Однак в анаеробних системах швидкість окислення значно менша, ніж у аеробних, що пояснюється незначною швидкістю росту метаногенів. Тому робота сучасних анаеробних реакторів базується на принципі утримання біомаси в споруді, завдяки чому значно інтенсифікується процес очищення. Цьому сприяють великі дози мікроорганізмів.
При анаеробному очищенні концентрованих стічних вод використовують різні типи очисних споруд, зокрема контактні метантенки. Ефективність анаеробного процесу оцінювалась за ступенем очищення, навантаженням, тривалістю перебування стоків у реакторі, температурою, об'ємною швидкістю виходу біогазу.
Досліджено також мезофільний і термофільний режими очищення. Так, при 53 °С очищення відбувалося гірше, ніж при 35°С. Анаеробне очищення здійснюють методом складного біоценозу бактерій і з біохімічного погляду його проводять за 2 фази. Бактерії першої фази розщеплюють складні органічні речовини до більш простих (органічних кислот, спиртів тощо), бактерії ж другої фази перетворюють ці речовини в метан.
Встановлено, що граничний ступінь очищення стічних вод спиртових заводів в анаеробних реакторах по БПК 2000–3000 міліграмів на літр, тому потрібне ще аеробне доочищення метанової бражки. Подальші дослідження виявили, що стічну воду після анаеробної обробки, яка містила неокислені органічні речовини (до 4000 міліграмів на літр) можна очистити, не розбавляючи в аеротенках-змішувачах за двоступінчастою схемою.
Існуюче анаеробне і аеробне очищення стічних вод недосконале. Разом з викидами до водойм потрапляє чимало сполук азоту, фосфору, зольних елементів, барвників. Доочищають такі води в біологічних ставках, але більшість їх працює неефективно. Тому стоїть завдання створити технологію додаткового очищення стічних вод в біореакторах за допомогою спеціальних мікроводоростей-ціанобактерій.
Практика підтверджує доцільність і ефективність застосування мікроводоростей (переважно хлорели) при доочищенні різних промислових і побутових стоків. Використання водоростей в різних типах очисних споруд (альготенки, біоставки тощо) свідчить про високу ефективність видалення стічних вод органо-мінеральних сполук, зменшення БПК і ХПК й одержання біомаси, придатної для кормових добавок. Ціанобактерії поєднують здатність до біоконверсії різних забруднювальних сполук з високою засвоюваністю і поживністю біомаси.
На сьому добу росту ціанобактерій амонійного азоту утилізовано 21–51%, нітратного – 90–97%, фосфору – 50–81%. Забарвленість стічних вод знижується (залежно від виду культури) на 35–64% при доочищенні стоків. За час культивування ціанобактерій ХПК знижувався на 45–71%, а БПК – на 75–92%. Адаптовані культури ціанобактерій здатні засвоювати із стічних вод спиртового виробництва сполуки азоту й фосфору, зменшувати їхню забарвленість, ХПК, БПК і водночас збагачувати культивоване середовище киснем.
Таким чином, комбіноване анаеробно-аеробне очищення стічних вод спиртозаводів дає змогу зменшити БПКП на 99,8%, ХПК – на 87,7%. Перед скиданням у водойми такі стічні води бажано доочищувати в біологічних ставках.
Надійний захист водних джерел від забруднення стічними водами промислових виробництв, у тому числі спиртових заводів, що переробляють мелясу – важлива умова функціонування цих виробництв.
Основні недоліки спиртодріжджових підприємств, які переробляють мелясу, – утворення великої кількості після спиртової й після дріжджової барди для подальшої утилізації. Це призводить утворення високоіонізованих стоків з рН 3,5–5; площі сільгоспугідь під полями фільтрації перетворюються у відстійники барди й стічних вод; неповна утилізація органічних речовин меляси й мелясної барди.
На заводах, що переробляють бурякоцукрову мелясу на етанол, хлібопекарські й кормові дріжджі, діоксид вуглецю, утворюється понад шість мільйонів тонн за рік стоків, які необхідно знешкодити чи утилізувати. Ці стічні води належать до висококонцентрованих і важкоокислюваних.
Існуючі способи біологічного їх очищення мають недоліки. Це передусім проблема утилізації надлишкової біомаси, якої утворюється з кілограма органічних речовин при аеробному очищенні 0,4 кг, а при анаеробному – 0,05 кг.
