 |
Масса и состав газа, выделяющегося при анаэробном сбраживании углеводов, жиров и белков
|
|
|
|
| Компоненты осадка | Удельный выход газа, мл/г | Состав газа, % | Плотность газа, г/м3, при нормальных условиях | Масса газа, г, получаемого с 1 г распавшегося вещества | |
| СН4 | со2 | ||||
| Углеводы... Жиры...., Белки.... | 790 1250 704 | 50 68 71 | 50 32 29 | 1,25.10» 1,05-Ю31,01-10е | 0,985 1,31 0,71 |
Наибольшая масса газа образуется при распаде жиров, наименьшая— при распаде белков. Поскольку в составе активного ила преобладают белки, выход газа при его сбраживании оказывается меньшим, чем при сбраживании осадка из первичных отстойников.
Образующийся в метантенках газ состоит в основном из метана — 60—67% и угольной кислоты—30—33%, содержание водорода не превышает 1—2%, азот составляет около 0,5%. Высокое содержание метана в газе обусловливается распадом жиров и белков. Углеводы дают газ с большим содержанием угольной кислоты.
Установлено, что полного сбраживания беззольного вещества осадка и каждого из его компонентов независимо от условий сбраживания в метантенке добиться невозможно. Все они имеют свой предел сбраживания, зависящий от их химического состава.
Исследованиями Л. И. Гюнтер установлено, что жироподобные вещества осадков городских сточных вод способны распадаться не более чем на 70%, предел распада углеводов равен 62,5%, белков—48%. Пользуясь предельными значениями распада компонентов и данными Родигера, приведенными в табл. 4.31, и зная химический состав осадка, можно подсчитать максимально возможный выход газа с 1 г сбраживаемого осадка:
а = (1,31-0,7ж)+(0,71.0,486)+ (0,985- 0,625*/), (4.97)
где - а —предел сбраживания осадка (выражается в %);
ж, б, у —содержание соответственно жиров, белков и углеводов в 1 г беззольного вещества сбраживаемого осадка;
1,31; 0,71; 0,985 — масса газа, г, получаемая с 1 г распавшегося вещества;
|
|
|
0,7; 0,48; 0,625— пределы сбраживания компонентов в долях единицы.
Состав осадков зависит от состава очищаемой воды, поэтому содержание белков, жиров и углеводов в осадках разных станций изменяется в значительной степени, особенно при поступлении в городскую канализацию производственных сточных вод. В зависимости от химического состава осадков изменяется и предел сбраживания. Например, по данным АКХ, сырой осадок очистной станции г. Ярославля имеет предел сбраживания 36,6%, а для осадка Тушинской станции аэрации г. Москвы эта величина составляет 51 %.
Рис. 4 51. Распад беззольного вещества Рбз в зависимости от дозы его загрузки Дбз
а — мезофильное сбраживание (сплошные линии — при г=33° С, пунктирная — при £=31° С); б — термофильное сбраживание при £=52° С; / — активный ил; 2 —> смесь состава 1,1: 1; 3 — то же, 0,8: 1; 4 — то же, 0,45: 1; б— сырой осадок
Важным фактором, предопределяющим весь ход распада органического вещества, является доза загрузки. Обычно указываются суточные дозы загрузки по объему и по беззольному веществу.
Доза загрузки по объему выражается в процентах. Она показывает, какую часть от объема метантенка составляет суточный объем загружаемого осадка.
• Доза загрузки по объему Д и продолжительность сбраживания Я связаны соотношением: Я=100 /Д.
Доза загрузки по беззольному веществу Дбз — это масса беззольного вещества осадка, кг, подаваемая на 1 м3 объема метантенка в сутки [кг/(м3-сутки)].
В зависимости от влажности и зольности осадка одной и той же объемной дозе могут соответствовать разные значения доз загрузки по беззольному веществу.
Доза загрузки является одним из важнейших технологических параметров, определяющих в совокупности с рядом других факторов степень распада органических веществ в метантенке.
В зарубежной литературе процесс брожения в метантенках часто описывается как обычная мономолекулярная реакция. В отечественной практике для математического описания этого процесса наиболее широкое применение нашли прямолинейная и степенная зависимости степени распада беззольного вещества от дозы загрузки метантенков. Влияние других параметров (таких, как влажность, температура, состав осадка) учитывается введением в уравнение коэффициентов, полученных экспериментально.
|
|
|
На основе обобщения эксплуатационных данных Курьяновской станции аэрации А. А. Карпинским предложены расчетные уравнения и графики (рис. 4.51), связывающие степень распада беззольного вещества Рбз с дозой загрузки Дбз- Уравнение имеет вид
Конструкции метантенков
Метантенки проектируются в виде герметических резервуаров с подвижным (плавающим), и неподвижным перекрытием.
