Anaerobowe trawienie dla projektu oczyszczania ścieków z składowisk odpadów

• Wyzwanie dotyczące odcieków:Odcieki ze składowisk to wysoce toksyczne, zmienne ścieki bogate w metale ciężkie, kwasy organiczne i ekstremalne chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT), wymagające zaawansowanej biologicznej i fizycznej obróbki wstępnej.

• Trawienie beztlenowe (AD):Służy jako optymalny etap biologiczny, rozkładający złożone substancje organiczne na metan (CH4) i dwutlenek węgla (CO2) przy niskim zużyciu energii i minimalnej wydajności osadu.

• Technologia reaktora:Beztlenowy kożuszek osadowy z przepływem w górę (UASB) i reaktory zbiornikowe z ciągłym mieszaniem (CSTR) zbudowane z wysoce odpornych paneli ze szkła stopionego na stal (GFS) stanowią idealne rozwiązanie w zakresie zbiorników odpornych na korozję.

• Odzyskiwanie zasobów:Skuteczne systemy AD przekształcają niebezpieczne zagrożenie dla środowiska w aktywa czystej energii poprzez wychwytywanie biogazu, kompensując koszty operacyjne obiektu.

Odcieki ze składowisk — silnie zanieczyszczona ciecz przenikająca przez osady stałych odpadów komunalnych (MSW) — stanowią poważne zagrożenie dla otaczających gleb, wód gruntowych i lokalnych ekosystemów. Zawiera złożoną mieszaninę biodegradowalnej i ogniotrwałej materii organicznej, soli nieorganicznych, metali ciężkich i wysokiego stężenia azotu amoniakalnego ($NH_4^+-N$).

Ze względu na ekstremalne stężenie substancji chemicznych samo leczenie fizyczne lub tlenowe jest często nieopłacalne ekonomicznie.Fermentacja beztlenowa (AD)zapewnia wysoce wydajny i opłacalny etap biologiczny.

Działając w środowisku zubożonym w tlen, wyspecjalizowane konsorcja beztlenowe (w tym kwasogeny, acetogeny i metanogeny) metabolizują wysokie stężenia biodegradowalnych substancji organicznych. Proces ten drastycznie zmniejsza ChZT, jednocześnie wytwarzając cenny strumień biogazu.

Zaprojektowanie komory fermentacyjnej beztlenowej do odcieków składowiskowych wymaga precyzyjnej kontroli parametrów środowiskowych i eksploatacyjnych. Skuteczność degradacji biologicznej jest bardzo wrażliwa na wahania składu dopływu.

Wskaźnik obciążenia organicznego określa wydajność biologiczną systemu beztlenowego. Jest matematycznie zdefiniowany jako:

Gdzie:

• $\tekst{OLR}$to współczynnik obciążenia organicznego wyrażony w$\text{kg ChZT}/(\text{m}^3 \cdot \text{dzień})$.

• $\text{COD}_{\text{w}}$jest chemicznym zapotrzebowaniem tlenu wpływającego odcieku ($\text{kg/m}^3$).

• $Q$to dzienne objętościowe natężenie przepływu ($\text{m}^3/\text{dzień}$).

• $V_R$jest aktywną objętością cieczy w reaktorze beztlenowym ($\tekst{m}^3$).

Przekroczenie optymalnego OLR może prowadzić do „zakwaszania reaktora”, w którym produkcja lotnych kwasów tłuszczowych (VFA) przewyższa zużycie metanogenne, powodując gwałtowny spadek pH.

Mikroorganizmy beztlenowe działają optymalnie zarówno w środowisku mezofilnym (35 $^\circ\text{C}$Do$38^\circ\text{C}$) lub termofilne (50 $^\circ\text{C}$Do$55^\circ\text{C}$) zakresy. Ponieważ temperatura surowych odcieków ze składowisk zmienia się dynamicznie w zależności od pory roku, zintegrowanie wymienników ciepła i izolacji zbiornika ma kluczowe znaczenie, aby zapobiec wymywaniu bakterii.

Starsze, dojrzałe odcieki ze składowisk zawierają silnie stężony amoniak ($NH_4^+-N$), czasem przekraczające3000 dolarów \text{ mg/l}$. Wysokie poziomy wolnego amoniaku są wysoce toksyczne dla metanogenów. Projekty oczyszczania odcieków muszą często uwzględniać strategie wstępnego napowietrzania, usuwania powietrza lub rozcieńczania, aby utrzymać stężenie amoniaku poniżej progów hamujących (zwykle$< 1500 \text{ mg/L}$wewnątrz reaktora).

