9.4.4.Оптимизация анаэробной очистки

Операционные проблемы

Большинство операционных проблем в анаэробных реакторах так или иначе связано с метаногенными организмами. Проблема возни­ кает или из-за низкой активности метаногенов или из-за того, что возникающие в реакторе нарушения быстро приводят к снижению их активности. Рассматриваемые в данном разделе операционные проблемы можно разделить на три группы в зависимости от того, как они влияют на состояние экосистемы в анаэробном реакторе:

—нарушение равновесия в трехстадийном процессе (см. рис. 3.15),

—вынос метаногенных бактерий из реактора,

—ингибирование биомассы, в том числе и метаногенной.

Нарушение равновесия в системе

Нарушение равновесия в трехстадийном процессе, включающем гидролиз, образование кислот и образование метана, часто явля­ ется причиной осложнений, возникающих при работе анаэробного реактора.

Трехстадийный процесс (первая и третья стадии медленные, вторая быстрая) обычно протекает нормально, пока субстрат проходит через все три стадии. Это означает, что взвешенное органическое вещество может вводится в систему в довольно широком интервале концентраций (это также следует из опыта традиционной анаэробной стабилизации ила). Однако, если вдруг в систему залпом подается растворенное органическое вещество, то это вполне может привести к ингибированию метаногенных организмов из-за быстрого накопления жирных кислот. Такие на­ рушения происходят довольно быстро — в течение периода, равного времени гидравлического удерживания, т. е. в течение 1-24 ч.

Вынос биомассы

Вынос метаногенной биомассы возможен в том случае, если возраст ила становится слишком малым. Отчасти это может быть следствием очень высокого содержания взвешенных веществ (как органических, так и неорганических) в подаваемом стоке, отчасти может быть вызвано снижением массы ила в реакторе, например, из-за плохого удерживания ила или усиленного сброса биомассы с фильтра. Вынос биомассы может наблюдаться даже в том случае, когда не происходит изменения нагрузки по органическому

веществу. Нарушения процесса, вызванные выносом биомассы, возникают не сразу, а в течение периода времени, равного возрасту ила, т. е. в течение 1-2 недель.

Ингибирование

Ингибирование биомассы может быть вызвано действием веществ, образующихся в процессе очистки (жирные кислоты, аммоний, изменение pH) или попадающих в реактор из окружающей среды (сульфат, аммоний, ионы металлов, специфические органические вещества). Внешние ингибиторы подавляют активность всей био­ массы, но наибольшее влияние они оказывают все же на мета­ ногенные микроорганизмы. Ингибирование, вызванное внешними факторами, проявляется достаточно быстро — за несколько часов. Ингибирование, вызванное действием веществ, образующихся в процессе очистки, наступает медленнее. В табл. 9.11 перечисле­ ны некоторые типичные нарушения, возникающие в анаэробном процессе, и указано, как они влияют на процесс. Заметьте, что наблюдаемое отклонение контролируемого параметра часто может вызываться несколькими различными причинами (как какой-либо одной, так и их совокупностью). Например, быстрый рост содержа­ ния летучих кислот может быть результатом:

—возрастания нагрузки растворенного органического вещества,

—изменений температуры,

—повышения (сильного) pH,

—понижения pH,

—ингибирования, вызванного присутствием сероводорода (суль­ фат в подаваемом на очистку стоке), аммония или других веществ.

Из табл. 9.11 также следует, что выбор pH в качестве параметра для контроля процесса является очень неудачным (единственное его достоинство — легкость измерения).

Воздействие внешних ингибиторов на процесс анаэробной обра­ ботки несколько отличается от того, что мы наблюдали в случае анаэробной стабилизации ила. При ингибировании анаэробной очистки сточной воды существенную роль играют тип вещества, длительность его воздействия, а также устройство реактора. В табл. 9.12 продемонстрировано ингибирующее действие некоторых веществ.

Таблица 9.11. Ингибирование процесса анаэробной очистки сточной воды [7-9]

Процесс анаэробной очистки стоков может выдерживать вли­ яние гораздо более высоких концентраций некоторых ингиби­ торов, чем анаэробные процессы обработки ила. Объясняется это следующим: при анаэробной очистке время гидравлического удерживания воды значительно меньше возраста ила, поэтому микроорганизмы подвергаются воздействию токсичных веществ более короткий отрезок времени. По этой причине для анаэробной очистки предпочтительны реакторы, действующие по принципу полного вытеснения, например реакторы с неподвижной загрузкой.

В табл. 9.12 также продемонстрировано различие во влиянии кратковременного и продолжительного воздействия ингибитора. Если микроорганизмы способны адаптироваться к токсичным веществам, например к цианиду, то при длительном контакте с ним они выдерживают гораздо более высокие концентрации, чем при кратковременном.

Известен ряд веществ, например никель, оказывающих непо­ средственное токсическое воздействие, к которым у микроорга­ низмов не возникает привыкания. При кратковременном воздей­ ствии довольно высокой концентрации такого токсичного вещества

к длительному ингибированию процесса. При продолжительном воздействии на ил происходит его адаптация почти к любому токсичному веществу в невысоких дозах или же происходит селекция клеток, способных лучше переносить вредное воздействие.