+86-15267462807
Język
Komora fermentacyjna ścieków przekształca biodegradowalne ciała stałe w bardziej stabilny strumień biostałów, wytwarzając jednocześnie biogaz bogaty w metan. W komunalnych oczyszczalniach ścieków powszechnie stosuje się fermentację beztlenową po pierwotnym i wtórnym oddzieleniu substancji stałych w celu zmniejszenia lotnych substancji stałych, zapachów, poziomu patogenów i ilości osadu wymagającego ostatecznej utylizacji.
Jednak niezawodna fermentacja zależy od czegoś więcej niż tylko umieszczenie osadu w zbiorniku beztlenowym. Temperatura, czas retencji hydraulicznej, obciążenie organiczne, mieszanie, zasadowość i konsystencja paszy wpływają na populację drobnoustrojów, która ostatecznie wytwarza metan.
Dla operatorów i projektantów oczyszczalni ścieków zrozumienie tych zależności jest niezbędne przy ocenie wydajności komory fermentacyjnej, rozwiązywaniu problemów z niestabilną pracą lub rozważaniu odzysku biogazu i produkcji odnawialnego gazu ziemnego.
Fermentacja beztlenowa to proces konwersji biologicznej przeprowadzany przez kilka grup mikroorganizmów pracujących sekwencyjnie. Proces ten jest zwykle opisywany w czterech etapach.
1. Hydroliza
Duże cząsteczki organiczne, takie jak białka, węglowodany i tłuszcze, nie mogą być bezpośrednio wykorzystane przez wiele mikroorganizmów beztlenowych. Podczas hydrolizy enzymy zewnątrzkomórkowe rozkładają je na mniejsze rozpuszczalne związki, takie jak aminokwasy, cukry i kwasy tłuszczowe.
Hydroliza może stać się etapem ograniczającym szybkość, gdy osad zawiera powoli biodegradowalne cząstki stałe.
2. Kwasogeneza
Bakterie kwasogenne przekształcają rozpuszczalne związki w lotne kwasy tłuszczowe (VFA), alkohole, wodór, dwutlenek węgla, amoniak i inne produkty pośrednie.
Ten etap następuje stosunkowo szybko. Jeżeli produkcja kwasu stanie się szybsza niż populacja metanogenna znajdująca się dalej w dole rzeki będzie w stanie zużyć półprodukty, LKT będą gromadzić się, a pH w komorze fermentacyjnej może spaść.
3. Acetogeneza
Organizmy octowe przekształcają wyższe LKT i alkohole głównie w octan, wodór i dwutlenek węgla. Związki te stają się głównymi substratami dla mikroorganizmów metanotwórczych.
4. Metanogeneza
Metanogenne archeony przekształcają octan i wodór/dwutlenek węgla w metan. Rosną wolniej i są bardziej wrażliwe na temperaturę, pH, związki toksyczne i nagłe zmiany obciążenia niż wiele organizmów kwasotwórczych.
Ogólnym celem nie jest zatem po prostu „rozkład”. Dobrze działająca komora fermentacyjna utrzymuje równowagę wszystkich czterech etapów biologicznych, dzięki czemu lotne ciała stałe są stabilizowane, zamiast pozwalać na gromadzenie się kwasów pośrednich.
EPA zauważa, że fermentacja beztlenowa stabilizuje ciała stałe ścieków, redukuje zapachy i patogeny oraz przekształca część frakcji lotnych ciał stałych w biogaz.
W przypadku zarządzania biosolidami w USA, Redukcja lotnych substancji stałych o 38%. jest również ważnym punktem odniesienia, ponieważ jest to jedna z metod określonych w 40 CFR 503.33 w celu wykazania redukcji przyciągania wektorowego.
Komory fermentacyjne ścieków dobiera się na podstawie charakterystyki osadu, stężenia substancji stałych, powierzchni obiektu, szybkości załadunku i pożądanego odzysku energii.