Różne projekty oczyszczania odcieków wymagają technologii reaktorów dostosowanych do wieku składowiska i biodegradowalności odcieków (tzw.$\text{BOD}/\text{COD}$stosunek).

Odcieki ze składowisk są agresywne chemicznie. Zawiera lotne kwasy organiczne, podwyższone stężenia chlorków, zawieszone ciała stałe o właściwościach ściernych i wysoce korozyjny siarkowodór ($H_2S$) gaz w przestrzeni nad reaktorem. Standardowe zbiorniki betonowe lub spawane ze stali węglowej są w takich warunkach bardzo podatne na degradację chemiczną, pękanie strukturalne i miejscową korozję.

W przypadku nowoczesnych projektów oczyszczania odcieków,Szkło stopione ze stalą (GFS)Zbiorniki skręcane są standardem branżowym.

Poprzez termiczne stapianie fryty ze szkła krzemionkowego z płytami ze stali węglowej w temperaturach pomiędzy$820^\circ\text{C}$I930 $^\circ\text{C}$producenci tworzą fizyczny materiał kompozytowy. Stalowy rdzeń zapewnia wyjątkową wytrzymałość fizyczną na rozciąganie, a warstwa szkła zapewnia całkowitą odporność chemiczną.

• Szeroka tolerancja pH:Specjalistyczne powłoki GFS zostały zaprojektowane tak, aby wytrzymywać ekstremalne wartości pH w zakresie od 1 do 14, doskonale radząc sobie z kwaśnymi fazami młodych odcieków.

• Montaż modułowy:Przykręcane panele GFS montowane są na miejscu przy użyciu specjalistycznych podnośników. Wyeliminowało to potrzebę prac gorących (spawania) i użycia ciężkich dźwigów, skracając czas budowy do ułamka czasu wylewania betonu.

• Zero wycieków strukturalnych:Zaprojektowane uszczelnienia mastyksowe i połączenia śrubowe o dużej wytrzymałości na rozciąganie zapobiegają przedostawaniu się toksycznych odcieków do lokalnej gleby lub wód gruntowych podczas oczyszczania.

A:Surowy odciek zazwyczaj charakteryzuje się wyjątkowo wysokim obciążeniem organicznym (ChZT$> 10 000 \text{ mg/L}$). Traktowanie tego tlenowo wymagałoby ogromnych nakładów energii na ciągłe napowietrzanie i spowodowałoby wygenerowanie ogromnych ilości osadu biologicznego wymagającego utylizacji. Fermentacja beztlenowa radzi sobie z dużymi ładunkami organicznymi przy zerowej energii napowietrzania, generuje minimalną ilość osadów ściekowych i wytwarza odnawialny metan.

A:„Młode” składowiska odpadów (poniżej 5 roku życia) wytwarzają odcieki bogate w lotne kwasy tłuszczowe (LKT), co skutkuje wysokim$\text{BOD}/\text{COD}$stosunek ($> 0,5 $), który jest wysoce biodegradowalny i idealny do fermentacji beztlenowej. „Dojrzałe” składowiska (powyżej 10 lat) dają ustabilizowany odciek o niskiej zawartości$\text{BOD}/\text{COD}$proporcje ($<0,1 $), zawierający ogniotrwałe kwasy humusowe i fulwowe. Dojrzały odciek wymaga zaawansowanej fizyczno-chemicznej obróbki wstępnej (takiej jak utlenianie Fentona lub filtracja membranowa) obok lub przed fermentacją biologiczną.

A:Separator trójfazowy jest krytycznym elementem wewnętrznym umieszczonym na górze reaktora UASB. Oddziela oczyszczoną ciecz ściekową, płynące do góry pęcherzyki biogazu i aktywny granulowany osad beztlenowy. Dzięki temu oddzieleniu krytyczna biomasa osiada z powrotem w złożu reaktora, zamiast być wymywana wraz z odprowadzanymi oczyszczonymi ściekami.

A:W komorach fermentacji beztlenowej gromadzą się duże ilości mokrego siarkowodoru ($H_2S$) i dwutlenek węgla ($CO_2$), tworząc wysoce żrące kwasy siarkowe i węglowe. Podczas gdy standardowe metale szybko ulegają erozji w wilgotnym, kwaśnym środowisku, obojętna powłoka szklana paneli GFS jest całkowicie odporna na korozję gazową, zachowując integralność strukturalną przez ponad 30 lat.