Dobór typu komory fermentacyjnej w odniesieniu do charakterystyki oczyszczanych ścieków

Rozwój technologii oczyszczania ścieków przemysłowych metodą fermentacji metanowej spowodował wprowadzenie do eksploatacji różnych typów reaktorów beztlenowych. W latach 70 XX w. zaprojektowano pierwszy typ fermentora pracujący w systemie UASB. W latach następnych firmy wprowadzały kolejne rozwiązania techniczne, dotyczące szczególnie sposobu mieszania zawartości reaktora.  Wprowadzono do instalacji beztlenowych reaktory pracujące w systemie kontaktowym, a ostatnio w systemie IC z jego różnymi modyfikacjami. W związku z tym nasuwa się pytanie, czy każdy fermentor nadaje się do oczyszczania każdego rodzaju ścieków. Otóż tak nie jest. Wynika to szczególnie z rodzaju i charakterystyki składu ścieków, a w dalszej kolejności z zakładanego efektu oczyszczania. 

Fermentory typu UASB pierwotne zostały zastosowane do oczyszczania ścieków cukrowniczych, zawierających głównie w swym składzie węglowodany i minimalną zawartość zawiesin. Charakter tych ścieków odpowiadał systemowi UASB, ponieważ bez większych problemów ogrzane ścieki surowe były rozprowadzane poprzez system rusztu ułożonego na dnie na całej powierzchni dna fermentora. Przepływ laminarny ścieków przez warstwę osadu beztlenowego zapewniał odpowiedni czas kontaktu bakterii beztlenowych z rozpuszczonymi związkami zawartymi w ściekach. Głównym czynnikiem mieszającym w fermentorze w tym układzie jest wydzielający się biogaz. Ograniczeniem w eksploatacji tego typu fermentorów jest obciążenie hydrauliczne, ponieważ im ono jest większe tym jest krótszy czas kontaktu osadu z dopływającymi ściekami. Poza tym przy intensywnym przepływie w ściekach oczyszczonych w odpływie są zwiększone ilości zawiesin osadu fermentacyjnego. Optymalne efekty oczyszczania uzyskuje się przy obciążeniu fermentora ładunkiem ChZT max. do 10 kg ChZT/m3 • d. Pierwotnie zakładano, że odpływające ścieki przefermentowane zawierają znikome ilości zawiesin osadu beztlenowego i nie trzeba ich klarować w osadniku. Niestety, ponieważ nie mamy możliwości regulacji stężenia zawiesin w ściekach przefermentowanych, okazało się w wielu wypadkach konieczne zastosowanie osadników po fermentorze UASB. Problemem w warunkach eksploatacyjnych w dłuższym okresie czasu jest drożność otworów w ruszcie rozprowadzającym ścieki, co z kolei może wpłynąć na obniżenie efektywności oczyszczania ścieków.

Następnym typem reaktorów beztlenowych są fermentory o działaniu kontaktowym, w których mieszanie dopływających ścieków z osadem beztlenowym  x bocznymi oraz wydzielającym się biogazem. Konstrukcyjnie są to proste zbiorniki zamknięte, do których ścieki surowe wprowadzane są w kilku punktach. Sprawność ich jest znacznie większa od fermentorów typu UASB.
Zaletą reaktorów kontaktowych jest niezawodność działania i pełna kontrola nad procesem, czyli intensywnością wymieszania, utrzymywaniem stężenia osadu beztlenowego na optymalnym poziomie, znacznie lepszym wymieszaniem substratów z osadem fermentacyjnym, a tym samym utrzymywaniem odczynu w reaktorze na optymalnym poziomie. Skutkuje to możliwością osiągnięcia bardzo wysokich efektów oczyszczania nawet fermentując ścieki o wysokim stężeniem zawiesin i tłuszczy lub zawierające związki toksyczne. Istnieje konieczność budowy osadnika po komorze fermentacyjnej dla separacji osadu beztlenowego ze ścieków przefermentowanych i jego recyrkulacji do reaktora. Ponieważ wymieszanie ścieków surowych z osadem beztlenowym jest na maksymalnym poziomie, czyli cała ilość biomasy pracuje, w związku z tym reaktor jest bardzo odporny na przeciążenia ładunkiem ChZT i spadku odczynu poniżej 6,5 pH. Z tego powodu nie ma konieczności sztucznego podnoszenia odczynu poprzez dozowanie wodorotlenku sodu.

Reaktory typu IC wprowadzono do eksploatacji stosunkowo niedawno. Innowacyjność prowadzenia oczyszczania polega na wprowadzeniu ogrzanych ścieków do wydzielonego na dnie fermentora zbiornika w kształcie stożka z otworami w ścianie bocznej, którymi wypływają ścieki surowe, dodatkowo wymieszane i rozcieńczone ściekami oczyszczonymi recyrkulowanymi w górnej części fermentora. Charakteryzują się wysokim stosunkiem wysokości do średnicy i wysokimi obciążeniami ładunkiem ChZT dochodzącym do 30 kg ChZT/m3x d. W tego typu fermentorach z reguły stosuje się tylko osad granulowany, który zatrzymywany jest w dwóch sekcjach separatorów. Ze względu na stosowanie osadu granulowanego nie powinny w nim być oczyszczane ścieki z wysokim stężeniem zawiesin oraz obecnością tłuszczy.