Яковенко А.А., к.т.н. Котинський А.В.

Національний університет харчових технологій, Україна

Біологічне анаеробне очищення стічних вод пивоварних заводів

У зв’язку із специфікою утворених стічних вод на пивоварних заводах найбільш доцільним способом їх очищення (крім механічного, хімічного та фізико-хімічного) є біологічний спосіб.

Біологічне очищення дозволяє вилучити із стічних вод різні органічні домішки. Такий спосіб може здійснюватися у природних умовах (поля фільтрації, біологічні ставки, поля зрошення) та штучних (біофільтри, аеротенки, метантенки).

Показник хімічного споживання кисню (ХСК) стоків пивоварних заводів може перевищувати 2000 мг кисню на 1 літр стічної води. Тому необхідно обов’язково застосовувати метантенки для анаеробного зброджування як споруду для попереднього очищення води перед аеротенками.

Крім того в результаті цього процесу утворюється біогаз, який складається в основному з метану та вуглекислого газу і може бути використаний як альтернативне джерело енергії на заводі.

Метантенки являють собою циліндричні резервуари із конічним дном, у яких для прискорення процесу здійснюють підігрівання суміші. Залежно від температурного режиму розрізняють психрофільне (температура до 20 °С – в природних умовах), мезофільне (температура 20 – 40 °С) та термофільне (температура 45 – 65 °С) бродіння. Вибір режиму зброджування слід здійснювати із врахуванням способів наступної обробки і утилізації осадів та стічних вод, а також санітарних вимог.

При проведенні ряду дослідів було встановлено, що показник ХСК стічних вод пивоварного заводу після очищення в метантенку зменшується до 720 мг О₂ / л (при ХСК_{початкове} 4000 мг О₂ /л).Це дає можливість застосувати наступні споруди для очищення - аеротенки, які працюють при ХСК не більше 2000 мг О₂ / л.

Подальше окиснення органічних речовин в аеротенку призводить до зменшення ХСК до 200 мг О₂ / л, після чого стоки пивзаводу можна скидати у каналізаційну мережу.

Для інтенсифікації процесу метанового бродіння застосовують :

1) іммобілізацію організмів активного мулу на поверхні певного носія (йоржі, «вії Гвоздяка» тощо);

2) використання анаеробних реакторів типу UASB; це біореактор із завислим шаром анаеробного мулу у вигляді гранул діаметром 1-3 мм. Використання таких реакторів призводить до створення підвищеної концентрації мулу в споруді, значного зменшення тривалості процесу очищення та об’єму апарата, підвищення ефективності очищення.

Анаеробна технологія очищення стічних вод має ряд суттєвих переваг порівняно із загальноприйнятою аеробною :

· розширюється діапазон стічних вод, придатних до біологічного очищення : з’являється можливість очищати води з ХСК понад 2000 мг О₂ / л. Аеробні ж технології дають змогу ефективно вилучати забруднюючі речовини із стічної рідини з ХСК до 2000 мг О₂ / л, адже при підвищеній концентрації органічних речовин різко зростає потреба у кисні, необхідному для їх окиснення. Застосування навіть удосконалених аераторів не вирішує питання, оскільки жодні аераційні системи не можуть перевищити межу розчинності кисню у воді;

· відпадає необхідність встановлення пристроїв для подачі повітря та живлення їх електроенергією;

· анаеробний процес здійснюється з меншим споживанням біогенних елементів, що важливо при обробці стічних вод та осадів, які мають їх дефіцит. Так, стічні води із співвідношенням БСК_повн.: N : Р, рівним (300÷500) : 7 : 1 цілком придатні для анаеробного очищення, тоді як аеробна технологія потребувала б додавання біогенних елементів із доведенням цього співвідношення до 100 : 5 : 1;

· ліквідуються проблеми, пов’язані з піноутворенням при обробці стоків, що містять поверхнево-активні речовини;

· полегшується автоматизований контроль та керування процесом біологічного очищення. Продукти анаеробного зброджування – проміжні (леткі жирні кислоти) та кінцеві (біогаз) – кількісно легко визначаються, що спрощує автоматизацію анаеробних процесів порівняно з аеробними;

· підвищення рівня максимально допустимих навантажень в анаеробних реакторах дозволяє зменшити об’єми споруд біологічного очищення і, відповідно, площу, що вони займають, а також капітальні витрати на 1 т окиснених органічних забруднень;

· значно скорочується кількість утвореного біологічного мулу. Порівняння аеробних та анаеробних способів очищення стічних вод показало, що в аеротенках при окисненні маси органічних речовин, еквівалентних 1 т забруднень за ХСК, утворюється 400-600 кг важко утилізованого мулу, а в анаеробних реакторах лише 20-150 кг;

· з’являється можливість без попередньої санітарної обробки використовувати як добриво або добавку до кормів надлишкову біомасу від реакторів, що працюють в термофільному режимі, оскільки вона не містить гельмінтів, насіння бур’янів та термочутливої патогенної мікрофлори;

· анаеробний активний мул збагачується біологічно активними речовинами, містить всі необхідні елементи (N, P, K тощо), збагачується вітамінами кобаламінової групи. Так, в активному мулі концентрація вітаміну В₁₂ може досягати 45 – 50 мкг / г сухих речовин залежно від умов проведення процесу;

· у процесі метанового зброджування утворюється біогаз, до основних компонентів якого належать метан та вуглекислий газ, співвідношення між якими коливається від 50 : 50 до 80 : 20 % залежно від умов проведення процесу та характеристик субстрату. Енергетична цінність 1 м³ біогазу, що містить 60 % метану, становить 22-24 МДж і є еквівалентною 0,65-0,7 л умовного палива. З 1 м³ біогазу можна отримати від 1,6 до 2,3 кВт · год електроенергії.

Таким чином, метанове бродіння дає можливість перевести очисні споруди у розряд самоокупних, економічно вигідних допоміжних виробництв, що зумовлено отриманням прибутку від реалізації біогазу та надлишкового анаеробного мулу, зниженням витрат на додавання біогенних елементів тощо, а також вирішити складні екологічні проблеми очищення висококонцентрованих стічних вод та утилізації осадів пивоварних заводів.