Тақырыбы: «Экологиялық биотехнология»

 

1.  Ағын суларды тазартудың анаэробты процестері

 

Анаэробты процестерде қолданылатын жүйелер, шамамен  100 жыл бұрын Европада белгілі болды. Септиктенктер тұнба түзетін құрылғы болды, оларда тұнған ил анаэробты деградацияға ұшырайды. Қатты фракцияның бөлінуі мен илдің ашуының сапасы арасын бөлудің көмегімен жақсартылды, ол яғни арсын бөлуші Тревис және Имхофф тұнба түзгішінің ішіндегі лектің (ағыстың) бағытын реттеп тұрады. Нәтижесінде осы екі процесс бөлініп, жеке тұнба түзгіштерге орнатылды. Илді анаэробты ашыту, жойылатын илдің сапасын жақсартуға қолданылады және оның массасы азайып оның құрамындағы патогенді микрофлораның  мөлшері азаяды. Септиктенктер шамамен 35 С  және ұзақ уақыт ( 20 тәуліктен аса ) жұмыс істейді, сонымен қатар биомассаны ұстап тұратын уақыт, сұйық ұстап тұратын уақыттан артық жағдай жасау , яғни механизм жасалдмайды. Ерігіш және коллойдты субстраттарды дою үшін араластырғышы бар аппарат қолданылады;  бірақ , аппараттың өлшемін кішірейту үшін оған қосымша ортаның параметрлерін оптимизациялайды (рН, температура, қоректік заттардың концентрациясы).

Жылдам жүретін анаэробты процестерді дамыту үшін 2 әдіс қолданылады:

1. Илдің рециркуляцисына жағдай жасалады немесе  сұйықтыққа қарағанда ил аз жылдамдықта  бөлінетіндей етіп реакторды құрастырады. Анаэробты процесс арнайы тұнба түзгіш – тазартқыш құрылғы қосады және тұнған илдің  рецеркуляциясының жүйесін қосады; бұл әдіс аэрация станциясында да қолданылады (аэробты процесс)  Тығыз, дән тәріздес  ил түзетін ағын су тұнба түзгіштен ил бөлшектерін алып кете алмайтын жылдамдықта жойылады.
2.  Анаэробты биомасса өсе алатын қатты ортамен қамтамасыз етіледі және реакторда ұсталып қалады.  Төсеніш ретінде құмды қолдану төмен жылдамдық филтр режимінде аппараттың жұмысын қамтамасыз етеді.

Бұл жұмыстар көбінесе мезофилді температура өлшемінде жүргізілетін ағын суларды тазартудың анаэробты жүйесіне жатады. Сонымен қатар  криофильді  (20 С жоғ) және термофильді ( 55 С жоғ) реакторлар қарастырылады; қыздырусыз жұмыс істейтін жүйелердің көпшілігі (септиктенктер де) криофильділерге жатады.

 

Биохимия және микробиология

 

Анаэробты ашудың  микробиологиялық және биохимиялық механизмін зерттеу пройесті басқаруда, ашытқыш жұмысын бақылауда септігін тигізеді. Ластанған суларды анаэробты ашыту арқылы тазартуда негізінен бактериалды биомасса қолданылады.  Өздерінің коректік қажеттіліктеріне байланысты бұл бактериялар үлкен үш топқа бөлінеді: 

1. Гидролитикалық бактериялар кіреді, әдетте олар ацидогендер деп аталады, олар субстраттың  бастапқы гидролизін қамтамасыз етіп, төмен молекулалы органикалық қышқылға және бақа да кіші молекулаларға ыдыратады.
2. Гетероацетогенді бактериялардан тұрады, олар сірке қышқылы мен сутегіні процудирлейді.
3.  Метаногенді бактериялар, яғни метанды продуцирлейді. Бұл соңғы топ әрі қарай сутегі тұтынушысына бөлінуі  мүмкін ( литотрофтар) және сірке қышқылын  (айетотрофтар) пайдалануы мүмкін. 

  Қазіргі кезде қондырғылар көбінесе 34 – 38С температура интервалында жұмыс істейді. Өйткені бұл температура бактериялар үшін ыңғайлы болып табылады және эканомикалық жағынан да тиімді әрі түрлердің көпшілігінің өсуіне жағдай жасалынады. Сондықтан бұл негізінен мезофильді ашытуға жатады.

Гидролитикалық бактериялар (I топ)

Бактериялардың бұл функциональды тобы макромалекулаларды ерігіш өнімдерге дейін гидролиздейді, олар өз кезегінде төмен малекулалы органикалық қосылыстарға айналады.

Төменде анаэробты ашытудың кейбір өнімдері көрсетілген, анаэробты ашытқышта бір моль субстартқа 0,2 моль артық қатынаста қосылыстар түзіледі.

Органикалық қышқылдар – сірке, пропион, май, капрон, құмырсқа, сүт қышқылдары;

Спирттер мен кетондар – метанол, этанол, изопрапил спирті, бутанол, глицерин, ацетон;

Газдар – водород, метан, көміртегі, диоксиді;

Ферменттер – целлюлоза, алкольдегидрогеназа;

Витаминдер – рибофлавин, витамин В12;

Бұл топтығ мүшелері Eubacterium, clostridium, Acetobacterium, Bacteroides, Bifidobacteria, Streptococcus және Enterobacteriaceae. Грамм – оң коккалар фермалардың ағын суларын тазаотуда маңызды роль атқарады.

