Спосіб очищення стічної води для одержання оборотної води для продукування біогазу з пташиного посліду

Реферат: Винахід належить до біотехнології, а саме до анаеробно-аеробного процесу біологічного очищення стічної води від органічних речовин та сполук азоту для її повторного використання у процесі одержання біогазу з пташиного посліду. Заявлено спосіб очищення стічної води для одержання оборотної води для її використання в процесі одержання біогазу з пташиного посліду в метантенку, який включає анаеробно-аеробний процес очищення стічної води від органічних речовин та сполук азоту і має дві стадії: спочатку здійснюють очищення стічної води від органічних речовин на першій анаеробній стадії, біогаз з якої використовують для барботування в метантенку; на другій стадії потік стічної води з анаеробної стадії поділяють на два потоки: один потік – направляють на аеробну стадію очищення, де відбувається процес нітрифікації, другий – на анаеробну, де відбувається видалення сполук азоту при надходженні стічної води з аеробної стадії очищення; після очищення стічну воду подають до метантенка для повторного використання в процесі зброджування. UA 114766 C2 (12) UA 114766 C2 UA 114766 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до біотехнології, а саме до анаеробно-аеробного методу біологічного очищення стічної води від органічних речовин та сполук азоту з метою її повторного використання у процесі отримання біогазу з пташиного посліду. Спосіб очищення стічної води з її повторним використанням може використовуватися для очищення стоків після виробництва біогазу з пташиного посліду та інших субстратів, а також в галузях промисловості з високими показниками сполук азоту в стічній воді. Очищення стічної води з одночасним одержанням біогазу пропонується у "Аеробноанаеробний біоставок для біохімічного очищення забруднених органічними домішками стічних вод та одержанням біогазу" [Патент України на винахід № 93112 С2, МПК C02F 3/30 МПК C02F 11/04, 2011]. Споруда біоставка складається з котловану, в якому знаходиться аеробна та анаеробна зона, яка відокремлена плівковим покриттям, трубопроводу із щільовими отворами для подачі стічної води на обробку, трубопроводу для відбору збродженого осаду для подальшого ущільнення і складування, купола для збору біогазу та несучих опор, трубопроводу для відводу утвореного біогазу. Недоліком наведеного способу є те, що не контролюється гідравлічний час утримання (час перебування стічної води в ємності очищення) води на першій стадії очищення, оскільки при вищих навантаженнях стічні води будуть швидше переходити до анаеробної зони через спеціальні отвори, що в свою чергу не забезпечує постійність процесу очищення стічної води. Також рух стічної води з аеробної частини тільки по периметру призведе до виникнення градієнта концентрації органічної сировини, оскільки в системі не передбачено системи перемішування. Надходження кисню до анаеробної зони призведе до призупинення процесу утворення метану і зниження калорійності біогазу. При цьому не відбувається очищення стічної води від сполук азоту. До того ж плівкове покриття є недовговічним і потребує періодичної заміни, що в свою чергу потребує зупинки технологічного процесу та спорожнення резервуара. Відомий також спосіб очищення стічної води від сполук азоту "Anaerobic ammonium oxidation for water treatmentin recirculating aquaculture" [патент США № US 20050087489 A1], що складається послідовно з нітрифікуючого заглибного фільтра з іммобілізованими носіями та аnаmmох-фільтра з денітрифікуючими бактеріями, іммобілізованими на таких же носіях. На першому фільтрі в аеробних умовах стічні води проходять нітрифікацію, а в другому фільтрі за анаеробних умов проходить процес денітрифікації. Недоліком вищенаведеного способу (устаткування) є те, що в аеробних умовах спочатку відбувається процес утилізації органічних речовин, і потім нітрифікація. При різній концентрації забруднюючих органічних сполук, необхідно контролювати час утримання стічної води на фільтрі, і відповідно при збільшенні гідравлічного навантаження (кількості стічної води, що надходить на очищення) може не відбутись процес необхідної нітрифікації, що призведе до зниження ступеня очищення стічної води від сполук азоту. Також аnаmmох-бактерії, які містяться у другому фільтрі, використовують нітрит іони для здійснення процесу денітрифікації. В той же час при проведенні процесу нітрифікації утворюються як