Использование анаэробного способа способа метанового сбраживания сточных вод предприятий пищевой промышленности
Один из основных недостатков аэробных способов очистки сточных вод, которые с успехом применяются в пищевой промышленности для окисления органических соединений заключается в потреблении энергии. Нередко предприятия агропромышленного комплекса расходуют на очистку сточных вод от 10 до 15% общего потребления энергии. В условиях энергетического кризиса такое потребление становится неприемлемым.
В то же время анаэробные способы метанового сбраживания не только обеспечивают получение биогаза с содержанием метана от 50 до 70%, но также позволяют получить экономию электроэнергии по сравнению с аэробными способами очистки.
В настоящее время во Франции 15 предприятий пищевой промышленности оборудованы системами анаэробной очистки сточных вод с органическим загрязнением, в которых используются метантенки емкостью от 25 до 5000 м3. Самый большой в мире метантенк работает по принципу анаэробного фильтра, имеет емкость 13000 мЗ и эксплуатируется на ромовом заводе в Пуэрто-Рико.
В пищевой промышленности существуют чрезвычайно благоприятные условия для применения способа метаногенного сбраживания сточных вод: высокая концентрация загрязнения в небольших объемах воды, в основном растворимый характер органических загрязнений, обычно благоприятная температура сточных вод (30-35°С).
Во Франции развитие технологии метанового сбраживания сточных вод отмечено двумя крупными разработками. Это установка метоногенного сбраживания концентрированных сточных вод, образующихся в процессе очистки от кожицы и бланширования овощей на овощеконсервном заводе, расположенном на севере Франции, и установка для метанового сбраживания сточных вод, образующихся в процессе мойки сахарной свеклы на сахарном заводе, который также расположен на севере Франция.
На овощеконсервном заводе эксплуатируются 2 метантенка единичной емкостью по 2500 мЗ. Использован контактный способ метанового сбраживания с помощью неиммобилизованных микроорганизмов. Объемная нагрузка - 2,7 - 3,5 кг ХПК /м3/сутки. Эти метантенки применяются для очистки сточных вод, образующихся в процессе бланширования зеленого горошка и стручковой фасоли, а также для очистки моркови от кожицы с помощью пара. Эффективность очистки по ХПК составляет 95%, что позволяет получить 8000 м3/сутки газа. Годовая экономия энергии - 720 тонн в пересчете на нефть.
На сахарном заводе введен в эксплуатацию метантенк типа анаэробного фильтра с иммобилизованными микроорганизмами и нисходящим потоком очищаемых сточных вод. Емкость метантанка равна 1200 м3. Объемная нагрузка - 15 кг ХПК /мЗ/сутки. Этот метантенк используется для очистки сточных вод, образующихся в процессе мойки сахарной свеклы в период производственного сезона на сахарном заводе (постоянный расход воды 100 мЗ/ч). При эффективности очистки по ХПК до 90% выработка газа составляет 0,35 мЗ биогаза/кг ХПК (т.е. 3 - 4 мЗ биогаза / мЗ метантенка / сутки). Содержание метана в биогазе – 84 — 88%, чистая экономия энергии — 600 т в пересчете на нефть за производственный сезон.
В последнее время значительное внимание уделяется проблеме сбора метана, образующегося естественнымым путем на свалках. В качестве примера можно привести систему сбора биогаза, созданную па свалке бытовых отходов в Суаньоле-ан-Бри (франция). Объем свалки составляет до 1 млн. мЗ. На свалке оборудовано 14 скважин, которые обеспечивают сбор 780 мЗ/ч биогаза с содержанием метана до 50%. Этот биогаз полностью используется предприятием по сушке люцерны, расположенным в 600 м от свалки, что позволяет экономить 17 т мазута в сутки.
На дрожжевом заводе (север Франции) эксплуатируются два метантенка с псевдоожиженным песчаным слоем емкостью по 80 мЗ каждый. Схема биохимического разложения предусматривает разделение кислотной и метаногенной фазы. Такая технология раздельного сбраживания позволяет заметно уменьшить габаритные размеры установки при нагрузке 80 кг ХПК/мЗ/сутки и эффективности очистки по ХПК до 80%. Однако она является дорогостоящей.
