CC BY
135
УДК 628.353
Катраева И.В. - кандидат технических наук, доцент
E-mail: inna@nngasu.ru
Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет
СОВРЕМЕННЫЕ АНАЭРОБНЫЕ АППАРАТЫ ДЛЯ ОЧИСТКИ КОНЦЕНТРИРОВАННЫХ СТОЧНЫХ ВОД
АННОТАЦИЯ
В статье рассматриваются основные направления развития анаэробной техники, приведены важнейшие характеристики современных анаэробных реакторов. Кроме этого, статья обобщает многолетний опыт ННГ АСУ в области анаэробной очистки сточных вод.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: анаэробная очистка сточных вод, анаэробные аппараты, реакторы с кипящим слоем загрузки.
Katraeva I.V. - candidate of technical sciences, associate professor
Nizhni Novgorod State University of Architecture and Engineering
MODERN ANAEROBIC PLANTS FOR TREATING CONCENTRATED WASTE WATERS
ABSTRACT
The article considers ways of development of anaerobic technologies and basic characteristics of modern anaerobic reactors. It also summarizes NNGASU’s long-term experience in the field of anaerobic treatment of waste waters.
KEYWORDS: anaerobic wastewater treatment, anaerobic apparatus, fluidized bed reactors.
В настоящее время наряду с совершенствованием методов аэробной биологической очистки интенсивно развивается и технология анаэробной обработки, применяемая в основном для высококонцентрированных сточных вод. Бурное развитие анаэробной техники (рис. 1) связано со стремлением создавать компактные и эффективные аппараты, отличающиеся надежностью и гибкостью работы, низкими капитальными, эксплуатационными и энергетическими затратами на очистку сточных вод.
Количество сооружений 1400
1200
1000
800
600
400
200
0
■'ТОООС^^ГСОСООСМ’З-СОООО
r^f^GOCOOOCOOO<D<J)<J)C7)CDO
CDOCDCDCDCDCDCDCDCDCDCDO
Годы
Рис. 1. Динамика строительства промышленных анаэробных сооружений в мире [1]
Развитие анаэробной техники происходило от примитивных смесителей, анаэробных контактных аппаратов к анаэробным фильтрам и современным UASB и EGSB реакторам. На рис. 2 представлена диаграмма строительства различных анаэробных сооружений на примере Германии, из которой видно, что в зарубежной практике за последние 10-15 лет анаэробные
реакторы второго поколения стали основными сооружениями для очистки высококонцентрированных сточных вод, обеспечивая эффективную очистку стоков в очень широком диапазоне концентраций (БПКпОлн= 0,3^100 г/л), с временем пребывания воды в аппаратах от 30 мин. до 48 ч. Анаэробный метод применяется для очистки самых разнообразных сточных вод и, в первую очередь, для целлюлозно-бумажной промышленности (24 %), производства сахара (19 %) и пивоваренных заводов (13 %) (рис. 3).
Рис. 2. Строительство анаэробных сооружений в Германии [2]
Целлюлознобумажная промышленность (24%)
Производство сахара (1 9%)
Скотобойни (6%)
Производство
Пивоваренные заводы (13%)
Прочие (1
Кожевенные предприятия (1%)
Переработка металла (1%)
Молочные заводы (2%)
Переработка картофеля (6%)
Производство дрожжей (2%)
Производство напитков (2%)
ические производства (1%)
Спиртзаводы (6%)
Рис. 3. Области применения анаэробных сооружений [2]
Производство фруктовых соков
(3%)
Обработка высококонцентрированных сточных вод в анаэробных условиях, по сравнению с аэробной очисткой, позволяет снизить капитальные затраты почти в 10 раз, разместить сооружения на значительно меньшей площади (приблизительно в 10-20 раз). При этом эксплуатационные расходы, по сравнению с аэробной очисткой, снижаются практически в три раза [1, 3]. Недостатки анаэробного метода, связанные с низкой скоростью роста анаэробных бактерий, их высокой чувствительностью к изменению рН, температуры и колебаниям концентраций загрязнений в сточной воде, а также более низкая скорость анаэробных процессов, по сравнению с аэробными, успешно преодолеваются несомненными
достоинствами современных анаэробных систем. Существенным преимуществом анаэробного метода является уменьшение количества избыточного ила (в 3-10 раз), его стабильность, а также возможность получения дополнительной энергии за счет образующегося биогаза.
Технология анаэробной обработки может быть реализована в реакторах с взвешенно-седиментирующей и с прикрепленной биомассой. На рис. 4 приведена схема основных направлений развития анаэробной техники, пунктиром выделены типы аппаратов, которые развиваются в последнее время.
