Анаэробное сбраживание для проекта очистки фильтрата на свалке

• Проблема с фильтратом:Фильтрат свалки — это высокотоксичная сточная вода с переменным содержанием тяжелых металлов, органических кислот и экстремальной химической потребностью в кислороде (ХПК), требующая передовой биологической и физической предварительной очистки.

• Анаэробное пищеварение (АД):Служит оптимальной биологической стадией, расщепляющей сложную органику на метан (CH4) и углекислый газ (СО2) с низким энергопотреблением и минимальным выходом осадка.

• Реакторная технология:Анаэробный иловый покров с восходящим потоком (UASB) и реакторы непрерывного действия с перемешиванием (CSTR), изготовленные из высокоэластичных панелей из сплава стекла со сталью (GFS), представляют собой идеальное решение для коррозионностойких контейнеров.

• Восстановление ресурсов:Эффективные системы AD преобразуют опасные экологические обязательства в экологически чистый энергетический актив посредством улавливания биогаза, компенсируя эксплуатационные расходы предприятия.

Фильтрат свалок — сильно загрязненная жидкость, которая просачивается через отложения твердых бытовых отходов (ТБО) — представляет серьезную угрозу для окружающих почв, грунтовых вод и местных экосистем. Он содержит сложную смесь биоразлагаемых и тугоплавких органических веществ, неорганических солей, тяжелых металлов и высоких концентраций аммиачно-азотного вещества ($NH_4^+-N$).

Из-за его чрезвычайной химической концентрации сама по себе физическая или аэробная обработка часто экономически нежизнеспособна.Анаэробное пищеварение (АД)обеспечивает высокоэффективную и экономичную биологическую стадию.

Работая в обедненной кислородом среде, специализированные анаэробные консорциумы (включая ацидогены, ацетогены и метаногены) метаболизируют высокие концентрации биоразлагаемых органических веществ. Этот процесс значительно снижает ХПК, одновременно производя ценный поток биогаза.

Проектирование анаэробного варочного котла для фильтрата свалок требует точного контроля параметров окружающей среды и эксплуатации. Эффективность биологического разложения очень чувствительна к колебаниям состава притока.

Скорость органической загрузки определяет биологическую питательную способность анаэробной системы. Математически это определяется как:

Где:

• $\text{OLR}$– это скорость органической загрузки, выраженная в$\text{кг ХПК}/(\text{м}^3 \cdot \text{день})$.

• $\text{COD}_{\text{in}}$- химическая потребность в кислороде поступающего фильтрата ($\text{кг/м}^3$).

• $Q$- суточный объемный расход ($\text{м}^3/\text{день}$).

• $V_R$– активный объем жидкости анаэробного реактора ($\text{м}^3$).

Превышение оптимального значения OLR может привести к «закисанию реактора», когда производство летучих жирных кислот (ЛЖК) превышает потребление метаногена, что приводит к быстрому падению pH.

Анаэробные микроорганизмы оптимально функционируют либо в мезофильной ($35^\circ\text{C}$к$38^\circ\text{C}$) или термофильный ($50^\circ\text{C}$к$55^\circ\text{C}$) диапазоны. Поскольку температура фильтрата необработанной свалки динамически колеблется в зависимости от сезонной погоды, интеграция теплообменников и изоляции резервуаров имеет решающее значение для предотвращения бактериального вымывания.

Старый, зрелый фильтрат свалки содержит высококонцентрированный аммиак ($NH_4^+-N$), иногда превышающие3000 долларов США \text{мг/л}$. Высокие уровни свободного аммиака очень токсичны для метаногенов. Проекты по очистке фильтрата часто должны включать стратегии предварительной аэрации, удаления воздуха или разбавления для поддержания концентрации аммиака ниже ингибирующих порогов (обычно$< 1500 \text{ мг/л}$внутри реактора).

Различные проекты по очистке фильтрата требуют индивидуальных реакторных технологий в зависимости от возраста свалки и биоразлагаемости фильтрата ($\text{BOD}/\text{COD}$соотношение).

Фильтрат свалки химически агрессивен. Он содержит летучие органические кислоты, повышенную концентрацию хлоридов, абразивные взвешенные вещества и высококоррозионный сероводород ($H_2S$) газ в свободном пространстве реактора. В таких условиях стандартные бетонные или сварные резервуары из углеродистой стали очень чувствительны к химическому разложению, структурному растрескиванию и локальной коррозии.

Для современных проектов по очистке фильтратаСтекло, сплавленное со сталью (GFS)резервуары с болтовым соединением являются отраслевым стандартом.

Путем термического сплавления фритты из кварцевого стекла с пластинами из углеродистой стали при температурах от$820^\circ\text{C}$и$930^\circ\text{C}$, производители создают физический композитный материал. Стальной сердечник обеспечивает исключительную физическую прочность на разрыв, а стеклянный слой обеспечивает полную химическую стойкость.

• Широкая толерантность к pH:Специализированные покрытия GFS разработаны так, чтобы выдерживать экстремальные значения pH в диапазоне от 1 до 14, идеально справляясь с кислыми фазами молодого фильтрата.

• Модульная сборка:Панели GFS с болтовым креплением собираются на месте с помощью специальных домкратов. Это устранило необходимость в огневых работах (сварке) и использовании тяжелых кранов, сократив время строительства до доли заливки бетона.

• Нулевые структурные утечки:Специально разработанные мастичные уплотнения и высокопрочные болтовые соединения предотвращают просачивание токсичных сточных вод в местную почву или грунтовые воды во время очистки.

А:Сырой фильтрат обычно имеет чрезвычайно высокую концентрацию органических веществ (ХПК$> 10 000 \text{ мг/л}$). Аэробная обработка потребует огромных энергетических затрат на непрерывную аэрацию и приведет к образованию огромного количества биологического ила, требующего утилизации. Анаэробное сбраживание справляется с высокими нагрузками органических веществ при нулевой энергии аэрации, генерирует минимальное количество отработанного осадка и производит возобновляемый газ метан.

А:«Молодые» свалки (младше 5 лет) производят фильтрат, богатый летучими жирными кислотами (ЛЖК), что приводит к высокому уровню загрязнения.$\text{BOD}/\text{COD}$соотношение ($>0,5$), который обладает высокой биоразлагаемостью и идеально подходит для анаэробного сбраживания. «Зрелые» свалки (старше 10 лет) дают стабилизированный фильтрат с низким$\text{BOD}/\text{COD}$соотношения ($<0,1$), содержащие тугоплавкие гуминовые и фульвокислоты. Зрелый фильтрат требует предварительной физико-химической обработки (например, окисления Фентона или мембранной фильтрации) одновременно с биологическим расщеплением или перед ним.

А:Трехфазный сепаратор является важнейшим внутренним компонентом, расположенным в верхней части реактора UASB. Он отделяет очищенную сточную жидкость, поднимающиеся вверх пузырьки биогаза и активный гранулированный анаэробный ил. Такое разделение гарантирует, что критическая биомасса оседает обратно в слой реактора, а не вымывается очищенными сточными водами.

А:В свободном пространстве анаэробного варочного котла накапливается большое количество влажного сероводорода ($H_2S$) и углекислый газ ($CO_2$), создавая высококоррозионные сернистую и угольную кислоты. В то время как стандартные металлы быстро разрушаются в этой влажной и кислой среде, инертное стеклянное покрытие панелей GFS полностью невосприимчиво к газообразной кислотной коррозии, сохраняя структурную целостность более 30 лет.