5002

widzenia, gdyż znaczna ilość energii jest przeznaczana na systemy napowietrzania komory osadu czynnego. W procesie metanogenezy około 95% degradowalnych zanieczyszczeń organicznych zostaje zamienionych do metanu i dwutlenku węgla. Metan jest wartościowym źródłem energii, wykorzystywanym w wielu gałęziach gospodarki. W warunkach mczofilnych (temperatura ~35°C) wydajność produkcji metanu wynosi 0,33-0,36 m³ z 1 kg ChZT. Wreszcie, w systemach oczyszczania ścieków z zastosowaniem metanogenezy praktycznie mogą być oczyszczane wszystkie ścieki organiczne, w tym o bardzo dużym ładunku zanieczyszczeń, dla których biologiczne technologie tlenowego oczyszczania nie są możliwe do wdrożenia.

Jednakże systemy beztlenowego oczyszczania ścieków nie są powszechne, jak do tej poiy. z kilku powodów. Organizmy beztlenowe wchodzące w skład konsorcjów metano-gcnnych wykazują stosunkowo małą szybkość wzrostu (tab. 5.2). Przy stosunkowo krótkim czasie zatrzymania istnieje możliwość wymywania biomasy,’ odpowiedzialnej za degradację materii organicznej. W takich sytuacjach, w celu zapewnienia równowagi konsorcjum metanogennego, wymagane jest stosowanie bioreaktora o dużej objętości, albo dostatecznie długiego czasu zatrzymania ścieków. Czas ten może dochodzić nawet do 20 dni. Zapewnienie odpowiednio dużego bioreaktora albo zastosowanie długiego czasu zatrzymania podnosi koszty oczyszczania ścieków. Niska aktywność metaboliczna mikroflory w systemach beztlenowych dodatkowo wydłuża czas efektywnego oczyszczania ścieków w systemach. W systemach beztlenowego oczyszczania na szczególną uwagę zasługuje kontrola czynników tego typu jak temperatura, wartości pH oraz stężenie substancji toksycznych.

Mimo żc beztlenowe oczyszczanie ścieków może dostarczać biogazu i znacznie redukować produkowaną w systemach tlenowych biomasę bakterii, to, jak do tej pory, beztlenowe systemy oczyszczania nie przekraczają półtora tysiąca jednostek, wybudowanych w różnych miejscach globu ziemskiego. Są natomiast powszechnie stosowane do stabilizacji osadu nadmiernego produkowanego w tlenowej strefie biologicznej oczyszczalni ścieków.

Tabela 5.2. Parametry kinetyczne wybranych grup mikroorganizmów uczestniczących w beztlenowei degradacji materii organicznej w porównaniu z osadem czynnym

Parametr	Czas podwojenia (dni)	Plon komórkowy	Ks (mM)
Osad czynny	0,030	0.40	0,25
Bakterie fermentacyjne	0,125	0,14	brak
Bakterie acetogenne	3,5	0,03	0,4
Metanogeny autotroficzne	0,5	0,07	0,004
Metanogeny acetoklastyczne	1,5	0.04	5,0

Beztlenowe systemy oczyszczania ścieków

Systemy technologiczne związane z beztlenowym oczyszczaniem ścieków zmierzają do zatrzymania jak największej ilości biomasy, aktywnie uczestniczącej w degradacji materii i produkcji metanu. Celem rozwiązań technicznych była immobilizacja biomasy na fazie stałej (różnego typu złoża: złoże zatopione, złoża ruchome, złoża ekspandowane, złoże fluidalne oraz złoże recyklingowe) lub hodowla mikroflory beztlenowej w postaci recyrkulujących kłaczków, osadu granulowanego lub pośrednie. O ile konwencjonalne systemy beztlenowego oczyszczania ścieków zdolne są do usuwania od 0,3 do 2,0 kg ChZT/nY-doba', o tyle systemy z biomasą immobilizowaną na fazie stałej mogą oczyszczać ścieki o ładunku zanieczyszczeń od 8,0 do 12,0 kg ChZT/mMoba^-1. Oczyszczanie ścieków w systemach z biomasą immobilizowaną dostarcza odpowiednio więcej biogazu z 1 kg ChZT oraz proces jest bardziej efektywny (80-90%), niż systemy beztlenowe oczyszczające ścieki konwencjonalnie.

Trzy typy bioreaklorów do hodowli mikroflory beztlenowej na fazie stałej (technika immobilizacji) zasługują na szczególną uwagę, jako systemy najefektywniej oczyszczające wysoko obciążone ścieki organiczne: filtr beztlenowy UAFP (upflow anaerobic filter proccss), złoże ckspandowane/fluidalne (attached film fluidized/expended bed) i biorcaktor typu UASB (upflow anaerobic sludge blanket). Obecnie 72% wszystkich wybudowanych instalacji to biorcaktory z ruchomym biofilmem (fluidalne i ekspandowane) oraz UASB z osadem granulowanym.

5.4.1.    Filtr beztlenowy. Systemy filtru beztlenowego zaproponowane przez Younga i McCartly'ego były konstruowane z wykorzystaniem kruszonej skały lub plastiku. Mikroorganizmy są przytwierdzone do fazy stałej, ale obok niej, wewnątrz bioreaktora tego typu, występują mikroorganizmy w postaci beztlenowych kłaczków. System filtru beztlenowego jest stosowany do oczyszczania ścieków komunalnych oraz przemysłowych, zawierających związki organiczne o niskim ładunku. Z czasem system filtru beztlenowego został znacznie zmodyfikowany i jest stosowany do oczyszczania ścieków będących pozostałością po destylacji alkoholu lub ścieków papierniczych (ładunek zanieczyszczeń —12 g/l-doba ¹ usuwany z wydajnością 96%).

5.4.2.    Złoże ekspandowane/fluidalne. Idea tego typu bioreaktora w pierwszym etapie badań była oparta na wypełnieniu go bezwładnymi cząstkami, które stanowiły fazę stalą dla wzrostu dużej ilości, przytwierdzonych do nich, mikroorganizmów, prowadzących procesy degradacji materii organicznej i produkcji metanu. Złoża fluidalne zawierają takie wypełnienia, jak: piasek, kwarcyt, aluminium, antracyt, granularny węgiel aktywny o wielkości granul około 0,5 mm. W jednym litrze złoża może się znajdować do 40 dag fazy stałej i może być do niej przytwierdzone 95% biomasy bakterii. W tego typu bioreaktorach możliwe jest usuwanie zanieczyszczeń w ilości od 5-12 g ChZT/l-doba’¹. Złoże ekspandowane zawiera wewnątrz bioreaktora znacznie mniej fazy stałej (od 10 do 20%), do której jest przyczepiona biomasa mikroorganizmów. W lak skonstruowanym złożu ekspandowanym możliwe jest oczyszczanie ścieków' komunalnych (ChZT —600 mg O2/I), w temperaturze —20°C, do poziomu zanieczyszczeń w odpływie 40 mg/1 ChZT, przy czasie zatrzymania ścieków wynoszącym mniej niż 30 minut. Ostatnie modyfikacje ekspandowanego granularncgo osadu pozwalają na oczyszczanie ścieków o ładunku zanieczyszczeń —20 g ChZT/ldoba^-1.

5.4.3.    Bioreaktor typu UASB. Jest jedną z bardziej, jak do tej pory, interesujących propozycji prowadzenia procesu metanogenezy w biorcaktorze, która została opraco-

79