Рис. 4. Классификация анаэробной техники [1]
Основное направление в развитии и совершенствовании анаэробных реакторов, точно так же, как и в случае аэробных биореакторов, - поиск конструкций, обеспечивающих поддержание в аппаратах высокой дозы активной биомассы. Наиболее успешно это достигнуто в иЛ8Б, Б08Б реакторах, использующих гранулированный активный ил. Именно эти аппараты получили в последние годы наибольшее распространение в мире. Гранулированный ил имеет высокую активность, достаточно высокую прочность гранул и хорошие седиментационные свойства [4]. По этой причине концентрация ила в активной зоне аппарата может достигать 5080 кг/м3, из-за чего возможно достижение высоких объёмных нагрузок. Однако, гранулированный ил образуется не на всех сточных водах, кроме того, для его формирования и роста должны соблюдаться такие условия, как, например, удаление взвешенных веществ, определённая степень кислого сбраживания, ограничения, связанные с временем пребывания сточной воды в аппарате и т.д. Из реакторов с прикрепленной биомассой возможность повышения дозы удачно реализована в реакторах с псевдоожиженным слоем загрузки.
В табл. 1 представлены важнейшие параметры основных конструкций анаэробных аппаратов для мезофильного режима сбраживания и их сравнение с традиционным метантенком. Из таблицы видно, что аппараты с псевдоожиженным слоем загрузки работают столь же эффективно, что и аппараты с гранулированным илом.
В Нижегородском государственном архитектурно-строительном университете уже долгие годы занимаются вопросами анаэробной очистки сточных вод, накоплен многолетний опыт работы с анаэробной техникой, основателем этого направления и руководителем долгие годы являлся профессор Колесов Ю.Ф. В 1992 году им был создан колонный аппарат с кипящим слоем загрузки «Биосорб», схема которого представлена на рис. 5, в качестве загрузочного материала для реактора использовался активированный уголь марки АГ-3 [5, 6].
Таблица 1
Важнейшие параметры основных конструкций анаэробных аппаратов [1]___________________
Реактор Концентрация ила в аппарате, г/л Удельная площадь поверхности загрузки, м2/м3 Нижний предел концентрации по ХПК в стоке, г/л Объёмная нагрузка, кг ХПК/м3 сут. Минимальное время пребывания, ч
Т радиционный метантенк 0,5-3 - 10 0,5-5 192-240
Контактный 5-10 - 2-3 3-8 24
иА8Б 20-40 - 0,3 10-25 2-3
Ев8Б 25-40 - 0,3 30-40 1-2
Анаэробный биофильтр 5-20 70-300 0,3 10-15 8-12
Б8РР 3-15 60-200 1-2 10-12 24
Г ибридный 20-30 70-300 0,3 15-25 2-3
С псевдоожиженным слоем 10-40 1000-3000 0,3 30-40 0,5
Разработке аппарата предшествовали многолетние лабораторные испытания по очистке сточных вод различных отраслей промышленности с созданием математических моделей кинетики анаэробных процессов и методики расчета промышленных аппаратов. Аппараты «Биосорб» были введены в эксплуатацию на ряде промышленных предприятий, а также для очистки бытовых сточных вод (табл. 2).
Рис. 5. Аппарат с кипящим слоем загрузки «Биосорб»
В последние десять лет в ННГАСУ проводились исследования в области анаэробной очистки сточных вод совместно с Институтом водного хозяйства населенных пунктов и переработки отходов Ганноверского университета (КАН) в рамках совместного проекта. Его целью была оценка технологической эффективности, производительности, экономичности и
сферы применения способа анаэробной биохимической очистки сточных вод, разработанного ННГАСУ. В ходе реализации проекта были проведены лабораторные исследования в Германии и России, в ходе которых аппарат «Биосорб» сравнивался с известными в мировой практике иЛ8Б и Б08Б аппаратами, исследования проводились с использованием различных сточных вод предприятий пищевой, а также фармацевтической промышленности. Затем совместно была разработана схема (рис. 6) и построена станция очистки промышленных сточных вод макаронной фабрики «Вермани» (г. Нижний Новгород, Россия). Исследования, проведенные в ННГАСУ и КАН, подтвердили перспективность использования анаэробных аппаратов «Биосорб» для очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности [7].
