактора для анаэробной обработки густых фракций. Реактор представляет собой традиционный метантенк, оборудованный встроенным теплообменником типа «труба в трубе», эжектором подачи биогаза для перемешивания и патрубками ввода и вывода субстрата, а также патрубком отвода образующегося биогаза.
Перемешивание с помощью биогаза реже применяется на практике, однако оно более эффективно, чем применение механических мешалок.
Входящий поток
Биогаз
Выходящий поток
Рис. 2. Технологическая схема биореактора-модуля новой конструкции для анаэробной обработки высококонцентрированных стоков: 1 - зона с нисходящим потоком субстрата; 2 - зона с восходящим потоком субстрата; 3 - теплообменник; 4 - вертикально ориентированный плоскостной загрузочный материал; 5 - направляющая перегородка
Выход теплоносителя -4
еТ
Биогаз
Выходящий поток
Вход теплоносителя
Входящий поток
го газа хорошее перемешивание создается за счет интенсивного подъема пузырьков газа. При этом происходит также механическое отделение мелких пузырьков газа от ме-таногенных микроорганизмов, что облегчает их контакт с питательным субстратом. При подаче сжатого газа в метантенке повышается концентрация растворенной углекислоты, которая, являясь акцептором водорода, снижает его парциальное давление и тем самым улучшает условия жизнедеятельности ацетатразлагающих метаногенов, в результате чего повышается выход метана.
На рисунке 4 представлена технологическая схема реактора для аэробной доочистки анаэробно обработанной жидкой фракции. Реактор представляет собой аэротенк, оборудованный встроенным отстойником, пневматическими аэраторами, патрубками подвода и отвода обрабатываемой жидкости и отвода избыточного активного ила, образующегося в результате жизнедеятельности аэробных микроорганизмов.
Входящий поток
□
0'
Отвод шлама
Рис. 3. Технологическая схема биореактора-модуля новой конструкции для анаэробной обработки сгущенных фракций и осадка: 1 - теплообменник «труба в трубе»; 2 - эжектор биогаза
Благоприятное воздействие перемешивания газом на процесс брожения объясняется несколькими причинами. При подаче сжато-
Выход отработанных газов
Выходящий поток
Ш
Отвод ИАИ
Рис. 4. Технологическая схема биореактора-модуля новой конструкции для аэробной обработки стоков (ИАИ - избыточный активный ил):
1 - зона аэрации; 2 - зона отстаивания и осветления; 3 - перегородка; 4 - пневматический аэратор
1
2
Преимуществами перегородочного реактора по сравнению с UASB-реактором являются простота конструкции, отсутствие потребности в газоилоотделительных устройствах, способность длительное время работать без удаления избыточной биомассы. Высокая скорость потока в отделениях обеспечивает эффективный массообмен. Значительным преимуществом перегородочного реактора является также то, что он может очищать сточные воды с высокой концентрацией взвешенных веществ [2]. Подача обрабатываемой жидкости осуществляется в верхнюю часть биореактора в секцию с нисходящим потоком, в которой расположены модули вертикально ориентированного плоскостного загрузочного материала. Перегородкой в реакторе служит теплообменник-«греющая стенка». В нижней части секции с восходящим потоком формируется слой анаэробного ила, проходя через который жидкость очищается от содержащихся в ней органических веществ и удаляется из реактора также в верхней его части. Образующийся биогаз собирается в верхней части биореактора и отводится в накопитель. Избыточная биомасса отводится из нижней части биореактора и при необходимости может рециркулироваться.
По массогабаритным показателям объем реактора-модуля должен вписываться в разрешенные транспортные габариты, наиболее оптимальным является использование емкостей на базе контейнеров морского типа длиной 40 футов или 12 м. Применение рамной конструкции значительно упрощает доставку, монтаж и теплоизоляцию установки. Выводы.
Таким образом, конструктивные особенности основных элементов технологической линии анаэробно-аэробной очистки навозных стоков позволяют изготавливать реакторы в заводских условиях поточным методом, что, в свою очередь, обеспечивает высокое качество их изготовления и снижение затрат на изготовление, транспортировку, монтаж и наладку оборудования.
Литература:
1. Ковалев Д.А. Определение оптимальных параметров реактора-модуля биогазовых установок блочно-модульного типа // Вестник ВИЭСХ. 2013. №2. С. 61.
2. Калюжный С.В., Данилович Д.А., Ножевникова А.Н. Итоги науки и техники. М.: ВИНИТИ, 1991.
Literatura:
1. Kovalev D.A. Opredelenie optimal'nyh parametrov re-aktora-modulya biogazovyh ustanovok blochno-modul'-nogo tipa // Vestnik VIEHSKH. 2013. №2. S. 61.
2. Kalyuzhnyj S.V., Danilovich D.A., Nozhevnikova A.N. Itogi nauki i tekhniki. M.: VINITI, 1991.
THE PIG COMPLEXES MANURE DRAINS CLEANING ANAEROBIC-AND-AEROBIC TECHNOLOGICAL
LINE'S MAIN ELEMENTS
D.A. Kovalev, candidate of technical sciences, department head
A.A. Kovalev, candidate of technical sciences, senior research worker
E.I. Azimjanov, post graduate student
All-Russian research institute of agriculture electrification
Abstract. The pig complexes anaerobic-aerobic manure drains cleaning technological line of proposed system's block scheme and its work description is shown. It is shown that pig-breeding complexes liquid organic wastes with the only aerobic treatment using does not provide the cleaning proper quality and require high capital and opera -ting costs. The manure drains treatment anaerobic-and-aerobic technology can achieve the required treatment level at the capital and operating costs' significant reduction. The proposed system main elements are given. The block -and-module principle of animal husbandry liquid organic waste anaerobic processing systems building's base is described. The proposed system main elements including bioreactor module new design for the highly concentrated waste anaerobic treatment, bioreactor module new design for the condensed fractions and sludge anaerobic treatment and bioreactor module new design for waste aerobic treatment's technological schemes and description are given. A comparison of partition's reactor and reactor with treated liquid upflow through the anaerobic granular sludge layer is made.
Keywords: pig manure drains, anaerobic-and-aerobic treatment, the technology main elements.