Reaktor zbiornikowy z ciągłym mieszaniem lub CSTR , to jedna z najbardziej znanych konfiguracji komunalnych osadów ściekowych.
Mieszanie utrzymuje cząstki stałe w zawiesinie, rozprowadza ciepło i napływającą paszę oraz zmniejsza lokalne gradienty kwasu i temperatury. Systemy grzewcze są powszechnie stosowane w celu utrzymania stabilnej temperatury roboczej.
Do fermentacji mezofilnych osadów komunalnych temperatura ok 35°C (95°F) jest szeroko stosowany. Wytyczne EPA historycznie wiązały czas przebywania około 15 dni w temperaturze 35°C w całkowicie wymieszanej komorze fermentacyjnej o dużej wydajności z warunkami umożliwiającymi osiągnięcie znacznej redukcji lotnych substancji stałych.
Rzeczywisty projekt HTZ jest często dłuższy i powinien opierać się na charakterystyce osadu, zawartości cząstek stałych, temperaturze, redundancji i celach oczyszczania.
An unoszący się w górę beztlenowy kożuch osadowy (UASB) reaktor działa inaczej. Ścieki przepływają w górę przez gęsty beztlenowy kożuch osadowy zawierający granulowaną lub kłaczkowatą biomasę.
Systemy UASB są szczególnie atrakcyjne dla ścieków przemysłowych o stosunkowo dużej wytrzymałości, ponieważ mogą zatrzymać duże stężenie aktywnej biomasy podczas pracy przy stosunkowo krótkich czasach retencji hydraulicznej.
Są one na ogół bardziej odpowiednie dla ścieków rozpuszczalnych lub łatwo ulegających biodegradacji niż dla gęstych osadów komunalnych zawierających duże stężenia zawieszonych cząstek stałych.
Zadaszone laguny stanowią mniej złożoną opcję w przypadku ciepłego klimatu i niektórych ścieków rolniczych lub przemysłowych. Elastyczna pokrywa wychwytuje powstały biogaz, a laguna zapewnia objętość fermentacji.
Zwykle wymagają więcej terenu i zapewniają mniejszą kontrolę procesu niż ogrzewane, mieszane komory fermentacyjne.
Niezależnie od konfiguracji kilka parametrów musi pozostać zrównoważonych:
| Parametr operacyjny | Typowe rozważanie |
|---|---|
| Temperatura mezofilna | Około 30–38°C |
| Temperatura termofilna | Około 50–57°C |
| pH fermentatora | Zwykle około 6,8–7,5 |
| HRT | Zależy w dużym stopniu od typu reaktora, wsadu i temperatury |
| OLR | Musi odpowiadać aktywnej biomasie i wydajności mieszania |
| Zasadowość | Zapewnia buforowanie przed akumulacją LKT |
| Mieszanie | Zapobiega rozwarstwieniu, tworzeniu się piany i miejscowym przeciążeniom |
Liczby te należy traktować jako operacyjne punkty wyjścia, a nie uniwersalne specyfikacje projektowe.
Na przykład zwiększenie OLR bez uwzględnienia HRT oznacza, że do tej samej objętości reaktora dostaje się więcej materiału biodegradowalnego. Organizmy kwasotwórcze mogą reagować szybko, podczas gdy metanogeny nie mogą zwiększać swojej aktywności w tym samym tempie.
Podobnie dobre wymieszanie nie może zrekompensować niedostatecznego ogrzewania, a wysoka zasadowość nie może w nieskończoność zrekompensować poważnego przeciążenia organicznego.
Stabilne trawienie wynika z utrzymania połączone środowisko biologiczne , nie optymalizując jednego parametru w izolacji.
W wyniku fermentacji beztlenowej powstaje biogaz zawierający głównie metan i dwutlenek węgla, a także parę wodną, siarkowodór i śladowe zanieczyszczenia.
EPA opisuje surowy biogaz z systemów beztlenowych jako zwykle zawierający około 45–65% metanu , chociaż rzeczywisty skład zależy w dużym stopniu od surowca i operacji.
