Методы очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности
Характеристика загрязнений сточных вод предприятий пищевой промышленности, методы их анализа. Анализ пригодности сточной воды для биологической очистки. Особенности плазмохимической технологии очистки сточных вод. Основные физико-химические методы.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 01.10.2011 |
| Размер файла | 567,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Содержание
- Глава1. Характеристика загрязнений сточных вод предприятий пищевой промышленности
- 1.2 Методы анализа сточных вод
- 1.3 Пригодность сточной воды для биологической очистки
- 1.4 Сточные воды спиртовых и дрожжевых заводов
- 1.5 Сточные воды предприятий пивобезалкогольной и винодельческой промышленности
- 1.6 Применение плазмохимической технологии для очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности
- Глава 2. Очистка сточных вод пищевой промышленности физико-химическими методами
Глава1. Характеристика загрязнений сточных вод предприятий пищевой промышленности
Сточные воды предприятий пищевой промышленности разнообразны как по компонентному составу, так и по концентрации, и представляют собой сложную физико-химическую систему, в которой наряду с растворенными веществами содержатся частицы различной степени дисперсности. Размер частиц колеблется в широких пределах (от 10 - 9 до 10 - 2 м).
Дисперсная фаза стоков предприятий пищевой промышленности определяется понятием "взвешенные вещества", которые делятся на оседающие (рч > рс), неоседающие (рч = рс), всплывающие (рч < Рс),
где рч и рс соответственно плотность частиц (дисперсной фазы) и сплошной среды (дисперсионной фазы).
Твердые взвешенные частицы отделяют отстаиванием или фильтрованием в гравитационном или в центробежном поле, жидкие - отстаиванием в гравитационном и центробежном поле. Возможно выделение взвешенных частиц также флотированием.
Помимо взвешенных веществ, стоки предприятий содержат значительное количество растворенных веществ, удаление которых возможно только химическим или биохимическим путем.
Скорость биологического разложения загрязняющего компонента содержащегося в сточных водах предприятий в немалой степени зависит не только от его природы, но и от дисперсности, поскольку микроорганизмы могут ассимилировать твердые субстраты только с поверхности частиц.
Как правило, для биологического разложения крупных частиц органического вещества требуется гораздо больше времени, чем времени пребывания очищаемой жидкости в реальном аппарате. В этом случае какая-то доля органических веществ стоков биологически не разлагается и их принято считать биологически инертными. Для уменьшения этой доли достаточно подвергнуть частицы загрязнений измельчению до размеров 10 - 6 - 10-7 м.
Помимо фазово-дисперсного состава сточной воды и общего содержания примесей важнейшей ее характеристикой является химическая природа и концентрация компонентов-загрязнителей. Подавляющее большинство сточных вод пищевых предприятий в качестве основных загрязнителей содержит органические вещества. Органические загрязнители имеют, как правило, естественное происхождение, т.е. не являются продуктами искусственного органического синтеза, а образуются в результате жизнедеятельности микроорганизмов, высших животных и растений. В технологии пищевых производств действующим законодательством запрещено применение веществ, попадание которых в продукты недопустимо, поэтому сточные воды пищевых предприятий не содержат ксенобиотиков (веществ, чуждых жизни). Отсутствует или крайне ограничено содержание и стоках тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов и других опасных веществ.
Содержание органических веществ в сточной воде обусловлено таким показателем, как окисляемость. В зависимости от загрязненности сточные воды содержат определенное количество веществ, способных взаимодействовать с сильными окислителями - перманганатами, бихроматами, пероксидами и т.д. Одна и та же вода, будучи обработана различными окислителями, потребует различное эквивалентное количество кислорода из-за неодинаковой степени окисления загрязняющих веществ. Это зависит не только от окислителя, но и от условий выполнения анализа. Считается, что наиболее полное окисление присутствующих в воде загрязнений достигается бихроматами в кислой среде (серная кислота). Бихроматная окисляемость, называемая химическим потреблением кислорода (ХПК) , является одним из главных показателей загрязненности сточной воды. ХПК коррелирует с содержанием в сточной воде общего углерода. Для сточных вод предприятий по переработке животноводческой продукции связь между ХПК (в г О2/л) и общим углеродом С (в %) может быть оценена зависимостью
ХПК = 45,04С 2,16. (1.1)
После аэробной биологической очистки воды соотношение ХПК и С изменяется:
ХПК = 30,86С 0,38. (1.2)
Для приблизительных расчетов можно принять, что отношение ХПК/С = 40 в не подвергавшихся очистке сточных водах.
Для характеристики природных и сточных вод, их экологической оценки важнейшим показателем является биохимическое потребление кислорода (БПК).
Существуют два основных метода определения БПК. Один из них заключается в учете интегрального потребления кислорода в течение 5 сут - БПК5, другой - в течение времени, необходимого для образования нитритов в количестве 0,1 мг/л (БПКПОЛН).
На практике чаще применяют метод определения БПК5, реже - БПК3 или БПК7 (время инкубации пробы 3 сут и 7 сут соответственно). Обычно полагают, что инкубация пробы в течение 20 сут позволяет определить полное биохимическое потребление кислорода, т.е. БПКПОЛН = БПК20.
Отношение БПКПОЛН / БПК5 составляет приблизительно 1,5-1,8. Для приблизительных расчетов принято, что ХПК = 1,43 БПКПОЛН.
