ЕнвироХеми България ЕООД, д-р инж. Мария Начева
С оглед намаляване на замърсяемостта на повърхностните водоеми или респективно редуциране на натоварванията в комуналните пречиствателни станции, отпадъчните води от индустрия следва да се пред-третират физико-химично или биологически (в зависимост от степента и вида на замърсяването) преди тяхното заустване. При избор на първично анаеробно биологическо стъпало, в процеса на пречистването на отпадъчните води се образува биогаз. Целта на настоящата статия е да разгледа от една страна възможностите за енергийно-ефективното третиране на тези водни потоци, а от друга за използването им също като изходяща суровина за добив на биогаз – друг алтернативен енергиен източник.
Като първа екологична задача във всяко едно производство стои намаляването на загубите на суровина и готов продукт т.е „изтичането им през канала”, което според практиката автоматично води до намаляване на количествата и натовареността на отпадъчните води. За съжаление, дори и най-добрият воден мениджмънт, не би могъл да „спести” напълно отпадъчните води.
Отпадъчните води от питейната индустрия, особенно от вино-, спирто-, пиво-производството, както и преработката на плодове и зеленчуци се характеризират с висока замърсяемост, при тях показателят ХПК* (химическа потребност от кислород = една от мерките за замърсеността на отпадъчните води), може да варира между ХПК = 3.000 – 80.000 мг/л. За щастие в по-голямата си част тези замърсявания се характеризират с висока биологическа усвоимост. Друга основна характеристика на тези води е тяхната неравномерност за 24 часа и подчертаната им сезонност.
За третирането на такива отпадъчни води има разработени два основни биологически метода. Изхождайки от принципите за енергийна ефективност и приемайки една относително висока замъреност на водите тук ще направим сравнение между аеробните и анаеробни биологически методи.
Ако изборът попадне на аеробна технология т.е. конвенционален биобасейн с въздуходувна ситема за подаване на кислород в средата и вторичен утаител за отделяне на биомасата (наричана още активна утайка), то тогава следва да се вземат предвид наред с инвестиционните също и не по-малките експлоатационни разходи. При високи концентрации на ХПК (или за аеробен басейн релевантното БПК), потребността на кислород в басейна е също висока, респективно енергопотреблението само от въздуходувките е значително. Трябва да се има предвид, че при тази технология, съществена част от органичното натоварване се усвоява от аеробите, като се използва за изграждане на нови клетъчни структури, т.е за образуването на излишна активна утайка. Наличието на излишна активна утайка води до оборудването на калово стопанство, където тя се уплътнява, стабилизира, обезводнява и едва след това депонира. Експлоатационните разходи за каловото стопанство са пропорционални на количествата на излишната активна утайка.
Трябва да се отбележи също така, че биомасата в аеробния биобасейн е много чувствителна на колебания на входящите натоварвания. Достатъчно е само за една седмица да бъде спрян потока на високо концентрирани отпадъчни води и активността на съоръжението спада рязко.
При избор на анаеробна технология, биологическата редукция се извършва при липса на кислород. Както е видно от Схема 2 в рамките на няколко процесни стъпки органичната субстанция бива редуцирана до метан (CH4) и въглероден двуокис (CO2). Усвояването на биологически усвоимите замърсители се извършва с помощта на специализирана бактериална флора – ацетогенни и метаногенни бактерии. В анаеробения реактор като резултат от процесите на метанизация се извършва усвояване на входящото ХПК с около 70 – 90% в зависимост от характера на водите. Едва 3-5% от редуцираното ХПК бива изразходвано от популацията за изграждане на клетъчни структури, респективно образуване на излишна активна утайка.
Останалото количество се извежда от системата под формата на биогаз.
За разлика от аеробното третиране тази система се нуждае от по-малко експлоатационна енергия и практически от нея не се отделя излишна утайка.
Схема 1: Основни стъпки на анаеробна деградация на органическите замърсители в средата
Количеството на получения биогаз зависи до голяма степен от характера на отпадъчните води и тяхната биологическа усвоимост, концентрацията на биогенни елементи, както и концентрацията на неразтворените вещества в нея.
Би могло да се приеме, че за един грам усвоено ХПК , системата отделя 0,300 – 0,340 литра биогаз.
Калоричността на биогаза, която е функция от състава му също варира. Обикновено се приема, че състава на биогаза получен при третирането на води от производствата на биогорива е около 30% СО2 и 70% СН4. При калкулацията на съоръженията обикновено се приема калоричност на така получения биогаз от 6.5 kWh/m?.
Така анаеробната технология ни дава предимството на значително по-ниските експлоатационни разходи, производство на алтернативно гориво от отпадъчната вода, както и степен на пречистване обикновено до ниво достатъчно за заустване в градска канализация.
Например за едно съвременно производство на биодизел с капацитет от 50.000 м3 продукт годишно имаме среден поток отпадъчна вода от 50 м3/ден с концентрация от от 80.000 – 100.000 мгО2/л. Ако приемем средно дневно натоварване от 4.000 кгО2/ден и производство на биогаз от 1.250 н.м3/ден респективно от 8.100 КВч/ден то може да се направи предвиждането, че инсталацията би имала положителен стопански ефект от около 85.000 евро/годишно (базирано на 0,03 евро/кВч и 350 работни дни) само от производството на биогаз.
Тук следва да се добави и голямата енергийна ефективност на съоръжението, изразена основно в много нисък разход на електрическа енергия.
Схема 2: Баланс на ХПК при анаеробното тертиране на индустриалните отпадъчни води
Снимки: Анаеробна пречиствателна станция в завод за производство на спирт,
спиртни дестилати и вино – СИС Индустриес, Карнобат
Ето защо, при многообразието от биологически методи за третирането на отпадъчните води, все по-често изборът попада върху анаеробната редукция или на комбинацията от първично анаеробно стъпало за редуциране до минимум на натоварването и вторично аеробно стъпало за допречистване и заустване в повърхностен водоприемник.
При въпроси, отнасящи се до тази статия или избора на технология за третиране на отпадъчните води от Вашето производство се обърнете към ЕнвироХеми България.
Лице за контакт: д-р инж. Мария Начева
Тел: +359 2 846 30 65
Факс: +359 2 846 30 66
Моб: +359 888 98 82 77
[email protected]
www.envirochemie.bg