Гидролитикалық бактериялар экзоферменттер қатарын қолданады, олар протеазалар, липазалар, амилаза, целюлоза, пектиназалар. Бұл ферменттер аэробты бактериялар құрамындағыларынан өзгеше болады. Сәйкесінше ашыту процесі табиғи субстраттардың еруімен сипатталады, олар белоктар, липидтер, ганополисахарид және гетерополисахаридтер ( целлюлоза, пектин, крахмал, гемицеллюлоза).

Ашыту өнімдері, бактерия түрі мен штаммына байланысты өзгеріп отырады және қоректік заттардың құрамы мен мөлшеріне, және культиверлеудің басқа да параметрлеріне байланысты рН, температура, редакс – потенциалына байланысты өзгереді.

Ашытуға арналған өнеркәсіптік аппараттар:

 

Септиктенктер

  

Септиктенктер үшін – ағын сулардың ұзақ уақыт тұрғаны (>20 сағ. / тән, қатты бөлшектер теккінің түбінде қалады, мұнда органикалық субстрат анаэробты биодеградацияға ұшырайды. Ұлыбританияда жобалау барысында негізгі өлшем ретінде септиктенканың сыйымдылығы v литр бойынша тұтанушы халық санымен Р есептеледі. Формуласы; V=180P+2000.

Көлемнің жартысы адам басына шаққанда 180 л су деп есептеледі, ал жартысы илдің жиналуына қызмет етеді. Сұйықтық адам басына 120 л су қолданылғаннан 12 сағ. есебінен саналады. Оны қайта өңдеу үшін 60 л көлемде және қосымша 30 л  көлемде артық су керек. Теккінің көлемі екі камера арасында белгіленеді, оның біріншісі көлемнің 2/3 бөлігін алады және илді ұстау үшін түбі майысып тұрады. Ил периодты түрде, жылына бір рет алынып отыру керек. Илдің аз мөлшерін тенканың түбінде анаэробты активтілікті сақтау үшін ұстап қалады.

Септиктенк сипаты бойынша араластырғышы жоқ реактор, ол көбінесе 25С температурада төмен t – да жұмыс істейді, оның микробты активтілігін жоғарлату  үшін араластыру қажет емес.

Септиктенктер қалалық тазалау станцияларында қолданылады және қалдықтарды өңдейді. Олар біріншілік тұндырғыштардағы қалдықтарды, екіншілік тұндырғыштардағы көбік пен активті илді қайта өңдейді. Ашығае илді алып тастайды, көпшілік жағдайда көмп тастайды. Айта кететін мәселе илді ашытудың мақсаты – қатты бөлшектерді қажетті жағдайға келтіріп, оның жағымсыз иісін жойып, оны өңдеуді жеңілдету. Ашыту нәтижесінде, илда патогенді микрофлора мөлшері кемиді, нәтижесінде оны өңдеу мен жою жеңілдей түседі.Сондықтан, анаэробты ашыту күрделі басқарылатын процесс болып табылады яғни илді қарапайыи жою мен сусыздандырудан ғана тұрмайды.

Ашыту процесі қоршаған орта температурасынан жоғары температурада жүретін болғандықтан, жобалау мен эксылутациялауда маңызды факторлардың бірі жылулық баланс болып табылады. Тәжірибеде көп жағдайда ил ашыту жүйелерінде екі тенка қолданылады. Біріншілік ашытқыш қыздырумен ( 30 – 40 С ) жұмыс жасайды, онда жақсы араластырылған, активті ашыған ил болады. Екіншілік тұнба түзгіште қыздыру, араластыру қолданылмайды, ол негізінен тұнбаның тығыздалуы мен жиналуына қызмет жасайды. Бұл жағдайда, ол жүйенің негізгі техникалық сипатына жауап бермейді.

Комунальды ағын суларды тазартуда түзілітін илдің табиғатының сипаты мыныдай; кинетикалық теңдеу үшін констант мәнін анықтау қиын болады. Сондықтан да, ашытқыштарды тәжірибелік критерилер негізінде жобалайды және эксплутациялайды. Бұл – органикалық зат бойынша көлемдік жүктеме мен қатты заттардың жиналу уақыты.

Ашытқыштардан биомасса сирек шығарылытындықтан, сұйықтықтың жиналу уақыты мен биомассаның жиналу уақыты сәйкес келіп, есептеуден жоғары болады. Оны былай түсіндіруге болады :

1. Барлығын араластыру реакторының теориясы – субстрат пен биомассаны түгел араластыруды жобалайды. Өнеркәсіптік ашытқыштарда бұл әрекет илдағы қатты заттардың үлкен біртегіс араласпайды, оның әрекетінен ашытқышта тұнба түзілген аймақтар пайда болады, ол рН төмен мәніне де байланысты болады.
2. Биодеградацияға ұшырайтын субстраттар құрамында күрделі органикалық малекулалар болады. Екіншілік тұнба түзгіштегі тұнба аэробты биодеградацияға ұшырайды, бірақ біріншілік тұнба түзгіштегі тұнбада көбік болады, және сәйкесінше липидтедің биодеградацияға нашар ұшырайтын көп мөлшері болады.