Таблица 2
Установки «Биосорб», построенные для очистки производственных и бытовых сточных вод
№ Наименование объекта, Условия сброса очищенных сточных вод Расход, м3/сут. Тип аппарата, количество, объём сооружений Г од ввода в эксплуатацию Режим эксплуатации Ступени очистки
1 НПО «Салют» (г. Нижний Новгород), сточные воды окрасочных камер, сброс в канализацию 24 «Биосорб» 1,5 м х 6 м (2 шт.), 18 м3 1992 5 дней в неделю Анаэроб- ная
2 Молокозавод (пос. Валово, Липецкая обл.), сброс в рыбохозяйственный водоём 40 «Биосорб» 1,5 м х 6 м (2 шт.), 18 м3 1994 6 месяцев в году Анаэробно- аэробная
3 ЗАО «Искож» (г. Нефтекамск, Башкортостан), сточные воды красильного производства, сброс в рыбохозяйственный водоём, 70 % на повторное использование 4800 «Биосорб» 3 м х 20 м (8 шт.), 1130 м3 1995 Постоянно Анаэробно- аэробная
4 Молокозавод (пос. Урмары, Чувашская республика), сброс в канализацию 40 «Биосорб» 1,5 м х12 м (1 шт.), 19,5 м3 1996 6 месяцев в году Анаэроб- ная
5 Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод (Кайнарсай, резиденция президента Узбекистана), сброс в рыбохозяйственный водоём 200 «Биосорб» 1,5 м х 6 м (4 шт.), 18 м3, 36 м3 1996 Постоянно Анаэробно- аэробная
6 Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод гостиничного комплекса (Бельдерсай, Узбекистан), сброс в рыбохозяйственный водоём 200 «Биосорб» 1,5м х6м (4 шт.), 18 м3, 36 м3 2000 Постоянно Анаэробно- аэробная
7 ОАО «Вермани» (г. Нижний Новгород), производство макаронных изделий, сброс в канализацию 48 «Биосорб» 1,5 м х 6 м (2 шт.), 18 м3 2000 Постоянно Анаэроб- ная
В настоящее время в ННГАСУ проводятся лабораторные испытания с целью создания колонных анаэробных аппаратов с плавающей загрузкой, которые отличаются простотой конструктивного оформления и надежностью в эксплуатации, а также обеспечивают достижение достаточно высоких объёмных нагрузок по ХПК.
Рис. 6. Схема опытно-промышленной станции очистки сточных вод ОАО «Вермани»
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Калюжный С. В. Высокоинтенсивные анаэробные биотехнологии очистки промышленных сточных вод // Катализ в промышленности, 2004, № 6. - С. 42-50.
2. Meyer H. Leistungsfahigkeit anaerober Reaktoren zur Industrieabwasserreinigung / Hannover: Veroffentlichungen des Institutes fur Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universitat Hannover, 2004, Heft 128. - 112 р.
3. Beckereit M. Kosten der anaeroben Abwasserebehandlung / Hannover: Ver offentlichungen des Institutes fur Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universitat Hannover, 1988, Heft 71. - 457 р.
4. Калюжный С.В., Данилович Д.А., Ножевникова А.Н. Анаэробная биологическая очистка сточных вод // Итоги науки и техники. Серия «Биотехнология», 1991, т. 29. - 155 с.
5. Найденко В.В., Колесов Ю.Ф., Кубарев А.В. Опыт эксплуатации аппаратов биосорбционной очистки // Водоснабжение и санитарная техника, 1993, № 11/12. - С. 14-15.
6. Катраева И.В. Опыт эксплуатации установок анаэробной биохимической очистки сточных вод // Известия вузов. Строительство, 2005, № 9. - С. 62-68.
7. Найденко В.В., Катраева И.В., Эпштейн С.Г., Розенвинкель К.-Х., Вендлер Д. Российско-германский проект «Биосорбер»: итоги и перспективы // Экология урбанизированных территорий, 2006, № 3. - С. 68-72.
REFERENCES
1. Kalyuzhny S.V. High-intensive anaerobic biotechnologies of industrial waste water treatment // Katalis v promishlennosti, 2004, № 6. - P. 42-50.
2. Meyer H. Leistungsfahigkeit anaerober Reaktoren zur Industrieabwasserreinigung / Hannover: Veroffentlichungen des Institutes fur Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universitat Hannover, 2004, Heft 128. - 112 р.
3. Beckereit M. Kosten der anaeroben Abwasserebehandlung / Hannover: Ver offentlichungen des Institutes fur Siedlungswasserwirtschaft und Abfalltechnik der Universitat Hannover, 1988, Heft 71. - 457 р.
4. Kalyuzhny S.V., Danilovich D.A., Nozhevnikova A.N. Anaerobic biological waste water treatment // M: Itogi nauki I tehniki. Seriya «Biotehnologia», 1991, vol. 29. - 155 p.
5. Naidenko V.V., Kolesov Yu.F., Kubarev A.V. Experience of exploitation of biosorption treatment plants // Vodosnabzhenie i sanitarnaya tehnika, 1993, № 11/12. - P. 14-15.
6. Katraeva I.V. Experience of exploitation of wastewater anaerobic biochemical treatment plants // Izvestiya vuzov. Stroitelstvo, 2005, № 9. - P. 62-68.
7. Naidenko V.V., Katraeva I.V., Epshtein S.G., Rosenvinkel K.-H., Vendler D. The Russian-German «Biosorber» Project: the results and the prospects // Ecologia urbanizirovannih territory, 2006, № 3. - P. 68-72.