Для сточных вод молочных и сыроваренных заводов установлена зависимость
ХПК = (1,19 - 1,25) БПКПОЛН.
Для нефильтрованной пробы сточных вод молочных заводов
ХПК = 1,5 БПК7 + 0,14,
для фильтрованной пробы сточных вод молочных заводов
ХПК = 1,47 БПК7 - 0,05.
Отношение БПКПОЛН / БПК7 составляет 1,1 - 1,32.
Для производственных сточных вод сахарных заводов принимают, что БПКПОЛН = 1,6 БПК5. Необходимо отметить, что показатель БПК в значительной мере зависит от дисперсности органических примесей сточной воды. Если размеры частиц органического вещества близки к размерам микроорганизмов или меньше, биохимическое окисление протекает довольно полно в течение 5 суток. В противном случае требуется увеличение времени инкубации пробы и более достоверным показателем является БПКПОЛН. Полное биохимическое потребление кислорода определяют и в тех случаях, когда сточные воды содержат трудноокисляемые субстраты, требующие длительной адаптации микроорганизмов.
Поскольку сточные воды пищевых предприятий содержат глазным образом органические вещества естественного происхождения, в них обязательно присутствует азот. В практике анализа сточных вод азот аминокислот, пептидов, белков и других естественных органических соединений определяется как органический азот. Понятие "общий азот" обозначает содержание азота всех степеней окисления в составе минеральных и органических соединений сточных вод.
В органических веществах естественного происхождения азот находится главным образом в восстановленной форме. Аминогруппы белковых веществ, аминокислот, мочевины легко отщепляются соответствующими ферментами и превращаются в ион NH4+, поэтому для сточных вод предприятий пищевой промышленности важным показателем является содержание аммонийного азота. Для отдельных пищевых производств, где технологией предусмотрено использование соединений окисленного азота (нитритов, нитратов), необходим контроль стоков и по этим показателям.
При глубоком биологическом окислении органических веществ восстановленный азот переходит в окисленные формы и появляется необходимость контролировать содержать нитритов и нитратов в очищенных водах. Наличие азота в сточных водах играет исключительно важную роль для искусственной биологической очистки, поскольку он наряду с углеродом относится к так называемым биогенным элементам.
К биогенным элементам относится также фосфор, поскольку он необходим для роста и нормальной жизнедеятельности микроорганизмов. Соединения фосфора в сточных водах предприятий пищевой промышленности содержатся, как правило, в гораздо меньших концентрациях, чем соединения азота. Фосфор входит в состав макроэргических соединений клеток, фосфолипидов, фосфопротеидов. При переработке растительного и животного сырья органические соединения фосфора попадают в сточные воды предприятий. Компонентами фосфорных загрязнений являются также полифосфаты, входящие в состав моющих средств. Последние гидролизуются до ортофосфатов, дающих с ионами большинства металлов металлорастворимые соли. Вместе с органическими фосфорсодержащими соединениями они образуют в сточной воде дисперсную фазу.
1.2 Методы анализа сточных вод
Взвешенные вещества - это осадки, остающиеся на фильтре после фильтрования определенного объема сточной воды. Обычно применяют бумажные фильтры "белая лента", которые затем высушивают и взвешивают. Понятие "растворенные вещества" относится к веществам, остающимся в фильтрате. Для определения содержания - растворенных веществ определенный объем фильтрата высушивают и взвешивают сухой остаток.
В настоящее время разработаны инструментальные методы, контроля концентрации и распределения по размерам взвешенных веществ независимо от вида дисперсной фазы. Фотометрический счетный анализатор гранулометрического состава примесей в жидких средах типа ФС-112 разработан НПО "Аналитприбор". Фирма Coultronics (Франция) выпускает приборы типа "Автосорб 2100", способные автоматически анализировать полидисперсные вещества, определяя их удельную поверхность, пористость и некоторые другие физико-химические характеристики. Анализ взвешенных веществ сточной воды, выполненный на этой аппаратуре, показал, что для частиц размерами 0,25-1 мм удельная поверхность составляет около 0,58 м2/г., а для более 1 мм - 0,04 м2/г.
Для характеристики общей загрязненности применяется показатель "общее содержание примесей", который определяется как сумма растворенных и взвешенных веществ, получаемая путем высушивания до постоянной массы пробы сточной жидкости. Наличие в сточной воде минеральных примесей определяется как "зола" или "остаток после прокаливания", который остается от высушенной пробы сточной воды после сжигания и прокаливания при температуре 600°С до постоянной массы.
"Потери при прокаливании" обычно относят за счет сгоревших органических веществ сточной воды.
Бихроматную окисляемость рекомендуется определять при концентрации загрязнений свыше 100 мг О2/л ХПК. Дтя вод с меньшим содержанием окисляемых веществ применяется нерманганатный метод Кубеля, основанный на использовании в качестве окислителя перманганата калия в кислой среде. Мешающими выполнению анализов для определения (ХПК) являются хлориды концентрацией 500 мг/л. Для определения перманганатной окисляемости мешающее влияние оказывают сероводород ионы NO2-,Cl-, Fе2+. При проведении анализа одной и той же пробы на окисляемость бихроматным и перманганатным методами результаты второго обычно оказываются ниже. Отношение значений бихроматного и перманганатного методов равно приблизительно 1,2:
1. Бихроматный метод (ХПК) в настоящее время получил большее, распространение в связи с разработкой ускоренных способов определения. На результаты анализа ХПК, не оказывает влияния степень дисперсности органических загрязнений.