 Коммуналдық  ағын суларды тазалауда түзілетін , ил құрамы.

Кестеде көрсетілгендей, септиктенкалардағы негізгі субстратты липидтер құрайды, сәйкесінше  реакция оптимальді емес жағдайда өтеді. Эфирлі экстракт липид мөлшерінің өлшемі болып табылады және олардың мөлшері ашыту кезінде төмендейді, көмірсутегінің мөлшерінің азаюын ашыған илдағы зола (бейорганикалық компоненттер) мөлшерінің артуынан байқауға болады.

3. Токсинділік биологиялық активтілікті төмендетуі мүмкін . Өнеркәсіптік қалдықтардың коммуналды ағыстарға түсуі жүйе үшін критикалық түрде болуы мүмкін.

Процесс параметрлерінің флуктуациясы – температура, жиналу уақыты және рН – оның әрекетіне әсер етуі мүмкін . Тиімді эксплутация үшін илдің қалыпты құрамын үнемі ұстап тұру керек. Бұл кейбір қондырғыларда ғана мүмкін болады, бірақ өнеркәсіптік тәжірбиеде көп жағдайда мүмкін болмайды.

Коммуналдық ағыстардан түзілетін илді ашытудың кемшілігі зор. Қазіргі деңгей бойынша  патогенді микроорганизмдер саны аз соңғы өнім алу көрсеткендей, ашыту процесі илді өңдеудің жалпы бағытының бір құрамдас бөлшегі бола алады. 

 

Араластыру реакторлары

 

Өнеркәсіптік және ауылшаруашылық ағын суларды тазалау үшін илді ашытуға арналған ашытқыштар тәрізді анаэробты ашытқыштар қолданылады. Тұрмыстық ағын суларды тазартуда анаэробты реакторларды қолдану үлкен арзан емес жүйелерге негізделген, оларда отын көзі ретінде газ жиі қолданылады. Тамақ өнеркәсібінің және малшаруашылығының қалдықтарымен ластанған ағын суларды тазарту қарапайым анаэробты реакторлардың қолдануына негізгі мысал бола алады. Зерттеуге арналған және өнеркәсәптік қондырғылардың көпшілігі сипаты бойынша біртектес реактор, онда биодеградация аралас культурамен жүзеге асырылады. Сонымен қатар екі сатылы  жүйемен қолдануға деген қызығушылық та арта түседі, мұ нда араластырушы қарапайым реактор бірінші саты ретінде қызмет атқарады, онда қышқылдар түзіледі.

Тамақ өнеркәсібінде шығу тегі табиғи, жоғары концентрациялы еріген және өлшенген субстраттар қалдығы жиналады, көп жағдайда көмірсуларда болады. Бұл қалдықтарды тазалауға арналған арнайы реакторлар, әдетте ескі құрылымды болады, ол бірлік көлемде жоғары тұрақты өнімділігімен сипатталады, бірақ шикізатты тоқтаусыз қажет етеді және жақсылап араластырып тұруы керек.

Мысалы: қант қызылшасын өңдеуде түзілетін пульпа биодеградацияға қиын ұшырайды, оған дейін оның құрылымында целлюлозаның көп мөлшері болады.

Trichoderma harzianum көмегімен пульпаны алдын – ала тазарту целлюлозаның ферменттік гидролизін жүзеге асырады, пульпаның игерілуін жоғарлатады. Тазартылған пульпа ұшпалы фракция жүктемесі бойынша 1 кг/м3 тәулікке дейін биодеградацияға ұшырауы мүмкін, одан жоғары жүктемеде метан өнімі азаяды және май қышқылдары жиналуы мүмкін. Пальма майын өндірудегі қалдықтар май пальмасының жемістерін өңдеуде түзіледі. Пальма майының әр тоннасын өндіруде 2 – 3 тонна БПК=25000 мг/л ағын су жиналады. Ағын судың температурасы 45 – 70С болады және ол анаэробты ашытуға жарамды болып табылады.

Алкогольсіз сусындар өндірісінен шығатын қалдық су құрамында тұз еритін органикалық қосылыстардың жоғары концентрациясы болады, көп жағдайда сахароза мөлшері жиі кездеседі. Бұл суларда ХПК 50 – 150000 мг/л болады. Лабараториялық жағдайда ашыту қанағаттанарлық тазалық деңгейіне мына жүктеме бойынша жеткізді ЛФ 4 – 16 кг шамасында жұмыс істеді ұзақтығы 2 – 7 тәуләкке дейін. Мұндай жоғары жүктемеде метанның шығуы төмен болады және биогаз құрамында сутегінің жоғары концентрациясы болады. Бұл реактордан ағатын су метан түзгіш ашытқыды тазартылад, ол ЛФ 6,4 кг/м3 жүктемесі бойынша жұмыс істейді, қышқыл мен метан түзілудің жүйесін осылай бөлу өте тиімді. Араластырғыштары бар қарапайым ашытқыштар тазалаудың бірінші сатысына арналған.

