286
1.2 Технологии очистки бытовых сточных вод и извлечение биогаза
Вода - важнейший ресурс в повседневной жизни. В среднем человек в день использует
около 150 литров воды, при этом употребляя всего 2-3 литра. Даже на производство всего 1
чашечки кофе необходимо около 130 литров, а на производство 1 литра молока 300 литров
воды и примерно 15 000 литров воды необходимо для производства 1 кг говядины. Большое
количество воды тратятся на повседневную жизнь человека, а в мире осталось всего 2,5% -
3% запаса воды пригодные применению [3]. Но, на ряду с водным ресурсом, дефицит газа
тоже является обширный проблемой нашего мира. По данным всемирного фонда «Живая
планета – 2008» (Living Planet Report 2008), в 2035 году в мире будет серьезный дефицит ре-
сурсов, особенно природного газа [4]. Поэтому, в экологически-развитых странах перераба-
тывают и заново используют сточные воды.
Сточные воды – это использованные воды в процессе бытовой или производственной
деятельности человека (канализационная вода). В развитых странах, в таких как Америке,
Австрия Германии, Финляндии, Швеция, Англии и в других странах канализационную воду
очищают и используют заново. Для очистки воды используют различные методы, такие как
химическая, механическая и биологическая очистка. В химической очистке окисляются
вредные вещества. Для окисления используется следующие окислители: диоксид хлора, пер-
манганат калия, хлорат кальция, бихромат калия, пероксосерные кислоты и другие [4]. На
механической очистке сточная вода проходит несколько стадии очистки, таких как обезза-
раживание, фильтрация и очистка ультрафиолетом. В биологической очистке используются
бактерии (аэробные и анаэробные), которые очищают воду от вредных веществ. Аэробные
бактерии (Приложение 1) работают за счет кислорода в рабочей зоне. По этому, для очище-
ния с этими бактериями нужно устанавливать аэраторы, которые подают воздух аэробным
бактериям. При подаче воздуха в аэратор, аэрационный рукав расправляется, прорези приот-
крываются и выпускают миллионы маленьких пузырьков воздуха, обогащая ими воду в ка-
мере. При отключении подачи воздуха, рукав сжимается, прорези закрываются, тем самым
предотвращая попадание ила и воды внутрь аэратора[5]. Анаэробные бактерии (Приложение
2) в своей работе не требуют кислорода. В камере, где находятся анаэробные бактерии, про-
исходит гниение отходов. В процессе очистки воды, твердые отходы опускаются на дно, а
сама вода осветляется и очищается от примеси органических веществ. Впоследствии очистки
анаэробными бактериями вырабатывается метан, которого можно использовать как биогаз
[6]. Такой процесс проходит естественным путем в разных местах с ограниченным кислоро-
дом, такие как болото, рисовые поля и желудок жвачных животных, например корова. Раз-
ница в том, что анаэробные бактерии очищают воду только на 65-70% , и по этому дополни-
тельно устанавливается доочистка, в то время как у аэробных бактерии высокая степень
очистки воды, не требуя дополнительной очистки. По этому, в современных очистных со-
оружениях используют оба вида бактерий, чтобы достичь максимального результата и при
этом получить биогаз. Эти бактерии можно приобрести отдельно в биопрепаратных магази-
нов.
Рекомендуемая доза, первоначальная дозировка 400 грамм на 1м3
сточных вод, а дальше
ежемесячно добавлять 100 грамм биоактиватора (анаэробные или аэробные бактерии). Не
стоить забывать, что доза бактерии зависит также от вида биоактиватора, потому что в раз-
ных биоактиваторов бывают разные дозы [7].
Биогаз — это газ, получаемый брожением осадка и/или активного ила. Состав биогаза
- 55%-75 % метана, 25 %-45 % CO2, незначительные примеси H2 и H2S. После очистки био-
газа от СО
2
получается биометан. Биометан полный аналог природного газа. Отличие только
в происхождении. Производство биогаза позволяет предотвратить выбросы метана в атмо-
сферу, что может вызвать глобальное потепление. Так как биогаз имеет свойство горения, он
может привести к таянию льда[8].
Биогаз используют для
производства электроэнергии, тепла или пара.
Даже может быть
использовано как топливо. Для заправки автомобилей устанавливается дополнительная си-
стема очистки биогаза, после чего его можно использовать как топливо
(Приложение 3).
Очищенным биогазом можно заправлять технику, что очень актуально в настоящее время, в
условиях постоянного роста цен на солярку. В 2004 году в мире насчитывалось около 3,8
млн транспортов, заправляемых биогазом. Больше всего их в Италии, Бразилии, Америке,
287
Аргентине, Пакистане (Приложение 4). Но, использование биогаза как топливо зависит от
объема и эффективности установки[9].
Швеция считается самой «продвинутой» страной по продажам машин, заправляемые
биогазом. В 2005 году продажи выросли на 49%. В Гётеборге(Швеция) 19 биогазовых запра-
вочных станций. Здесь также был построен самый большой биогазовый завод, и первый по-
езд, работающий на биогазе (Приложение 5)
(Приложение 6). А в 2010 году рост автозапра-
вочных станции достиг до 125, и потребление биогаза выросла в разы[9]. (Приложение 9)
Получать биогаз из сточных вод начали с 1895 г. В городе Эксетер. Там уличные фона-
ри заправлялись газом, получаемом в результате брожения сточных вод. В 1911 г. в Бирмин-
геме был построен завод для обеззараживания сточных вод города,
а вырабатываемый биогаз
использовался для просмотра оизводства электроэнергии. В 1954 г. в Форт-Додже построили
первый завод по переработке коммунальных отходов. В Англии применение биогаза еще в
1990 г. покрыло все энергозатраты в сельском хозяйстве[10].
Биогаз из сточных вод происходит во время сбраживания осадков и активного ила в
метантенках.
Метатенк представляет собой цилиндрический резервуар. Сверху по трубе поступает
осадок и активный ил. Для ускорение процесса бражения содержимое подогревают и пере-
мешивают. Затем при дальнейшим бражении образуется метан, который потом становится
газом.
На разных стадиях очистков сточных вод появляются осадки, которых при дальнейшем
сбраживании появляется биогаз. (Приложение 8)
В Казахстане на данный момент не внедрены технологии получения Биогаза в процессе
очистки сточных вод, однако сотрудники НПО «Экомузей» г. Караганды, успешно осу-
ществляют проект по выработке электроэнергии из отходов животноводства, т.е. из экскре-
ментов[11].
Этапы процесса извлечения метана в метантенках
Рис. 4: Этапы деградации процесса анаэробного сбраживания
Из самого названия «анаэробной» можно понять, что анаэробное сбраживания осу-
ществляется с помощью микроорганизмов, которые могут жить только в бескислородной
среде. Разложение биоотходов происходит в четыре этапа: гидролиз, ацидогенез,
ацетогенезиз и метаногенез (рис. 1).