Определение общего углерода в сточных водах традиционными методами весьма трудоемко, поэтому практически гораздо чаще применяются методы определения окисляемости. При использовании современных инструментальных методов анализа определение общего углерода и стоках может быть значительно ускорено. Специально для анализа сточных вод на содержание органического углерода разработаны приборы У-101 и У-111. Для аналогичных определений успешно применяется Экспресс-анализатор АН-7529, позволяющий определять содержание углерода быстрее и с большей точностью. Прибор АН-7529 рассчитан на работу с использованием технического кислорода и специальной высокотемпературной печи, что для анализа органических соединений не является необходимым. С целью упрощения эксплуатации прибора можно применять в качестве питающего газа воздух, очищенный от примесей аммиака. Для обеспечения полного сжигания углерода и дожигания оксида углерода использовалась трубка, снабженная фильтрами из асбестовой ткани и катализатором (гранулированным оксидом меди). Трубка помещалась в печь СУОЛ 04.4/12-М2-У42. Сжигание навески производилось при температуре 950°С. На рис.1.1 приведена схема расположения фильтров и катализатора в трубке для сжигания, снабженной затвором из комплекта анализатора.
плазмохимический очистка сточная вода
Трубка длиной 850 мм изготовлена из кварцевого стекла. При сжигании навески в фарфоровой либо кварцевой лодочке, помещенной в трубку, сгорание может происходить не полностью.
Рис.1.1 Трубка для сжигания пробы:
1 - затвор; 2 - кварцевая трубка; 3 - асбестовый фильтр; 4 - гранулированный оксид меди; 5 - лодочка для навески пробы
В результате образуется оксид углерода, который, двигаясь через слой нагретого катализатора, окисляется до диоксида, а оксид меди восстанавливается.
На асбестовом фильтре задерживаются несгоревшие частицы сажи и происходит их дожигание. В период после окончания горения до ввода новой пробы оксид меди вновь окисляется.
На рис.1.2 показана схема газового тракта прибора. Воздух от компрессора поступает через редуктор в поглотитель аммиака, заполненный раствором ортофосфорной кислоты, затем попадает в блок газоподготовки прибора, где очищается от диоксида углерода.
Далее воздух поступает в трубку для сжигания, через фильтр и поглотитель серы подается в измерительную ячейку анализатора.
Рис.1.2 Схема илового тракта углеродомера: 1 - компрессор; 2 - редуктор; 3 - поглотитель аммиака; 4 - поглотитель диоксида углерода; 5 - трубка для сжигания пробы; 6 - фильтр; 7 - поглотитель диоксида серы; 8 - датчик количостиа диоксида углерода
Рассчитанное значение сходимости результатов анализов составило 0,0236% С. Допустимое максимальное значение сходимости 0, 2008 %С.
Таким образом, значение сходимости показаний прибора при определении углерода в органическом веществе на порядок ниже максимально допустимого. Для определения содержания углерода в жидких материалах берут навеску жидкости в кварцевой лодочке, а затем высушивают при температуре 105°С. Лодочку с высушенной навеской помещают в трубку для сжигания и выполняют анализ, предварительно установив значение навески жидкости на регистрирующем блоке, прибора.
Метод позволяет выполнять анализы вод на карбонаты, для чего определяют содержание углерода сначала в жидкости с рН 7, затем в подкисленной до рН 4 (ортофосфорная кислота). Из первого результата определения вычитают значение второго результата и пол процентное содержание углерода карбонатов в жидкости.
Фосфор определяют по двум основным показателям - "Общий фосфор" и "растворимые фосфаты". Для контроля биологической очистки сточных вод пищевых предприятий в подавляющем большинстве случаев достаточно определять содержание общего фосфора.
Для облегчения выполнения анализов сточной воды по БПК разработаны автоматические и полуавтоматические устройства.
1.3 Пригодность сточной воды для биологической очистки
Для сточных вод предприятий пищевой промышленности характерно наличие таких загрязнений, которые представляют собой полноценные, легко усвояемые микроорганизмами источники питания и энергии.
Распространено мнение, что для биологической очистки подходит вода при соотношении БПКПОЛН /ХПК >= 0,75. При таком соотношении показателей загрязненности достигается наиболее полная очистка биологическими методами. Этот показатель, однако, весьма приближенно характеризует качество сточных вод как питательной среды для микроорганизмов по следующим причинам. Во-первых, значение БПК зависит от степени дисперсности органических загрязнений. Во-вторых, БПК учитывает разложение субстрата в аэробных условиях, а понятие "биологическая очистка" подразумевает применение и анаэробных микробиологических процессов. Следовательно, помимо отношения БПКПОЛН/ХПК при решении вопроса о применении технологии искусственной биологической очистки исходят и из значений других показателей, определяющих сточную воду как субстрат для сообществ микроорганизмов.
Эффективность очистки определяется достаточным поступлением в биохимический реактор (аэротенк, метантенк) необходимых для микроорганизмов биогенных элементов (углерода, азота, фосфора) в усвояемой форме. Установлено, что наиболее приемлемое соотношение компонентов субстрата следующее: БПКПОЛН: N: Р= 100: 5: I,
Кроме основных биогенных элементов, для нормального роста микроорганизмов необходимы и другие элементы, обычно присутствующие в сточных водах в достаточном количестве.