Ол өте ластанған суларды тазалауға арналған. Эксплутацияның арзан болуы органикалық зат бойынша жоғары шекті жүктемесіне байланысты ЛФ бойынша. Екінші сатысы реактордағы биомассаның қасиеттеріне байланысты төмен жүктемені талап етеді, себебі метаногенді бактериялардың өсу жылдамдығы ацидогенділерге қарағанда төмен болады.

Екінші сатысында мұқият тазарту жүзеге асырылады, ол биомассаны ұстап қалуды қажет етеді. Мысалы: жылжымайтын биопленкалы реакторлар немесе флокулирленген биомасса.

Мал шаруашылығынан түзілетін қалдық сулар сипаты бойынша илға ұқсас болады, ил шаруашылыұ ағын суларды тазалауда түзіледі, оның құрамында ерімейтін қатты бөлшектер мен канпаненттер болады, олар биодеградацияға ұшырамайды. Мұндай ағын суларды тазалау үшін толық араластыратын ашытқыштар қолданылады, олар шаруашылық суларға арналған септиктенттер тәрізді жобаланып жасалған. Жүйе мұқият зерттеледі, бірнеше өндірістік құрылғылар малшаруашылық фермаларда қалдық суларды тазартуды іске асыруда. Көпшілік жағдайда ОХҚ 50% ғана жойылады.

Фермалардың ағын сулары ластанған суды тазартуға бірден – бір мысал бола алады. Себебі бұл әдіс жақсы зерттелген. Ашытқыш шаруашылық суға арналған септиктенк тәрізді құрастырылған.

Егерде жүйеде ацетат концентрациясы төмен болса (коммуналды ағын су үшін), онда Кс ≈ L және Тn = 5 тәулік онда Tn  ≈ 2,5 тәулік.

 Егерде органикалық қосылыстың құрамы биодеградация көлемді жұмыспен ұшыраса (мысалы,, май қышқылы ұзын тізбекпен) , онда  Tn > 5 тәуліктен кіші.

 

2. Қатты қалдықтар

 

Әрбір осы заманға сай қоғамдастықтың айрылмайтын ерекшелігі олардан қатты және сұйық қалдықтардың түзілуі. Қазіргі кезде халықтың денсаулығы үшін қауіпсіз қоршаған ортаны ластамау әдістерін табу негізгі тапсырма болып тұр. Қатты қалдықтарды қайта өңдеу және ликвидизациялау құны жағынан да, көлемі жағынан да қалдық судын иліп және қатты комуналды қалдықтарды утилизациялауда биотехнологияның алатын орны ерекше.

Құрғақ активті ил

Қалдық не ағын суларды өңдеуді дәстүрі физико-химиялықәдіс көп мөлшердегі қатты қалдықтардың түзілуіне әкеледі. Олардың кейбір бөлшектері алғашқы тұндыру кезінде-ақ жиналып қалады, ал қалғандары ағын судағы көміртегісі бар компоненттердің биологиялық сілтіленуі нәтижесінде биомассаның өсуіне тәуелді. Қалдық суды өңдеу кезінде түзілген кейбір қатты қалдықтардың мөлшері төменде көрсетіледі.

 

елдің аты                                              жылдық өнімі

                                                    ( құрғақ зат есебінен) мың.т.

Бельгия                                                           10

Франция                                                          800

ГФР                                                                 1300

Италия                                                            1200

Ұлыбритания                                                 1240

АҚШ                                                               4500

Канада                                                            500

 

Бұл тек құрғақ массаға шаққандағы есебі, әдетте қатты қалдықтар көбінесе құрамында 1-10%  қатты компаненті бар әр түрлі суспензиялар болып табылады. Осы себепті кез-келген ағын суды тазалайтын кәсіпорын құрар алдында қалдық судан қалатын илдің ликвидациясына көп көңілбөлу керек және де бұл процестер көп ақшалай шығынды құрайды. Мысалы: Ұлыбританияда жылдық шығынның 40% қалдық суды өңдеуге, илді ликвидациялауға кетеді. Илді утилизациялау кез келген процестер тізбегі оның ликвидациясы бойынша анықталады, яғни илдің түріне және өңдеу орнына байланысты болады. Сонымен қатар ешқандай да «ылғал қалдық» болмайтын, тек табиғатына және өндеу сатысына байланысты әртүрлі сипаттағы тұнбалардың түзілетінің айта кету керек:

Бастапқы                                

                                                   Бастапқы тұрақтандырғышта түзіледі.               

                                                   Ылғалды қатты бөлшектерден тұрады.

                                                   Концентрациясы 3-4%.

Гуммирленген                       

Ағындық концентрациясы 2%.                                                                                   

Белсенді

                                                   Ағын суды тұнырту кезінде белсенді ил

                                                   Түзетін флокулирленген биомасса

                                                   ( бактерия+қарапайымдылар).

                                                   концентрациясы 8-12г\л

Екіншілік

                                                   Белсенді не гумирленген ил

Бірге тұнатын

                                                   Бастапқы тұрақтандырғышта тұнатын

                                                   біріншілік және екіншілік қатты өнім  

                                                   қоспасы

Шикі

                                                   Ешқандай әдіспен өңделмеген. Бұл

                                                   термин көбіне бастапқы немесе бірге

                                                   тұндырылған илге қатысты.

