Технологии очистки бытовых сточных вод и извлечение биогаза

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).