Предельное содержание солей в воде, поступающей в биохимический реактор на очистку, не должно превышать 10 г/л. При более высоком солесодержании следует использовать специальные материалы биологической очистки с применением галофильных микроорганизмов. Предельная концентрация некоторых органических веществ (в мг/л), тормозящих биохимические процессы, приведена ниже.
Ацетальдегид 750
Ацетон 750
Бензойная кислота 100
Бензол 100
Гидрохинон 15
Глицерин 500
Нефтепродукты 50
Фенол 120
Формальдегид 1000
Определяющим фактором высокой эффективности любого процесса ферментации, в том числе биологической очистки, осуществляемой с целью максимального истощения субстрата, является состав питательной среды. Существующие биологические методы очистки бактериальным активным илом (аэробный и анаэробный), а также очистку культивированием микроводорослей следует применять в оптимальной последовательности и сочетании для каждого вида сточных вод. Однако нет четких критериев, позволяющих определить наилучшие сочетания указанных методов обработки с целью наиболее полкой и быстрой очистки.
Учитывая увеличение объемов сброса концентрированных сточных вод и разнообразие их состава, рекомендуется дополнительный способ оценки пригодности воды для биологической очистки.
Биомасса активного ила имеет более или менее постоянное соотношение концентраций углерода и азота. Потребление этих элементов из субстрата происходит по-разному. Азот расходуется главным образом на конструктивные цели, довольно значительная же часть углерода используется на энергетические нужды клеток и эвакуируется из среды в виде диоксида углерода или переходит в карбонаты.
Расход компонента субстрата связан с удельной скоростью роста культуры следующей зависимостью:
Используя уравнение (1.3), можно представить отношение потребленных компонентов субстрата следующим образом:
Таблица 1.1 Значение констант для различных биоценозов
|
Биоценоз |
С |
N |
||
|
уEGC |
тС, ч-1 |
уEGN |
||
|
Аэробный |
2,0 |
0,003 |
8,3 |
|
|
Анаэробный |
0,2 |
0,005 |
,8 |
|
|
Микроводоросли |
0 |
0 |
12,5 |
Удельная скорость роста является показателем, характеризующим продукцию биомассы активного ила в блоке реактор-отстойник. Эта величина есть функция времени пребывания жидкости в реакторе и степени рециркуляции осадка из отстойника как при аэробной, так и при анаэробной очистке.
Зная соотношение С/N субстрата и используя уравнение (1.5), можно найти такое значение ц, при котором исчерпание элементов С и N будет наиболее полным. На рис.1.3 уравнение (1.4) представлено графически, здесь же указаны области значений субстрата, при которых целесообразно использовать тот или иной биоценоз. При расчетах значения тN приняты равными нулю. Практически некоторая потеря азота имеется главным образом с покидающими биохимический реактор газами. Значения т и уEG взяты из таблицы. Субстраты с большим относительным содержанием азота (С/N > 4) можно использовать для культивирования микроводорослей. В этой области однозначной зависимости µ (С/N) нет. Если сточная жидкость имеет соотношение С/М более 4, то график позволяет оценить значение µ, которое необходимо поддерживать в реакторе для наиболее полного исчерпания углерода и азота из субстрата. Каждая точка на кривых 1 и 2 соответствует конкретному значению µ, при котором углерод и азот будут потребляться биоценозом в определенном соотношении. Зная С/N исходной сточной воды, можно выбрать соответствующую удельную скорость роста биоценоза, определить объем реактора и степень рециркуляции биомассы для наиболее полной очистки.
Рис.1.3 Зависимость удельной скорости роста микроорганизмов µ от соотношения углерода и азота в субстрате при аэробном (1) и анаэробном (2) культивировании
Примененный подход также позволяет оценить соотношение C/N после очистки для выбора биоценоза последующей ступени, если исчерпание углерода из азота по каким-либо причинам произошло неполностью и требуется дальнейшая очистка. Снижение содержания углерода в субстрате ДS может быть рассчитано по методике, изложенной в разделе 4. Соответствующее снижение содержания азота паходится из уравнения (1.4). Соотношение углерода и азота на выходе из ступени очистки
С/N = (So C - ДS C) / (So N - ДS N), (1.5)
где ДSo C, So N - концентрация углерода и азота в сточной воде, поступающей на очистку.
Приведенный метод оценки соотношения элементов в очищенной жидкости и необходимой удельной скорости роста для различных биоценозов и субстратов можно использовать при разработке технологических схем и технико-экономического обоснования выбранного решении. Несомненно, наряду с предложенным критерием следует учитывать и многие другие - концентрацию субстрата, возможность утилизации образующихся при очистке продуктов и т.д.
Как правило, в сточных водах предприятий пищевой промышленности нет дефицита фосфора, поэтому при оценке пригодности воды для биологической очистки достаточно ограничиться соотношением углерода (БПК, ХПК) и азота.