Илдің әр типі, мысалы, тербегенде, химиялық өңдегенде, сүзгенде өзіне ғана тән қасиет көрсетеді. Сондықтан өңдеу тәсілін таңдағанда илдің типіне тәуелді не эканомикалық көрсеткіштерін қарастырады.

Көп елдерде илді жою үшін жерге көмеді. Бірақ бұл тәжірибе үшін белгілі бір шегі болады. Бұл әдісті таңдағанда ауыр метал иондары мен патогенді микроорганизмнің қоршаған ортаға таралуын шектеуді көздейді. Осылайша ликвидациялау әдісі технологиялық операцияның нәтижелеріне әсер етеді.

 

Илді өңдеу

 

Концентирлеу

Ағын судын әр түрлі типтегі өңделмеген қалдықтарының бастапқы жоғарыда концентрациялы қатты компаненттерінен еш ажыратылмайды. Сондықтан қазіргі илді утилизациялау теориясы бойынша, өңдеуден алдын белгілі бір деңгейге дейін сусыздандыру керек. Бұл әдістің ең қарапайым түрі ауырлық күшінің көмегімен жүргізіледі, яғни ұзақ уақыт тұндырады. Бастапқы және екіншілік тұрақтандыруды ажырата білу керек. Бастапқысы қалдық суды тастағанан соң жүргізіледі. Бұл процес периодты және үздіксіз режимде, жылдамдығын арттыратын вертикальды стержннің көмегімен іске асиды. Илді концентирлеу жоғарғы тұнба қабатының қатты бөлшектері қабатынан суды ысырып шығаруы арқасында өтеді. Мұндағы стержиндердің қызметі: газ көпіршіктерін жою, қатты бөлшектердің тайқып кетуін болдырмау және судың ағыстарын тудыру. Әдетте вертикальді стержиндердің арасы 100мм құрайды, ал айналу бірлігін айналу жылдамдығы 0,5-3 м/мин болатындай етіп таңдайды.

Бастапқы белсенді және термиялық өңделген илдердісығымдау процесінің экспулатациялық сипаттамасы төменде келтірілген:

                                                                      Белсенді             өңделген

Тұрақтандырғыш диаметрі, м                        32                          20

Жоғарғы жүк (қысым), м   (м тәулік)            4,56                       3,36

СВ бойынша жүк, кг / (м тәулік)                   100                        120

Тұрақтандырғыштарды құру оңай іс емес, сондықтан интерфугаларды құрастырғанда периодты режимде, жылдам тұнатын етеді.

Екіншілік тұрақтандырғыш анаэробты ашыту сатысынанөткен илге қолданылады. Бұның қиындығы ашыту кезінде түзілген биогаз көбіктерінің көп болуымен есептеледі. Себебі көбіктер қатты бөлшектерді қоршап тұрғандықтан тұну процесі баяулайды, кейде тіпті жүрмейді. Сондықтан екіншілік тұндырудан бұрын газды жою процесі қарастырылады: терең емес тұрақтандырғышты қолданады, тез тұндыру, вакуумды газсыздандыру және аэрация. Осылардың ішінде көп таралғаны аэрациялау. Ол тек микро көбіктерді жойып қана қоймай, кейінгі метаногенді белсенділікті ингибирлейтін ерітіндінің рН деңгейін жоғарлатады. Ауаның қатысы бұл белсенділікті төмендетеді. Процестің техникалық сипаттамасы кестеде келтірілген.

 

Ашытылған аэрациялы илді сығымдаудағы аппарат өнімділігі.

әдіс	уақыт сағ	аэрация интенсивтілігі м3(ауа) м3сағ	Қатты бөлшектердің бастапқы концентрациясы % СВ	бастапқыдан 7 күннен кейін қатты бөлшектердің алатын көлем мөлшері, %
вентури түтіг   барботаж   вентури түтіг	1 2 2-10 10-16 1	5 5 1-5 1 5	2,0 2,0 2,6 2,5 2,6	50 59 45 48 52

 

Илді центрифуга не флотация көмегімен концентирлеуге болады. Егер де концентрациялау кезінде белгілі деңгейден асып кетсе, илдің тербелу қасиеті жойылып кетеді. Бастапқы ил үшін бұл критикалық нүктесі қатты бөлшектер концентрациясының 12%-не сәикес келеді. Мұның дәл мәні илдегі қатты бөлшектердің табиғатына және негізіне байланысты.

Фильтрлеу.

Фильтрлеу арқылы илді жоғары деңгейге дейін сусындандыруға болады. Бұл процесті көбінесе фильтр-прессте жүргізеді. Құрылғы көлденең не тігінен орналасқан плиткалардан тұрады. Плиталардың ортасы камера болып келеді. әр плиткаға сүзіленетін ил келіп түседі де, гидравликалық қысымның көмегімен фиксирленеді. Сосын насоспен фильтрге ил толтырып,сүзгіленуі үшін (690 кПа дейін) қысым тудырады. Айналымның соңында, яғни су ағып болған соң, қысым төмендетіліп, плиталар ажыратылып, қатты қалдықтар алынып тасталады. Қалдықты алып тастауды жеңілдетеді, егер құрылғы екінші қабатта болса және қалдық тікелей контейнерге түссе, ал ондай болмаса, қалдықты ленталы тасмалдағышпен әкетуге болады. Фильтрлеу 3-14 сағ сағат уақытты алатын периодты процесс.