нітрит, так і нітрат іони. За використання тільки anammox-бактерії не буде здійснюватись глибоке очищення стічної води від сполук азоту. Також в анаеробній стадії очищення стічної води за наявності гетеротрофних бактерій може утворюватись біогаз, який нікуди не збирається і містить речовини, які мають антропогенний вплив на довкілля. Найбільш близьким аналогом способу, що заявляється, є "Спосіб біологічного очищення стічних вод від амонійного азоту (патент України на корисну модель № 33353 U, МПК C02F 3/30, 2008). Спосіб реалізується за допомогою розділення стічної води на два рівних потоки (1:1 або 4:5) - один надходить до аеробного біореактора, де за допомогою аераторів відбувається насичення киснем забрудненої води, другий - до анаеробного біореактора, у якому проходить процес очищення від органічних полютантів, далі потоки надходять до анаеробного аnаmmохреактора. Гідравлічний час утримання (час перебування стічної води в ємності очищення) в реакторах однаковий. Недоліком заявленого способу є розподіл води на два рівномірних потоки без попереднього очищення води від органічних сполук та однаковий гідравлічний час утримання (час перебування стічної води в ємності очищення). Оскільки в анаеробному реакторі утилізація органічних сполук відбувається швидше за рахунок підвищеної швидкості метаболізму анаеробних мікроорганізмів. Процес амоніфікації відбувається одночасно з утворенням іонів нітрату та нітриту, при цьому передбачається, що в anammox-реактор надходить вода з рівною концентрацією нітритів та амонію, що неможливо досягти в принципі, оскільки за використання асоціацій мікроорганізмів, які присутні в реакторах, відбувається утворення, як іонів нітрату, так і нітриту. При цьому приріст мікроорганізмів у аеробному реакторі у 3-5 разів більший і, відповідно, потребує більшої кількості сполук азоту, ніж мікроорганізми у анаеробному реакторі, 1 UA 114766 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 тому розподіл потоку на рівні частини не забезпечить очищення від сполук азоту. При цьому відбувається забруднення оточуючого середовища, оскільки не передбачено використання біогазу, що утворюється в анаеробному реакторі, викид його в атмосферу збільшує кількість парникових газів, що призводить до підвищення антропогенного впливу на оточуюче середовище. Також у anammox-реактор надходять разом зі стічною водою аеробні мікроорганізми та кисень, що призводить до зниження швидкості anammox процесу та процесу денітрифікації. За використання anammox-бактерій, якими заселено anammox-реактор не відбувається очищення від нітратів, які обов'язково містяться після процесу амоніфікації. В основі винаходу поставлено задачу очищення стічної води після метанового зброджування посліду птахів, як від органічних речовин, так і від високих концентрацій сполук азоту для її повторного використання з метою доведення субстрату до потрібної вологості в процесі метаногенезу. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що спочатку відбувається очищення стічної води за анаеробного процесу від органічних речовин з утворенням біогазу, який направляється у метантенк для перемішування середовища шляхом барботування. Після відстоювання на сепараторі стічна вода поділяється на два потоки у співвідношенні (3-6):1 для аеробного та анаеробного процесу, відповідно. Збільшення кількості стічної води для аеробного процесу необхідно для забезпечення поживними елементами, і в тому числі азотом, мікроорганізмів, які розмножуються швидше за анаеробних. Час перебування стічної води у аеробному реакторі більший, ніж в анаеробному, оскільки швидкість перетворення органічних речовин більша у анаеробному реакторі, і визначається повнотою окиснення іонів амонію. Утворений біогаз з анаеробного реактора змішується з біогазом початкового анаеробного реактора і направляється для барботування метантанка. Після аеробної стадії передбачено відділення (сепарацію) від твердого залишку, далі в відбувається витиснення розчиненого кисню зі стічної води за рахунок барботування її біогазом, що утворився в третьому анаеробному реакторі. Стічні води з другого анаеробного реактора та відстійника після аеробного реактора надходять до третього анаеробного реактора, де відбувається денітрифікація як за рахунок аnаmmохпроцесу, так і денітрифікації нітрат іонів. Стічна вода після очищення від сполук азоту надходить до метантенку для доведення його вмісту до потрібної вологості, і створення необхідних