Важное значение для функционирования очистных систем имеет рН поступающей на очистку воды. Обычно считается, что диапазон рН при биологической очистке составляет 6,5-8,5. Тем не менее системы биологической очистки могут нормально функционировать и при более высоких или низких значениях рН поступающей воды. В самом биохимическом реакторе складывающийся при конкретных технологических параметрах биоценоз способен в определенных пределах изменять рН культуральной жидкости и сам перестраивается для существования при установившемся рН. Если биоценоз достаточно адаптирован к данной сточной воде, то биологическая очистка протекает нормально и при неоптимальных для большинства известных микроорганизмов значениях рН поступающей жидкости. Как правило, рН поступающей на очистку жидкости отличается от значений, устанавливающихся в непрерывнодействующем реакторе. Крайне неблагоприятным в таких условиях воздействием на процесс является резкое колебание рН подаваемых в реактор сточных вод. Для нормальной очистки не так важно значение рН очищаемой воды, как стабильность этого показателя.
1.4 Сточные воды спиртовых и дрожжевых заводов
Спиртовые заводы, так же как и свеклосахарные, являются мощными источниками загрязненных вод. Сточные воды мелассно-спиртовых заводов делятся на четыре категории. К первой категории относятся воды после теплообменников, ко второй категории - сточные воды от химводоочистки и продувки паровых котлов, к третьей - лютерная вода и конденсаты вторичного пара от упаривания барды, к четвертой - воды от промывки фильтр-прессов дрожжевых цехов, моечные воды и хозяйственно-бытовые стоки. На различных предприятиях состав и количество сточных вод существенно различаются.
Стоки первой и второй категорий называются условно-чистыми и сбрасываются в водоемы после предварительного охлаждения и насыщения кислородом. Стоки третьей и четвертой категорий подлежат обезвреживанию методами искусственной биологической очистки.
Особый интерес в качестве объекта очистки и утилизации представляет первичная и вторичная барда мелассно-спиртовых заводов.
В первичной (послеспиртовой) барде соотношение ХПК: N изменяется от 85: 5 до 100: 5 (С: N = 4,25-5,0), а для вторичной (последрожжевой) - от 96: 5 до 105: 5 (С: N = 4,8-5,25). Соотношение элементов благоприятно для применения метода аэробной очистки барды, однако чрезвычайно высокое общее содержание органических веществ затрудняет реализацию традиционной технологии.
Приведенный в табл.1.3 состав первичной барды отечественных, спиртовых заводов, перерабатывающих свеклосахарную мелассу, близок к составу барды, образующейся на зарубежных спиртовых заводах, перерабатывающих тростниковую мелассу.
В упаренном виде такую барду используют в кормовых целях. На отечественных мелассно-спиртовых заводах, имеющих цехи упаривания барды или переработки ее в витамин В12 проблема очистки стоков стоит не так остро.
Для очистки загрязненных стоков (в том числе барды) в спиртовой промышленности и до настоящего времени применяются поля фильтрации. Это приводит к заражению и загрязнению грунтовых вод, открытых водоемов и атмосферы, вынуждает отводить значительные площади под очистные сооружения.
С загрязненными водами теряется большое количество органических (растворимые углеводы, белки) и минеральных веществ (соли азота, фосфора, микроэлементы), которые могут рассматриваться как потенциальный сырьевой источник для микробиологического синтеза.
Сточные воды дрожжевых цехов спиртовых заводов близки к стокам специализированных дрожжевых заводов, выпускающих прессованные хлебопекарные дрожжи. Основными источниками образования высокозагрязненных вод является сброс из дрожжерастильпых аппаратов при нестерильных ферментациях, воды от мойки оборудования, помещений, промывки дрожжей и т.д. В табл.1.5 приведены данные о расходах воды первой и четвертой категорий цеха хлебопекарных дрожжей мелассно-спиртового завода.
Сточные воды специализированных дрожжевых заводов образуются за счет культуральной жидкости в результате сепарации дрожжей, мойки технологического оборудования и сброса из дрожжерастильных аппаратов. Доля хозяйственно-бытовых сточных вод в общем количестве загрязнений, сбрасываемых дрожжевыми заводами, невелика. Условно-чистые воды от охлаждения сусла составляют около половины общего стока. На большинстве заводов условно-чистые воды используются повторно.
Загрязненные сточные воды на 70% образуются за счет культуральной жидкости после сепарации дрожжей, остальное количество - от других технологических операций. Средние показатели грязных вод, образующихся при сепарации дрожжей, приведены в таблице 1.6.
Как субстрат для искусственной биологической счистки наибольший интерес представляет собой общий сток дрожжевых стоков, поскольку отдельно очищать загрязненные воды от различных технологических процессов нецелесообразно. Общий сток загрязненных вод заводов (цехов) хлебопекарных дрожжей характеризуется следующими показателями:
Применение унифицированных методов анализа сточных вод дрожжевых заводов не всегда даст надежные результаты. Например, при контроле сточных вод Ленинградского дрожжевого завода были получены значения БПК5, превышающие ХПК. Существует предположение, что продукты метаболизма дрожжей влияют на результаты определения БПК. Учитывая это, следует тщательно перепроверять результаты технохимконтроля сбрасываемых дрожжевыми заводами вод.
Сточные воды спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье, делятся на три категории. К первой категории относятся воды от теплообменников, ко второй - транспортно-моечные, к третьей - воды после замачивания зерна, дезинфекции и гидроподачи солода, мойки технологического оборудования, помещений, лютерная вола, хозяйственно-бытовые стоки. Стоки второй и третьей категорий имеют показатели, приведенные в табл.1.7.