Соңғы жылдары қысқы уақыт ішінде қатты қалдықтардын жоғары концентрациясын ала алатын мембраналы фильтрлер қолданылуда. Бұл жүйеде әр плитаға ауаның жұтылуы (800 кПа дейінгі қысыммен) міндетті болып табылады. Бірақ мембраналы пластинкалы құрылғының құны жоғары екендігін ескеру керек.

Мембранадан басқа таспалы процестер де қолданылады. Мұнда екі үздіксіз айналатын таспа болады (тесік-тесік сүзгілейттін және су өткізбейтін, сығатын таспа). Құрылысын басты ролитердің орналасуы әртүрлі болуы мүмкін, бірақ процестін негізгі принципі өзгертілмейді. Бастапқыда ил ауырлық күшінің көмегімен таспаға беріледі; сосын роликтардың арасындағы таспада сығылады, және қалдықтары ажыратылады. Сусыздану деңгейі өту уақытына және таспадағы тесіктерге байланысты. Бұл екі көрсеткішті де басқаруға болады. Сонда таспаны прессадан алынған қалдықтағы қатты компоненттер 25% құрайды.

Фильтр-пресс және таспалы пресстер 75% дейін сусыздандыра алса да, кейде вакуумды фильтрде де қолданады. Ең көп таралған құрылғы барабанды вакуум-фильтр. Барабан камера қатарларынан тұрады, оның әр қайсыларына не вакуум (40-90 кПа), не бастапқы қысым беріледі. Фильтрлеуші материал ретінде сым торлы ұлпа қолданылады. Ил 5мм/с орташа жылдамдықпен айналатын резервуарға жүктеледі. Нәтижесінде ылғалды қалдық пленкасы сүзгілеуші материалға жабысады. Барабанның айналу процесінде сүзгілеуші процесстің қозғалу күшін тудыру үшін вакуумдау жалғаса береді. Толық айналымның аяқталуына дейін аз қалғанда вакуумдау тоқталып, бастапқы қысымға көшеді. Бұл қалдықтын ажырауын қамтамасыз етеді. Мұндай процестегі қалдық фильтр-пресстен алынған қалдыққа қарағанда ылғалды көп сақтайды. Оған қарамастан бұл процестің артықшылықтары  жоғары, мысалы үздіксіздігі.

 

Илдің модификациясы

 

Қалдықтарды өңдеу бойынша әртүрлі операциялардан шыққан көптеген илдерді сусыздандыру күрделі процесс. Сүзгіленуін жақсарту процесіменалдын ала өңдеу қажет. Міне осы оның қасиетін модифицирлеу болып табылады. Бұл илге коагулянт не флокулянт ретінде әсер ететін химикаттарды қосумен жүргізіледі. Мұндай реагент ретінде әртүрлі неорганикалық тұздар (әк, темір хлориді, темір сульфаты, аллюминий хлоргидраты) не арнайы таңдалған әртүрлі малекулалық массалы және ион бойынша туыстас органикалық полимерлер қолданылады.

Реагенттердің белгілі бір мөлшерде ғана қолдану керек, илдегі бастапқы мөлшері кейдешығынды көбейтуден басқа сүзгілеуді нашарлатуы да мүмкін, ал оптимальды мөлшерін көптеген тәжірибелер жүргізу арқылы білуге болады, оған ұзақ уақыт керек, сондықтан ең оңайы тамшылық өткізу уақытын өлшеу (ТӨУ).

Бұл үшін ең қарапайым құрылғы екі пластинка арасында орналасқан тік бұрышты сүзгілеуші қағаздың бөлігі. Жоғары жағында илге арналған резервуар және екі концентрлі ортамен қоршалған үш электрод орналасқан. Бұл электродтар усилительге және сағат таймерге жалғанған. Резервуарды үлгідегі илмен толтырған соң, қағаздың тамшыны өткізу күші арқылы сүзгілену процесі жүреді, осы уақытта фильтрат сыртқа шығарылады. Ол электродқа түскен уақытта таймер қосылады. Фильтрат факты үшінші электродқа жеткенде сағат тоқтайды. Осы көрсеткішке қарай илдің қалай сүзілетінін, оптимальды мөлшерін, тиімді тұндырушыны анықтайды. Мөлшері әдетте пайызбен есептеледі.

Тұндырғыштарды пайдаланған кезде, оның илдің көлемін көбейтетінін ескерту қажет, ал қаншалықты көбейетіні ол тұндырғыштың табиғатына байланысты. Мысалы: әк және темір купорасын қолданғанда соңғы қалдықтың 50% дейін құраған.