Для таких складних багатокомпонентних стічних вод найкраще підходить комбіноване очищення (біологічне й фізико-хімічне). Було випробувано вплив імпульсного електричного струму й озонування на органічні й неорганічні сполуки з метою їх деструкції. Технологія очищення базується на використанні принципу електролізу рідини із застосуванням розчинних електродів. Цей процес супроводжується рядом електрохімічних явищ і реакцій. При цьому в оброблюваній рідині внаслідок електрокоагуляції відбувається агрегація колоїдних і зважених частинок дисперсної системи, їх взаємодія з гідроксидами металів, одержаними електрохімічним шляхом. У цьому випадку рівновага дисперсної системи зміщується, частинки випадають в осад і виводяться із системи. Очищену рідину піддають озонуванню, завдяки чому можна одночасно досягти знебарвлення, усунення присмаку, запаху й знезараження (внаслідок окислювального впливу на деякі органічні й неорганічні сполуки).
Таким чином, за допомогою фізико-хімічних методів можна досягти високих показників очищення концентрованих стічних вод спиртових заводів, причому ці методи можна використати для глибокого доочищення стічних вод після біологічного.
Післяспиртову барду нині ферментують у технології кормових дріжджів або скидають у відстійники нагромаджувачі. Мелясна післяспиртова барда з вмістом сухих речовин 5–7% непридатна для згодовування великій рогатій худобі, оскільки переповнена зольними елементами, які порушують водно сольовий обмін в організмі. Використання такої барди для поливання сільськогосподарських угідь часто призводить до забруднення ґрунтів, а скидання її на поля фільтрації, де барда розкладається, пов'язане із забрудненням біосфери Як переконує світовий досвід, очищення мелясної післяспиртової барди – дорогий і не досить ефективний процес.
Наявність у барді гумінів, органічного азоту і всіх мікроелементів меляси зумовлює ще один високо ефективний метод її використання при виробництві в'яжучих і бетонів Дослідженнями встановлено високий технологічний ефект застосування упареної післяспиртової барди. Використання УПБ як розріджувача цементного сировинного шламу на Кам’янці-Подільському, Миколаївсіькому (Львівська область) та Ольшанському цементних заводах показало, що добавка УПБ дає змогу зменшити вологість шламу на 2–4% і таким чином скоротити витрату палива на виробництво цементу Добавку УПБ як інтенсифікатору помелу клінкеру застосовують епізодично. Такий же характер дії і порошкоподібної добавки. Додавання упареної після дріжджової барди в бетон і будівельний розчин дає змогу на 4–9% зменшити витрату цементу. Перевага добавки УПБ порівняно з ЛСТ – прискорене тужавіння бетону на основі цементу 2 і 3 груп, підвищена марочність залізобетонних виробів.
Цінний побічний продукт спиртового виробництва – головна фракція етилового спирту. Нині її використовують для виробництва побутових хімічних засобів, технічних цілей, піротехнічних виробів тощо.
Отже, найефективніший і реальний спосіб утилізації після спиртової й після дріжджової барди – упарювання з наступним використанням: після спиртової упареної – на корм худобі й приготування комбікормів; після дріжджової – на виробництві цементу та залізобетонних виробів. Організувати виробництво упареної барди можна лише за умови, коли в високоефективне обладнання й оптимальна технологія.
Переробка органічних відходів молокозаводів та жировмісних стічних вод
Жировмісні стічні води (ЖСВ) належать до висококонцентрованих промислових стоків, а деструкція їх забруднень потребує будівництва складного комплексу очисних споруд. Застосування існуючих механічних та фізико-хімічних методів очищення жировмісних стічних вод не є економічно доцільним, оскільки вони потребують значних витрат, не дають достатнього ефекту очищення і призводять до утворення нових відходів, що потребують додаткової утилізації.
Разом з тим підкреслюється, що для очищення висококонцентрованих стічних вод доцільно впроваджувати процес метанового зброджування. Для досягнення високої ефективності процесу необхідно застосовувати технології двоступінчастого метанового бродіння з рециркуляцією активного мулу, а стабільність процесу підтримувати за рахунок мікрофлори, іммобілізованої на носіях. Економічність процесу залежить від глибини зброджування органічних сполук, тривалості оброблення стоків та утилізації корисних продуктів метанового бродіння – використання отриманого біогазу як палива та застосування забродженої біомаси як сировини для виробництва БВК.
Проведеними дослідженнями встановлено, що високий ступінь очищення стоків – 83,4% (з 11700 до 1940 мгО2/л) та 85,1% за ХСК (з 11700 до 1746 мг О2/л) – може бути досягнутий за умов ведення процесу відповідно при 37 та 55 +2оС. Щодо збільшення концентрації активного мулу з метою інтенсифікації процесу біотрансформації органічних забруднень, наявних у ЖСВ, за температури 45 +2оС встановлено, що оптимальною концентрацією активного мулу є 19 г./л, а збільшення завантаження не сприяє підвищенню ступеня очищення цих стоків.