Загрязненность сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье, сравнительно ниже, чем мелассно-спиртовых. Суммарное БПК3 стоков не превышает 700 мг О2/л. Они вполне пригодны для искусственной биологической очистки, поскольку не содержат ксенобиотиков, имеют все необходимые биогенные элементы. Зернокартофельная барда используется на корм скоту и не рассматривается как сточная вода.
Количество транспортерно-моечной воды, относящейся ко второй категории, зависит от степени загрязненности и качества сырья - картофеля. В практике работы заводов расход воды на 1000 дал спирта изменяется от 550 до 700 м3.
На заводах, перерабатывающих картофель, средний расход сточной воды третьей категории составлял 233,4 м3 на 1000 дал спирта. При переработке зерна количество сточной воды меньше (160-180 м3 на 1000 дал спирта).
Зернокартофельные спиртовые заводы, несмотря на полную утилизацию барды на кормовые цели в жидком виде, также являются серьезным источником органических загрязнений. На каждые 1000 дал спирта со сточными водами сбрасывается 140 кг органического вещества по БПК5.
Несмотря на сокращение производства спирта в нашей стране, проблема очистки сточных вод и утилизации отходов спиртовых заводов остается.
1.5 Сточные воды предприятий пивобезалкогольной и винодельческой промышленности
В пивоваренной промышленности и при производстве безалкогольных напитков вода используется как компонент готовой продукции, расходуется на мойку оборудования и бутылок, замачивание зерна, гидротранспорт сырья, удаление дробины, а также в качестве теплоносителя. Незагрязненные воды после теплообменников из холодильно-компрессорного отделения используются, как правило, повторно после охлаждения в градирнях.
Загрязненные воды после мойки оборудования, других технологических операций, а также бытовые стоки собираются отдельно от незагрязненных и отводятся в канализацию. Основные показатели сточных вод приведены в табл.1.8.
На отечественных пивоваренных заводах количество сточных вод составляет 7-8 м3 на 100 дал пива, за рубежом при расчетах исходят из объема 6-9 м3 на 100 дал. Производство 1 дал пива сопровождается сбросом со сточными водами около 80 г БПК5
Принято, что на мойку бродильных и отстойных аппаратов, дрожжанок и т.п. расходуется воды до 25 % объема моющегося оборудования. На мойку бутылок и бочек требуется 2-3 л воды на I л вместимости бутылок и 1 л/л вместимости бочек.
Загрязняющими компонентами сточных вод обычно являются остатки готовой продукции, дрожжей, дробины, солодовые ростки, частицы хмеля. Наибольшую загрязненность имеют стоки от замачивания зерна, экстракции хмеля, мойки фильтромассы, отмывки дрожжей. Эти воды составляют около 27 % загрязненных вод и содержат 10-15 г/л взвешенных веществ и 5-10 г/л БПК5. Стоки дрожжевых отделений пивоваренных заводов в среднем имеют следующий состав: взвешенных веществ 500-2000 мг/л, БПК5 1200-3000 мг/л, азота 60-254 мг/л, фосфора 100 мг/л, калия 480 мг/л при рН 4-7,2.
Отношение БПК5/N общего стока пивоваренных заводов приблизительно составляет 60-100, БПК5/ХПК ~ 0,6-0,7 - показатели, благоприятные для применения биологических методов очистки.
Заводы безалкогольных напитков выпускают квас, фруктовую и минеральную воду, другие прохладительные напитки концентрат квасного сусла. Сточные воды на этих заводах, как и на пивоваренных, образуются в основном от мойки бутылок, оборудования, помещении. От 1 л напитков сбрасывается 2 л производственных и 2 л хозяйственно-бытовых стоков. Загрязненность по взвешенным веществам составляет 200 мг/л, БПК5 достигает 400 мг О2/л.
В бутылкомоечном отделении на 1 л вместимости бутылок образуется до 10 л загрязненной воды с БПК5 280-3100 мг 0: /л. Из-за преимущественного, содержания в общем стоке моечных под рН загрязненных сточных вод колеблется от 5 до 10.4.
Средняя загрязненность сбрасываемых в канализацию стоков характеризуется следующими показателями: взвешенные вещества 72-322 мг/л, рН 6-7, БПК5 208-696 мг О2/л. Стоки бедны азотом, фосфором и должны подвергаться аэробной очистке совместно с хозяйственно-бытовыми стоками.
Если заводы безалкогольных напитков и пивоваренные заводи расположены в городах, то стоки могут быть сброшены в городскую канализационную сеть при условии, что их количество не превысит 5 % общегородских сточных вод. Кислые стоки перед сбросом следует нейтрализовать.
К предприятиям винодельческой промышленности относятся заводы первичного и вторичного виноделия, шампанских вин, коньячного спирта, виноградного сока.
На заводах первичного виноделия, производящих виноматериал из плодового сырья, в сточные воды попадают частицы растительных тканей, сок, загрязнения от мойки оборудования, помещении, дрожжи.
1.6 Применение плазмохимической технологии для очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности
Соловей В.В., Воробьева И.А., Воловина Т.В., Институт проблем машиностроения Национальной академии наук Украины (г. Харьков, Украина)
Сточные воды масложировых предприятий, фабрик по производству мороженого и молокоперерабатывающих предприятий, а также мясокомбинатов содержат большое количество загрязняющих веществ.