Научно-исследовательский институт сахарной промышленности IRIS (Франция) проводит работы в области метанового сбраживания влажных растительных субстратов: свекловичного жома и отходов свекломоечного отделения. На сахарном заводе эксплуатируется метантенк емкостью 2000 мЗ, способный перерабатывать органические соединения в 8000 мЗ метана/сутки. Этот метантенк смешанного типа со слоем гранулированного ила в нижней части и иммобилизованным слоем в верхней части.
На фабрике по производству картофельных хлопьев и чипсов (хрустящий картофель) в процессе бланширования картофеля образуется 1400 мЗ/сутки сточных вод со средним уровнем загрязнения по ХПК до 11 т. Для их очистки используется метантенк типа анаэробного фильтра с иммобилизованными микроорганизмами и восходящим потоком очищаемых сточных вод. Емкость метантенка - 1750 мЗ. Эффективность очистки по ХПК - 90%. Экономия энергии за счет выработки биогаза и сокращения энергозатрат по сравнению с аэробным способом очистки составила 952 т/год в пересчете на нефть. Срок окупаемости составил всего лишь 2,2 года.
На заводе по производству мягких сыров и сухого молока использован способ метанового сбраживания, разработанный фирмой Degremont. Анаэробный фильтр емкостью 264 мЗ обеспечивает очистку от органических загрязнении, что соответствует снижению ХПК на 10,6 кг/м3/сутки, при этом вырабатывается 0,32 мЗ метана (СН4) / кг ХПК.
На молокозаводе введен в эксплуатацию небольшой метантенк емкостью 25 мЗ с непрерывной подачей сточных вод через иммобилизованный слой. Этот метантенк перерабатывает 7 мЗ/сутки молочной сыворотки. Благодаря замене пропана биогазом и снижению затрат на аэробную очистку метантенк должен окупиться за 3-5 лет.
На спиртовом заводе используется установка для очистки стоков цельной барды спиртового производства способом метанового сбраживания. Установка позволяет удалять 80 т/сутки органических соединений по ХПК. Она состоит из метантенка емкостью 5600 мЗ для переработки барды и метантенка емкостью 4000 мЗ для переработки осадков. На этом заводе для доочистки применяется еще один метантенк, что позволяет повысить эффективность очистки по ХПК до 99%. Биогаз используется в качестве котельного топлива и топлива для тепловых двигателей.
На бумажной фабрике вводится в эксплуатацию метантенк емкостью 2700 мЗ для переработки конденсата паров черного щелока (уксусная кислота + метанол + фурфурол) из расчета 21 т ХПК / сутки при объемной нагрузке 8 кг ХПК/мЗ/сутки. Производство газа с содержанием метана 75% будет составлять 6250 мЗ/сутки.
На химическом заводе в Лилльбоне способ анаэробного сбраживания применяется для очистки сточных вод цеха глиоксиловой кислоты, которые загрязнены в основном уксусной и муравьиной кислотами. Метантенк с неиммобилизованными микроорганизмами удаляет 16,5 т ХПК/сутки и вырабатывает 11000 мЗ/сутки биогаза. Годовая экономия энергии составляет 1400 т в пересчете на нефть. Благодаря этому срок окупаемости капиталовложений в сумме 10 млн. Евро оценивается в 5 лет.
Новый метантенк фирмы Saur-Ircha с биомассой, иммобилизованной на пенополиуретане, испытывался на молочной сыворотке, барде и сточных водах бумажного производства.
Вызывает также интерес научно-исследовательская программа фирмы "Anred-Gdf-Cef" в области сбора и утилизации биогаза на свалках в Марселе и Вильпаридисе (Франция). Предполагается получить 140-280 мЗ биогаза/т органического вещества. Срок реализации программы 3—10 лет.