Tретиране на силно замърсени с органични съединения отпадни води.

Високо замърсените с органични съединения отпадни води ефективно могат да бъдат пречистени единствено чрез анаеробно биологично третиране. Конвенционалното аеробно аерационно стъпало само по себе си няма капацитета да пречисти води с високо ХПК и БПК и би могло в редуциран вид да се използва единствено като второ допречистващо стъпало след анаеробен биореактор, като съотношението на пречистване е 9:1

Варианта на комбинация химическо пречистване и аеробно аериращо стъпало има съществени недостатъци, а именно не достатъчно добро пречистване, огромни разходи за химикали и ел. енергия и много големи количества химически третирани утайки, които трябва да се депонират.

Освен високата ефективност на пречистване биологичното анаеробно стъпало произвежда биогаз със съдържание на метан (CH4) около 70% в значителни количества. Този биогаз би могъл да се интегрира в производството и да повиши енергийната ефективност на предприятието.

Анаеробното третиране се извършва в реакторите ECSB и CSTR.

Mикробиология и биохимия на анаеробната технология

Анаеробното третиране на отпадни води е биологичен метод, който се характеризира с произвеждането на метан (CH4). Активните микроорганизми, които принадлежат към групата на анаеробните бактерии, т.е. бактериите, които могат или в повечето случай живеят само в среда, която изключва наличието на кислород. В този контекст метаногенните бактерии играят ключова роля.

Процесът на анаеробно разграждане на органичен материал се случва на стъпки (Фиг. 1). Могат да бъдат очертани четири стъпки:

• Хидролиза
• Окисляване
• Ацетогенеза
• Метаногенеза

Всяка стъпка се осъществява от различна популация бактерии. Рективния продукт на една популация е субстрат (храна) за следващата.

фигура 1

Хидролиза и окисляване

Анаеробното разграждане започва с хидролизата на големи органични молекули (полимери) като протеини и полизахариди (нишесте), които се хидролизират от екзо-ензими. Формират се мономери, които са разградими от окисляващите бактерии (втора стъпка). Тези мономери са глюкоза, хексоза, пентоза (захар), аминокиселини, алкохоли и др. Във втората стъпка се формират и по-високо органични летливи киселини като ацетат, пропионат, бутират и др. Една от възможните окислителни реакции е тази на окисляването на глюкоза към ацетоза.

Глюкозата може да бъде окислена с едновременно производство на водород:

Реакции (1) и (2) показват, че ХПК съдържанието на глюкоза се преобразува в ХПК съдържание на киселина. Тъй като няма намалени въглеродни молекули които дa се отделят в газово състояние, на този етап не сеизвършва пречистване.

Aцетогенеза

Високоорганичните киселини се трансформират към ацетат чрез ацетогенни бактерии (трета стъпка). Въпреки това енергийното производство при това преобразуванене е достатъчно за протичане на реакцията.

Например преобразуването на попионова киселина

зарядът на свободна енергия е позитивен. Според законите на термодинамиката, реакцията може да протече само когато свободната енергия е с негативен заряд. Това може да се случи само при реакция (3), когато (частичното) налягане на H2 e по-малко от 10-3 - 10-4 bar.

Чрез дирекна консумация на H2 частичното налягане ще бъде поддържано ниско и пропионовата киселина се преобразува в оцетна киселина. В този случай пропионатът ще се акумулира в културите, което може да доведе до проблеми.

Mетаногенеза

Метаногените принадлежат към специална група бактерии, архаебактериите. Те са членове на анаеробната хранителна верига, чийто метаболитна активност пречи на секвестирането на големи количества от органичен материал в анаеробните екосистеми. Горните три упоменати групи бактерии накрая произвеждат оцетна киселина и водород. Излишния водород може да бъде използван от метаногените бактерии за преобразуването на HCO3 към метан според:

Mетаногенеза II, фигура 1

Акумулацията на попионна киселина може да бъде избегната, ако метаногенните и ацетогенните бактерии са свързани много близко (симбиоза). Тогава водородът, който се произвежда от метаногенните и ацетогенните бактерии може да се използва от метаногенни бактерии за преобразуване към метан. Това се нарича междувидов трансфер на водород и се случва според:

Равновесието на горната реакция е от дясната страна и метанът се произвежда от метанова бактерия. ХПК-то във водата намалява при отделянето на газ. Една от най-важните стъпки е следващата, която може да се извърши само от две метаногенни бактерии, Methanothrix soehngenii и Methanosarcina subspecies: (Mетаногенеза II, фигура 1)

В тази реакция ацетатът се преобразува в биогаз. При тази реакция се произвежда около 70% от биогазта в анаеробния процес. Тук ХПК се премахва от водата заедно с метанът.