W oczyszczalniach ścieków gaz ten może być:
Sam osad komunalny nie zawsze może zmaksymalizować potencjał energetyczny istniejącej komory fermentacyjnej.
Dodawanie odpowiednich wysokoenergetycznych odpadów organicznych, takich jak pozostałości po przetwórstwie żywności, odpady spożywcze, tłuszcze, oleje i smary, może zwiększyć ładunek węgla ulegającego biodegradacji, a w konsekwencji zwiększyć produkcję biogazu.
EPA identyfikuje współfermentację jako metodę, która może zwiększyć produkcję gazu z surowców o niskiej wydajności. Jedna z cytowanych amerykańskich oczyszczalni ścieków przyjmująca odpady z przetwarzania żywności oraz tłuszcze, oleje i smary zwiększyła w przybliżeniu dwukrotnie swoją produkcję biogazu.
Nie oznacza to, że pożądany jest maksymalny dodatek paszy. Przychodzące podłoża należy ocenić pod kątem:
Surowy gaz fermentacyjny zwykle nie nadaje się do bezpośredniego wtryskiwania do rurociągu gazu ziemnego.
Typowa modernizacja obejmuje kilka etapów leczenia:
Usuwanie siarkowodoru: Media na bazie żelaza, węgiel aktywny, biologiczne odsiarczanie lub inne technologie usuwają korozyjny H2S.
Usuwanie wilgoci: Chłodzenie, kondensacja, suszenie lub adsorpcja zmniejszają ilość pary wodnej.
Separacja CO2: Separacja membranowa, adsorpcja zmiennociśnieniowa, płukanie wodą lub absorpcja chemiczna mogą zwiększyć stężenie metanu.
Kontrola zanieczyszczeń śladowych: Siloksany i LZO mogą również wymagać usunięcia w zależności od źródła ścieków i końcowej specyfikacji gazu.
EPA podaje, że ulepszony RNG na ogół zawiera co najmniej 90% metanu, podczas gdy RNG wstrzykiwany rurociągiem zwykle osiąga około 96–98% metanu , z zastrzeżeniem specyfikacji jakości gazu odbiorcy.
W przypadku projektów amerykańskich kwalifikujący się odnawialny CNG lub LNG wytwarzany z biogazu z komunalnych komór fermentacyjnych do oczyszczania ścieków może również podlegać zatwierdzonym procesom w ramach federalnej normy dotyczącej paliw odnawialnych.
Operatorzy powinni reagować na trendy, zanim produkcja metanu ulegnie załamaniu.
Pieni się may result from filamentous organisms in the incoming sludge, rapid gas release, inadequate mixing, sudden loading changes, high concentrations of fats or proteins, or poor solids withdrawal.
Znaki ostrzegawcze obejmują:
Działania naprawcze mogą obejmować zmniejszenie obciążenia, poprawę dystrybucji mieszanki, zarządzanie kłopotliwymi surowcami, regulację usuwania osadu i mechaniczną kontrolę trwałej piany.
Nagły wzrost ładunku organicznego często zwiększa produkcję kwasu, zanim organizmy metanotwórcze zdążą zareagować.
LKT zaczynają się kumulować, zasadowość zostaje wyczerpana, a pH ostatecznie spada.
Jednakże, Samo pH jest późnym wskaźnikiem ponieważ buforowanie wodorowęglanem może ukryć rozwijającą się niestabilność.
Dlatego operatorzy często śledzą LKT razem z zasadowością całkowitą lub wodorowęglanową. Stale rosnąca Stosunek LKT do zasadowości jest zwykle ważniejsza niż jedno pojedyncze czytanie. Praktyczną zasadą działania jest, że wartości poniżej około 0,3 zazwyczaj wskazują na wygodne buforowanie, natomiast utrzymujący się ruch w kierunku około 0,4–0,5 lub więcej powinien skutkować dochodzeniem. Trendy historyczne specyficzne dla danego miejsca powinny zawsze mieć pierwszeństwo przed uniwersalnym punktem alarmowym.
