Mechanizm i zalety/wady technologii fermentacji beztlenowej w oczyszczaniu ścieków

Fermentacja beztlenowa to technologia oczyszczania biologicznego, która wykorzystuje bakteryjne reakcje enzymatyczne w celu rozkładu materii organicznej. Początkowo technologię tę stosowano głównie w oczyszczalniach ścieków komunalnych do oczyszczania osadów z osadników wstępnych oraz osadu nadmiernego czynnego. Wraz z postępem technologicznym ponownie ocenia się jego wartość w oczyszczaniu ścieków organicznych i wykorzystaniu zasobów.

Fermentacja beztlenowa jest złożonym procesem biochemicznym. Z punktu widzenia fermentacji można ją podzielić na trzy etapy; z punktu widzenia mikrobiologicznego dzieli się go głównie na dwa etapy działania.

1. Trzy etapy procesu fermentacji

Etap fermentacji kwaśnej: Kiedy stężenie materii organicznej w ściekach jest zbyt wysokie i rozpuszczony tlen zostaje wyczerpany, tworząc stan beztlenowy, węglowodany szybko rozkładają się, wytwarzając niższe kwasy tłuszczowe, takie jak kwas octowy, kwas propionowy i kwas masłowy. W tym czasie wartość pH gwałtownie spada do 5,0–6,0, a ścieki wydzielają silny, zgniły zapach.

Etap redukcji kwasowości: Kwasy organiczne i związki azotowe zaczynają się rozkładać, tworząc substancje takie jak amoniak i aminy. pH stopniowo wzrasta do 6,0–6,5, a BZT osiąga swój szczyt, czemu towarzyszy pienienie i pływanie ciała stałego.

Etap fermentacji alkalicznej: Jest to ostatni etap trawienia. Nagromadzone kwasy organiczne rozkładają się na metan, dwutlenek węgla i amoniak, a prawie cała materia organiczna zawierająca błonnik i azot-ulega rozkładowi. W tym momencie pH wzrasta powyżej 7,5, BZT gwałtownie spada, a proces trawienia zostaje zakończony.

2. Dwa etapy w mikrobiologii

Etap 1 (etap produkcji kwasu): Pod działaniem bakterii-wytwarzających kwas (fakultatywne i bezwzględne beztlenowce powszechnie występujące w przyrodzie) materia organiczna rozkłada się na niższe kwasy tłuszczowe, aldehydy, alkohole itp. Bakterie wytwarzające-kwas rozmnażają się szybko i łatwo przystosowują się do środowiska.

Etap 2 (etap fermentacji metanowej): Metanogeny wykorzystują produkty pierwszego etapu, rozkładając je na metan i dwutlenek węgla. Metanogeny są bezwzględnymi beztlenowcami o wyjątkowo wolnym tempie rozmnażania i są bardzo wrażliwe na czynniki środowiskowe (pH, temperatura, substancje toksyczne).

Kluczowy punkt kontrolny: Czynnikiem kontrolującym fermentację beztlenową jest szybkość proliferacji metanogenów. W ciągłej fermentacji upłynnianie i zgazowanie muszą utrzymywać dynamiczną równowagę. Jeśli środowisko zostanie zakłócone, fermentacja metanowa ustaje, co prowadzi do gromadzenia się niższych kwasów tłuszczowych i powoduje nieprawidłowe trawienie.

Chociaż fermentacja beztlenowa ma pewne ograniczenia w zastosowaniu, biorąc pod uwagę obecny główny trend w przetwarzaniu odpadów organicznych w kierunku odwadniania, suszenia lub spalania, jej wyjątkowe zalety sprawiają, że jest ona istotna w obecnym środowisku-niedoborów energii.

1. Analiza wad

Ścieki wymagają wtórnego oczyszczenia: Stężenie resztkowej materii organicznej w cieczy separacyjnej po fermentacji pozostaje wysokie i wymaga dalszego oczyszczania.

Problem z zapachem: ścieki zawierające siarkę i azot-podczas rozkładu redukcyjnego wytwarzają siarkowodór i amoniak, co powoduje wydzielanie nieprzyjemnych zapachów.

Ograniczenia ekonomiczne: tradycyjna fermentacja beztlenowa jest nieekonomiczna w przypadku ścieków o niskim-stęeniu.

2. Analiza zalet

Oszczędność energii: wyprodukowany biogaz można wykorzystać jako paliwo, a koszt energii wynosi zaledwie jedną-jedną dziesiątą kosztów utleniania biologicznego.

Niska i stabilna produkcja osadu: Ilość osadu nadmiernego jest niewielka, ma doskonałe właściwości zagęszczające i odwadniające; przefermentowany osad jest stabilny higienicznie i chemicznie i może być stosowany jako odpad lub pasza dla zwierząt.

Wysoka wydajność oczyszczania: Ma znaczący wpływ na upłynnienie cząstek stałych w ściekach.

Zalety eksploatacyjne i sprzętowe: Urządzenie ma prostą konstrukcję, pracuje w układzie zamkniętym, nie powoduje zanieczyszczenia odorami, a jego obsługa nie wymaga specjalnych umiejętności technicznych.

Ekspansja technologiczna: wraz z rozwojem procesów beztlenowego osadu czynnego i złoża fluidalnego technologia ta stopniowo zaczyna mieć zastosowanie w oczyszczaniu ścieków o niskim-stęeniu i oczekuje się poprawy jej efektywności ekonomicznej.