Анаэробное сбраживание

Цель. Анаэробное сбраживание используется в промышленности для обращения с отходами с высоким ХПК и как процесс обработки осадков сточных вод после аэробной очистки сточных вод. Производство биогаза с помощью контролируемого анаэробного сбраживания является одним из основных преимуществ процесса.

Принцип действия. Анаэробное сбраживание включает в себя бактериальное разложение органического материала при (относительном) отсутствии кислорода. Одним из основных ограничений процесса анаэробного сбраживания является невозможность разложения лигнина (основного компонента древесины). В этом состоит противоположность процессу аэробного биоразложения.. Потоки поступающего сырья и продуктов.Анаэробные процессы можно использовать для непосредственной переработки жидких отходов, активного ила, образующегося на ранней аэробной стадии, органических твердых веществ и осадков. Включение другого исходного сырья, такого как осадки сточных вод изменяет образующийся остаток сбраживания. Однако важно отметить, что смешивание бытовых отходов с этим исходным сырьем улучшает экологические и экономические аспекты процесса и уже применяется на ряде установок (особенно совместного сбраживания с навозной жижей и навозом на небольших установках на фермах).

В этом процессе углерод из поступающей органики в основном преобразуется в метан и диоксид углерода, а затем выделяется в виде биогаза, которые можно сжигать с производством энергии или сжигать на факеле для ослабления выбросов летучих органических соединений. Отношение метана к диоксиду углерода будет меняться с изменением потока отходов и температуры системы. Система нуждается в сбалансированной подаче исходного сырья для доведения до максимума образования метана. Установки целенаправленно используют отходы, богатые углеродом, которые используют имеющийся азот (и, вероятно, дополнительно требующийся за счет биоаугментации).

Процесс анаэробного сбраживания приводит к образованию метана, с теоретическим образованием 348 нм3/т ХПК. Обычно при анаэробном сбраживании при переработке биологических муниципальных отходов образуется 100-200 нм3/т ХПК. Образование биогаза очень чувствительно к исходному сырью, обнаружены на одной установке колебания от 80 до 120 нм3 в зависимости от поступающих отходов. Биогаз можно использовать для производства электроэнергии (для внутреннего потребления или для экспорта), его можно сжигать в котлах для получения горячей воды и пара для промышленных целей, и его можно также использовать в качестве альтернативного топлива в автомобилях малой и большой грузоподъемности. Типичный состав биогаза: 55-70% метана, 30-45% диоксида углерода и 200-4000 частей на млн. сульфида водорода.

Полутвердый остаток, под названием остаток сбраживания, подвергается дальнейшей переработке обычно с помощью аэробного сбраживания. В некоторых странах разрешено непосредственное применение остатка сбраживания на сельскохозяйственных землях в определенных обстоятельствах (например, в Швеции, Дании). Риск применения остатка сбраживания на почве, главным образом, вследствие наличия тяжелых металлов, обычно контролируется национальным законодательством в различных странах ЕС. Так же как и основной продукт процесса, т.е. твердый остаток сбраживания, имеются также небольшие количества дополнительного щелочного раствора, который можно подвергнуть обезвоживанию для получения жидкого удобрения или направить на установку для очистки сточных вод (часто с последующим отделением части твердых веществ).

Описание процесса. Основными переменными процесса являются методы контактирования отходов с биомассой (микробами), влагосодержание отходов (например, отходы жидкие, в вде суспензий или твердые), а также метод и степень аэрации. Анаэробное сбраживание обычно состоит из следующих стадий:

Механическая подготовка. Для того, чтобы улучшить процесс сбраживания, такие материалы как пластик, металлы и компоненты большого размера удаляются из перерабатываемых отходов. Отделение можно проводить во влажных или сухих условиях. После этого используется дополнительный процесс уменьшения размеров отходов для создания более однородного материала, что помогает ферментации и облегчает переработку. Уменьшение размеров можно осуществлять с помощью шнека, дробления, обработки в барабане, протирочной машины или шредера.

Сбраживание. Имеется ряд различных методов, используемых для эффективного сбраживания. Они обычно различаются на основе рабочей температуры (термофильные установки работают примерно при 55оС (50-65оС), а мезофильные – при 35оС (20-45оС) и процента сухого вещества в исходном сырье (например, сухие системы с 30-40% сухого вещества, влажные системы с 10-25% сухого вещества). Вообще говоря, чем выше температура, тем быстрее идет процесс, но термофильный процесс может быть труднее для контроля, и потребуется больше биогаза для поддержания требуемой температуры.

Применение. Установки для анаэробного сбраживания в настоящее время используются для муниципальных отходов (в особенности биоотходов, разделенных в источнике образования), но испытываются также для обработки опасных отходов. На некоторых установках анаэробного сбраживания на очистных сооружениях резервные мощности используются для ряда промышленных неопасных отходов. Анаэробное сбраживание муниципальных отходов имеет практику коммерческого использования около 10 лет (преимущественно, в Германии, Нидерландах и Дании). Имеются разработки в Испании, Португалии и Бельгии. Также данный метод используется в ограниченной степени в других странах, таких как Швеция, Соединенное Королевство и Франция.