Możliwe odpowiedzi obejmują:
Surowce bogate w białko uwalniają amoniak, natomiast odpady zawierające siarkę mogą wytwarzać siarkowodór.
Toksyczna frakcja amoniaku zależy silnie od pH i temperatury, więc całkowite stężenie amoniaku, które sprawdza się z powodzeniem w jednym obiekcie, może powodować hamowanie w innych warunkach.
Siarczek stwarza problemy zarówno biologiczne, jak i operacyjne, ponieważ rozpuszczony siarczek może hamować mikroorganizmy, podczas gdy gazowy H2S stwarza poważne problemy związane z korozją i bezpieczeństwem.
Trendy zawartość metanu, CO2, H2S, VFA, zasadowość, pH, produkcja gazu i ładowanie surowca łącznie zapewnia znacznie silniejszy system wczesnego ostrzegania niż poleganie wyłącznie na ilości gazu.
Fermentacja beztlenowa nie eliminuje osadu. Przekształca biodegradowalny materiał organiczny, pozostawiając ustabilizowany poferment zawierający wodę, pozostałości stałe, azot, fosfor i materiał nieorganiczny.
Po fermentacji w oczyszczalniach ścieków powszechnie stosuje się wirówki, prasy taśmowe, prasy śrubowe lub inne urządzenia odwadniające, aby zmniejszyć objętość transportowanego materiału.
Ciekły nadsącz lub filtrat zwykle zwraca znaczną ilość amoniaku i rozpuszczalnego fosforu do procesu oczyszczania ścieków. W większych obiektach te ładunki składników odżywczych ze strumienia bocznego mogą uzasadniać oddzielną obróbkę azotem lub odzysk fosforu.
Coraz ważniejszą opcją jest odzysk fosforu jako użytecznego produktu fosforanowego, zamiast pozwalać na niekontrolowane wytrącanie się struwitu w rurach, pompach i urządzeniach odwadniających.
Podczas projektowania procesu należy również uwzględnić utylizację biosolidów.
Zgodnie z przepisami amerykańskiej Agencji Ochrony Środowiska (EPA) Klasa A i klasa B odnoszą się przede wszystkim do wymagań w zakresie redukcji patogenów i wiążą się z różnymi wymogami w zakresie zarządzania w zakresie zastosowań gruntowych. Biosolidy klasy B mogą nadal zawierać wykrywalne patogeny i dlatego wymagają ograniczeń dotyczących lokalizacji, podczas gdy biosolidy klasy A spełniają bardziej rygorystyczne wymagania w zakresie redukcji patogenów.
Dlatego też sama fermentacja beztlenowa nie powinna być automatycznie opisywana jako wytwarzająca „biosolidy klasy A”. Kompletny zestaw do obróbki i mające zastosowanie kryteria określone w części 503 określają ostateczną klasyfikację.
Uruchamianie powinno odbywać się stopniowo.
Praktyczna sekwencja obejmuje:
Natychmiastowe załadowanie nowej komory fermentacyjnej do pełnej projektowej wydajności może umożliwić produkcję kwasu przewyższającą rozwijającą się populację metanogenną.
Z ekonomicznego punktu widzenia najlepsza komora fermentacyjna ścieków niekoniecznie jest reaktorem wytwarzającym maksymalną możliwą biogaz. Operatorzy powinni porównywać energię ogrzewania i mieszania, oszczędności w zakresie usuwania substancji stałych, zużycie środków chemicznych, konserwację, wykorzystanie biogazu, oczyszczanie strumienia bocznego składników odżywczych oraz potencjalne przychody z RNG lub energii w ramach jednej zintegrowanej równowagi.
Wydajność fermentora rozpoczyna się od dokładnej charakterystyki ścieków i osadów.
Przed wyborem reaktora, systemu mieszania, jednostki oczyszczania gazu lub powiązanego sprzętu do oczyszczania ścieków należy określić oczekiwane obciążenie ciałami stałymi, charakterystykę ChZT, temperaturę, zawartość siarki i azotu, wymagania dotyczące HRT, końcową drogę biosolidów i zamierzone wykorzystanie biogazu.