умов для проходження процесу утворення біогазу. Заявлений спосіб може бути впроваджений на нових об'єктах водоочищення або ж використаний як реконструкція на уже діючих біогазових станціях. Спосіб реалізується за схемою, яку представлено на кресленні. Стічна вода разом з твердим залишком з метантенка 1 після процесу метаногенезу надходить на сепаратор 2, де відділяється тверда фракція від рідкої. Тверда фракція після підсушування складується на полігонах і використовується як біодобриво, що збагачене сполуками азоту. Стічна вода надходить до анаеробного реактора 3, де відбувається її очищення від органічних речовин. Біогаз, що утворився, збирається в газгольдері 4 і направляється за допомогою компресор 5 на барботування в метантенк 1 для перемішування середовища та інтенсифікації процесу метаногенезу. Далі з газгольдера весь біогаз 6 надходить до спеціального фільтра 7, де відбувається його очищення від сірководню та надлишкової вологи. Після очищення біогаз надходить до газгольдера накопичувача 8 звідки за допомогою компресора 9 подається на спалювання у когенераційну установку 10. Стічна вода після сепарації та видалення органічних речовин поділяється на два потоки у співвідношенні (3-6):1 і почергово перекачується за допомогою насоса 11 в аеробний та анаеробний реактори. Більша частина стічної води надходить в аеротенк 12, де відбувається її доочищення від органічних сполук та проходить процес нітрифікації з утворенням NO3 , NО2 . + Інша частина, яка багата на сполуки NH4 , надходить до анаеробного реактора 13, де відбувається очищення від органічних сполук і утворення біогазу. Біогаз що утворився за допомогою насоса 14 перекачується на очищення до фільтра 7 або може бути направлений на видалення кисню з стоків, які потрапили з аеротенка 12 до відстійника 16. Періодичність подачі газу та час визначається за вмістом розчиненого кисню. Газова система обладнана аварійним факелом 15 для спалювання біогазу у випадку аварії в системі очищення, зберігання або когенерації біогазу. Після аерації стічна вода за допомогою насоса 17 надходить до відстійника 16, де відбувається її відстоювання від активного мулу та очищення від розчиненого кисню за рахунок відстоювання протягом 12 годин. Шлам (осад), що утворився в процесі відстоювання за допомогою каналізаційного насоса 18 та систему кранів подається на сепаратор 2 для зневоднення. Після відстоювання стічна вода за допомогою насоса 18 направляється до 2 UA 114766 C2 5 10 анаеробного реактора 13, куди також направлена вода з анаеробного реактора 3. В анаеробному реакторі 13 відбувається процес денітрифікації за перебігу реакцій: NО3 +органічні речовини=N2+CO2+H2O; + NH4 +NO2=N2+H2O. Усі реактори зі стічною водою обладнані інертними носіями для збільшення кількості мікроорганізмів та гідробіонтів, а також для інтенсифікації процесів очищення стічної води. Анаеробний реактор 13 обладнаний спеціальною заглибною мішалкою для інтенсифікації процесу утворення молекулярного азоту. Після очищення стічної води від сполук азоту вода повертається до метантенка 1, де знову приймає участь у метановому зброджуванні. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 15 20 25 1. Спосіб очищення стічної води для одержання оборотної води для її використання в процесі одержання біогазу з пташиного посліду в метантенку, який включає анаеробно-аеробний процес очищення стічної води від органічних речовин та сполук азоту і має дві стадії: спочатку здійснюють очищення стічної води від органічних речовин на першій анаеробній стадії, біогаз з якої використовують для барботування в метантенку; на другій стадії потік стічної води з анаеробної стадії поділяють на два потоки: один потік – направляють на аеробну стадію очищення, де відбувається процес нітрифікації, другий – на анаеробну, де відбувається видалення сполук азоту при надходженні стічної води з аеробної стадії очищення; після очищення стічну воду подають до метантенка для повторного використання в процесі зброджування. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що розділення стічної води на потоки відбувається у співвідношенні (3-6):1 для аеробного та анаеробного процесу, відповідно. 3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що після аеробної стадії перед подачею стічної води на другу анаеробну стадію відбувається відстоювання стічної води від активного мулу. Комп’ютерна верстка В. Мацело Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3