При очистке жиросодержащих сточных вод пищевой промышленности применяют следующие методы: отстаивание, флотацию, адсорбцию или осаждение в центробежном поле, биологическую очистку.
Одним из самых перспективных методов в области утилизации разнообразных технологических продуктов, например масложировой промышленности, являются плазмохимические методы.
В процессе производства маргарина образуются органические отходы, утилизация которых представляет собой серьезную экологическую проблему. В то же время эти отходы могут быть использованы для получения водорода, являющегося необходимым технологическим компонентом в масложировом производстве.
Исходя из суммарных потерь жира при рафинации и гидрогенизации (до 80 кг на 1 т саломаса), можно констатировать, что количество водорода, образующегося в процессе плазмохимической переработки органических отходов, составляет ~ 180 - 200 м3 водорода на 1 т производимой продукции. На производство 1 т саломаса требуется до 80 м3 технического и до 50 м3 пищевого водорода (с учетом расхода водорода на приготовление катализатора). Следовательно, возвращаемого в технологический цикл количества конверсионного водорода достаточно для осуществления процесса гидрогенизации. Также подлежит конверсии и красный саломас (количество которого составляет 5 - 15 кг на тонну готового саломаса), что обеспечит дополнительное количество товарного водорода.
Расход электроэнергии на получение 1 м3 водорода предлагаемым методом не превышает (1,8 - 2) кВт. ч/м3, что примерно вдвое ниже, чем при использовании электролиза.
Таким образом, проведенные теоретические и экспериментальные исследования показывают, что применение в пищевой промышленности плазмохимической обработки сточных вод, содержащих жиры, позволяет совместить в едином процессе повышение эффективности очистки сточных вод от жиров с высокорентабельным процессом получения водорода. Полученный таким образом водород может применяться как в качестве технологического компонента, обязательного для масложирового производства, так и самостоятельно в качестве высокоэффективного энергоносителя.
Глава 2. Очистка сточных вод пищевой промышленности физико-химическими методами
Сточные воды предприятий пищевой промышленности относятся к категории высококонцентрированных стоков по органическим загрязнителям. Они содержат многочисленные и различные по природе загрязнения: жир, молоко, чешую, шерсть, кровь, кусочки тканей животных, соли, минеральные нерастворимые примеси, моющие средства и др. Эти воды характеризуются высокими показателями БПК, ХПК, взвешенных веществ, жиров и др.
При сбросе производственных стоков в городскую канализационную сеть возникает необходимость в создании на территории предприятий локальных очистных сооружений для предварительной очистки сточных вод от взвесей и жира. Сложность решения проблемы очистки производственных сточных вод обусловлена разнообразием их состава, сложностью физико-химических и биологических процессов, лежащих в основе их очистки, большими капитальными и эксплуатационными затратами на сооружение очистных комплексов и отдельных установок.
Требования к составу сбрасываемых в канализацию стоков диктуют необходимость разработки новых схем очистки, интенсификации работы существующих очистных сооружений. Последняя может быть обеспечена как путем совершенствования существующих конструкций, так и дополнительным включением в схему очистки новых эффективных узлов, обеспечивающих требуемую степень очистки.
Количество и состав сточных вод в большой степени зависят от вида обрабатываемого сырья и ассортимента выпускаемой продукции, технологического процесса, применяемого оборудования и иных факторов.
Для очистки сточных вод, содержащих значительные количества органических веществ, применяют сооружения первичной (механической, физико-химической, электрохимической) и вторичной (биологической) очистки.
Рассмотрим в основных чертах методы первичной очистки, реализация которых практически осуществлена ЗАО "БМТ".
Механическую очистку применяют для удаления из сточных вод нерастворимых примесей. Для такой очистки используют решетки, сита, песколовки, отстойники, жироловки, различные фильтры.
Из физико-химических способов очистки наиболее распространенны флотационный и сорбционный методы, а также метод коагуляции.
Процесс очистки сточных вод флотацией заключается в образовании комплексов частицы-пузырьки, всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности воды. При очистке стоков применяют компрессионный (напорный), механический и пневматический виды флотации, отличающиеся способом введения в жидкость пузырьков воздуха.
Для очистки сточных вод применяют метод коагуляции. При коагуляции применяют традиционные неорганические вещества (соли двух - и трехвалентного железа, алюминия). Для интенсификации процесса широко применяют флокулянты, добавление которых к минеральным коагулянтам приводит к уменьшению расхода последних и повышает плотность и прочность образующихся агрегатов.
К электрохимическим методам относят электрофлотацию и электрокоагуляцию. Сущность электрофлотационного метода заключается в том, что насыщение очищаемой жидкости пузырьками происходит при электролизе сточных вод. Электроды располагаются таким образом, что газовые пузырьки, поднимаясь вверх, пронизывают весь объем обрабатываемой жидкости.
Электрокоагуляция является частным случаем электрофлотации, когда применяют растворимые алюминиевые или железные электроды.
Описанные методы используют для очистки стоков в различных комбинациях с учетом характера сточных вод. Ниже будут рассмотрены варианты различных технологических и технических решений, реализованных на практике.
