Modernizacja oczyszczalni w przemyśle mleczarskim z zastosowaniem fermentacji metanowej

Występowanie bakterii nitkowatych w biocenozie osadu czynnego, a szczególnie ich dominacja (tzw. puchnięcie osadu) jest zjawiskiem niekorzystnym, mogącym bezpośrednio negatywnie wpływać na efektywność oczyszczania (wysoki indeks objętościowy osadu, problemy z sedymentacją osadu, przekroczenia stężenia zawiesin w ściekach oczyszczonych). Ich zwalczanie, w warunkach pełnej eksploatacji oczyszczalni, jest trudne, długotrwałe i kosztowne.

Jako alternatywne rozwiązanie technologiczne proponujemy zastosowanie dwustopniowego, beztlenowo – tlenowego układu oczyszczania, z wprowadzeniem do istniejących i pracujących układów tlenowych reaktora fermentacji metanowej jako pierwszego stopnia oczyszczania ścieków, w którym biodegradacja związków organicznych zawiera się w przedziale od 85%-95%.

W procesie fermentacji metanowej złożone związki organiczne zawarte w ściekach mleczarskich ulegają rozkładowi do metanu, dwutlenku węgla i wody. W ściekach odpowiednio przefermentowanych pozostają niewielkie ilości prostych kwasów organicznych, które w warunkach tlenowych bardzo łatwo ulegają całkowitemu rozkładowi. Azot w ściekach po fermentacji metanowej występuje głównie w formie amonowej, natomiast fosfor w postaci ortofosforanów. Obie formy nieorganiczne tych pierwiastków biogennych są łatwo usuwalne w komorach osadu czynnego.

Szczególnie korzystną cechą fermentacji metanowej jest możliwość rozkładu tłuszczy oraz zawiesin zawartych w ściekach. W związku z tym nie ma potrzeby budowy odpowiednich instalacji do usuwania metodami fizyko-chemicznymi tego rodzaju zanieczyszczeń oraz ich dalszej kosztownej utylizacji.

Wysoka redukcja zanieczyszczeń na etapie beztlenowym prowadzi do znacznego ograniczenia czasu oczyszczania ścieków w komorach osadu czynnego, a tym samym do zmniejszenia pojemności użytkowanych komór osadu czynnego.

Charakterystyczną cechą mikroorganizmów beztlenowych jest wysoka tolerancja na okresowe zwiększone ładunki zanieczyszczeń w ściekach dopływających do fermentora. Nie wpływa to negatywnie na efektywność redukcji zanieczyszczeń. Warunkiem jest jednak odpowiednie wpracowanie osadu beztlenowego w fazie rozruchu komory fermentacyjnej.

Kolejną zaletą zastosowania fermentacji metanowej jest znaczne ograniczenie ilości powstających osadów nadmiernych. Jest ono ok. 10-15-krotnie mniejsze w stosunku do metodach tlenowych. Osad beztlenowy zaliczany jest do osadów ustabilizowanych i może być wykorzystany do np. rekultywacji terenów zielonych.

Należy przyjąć, że zastosowanie fermentacji metanowej obniża koszty oczyszczania ścieków ok. 2-2,5 krotnie w stosunku do klasycznego układu tlenowego, natomiast wykorzystanie energetyczne wytworzonego biogazu na potrzeby zakładu jeszcze bardziej zwiększa tą wielkość.

Wytwarzanie biogazu jako energii odnawialnej stało się w ostatnim okresie priorytetem. Aktualnie obowiązują znaczne preferencje ekonomiczne (dotacje unijne) związane z inwestycjami w zakresie budowy instalacji układów fermentacji metanowej i otrzymywania biogazu na potrzeby własne zakładów. Dotyczy to nie tylko fermentowania ścieków, ale również fermentowania odpadów produkcyjnych typu np. serwatka. Ponadto istnieje możliwość uzyskania „zielonych certyfikatów” z tytułu produkcji energii z biogazu.

W przemyśle mleczarskim istnieją ogromne możliwości, ze względu na ilość zakładów i skalę produkcji, zastosowania fermentacji metanowej zarówno w zakresie usprawnienia działania układów oczyszczania ścieków, jak również do produkcji energii odnawialnej. Zarówno w jednym jak i w drugim zakresie można odnieść znaczne korzyści ekonomiczne.

Krzysztof Gozdek, Bolesław Heichman, Andrzej Czajkowski
CHEMADEX S.A. Warszawa