Анаэробты ашыту

 

Анаэробты ашыту (соңғы өнімі негізінен көміртегі екі оксиді және метаннан тұратын ферментативті процесс) төменгі және жоғарғы температурада, дегенмен ең көп таралғаны мезофильді температурада өтетін ашыту. Бұл процесстің ерекшелігі ұзақ уақыт бойына анаэробты жағдайда (30 күн), 30-37⁰С температурада, рН – тің артық не кем нейтральды мәнінде ұстау. Осы жағдайда ашытылатын ил фракциясы (май, көмірсу, ақуыз) бастапқыда гидролитикалық және ауидогенді бактериялар көмегімен, сосын метаногенді бактериялар көмегімен бұзылады. Ацетат, сутегі, көміртегі диоксиді метанның алғы шарты болып табылады. Бірақта 70% дейін метан ацстатьың метильді тобынан құралады, оны ацидофильді метаногенді бактериялар (мысалы: Methanothix, Methano sarcina SPP) көмегімен түзеді. Ал гидрогенофильді метаногенді бактериялар мысалы: Methanobacterium spp сияқты қалған сутегі мен көміртегі екі оксидінен метан түзеді. Бұл сатыда да әртүрлі микроорганизмдер арасында симбиотикалық қатынас орнайды.

Сутегі кейбір микроорганизмдердің ингибиторы ретінде болғандықтан, сутегінің парциалық қысымын майлы қышқыл және метан түзілудің аралық катобализмінің реттеушісі ретінде қарастыру керек. Мұндай жағдайда сутегі концентрациясын минимльды мәнде ұстайды. Егер ил сульфаттың біраз мөлшеріне ие болса, онда сульфат түзуші бактерияның ( мысалы: Desulphovibrio spp.) көмегімен сульфид түзіліп кетуі мүмкін. Бұл микроорганизм метанды (ацетат және сутегі) түзуші метаногенділермен бәсекеге түседі, ал олардың бұл компаненттерді қолдану тиімділігі жоғары, яғни метан шығымы азаяды.

Мезофильді ашытуды жүргізу үшін жақсылап араластыру және жылу беру қажет. Мұндай процесті ірі бөлшектерді тұндыру және көбік түзу арқылы жүреді. Ол сонымен қатар газды жояды, сосын биореактордың барлық көлемінде бірдей жылу таратады. Араластырудың екі түрі бар: механикалық құрылғы көмегімен және газ рециркуляциясы арқылы. әдетте газдың айналымы арқылы араластырғандағы жылдамдығы бір сағаттағы 1м² құрылғы ауданына тиесілі 0,94м³ еркін газды құрайды. Араластырудың тиімділігін тексеру үшін радиоактивті белгілер қолданылады. Тритей – сулы фаза үшін, алтын – 19$ - қатты компонент үшін. Араластыруға кететің энергия шығыны 2- 14 Вт/м³ жылынуды беру өткір буды тікелей не жылу           малдағыштағы су арқылы. Екі жағдайда да жылу берудің бастапқы фазасында биогаз жағады.

Соңғы жылдары өндірістік ашыту құрылғыларының құрылысын жақсартуда, соның бірі ашытар алдын ала концентирлеу. Бұл ашытқылардың тиімді болуын қамтамасыз етеді. Ол лайдың көп мөлшерін өңдейді (аз уақытта). Соңғы мүмкіндіктерде илдің көлемінің азаюы мен газ шығаруды көбейту пайда болды.

Ашу процесінің механизмі және оны ұстап тұрудың  келесі параметірлеріне жоба негізіне тәуелсіз қажетті жайлар болып тұрақты бақылау табылды. Кел бақыдаушы көрсеткіштерге жай қышқылын тұтыну, қышқылдың рH жатады. І көреткіш 200-500 мг/л сапауы керек (сірке қыш бойынша өлшем) .Одан жоғары концентратцияда металды активтіліктің ингибирленуі жүреді. Гидрокарбонат сілтіліктің қажетті диапазоны 3500-5000 мг/л, А_п рН 7-7,5. Ереже бойынша  рН-тың арнайы бақылау қажет емес. Себебі реактроды аммоний мен гидрокарбонат ионы арасындағы өзара әрекеттесу салдарынан қажетті буфер ыдыс п.б. рН-ң мәнін гидрокарбонат не карбиттің  өзін қосу арқылы жоғ-ға болады. Бірақ мұнда мынаны ескере кетейік сілтілі металдардың ионы жоғ-ғы концентрацияда токсинді болуы мүмкін; Nа үшін шекті мөлшердегі конц 3,5-5 және К үшін 2,5-4 г/л, одан басқа токсинді  агент  ретінде ауыр металдардың және хлор тәрізді көмірсутектердің иондары болуы мүмкін. Төменде ашу процесің ингибрлеуді жүзеге асыратын токсинді заттың (мг/кг СВ) концентрациясы корсетілген.

  Хлороформ                                        15

  Трихлор этан                                     20

  Төрт хлорлы көмірсу                        200

  Никель                                               2000

  Кадмий                                              2200

  Мыс                                                   2700

  Мырыш                                             3400

  Анионды детергент                         15000 – 20000

Ағын судағы осы заттардың концентрациясымен күресу оларды органикалық қосылыстарын қосу арқылы болып табылады. өндірістік қалдықтарды бақылауды ұйымдастыру кезінде, токсинді (улы) агенттердің аддективті сипаттамасы болады, бірақ та әртүрлі өнеркәсіпте газды шығару жылдамдығы әрқилы болып келеді. Сондықтан осы көрсеткішті өнеркәсіптің өнімділігі ретіндем қарастырады. Бұл жөнінде көміртегі II-оксидінің жоғарарлауы қауіптілік тудырады.

Әдетте кәдімгі илдің ашу кезінде алынған газ құрамы 65-70% метан болып табылады.

