Переработка иловых осадков


 

Компанией LANDCO SA разработано инновационное решение проблемы утилизации иловых осадков — новое поколение биореакторов, в производстве которых применяются недорогие комплектующие российского производства, что снижает валютные риски.

 

Меньшие капитальные затраты за счет использования высокоэффективного цикла разложения сырья в биогаз и сокращения объема реакторов уменьшают срок окупаемости проекта.

 

Изначально технология была отработана на лабораторном уровне. Испытание осадков сточных вод с площадок Леноблводоканала было успешно проведено в 2017 гг. в  мини-ферментерах — уменьшенной копии биореакторов.

 

В ходе моделирования разных условий была создана и успешно испытана новая технология сбраживания. В  ее основе лежит инновационный запатентованный способ ферментации для субстратов с низким показателем C/N при использовании термофильного режима.

 

Это позволило сократить концентрацию аммония в субстрате,  повысить устойчивость процесса разложения сырья в биогаз, обеспечить его обезвреживание от всех возможных патогенных составляющих и получить более высокое содержание метана (в среднем 75%). Высокое содержание метана (СН4) в биогазе доказало, что процесс разложения органической фракции ила очень эффективен.

 

В отличие от зарубежных аналогов, данное решение позволяет в 2 раза сократить цикл разложения субстрата, объем и стоимость реакторов. Небольшой размер такой установки определяет территориальную гибкость и быстроту реализации такого проекта, минимальные сроки проектирования, изготовления и доставки малых реакторов.

 

В дополнение к этому по итогам обследования станций аэраций в регионах России LANDCO S.A. было предложено запатентованное технологическое решение для переработки отходов высокой влажности (98-99%) - осадков сточных вод и избыточного активного ила.

 

Это решение позволяет использовать один из биореакторов как UASB–ферментер, где продолжительность сбраживания жидкой фракции сокращена по сравнению с классическим реактором с 25 дней до 6-8 часов, а также исключить из технологической схемы цеха обезвоживания.

 

Создание станции по переработке иловых осадков имеет следующие преимущества:

  • Снижение операционных затрат водоканала на утилизацию осадков сточных вод и избыточного активного ила, возможность исключения из технологической цепочки цехов обезвоживания иловых осадков
  • Технология не требует топливных расходов для сушки ила, поскольку предназначена для обработки субстратов именно высокой влажности.
  • Сокращение объема переработанного ила в 40 раз, снижение опасности до 5 класса – практически не опасные отходы
  • Экономия на расходах по перевозке и утилизации ила
  • Возможность использования биогазовой станции для переработки органики предприятий пищевой промышленности с получением выручки за ее утилизацию
  • Безотходность: жидкая фракция из биогазовой станции направляется в модуль доочистки LANDCO с разделением на чистую воду (минерализация 10 мг на л) и высококачественные удобрения в сухом или жидком концентрированным виде, а также с гарантированным удержанием всех вирусов и бактерий
  • Энергетическая безопасность очистных сооружений, благодаря собственной генерации тепло- и электроэнергии
  • Возможность утилизации ила, накопленного в предшествующие годы
  • Возможность продажи электроэнергии в сеть по «зеленым» тарифам в соответствии с действующим в России законодательством, что повышает доходность проекта

 

 

Описание технологической линии

 

1. Ежедневно иловые осадки собираются в приемной емкости и перед подачей в биореактор при необходимости измельчаются до состояния, способного перекачиваться насосом.

 

2. Субстрат подогревается  с помощью теплообменника и предварительно попадает в реактор гидролиза. Время гидролиза составляет до 3 дней. На первом этапе сложные орга­нические полимеры (клетчатка, белки, жиры и др.) под действием природного сообщества разнообразных видов ана­эробных бактерий, разлагаются до более простых соедине­ний: летучих жирных кислот, низших спиртов, водорода и оки­си углерода, уксусной и муравьиной кислот, метилового спир­та. Применение блока гидролиза позволяет обеспечить стабильность и сократить процесс получения биогаза в дальнейшем.

