выражают в процентах от массы загруженного беззольного вещества. Распад по газу показывает, какая часть беззольного вещества превратилась в процессе брожения в газ. Значение Рбз подсчитывают по данным анализа загруженного и выгруженного осадков на влажность и зольность. Убыль беззольного вещества выражают в процентах от массы загруженного беззольного вещества.

Величины Рг и Рбз могут совпадать или значительно отличаться друг от друга. Для метантенков высоконагружаемых Рг обычно больше Рбз-Обратное соотношение Рбз>Рг характерно для низконагружаемых метантенков с длительным периодом сбраживания, когда значительная часть продуктов распада после окончания газовыделения поступает в иловую воду.

Выход газа при сбраживании в метантенках обусловливается распадом только жиров, белков и углеводов, составляющих основную массу беззольного вещества осадков.

Родигер на основании обобщения обширных литературных данных и многочисленных экспериментов по сбраживанию углеводов, жиров и белков, присущих городским канализационным осадкам, показал, что состав и удельный выход газа при распаде каждого компонента осадка различны (табл. 4.31).

Таблица 4.31

Масса и состав газа, выделяющегося при анаэробном сбраживании углеводов, жиров и белков

Наибольшая масса газа образуется при распаде жиров, наименьшая- при распаде белков. Поскольку в составе активного ила преобладают белки, выход газа при его сбраживании оказывается меньшим, чем при сбраживании осадка из первичных отстойников.

Образующийся в метантенках газ состоит в основном из метана - 60-67% и угольной кислоты-30-33%, содержание водорода не превышает 1-2%, азот составляет около 0,5%. Высокое содержание метана в газе обусловливается распадом жиров и белков. Углеводы дают газ с большим содержанием угольной кислоты.

Установлено, что полного сбраживания беззольного вещества осадка и каждого из его компонентов независимо от условий сбраживания в метантенке добиться невозможно. Все они имеют свой предел сбраживания, зависящий от их химического состава.

Исследованиями Л. И. Гюнтер установлено, что жироподобные вещества осадков городских сточных вод способны распадаться не более чем на 70%, предел распада углеводов равен 62,5%, белков-48%. Пользуясь предельными значениями распада компонентов и данными Родигера, приведенными в табл. 4.31, и зная химический состав осадка, можно подсчитать максимально возможный выход газа с 1 г сбраживаемого осадка:

а = (1,ЗЬ0,7ж)-Ь (0,71.0,486)4-(0,985- 0,625г/), (4.97)

где а-предел сбраживания осадка (выражается в %);

ж, б, у-содержание соответственно жиров, белков и углеводов в 1 г беззольнЬго вещества сбраживаемого осадка;

1,31; 0,71; 0,985 - масса газа, г, получаемая с 1 г распавшегося вещества;

0,7; 0,48; 0,625-пределы сбраживания компонентов в долях единицы.

Состав осадков зависит от состава очищаемой воды, поэтому содержание белков, жиров и углеводов в осадках разных станций изменяется в значительной степени, особенно при поступлении в городскую канализацию производственных сточных вод. В зависимости от химического состава осадков изменяется и предел сбраживания. Например, по данным АКХ, сырой осадок очистной станции г. Ярославля имеет предел сбраживания 36,6%, а для осадка Тушинской станции аэрации г. Москвы эта величина составляет 51 %.

Рис. 4 51. Распад беззольного вещества Рбз в зависимости от дозы его загрузки Дбз

а - мезофильное сбраживание (сплошные линии - при <=33° С, пунктирная - при =31° С); б - термофильное сбраживание при =52° С; / - активный ил; 2 - смесь состава 1,1 : 1; 3 - то же, 0,8 : 1; 4-то же, 0,45 : 1; 5-сырой осадок

Ш 366 300 250 200

2 3 *i 5 6

Важным фактором, предопределяющим весь ход распада органического вещества, является доза загрузки. Обычно указываются суточные дозы загрузки по объему и по беззольному веществу.

Доза загрузки по объему выражается в процентах. Она показывает, какую часть от объема метантенка составляет суточный объем загружаемого осадка.

Доза загрузки по объему Д и продолжительность сбраживания Я связаны соотношением: П=\001Д.

Доза загрузки по беззольному веществу Дбз - это масса беззольного вещества осадка, кг, подаваемая на 1 м объема метантенка в сутки [кг/(м-сутки)].

В зависимости от влажности и зольности осадка одной и той же объемной дозе могут соответствовать разные значения доз загрузки по беззольному веществу.

Доза загрузки является одним из важнейших технологических параметров, определяющих в совокупности с рядом других факторов степень распада органических веществ в метантенке.

В зарубежной литературе процесс брожения в метантенках часто описывается как обычная мономолекулярная реакция. В отечественной практике для математического описания этого процесса наиболее широкое применение нашли прямолинейная и степенная зависимости степени распада беззольного вещества от дозы загрузки метантенков. Влияние других параметров (таких, как влажность, температура, состав осадка) учитывается введением в уравнение коэффициентов, полученных экспериментально.

На основе обобщения эксплуатационных данных Курьяновской станции аэрации А. А. Карпинским предложены расчетные уравнения и графики (рис. 4.51), связывающие степень распада беззольного вещества Рбз с дозой загрузки Дбз- Уравнение имеет вид

(4.98) 279

где а-величина распада при Дбз=1;

X- экспериментальный коэффициент; а и X зависят от температурного режима, влажности и химического состава осадка.

Аналогичные уравнения и соответствующие им графики (рис. 4.52) связывают массу выделившегося газа с дозой загрузки по беззольному веществу.

Рис. 4.51. и 4.52 дают наглядное представление об уменьшении распада и интенсивности газовыделения при возрастании дозы загрузки. Устойчивый процесс брожения в метантенках обеспечивает распад беззольного вещества в среднем на 40%.

55 50 45

35 30 25

Рис. 4.52. Выход газа Рбз, л на 1 кг загруженного абсолютно сухого вещества в зависимости от дозы его загрузки Дбз (экспликацию см. рис. 4.51)

Академией коммунального хозяйства предложена прямолинейная зависимость

у = (а--пД)/т, (4.99)

п - экспериментальный коэффициент, зависящий от влажности и

температуры брожения; принимается по табл. 4.32; у-выход газа, м на 1 кг загруженного беззольного вещества (плотность газа принята равной 1). суточная доза загрузки метантенка, % (табл. 4.33).

Рис. 4.53. Зависимость распада беззольного вещества осадка от дозы загрузки метантенка и температуры сбраживания

/ - =32 ... 35° С: 2 - =53с

Графически эта зависимость изображена на рис. 4.53. Прямолинейный характер зависимости нарушается по достижении предельных для каждого температурного режима доз нагрузки.

Таблица 4.32 Значения коэффициента п

Таблица 4.33 Суточная доза загрузки Д, %

в метантенк