Рис. 4.54. Метантенк с плавающим перекрытием
1 — железобетонный резервуар; 2 — ограничитель; 3—металлическая решетчатая ферма; 4 — теплоизоляция перекрытия; 5 — слой толя по металлическому листу; 6 —бруски; 7—рабочий настил из досок толщиной 2,5 см; 8 —защитный настил из досок толщиной 1,6 см; 9 — пергамин по битуму; 10 — рубероид (верхний слой); Л — газовый колпак; 12 — «фартук» перекрытия; 13 — газосборная труба; 14 — газопровод; 15 — трубопровод сброженного осадка; 16 — трубопровод для подачи свежего осадка; 17 —трубопровод для отвода иловой воды; 18 — паропровод; 19 — трубопровод для термометра сопротивления; 20 — трубопровод для перемешивания осадка; 21 — металлическая обшивка; 22 — ролик; 23— люк для откачки конденсата; 24 — люк-лаз; 25 — люк для отбора проб
К числу достоинств метантенков с плавающим перекрытием (рис. 4.54) относится их взрывобезопасность, возможность регулирования загрузки и выгрузки осадка по положению плавающего перекрытия по высоте. Однако применение их ограничено, так как вследствие большого зеркала бродящей массы создаются благоприятные условия для образования корки. Кроме того, при низкой температуре воздуха затрудняется движение плавающего перекрытия по направляющим роликам из-за их обмерзания.
Наибольшее распространение в отечественной практике получили метантенки с неподвижными перекрытиями (рис. 4.55 — 4.57).
|
|
|
Рис. 4.55. Метантенк с неподвижным незатопленным перекрытием 1 — гидроэлеватор; 2 — выпуск ила
На рис. 4.56 представлен метантенк диаметром 24 м и общей высотой 19,6 м. Полезный объем метантенка 5200 м3, перекрытие полусферическое. В верхней части перекрытия метантенка расположена горловина диаметром 4 м и высотой 2,5 м. Поверхность бродящей массы всегда находится выше основания горловины, вследствие чего площадь свободного зеркала в метантенках значительно сокращается. При уменьшении этой площади увеличивается интенсивность газовыделения на единицу площади, что способствует разбиванию корки. При этом площадь горловины резервуара назначается исходя из нагрузки по объему выходящего газа — 700—1200 м3/м2 в сутки.
Для сбора газа на горловине метантенка установлены газовые колпаки высотой 3,8 м. Давление газа в них составляет 3—3,5 кПа.
Отечественный опыт показывает, что отношение диаметра метантенка к его глубине должно находиться в пределах 1: 1—1:0,8.
Газо- и теплоизоляцию бетонного перекрытия метантенков выполняют из четырех-пяти слоев перхлорвиниловой массы, уложенной по бетону и покрытой цементной стяжкой. Далее уложен слой шлака толщиной 50 см, также покрытый цементной стяжкой, а сверху — трехслойной рулонной кровлей.
С точки зрения режима подачи осадков наиболее рациональной является эксплуатация метантенков по прямоточной схеме, при которой загрузка и выгрузка осадка происходит одновременно и непрерывно.
Такой режим создает благоприятные температурные условия в метан-тенке, так как исключается охлаждение бродящей массы от залповых поступлений более холодного сырого осадка и обеспечивает равномерное газовыделение в течение суток.
Осадок подается через дозирующую камеру в верхнюю зону метантенка и выгружается из конусной части днища. Максимальное удаление друг от друга трубопроводов загрузки и выгрузки предотвращает попадание несброженного осадка в выгружаемую массу.
Рис. 4.56. Метантенк Курьяновской станции аэрации
1 —мягкая кровля; 2— кирпич; 3—шлак; 4 — смотровой люк; 5 — труба для выпуска газа ватмосферу, 6 — газопровод, d=200 мм, от газового колпака; 7—газовые колпаки; 8 —пропеллерная мешалка; 9-—переливная труба; 10 — трубопровод, d=250 мм, для загрузки сырого осадка и активного ила; // — трубопроводы, d=220 мм, для удаления иловой воды и выгрузки сброженного осадка с разных горизонтов, 12— паровой инжектор, d=300 мм, для подогрева метантенков; 13 — трубопровод, d!=250 мм, для выгрузки сброженного осадка из конусной части метантенка; Н — термометр сопротивления; 15 — трубопровод, fi?=250 мм, для опорожнения метантенка (в футляре)
|
|
|
В конструкции метантенков Курьяновской станции аэрации (см. рис. 4.56) предусмотрены трубопроводы, расположенные на разных отметках по высоте метантенка. Первоначально эти трубопроводы предназначались для удаления иловой воды и выгрузки сброженного осадка с разных уровней. Однако при высоких дозах загрузки, характерных для метантенков Курьяновской станции, расслоения осадка в них не происходит и иловая вода не отделяется. Кроме того, вместе с осадком из первичных отстойников в метантенк попадает часть песка, не задержанного песколовками. Тяжелые минеральные части песка осаждаются на дно и при выгрузке с разных отметок постепенно накапливаются в метантенке, уменьшая полезный объем сооружения. Поэтому в настоящее время эти трубопроводы используются в основном для отбора проб с разных уровней и замера температуры по разрезу метантенка.
Метантенки больших размеров получают все более широкое применение. Так, объем каждого резервуара метантенков на очистной станции Могден (Англия) равен 3800 м3, в Буффало (США) —5660 м3, в Детройте (США) —8500 м3.
|
|
|