Hangzhou Nihao Environmental Tech Co., Ltd. dostarcza produkty do oczyszczania ścieków i wspiera projekty oczyszczania ścieków komunalnych i przemysłowych poprzez dobór sprzętu zorientowanego na proces.
Jeśli planujesz nowy system oczyszczania ścieków lub modernizację istniejącego procesu biologicznego, skontaktuj się z nami Woda Nihao z natężeniem przepływu, charakterystyką ścieków, celem oczyszczania i istniejącymi informacjami o procesie. Nasz zespół może pomóc w ocenie odpowiednich konfiguracji oczyszczania i sprzętu pomocniczego dla całego ciągu oczyszczania ścieków.
Cztery etapy to hydroliza, kwasogeneza, acetogeneza i metanogeneza. Złożony materiał organiczny jest najpierw przekształcany w rozpuszczalne związki, następnie lotne kwasy i inne produkty pośrednie, następnie octan i wodór, a na końcu metan i dwutlenek węgla.
Fermentacja mezofilna zwykle przebiega w temperaturze około 30–38°C, przy czym w komunalnych komorach fermentacyjnych osadów powszechnie stosuje się temperaturę około 35°C. Fermentacja termofilna zwykle przebiega w temperaturze około 50–57°C. Systemy termofilne mogą zapewniać szybsze reakcje biologiczne i większą redukcję patogenów, ale generalnie są bardziej wrażliwe na zmiany temperatury i zakłócenia procesu.
HRT określa, jak długo materiał pozostaje w reaktorze, podczas gdy OLR określa, ile materiału organicznego jest stosowane na jednostkę objętości reaktora dziennie. Nadmierne obciążenie w połączeniu z niewystarczającą retencją może powodować akumulację LKT, ponieważ tworzenie kwasu przekracza zdolność konwersji metanogennej.
Pieni się may be associated with filamentous organisms, high protein or fat loading, rapid gas production, poor mixing, feed variations, and accumulated scum. Control measures include identifying the source, correcting loading or mixing conditions, managing feedstocks, and removing accumulated foam or scum where necessary.
Surowy biogaz jest oczyszczany w celu usunięcia wody, siarkowodoru, dwutlenku węgla i zanieczyszczeń, takich jak siloksany i LZO. Technologie mogą obejmować węgiel aktywny, złoża żelaza, membrany, systemy adsorpcji zmiennociśnieniowej i płuczki. RNG o jakości rurociągowej zazwyczaj wymaga znacznie wyższego stężenia metanu niż nieoczyszczony gaz z komory fermentacyjnej.
Wiele miejskich fermentorów dąży do zniszczenia około 40–60% lotnych substancji stałych, w zależności od biodegradowalności osadu i projektu procesu. W Stanach Zjednoczonych redukcja zawartości lotnych substancji stałych o 38% jest szczególnie ważna, ponieważ jest to jedna z opcji EPA pozwalająca wykazać redukcję przyciągania wektorów zgodnie z 40 CFR część 503.
Do głównych zagrożeń zalicza się ryzyko pożaru i wybuchu metanu, toksyczność siarkowodoru, atmosfery z niedoborem tlenu, gaz pod ciśnieniem, przestrzenie zamknięte i ruchomy sprzęt. Obiekty powinny stosować odpowiednią detekcję gazu, wentylację, ochronę przed ciśnieniem i próżnią, kontrolę płomienia, klasyfikację elektryczną, procedury w przestrzeniach zamkniętych, systemy awaryjnego wyłączania i procedury operacyjne specyficzne dla danego miejsca. Podczas projektowania i obsługi systemu należy zapoznać się z obowiązującymi przepisami OSHA, przepisami przeciwpożarowymi, elektrycznymi i lokalnymi.
86 - 571 - 88647609
+ 86-15267462807
język angielski
عربي
hiszpański