В случае если БПК намного выше нормы, а также для удаления избытка активного ила и отходов сельскохозяйственных продуктов применяют анаэробную биохимическую очистку в метантенках (реактор с мешалкой и теплообменником). При этом источником кислорода в воде служат группы кислородосодержащих анионов: NO3–; SO42–; СО32–.
В основе метанового брожения лежит способность сообществ определенных микроорганизмов в ходе жизнедеятельности сначала в фазе кислого водородного брожения с помощью бактерий гидролизовать сложные органические соединения до более простых, а затем с помощью метанообразующих бактерий превращать их в метан и в угольную кислоту.
Процесс окисления-восстановления — это переход электронов от субстрата-донора к конечному акцептору. Для аэробной реакции конечным акцептором является кислород, а при ферментации (анаэробной очистке) — органическое соединение, образующееся в результате «простого перемещения» водорода из одной органической молекулы в другую:
С6Н12О6 = 3СН3СООН + 15 ккал;
2СН3СООН = 2СН4 + 2СО2.
Образующийся газ состоит из метана (65%) и СО2 (33%) и может быть использован для нагрева до 45—55°С в самом метантенке, где происходит анаэробное брожение. Сброженный осадок имеет высокую влажность (95—98%), его уплотняют, сушат, затем используют в качестве удобрения или, если есть токсичные примеси, сжигают.
Однако не всякие сточные и природные воды могут быть очищены биохимическими методами. Нормы на содержание вредных веществ в сточных и природных водах, поступающих на биологические очистные сооружения, по некоторым металлам следующие: А13+ — 5 мг/л; Fe3+ — 5 мг/л; Сr6+ — 0,1 мг/л; Mg2+ — 1000 мг/л.
Не все органические вещества разлагаются на станциях биохимической очистки. Так, практически не разрушается бензин, красители, мазут и др. Эффективность биохимической очистки на самых современных установках составляет 90% по органическим веществам и лишь 20–40% — по неорганическим, т. е. практически не снижается солесодержание. Не могут быть очищены воды, содержащие более 1000 мг/л фенолов, 300—500 мг/л спиртов, 25 мг/л нефтепродуктов, т. е. для многих случаев эти методы не эффективны. В среднем эффективность анаэробного метода составляет около 40%. Сравнительная оценка очистки сточных вод различными методами представлена в табл. 3.1.
Таблица 3.1.
Оценка очистки сточных вод разными методами
Метод очистки |
Процент удаления |
Объем полученного ила (% объема сточных вод) |
||
Взвешенное твердое вещество |
БПК типа КП |
Бактерии |
||
Отстой |
40-95 |
30-35 |
40-75 |
0,1-0,5 |
Химическое осаждение |
75-95 |
60-80 |
80-90 |
0,5-1,0 |
Слив очищенных сточных вод |
35-80 |
25-65 |
40-75 |
0,025-0,05 |
Капельная фильтрация |
20-80 |
60-90 |
70-85 |
0,1-0,5 |
Обработка активным илом |
70-97 |
70-96 |
95-99 |
1,0-3,0 |
Процессы анаэробной очистки проводят в специальных метантенках при температуре 30—55°С, выделяющийся метан может быть использован для нагрева метантенка.
Например, в США при анаэробной очистке сточных вод животноводческого комплекса (500 голов свиней) за счет сжиганий метана после анаэробной очистки комплекс не только обеспечивает себя электроэнергией, но иногда в летнее время может даже продавать ее. Образующиеся после анаэробной очистки сточные воды могут быть использованы для выращивания специальных одноклеточных водорослей типа хлореллы, которые в дальнейшем могут быть использованы на корм скоту. Цикл оказывается замкнутым.
Необходимо искать такие способы ликвидации отходов, которые дают возможность получать полезные продукты, например, дрожжи для выпечки хлебобулочных изделий и для производства этилового спирта или для превращения отходов, образующихся при переработке древесной пульпы, в полезный продукт.