Дамыған елдердегі жұмыс істейтін құрылғының көбісі екі тенктен тұрады – толық жабық анаэробты тенк және толығымен сығымдаушы, ол ашық немесе жабық болуы мүмкін. Ашыған ил біріншімен салыстырғанда баяу тұнады. Сондықтан II-к ашытқыш, тұндырғыш ретінде жұмыс істейді. Бұның негізгі себебі: газдың бөлінуін жалғасуы және газ көбіктердің бар болуы.

Қатты және сұйық фазаның ажыратудың кең таралғаны, кейбір аэрация әдісі. Әр түрлі аэрирлеуші құрылғыларды пайдаланған кезде (көбікшелі, жоғары аэраторлар) және гентесивтілі 0,5-5м³ ауа (м³ с) 2 сағатта периодты аэрация жүргізу кезінде 10 тәуліктен кем уақытта 50%-к көлемдік тұндыру, 25%-к ірі бөлшектерден құралған ил алынды. Салыстыру үшін ауасызданбаған илді тұндыруға 90-100 тәулік қажет болды. Илдің ең қажетті мәні оның рН-ы. Аэрациялау кеэінде рН-8-ге дейін жоғарлайды және ерітіндіден СО₂ көп бөлінеді. Рн-ң мұндай жоғарлауы тұндыру кезінде метанның түзілуге кедергі тигізеді. Сондықтан рН-ң мәні төмендеген кезде метаногенез процесстің жүруін тоқтату қажет. Әдетте бұл процесс 5-7 күнге созылады. Анаэробты ашыту термофильді жағдайда (50-55⁰С) жүргізіледі. Бұл процесс аз уақытта аяқталады және кәдімгі құрылғы қарағанда газ көп бөлінеді. Бірақ та бұл процестің болашағы болмады.

 

Аэробты ашыту

 

Илді аэробты жағдайда да ашытуға болады, ол үшін қатты компоненттердің тұрақтылығын қамтамасыз ету керек. Бұл процеске қойылатын негізгі талаптар: жақсы аэрация, мұқият араластыру, сосын қатар ашытылып жатқан органикалық заттардың бактериялармен тотығуына жеткілікті ұзақ аэрациялау. Аэробты ашыту 25 жылдан бері зеріттеліп, солт-к Америкада қолданғанымен, Ұлыбританиядағы бұл процесстің маңызы жоқ. Мүмкін өзін-өзі қыздыратын термофильді ашыту процесінің ашылуы бұл қатынасты өзгертер. Бұл процестің ең қызықтысы – аэрация (не оксигенация) нәтижесінде температураның жоғарылап, өзін-өзі қыздыруы. Температураның жоғарлауы органикалық заттардың жасуша құрылымдық затына айналу кезінде бөлінген бос энергия нәтижесінде жүзеге асады.

Джевелл және кебрик өзін - өзі қыздырудың келесі шарттарын қояды:

1). Илге 105 – 126 кДж/л энергияны бөлуге жететін ашытылатын органиканың жеткілікті мөлшері болуы тиіс.

2). Оттегінің тасу тиімділігі 10% асу керек (яғни биохимиялық реакцияда 10% жоғары берілетін оттек қолдану тиіс).

3). Реактор мықты изорирленуі тиіс.

4). Сақталған температура және уақыт өлшемі 150 град/тәул асу қажет.

Кестеден көріп тұрғанымыздай, ашыту үшін оттек те, ауа да қолданыла береді. Екі жағдайда да 3 – 10 тәулік бойы сақтағанда қатты ил компоненттерінің көп мөлшері ашиды. Қоршаған ортаны қорғау агентствосының шарты бойынша, кестеде келтірілген заттардың бәрі ашитын қатты компоненттерді (АҚК) 40% дейін ашытады, және стандартқа сәйкес келеді.

процесс	жүктеме кг/м3 тәул		t,0С	ВВ,%	көзі
	ВВ боиынша	ОХТ бойынша
оксигенация	6,9 – 9,6 10	_ _	13 – 23 40	34 – 47 40	(206) (207)
аэрация	6,1 – 8,5 _	_ 6,8 – 15,7	36 37 - 39	30 – 45 36 - 52	(205) (209)
оксигенация	3,4 – 7,7	_	40 – 50	17 – 25	(208)

Кесте: өздігінен қыздыратын аэробты ашытқыштардың техникалық сипаттамасы.

 

 

Бұл процесстің екі кемшілігі бар: біріншісі – алынған илдің сусыздану деңгейі бастапқыдан артық емес, екіншісі – анаэробтымен салыстырғанда энергия қажет етеді.

Әдетте қажет мөлшердегі энергия  0,7 – 4,4 кВт/кг (лв тотығуының) құрайды. Термофильді аэробты ашу кезіндегі тұрақтандыру деңгейі дәл анаэробты ашытудағыдай, Риглердің жұмысында келтірілгендей, аэробты ашу процесін ашытатын заттардың көп мөлшері кезінде (50000 население астам), ал анаэробты ашытуды кіші көлемде қолданған тиімді. Олардың әрқайсысының жеке құрылғыларының техникалық сипаттамасы белгілі, енді олардың екеуінің біріккен жұмыс істеу қолайлы әдісін жасап шығару керек.