 

3. Входной субстрат, после  гидролиза поступает в основной биореактор, где будет работать при термофильном режиме метанизации (58 - 60oC) без применения воздуха (анаэробное сбраживание). На данном этапе метанообразующие бактерии превраща­ют органические кислоты в метан, углекислый газ и воду. Биореактор работает по принципу расхода. Это значит, что в него с помощью насоса, без доступа воздуха поступает (6-12 раз в день) свежая порция подготовленного субстрата. Такое же количество переработанного субстрата вытесняется из биореактора уже в виде биоудобрения. Система обогрева обеспечивает необходимую для процесса температуру и управляется автоматически. Содержимое реактора регулярно перемешивается с помощью встроенной мешалки.

Особенность метанового консорциума позволяет сделать процесс брожения непрерывным. Для нор­мального протекания процесса анаэробного сбраживания необходимы оптимальные условия в реакторе: температура, анаэробные условия, достаточная концентрация питательных веществ, допустимый диапазон значений рН, отсутствие или низкая концентрация токсичных веществ.

 

Преимущества  предлагаемой комбинированной технологии  заключаются в следующем:

Органические загрязнения сточных вод конвертируются в метан, в объеме 0.55 м3 с кг удаленного ХПК.

После прохождения анаэробной очистки создаются оптимальные условия (снижение концентрации органики и взвешенных веществ, а также повышение щелочности) для применения безреагентного процесса физико-химического удаления фосфора в виде минералов, тогда как в традиционной схеме возможен только реагентный способ удаления фосфора.

Количество образующегося активного ила снижается в до 5 раз, что естественно влечет за собой снижение затрат на его утилизацию. Учитывая существенно сниженные объемы производства активного ила, одним из вариантов его утилизации может быть совместное компостирование с твердой фракцией.

При нормальной работе реактора, получаемый  биогаз содержит 70-80% метана, 20-30% двуокиси углерода, не­большое количество сероводорода, а также примеси водо­рода, аммиака и окислов азота.

 

4. Образующийся при ферментации газ скапливается в газгольдере. Давление газа регулируется с помощью встроенного предохранительного клапана и имеет возможность накопления газа в течение нескольких часов.

 

5. Полученный биогаз после осушки и очистки поступает в блочную когенерационную установку, производящую тепло- и электроэнергию. Около 10% электроэнергии и 60% теплоэнергии (в зимний период) необходимы для работы самой установки. Альтернативным способом использования биогаза является его очистка до биометана и блок компримирования для его дальнейшего использования в качестве моторного топлива.

 

6. Переработанный субстрат после классических биоректоров подается на сепаратор. Система механического разделения разделяет остатки брожения на твердые и жидкие фракции. Твердые фракции составляют 3-5% субстрата и повторно направляются в приемную яму для последующего сбраживания.

 

7. Жидкая фракция влажностью около 99% после сепаратора направляется в UASB–реактор, где процесс сбраживания происходит в восходящем потоке жидкости через слой анаэробного ила – самоорганизованной гранулированной биомассы, состоящей из метаногенного микробного сообщества. Основные преимущества ферментеров UASB - это высокий процент удаления ХПК (химическое потребление кислорода), высокая нагрузка на биомассу, низкое производство избыточного ила, стабильность процессов и высокое производство биогаза (регенерация энергии), сокращение продолжительности сбраживания жидкой фракции с 25-45 дней до 6-8 часов.

 

8. После UASB жидкая фракция направляется в Модуль LANDCO, где разделяется на концентрат (жидкие NPK удобрения), и чистую воду (минерализация менее 10 мг на л). Находящиеся в жидкой фракции вирусы и бактерии удерживаются мембранной системой с пористостью 8 нм и повторно направляются биореакторы В качестве опции возможна кристаллизация и пеллетирование NPK удобрений, в этом случае их объем составит не более 1% от общего объема поступившей в Модуль LANDCO жидкой фракции переброженной массы.

 

Схема установки по переработке иловых осадков: 


 
 
Up