Первые два предприятия представляют собой мясоперерабатывающие комбинаты. "Санта-Бремор" специализируется на выпуске рыбной продукции в широком ассортименте, также на предприятии действует цех по производству мороженого. Производственные сточные воды этих предприятий, безусловно, нуждаются в локальной очистке перед сбросом в городскую канализацию. Основные показатели состава сточных вод, а также требования к сбросу в канализацию г. Бреста представлены в табл.1.
Таблица 1
Характеристика состава сточных вод
|
Источник стоков |
БПК, мгО2/л |
Жиры, мг/л |
Взвешенные вещества, мг/л |
|
|
"Евро-Трейд" |
700 |
150 |
600 |
|
|
"Инко-Фуд" |
1600 |
400 |
2000 |
|
|
"Санта-Бремор" |
3975 |
325 |
2060 |
|
|
Требования к очищенным стокам |
510 |
18,6 |
300 |
Из данных таблицы видно, что значение показателей состава сточных вод в десятки раз превышает предельно допустимые. Возможность очистки вод различного состава до нормативного качества для сброса в канализацию г. Бреста с применением физико-химических методов будет показана ниже.
Проектирование локальных систем очистки для этих производств осуществили на основании результатов экспериментов, проведенных в лабораторных условиях и на пилотных установках непосредственно на предприятиях. При этом были выбраны основные стадии очистки, определены технологические особенности организации каждой из них, а также предполагаемое качество очистки стоков.
Предложенная технология включила следующие стадии:
· предварительную грубую очистку на решетках;
· очистку на жироловках;
· отстаивание и усреднение стоков;
· флотацию и электрофлотодеструкцию с предварительной реагентной обработкой;
· осветление очищенных стоков в отстойниках;
· обработку образующихся осадков.
Организовали эти стадии с некоторыми модификациями, но в целом технология соответствовала описанной выше. Наиболее простая схема была предложена для очистки производственных стоков предприятия "Евро-Трейд", которые характеризуются наименьшей загрязненностью (см. табл.1). В технологии работы очистных сооружений "Санта-Бремор" заложена более сложная схема - по противоположной причине.
Рассмотрим подробнее реализацию каждой стадии на примере технологической схемы предприятия "Санта-Бремор".
Для грубой механической очистки от крупных включений использовали решетки-процеживатели производства ЗАО "БМТ". Решетка установлена в приямке - сборнике исходных стоков, она задерживает частицы более 7 мм. Съем шлама происходит постоянно автоматически скребковым механизмом. Осадок, задержанный на решетке, собирается в промежуточном накопителе (мешок, проволочная корзина) и по мере его заполнения удаляется вручную и направляется на утилизацию.
На очистных сооружениях дополнительно установили барабанные фильтры с прозором решетки 3 мм. Необходимость их установки обусловлена значительным количеством сравнительно мелких частиц специй, присутствующих в сточных водах. Шлам непрерывно выводится из фильтров и выгружается в контейнер, а затем направляется на утилизацию.
Для очистки от свободных жиров выбрали жироловки, представляющие собой двухсекционные полимерные емкости. Основная масса жиров выделяется в первой секции жироловки в верхней ее части. По мере накопления жировая фракция собирается вручную и направляется на утилизацию.
Вода после жироловок самотеком поступает в усреднитель, позволяющий усреднить возможные колебания состава и расхода исходных стоков. Перемешивание воды в усреднителе осуществляется сжатым воздухом через перфорированные трубы. Стоки, пройдя через усреднитель, перетекают в отстойник, откуда насосом подаются на узел электрофлотодеструкции.
Данная стадия является ключевым моментом очистки сточных вод от органических загрязнений, в большей мере обеспечивает снижение ХПК и БПК сточных вод, а также дополнительную очистку от взвешенных веществ и эмульгированных жиров.
Способ напорной флотации основан на образовании перенасыщенного раствора газа в напорной емкости под давлением и последующем выделении мельчайших пузырьков в открытых флотаторах за счет перепада давлений. Преимущество данного метода состоит в том, что пузырьки воздуха образуются непосредственно на поверхности частиц загрязнений, благодаря чему повышается степень извлечения этих частиц.
Сущность метода электрофлотационного способа очистки сточных вод заключается в переносе вещества из жидкости на ее поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. С поверхности обрабатываемой жидкости они удаляются в виде флотошлама шламовым механизмом. Таким образом происходит электрофлотационное извлечение остаточных жиров, взвешенных веществ, дополнительно осуществляется электрохимическое окисление органических соединений.
Дополнительно в результате окисления присутствующих в очищаемой воде хлоридов выделяющимся кислородом, наряду с другими электрохимическими процессами, происходит образование гипохлорита натрия, который диссоциирует в водной среде с образованием активного хлора (смесь гипохлорит-ионов и гипохлористой кислоты), за счет чего достигается снижение концентрации хлоридов.
Активный хлор является сильным окислителем, что обеспечивает повышение степени очистки стоков, а также их дезинфекцию.
Обработка стоков "Санта-Бремор" включает в себя оба метода флотации, конструктивно объединенных в одном аппарате: вода после зоны напорной флотации проходит через блок электродов, где происходит электрофлотодеструкция. Высокая эффективность последней обусловлена высоким содержанием солей (несколько граммов на литр) в сточной воде.
В ряде случаев скорость флотационного извлечения частиц может увеличиваться в результате их укрупнения - коагуляции. Тип и дозы коагулянтов подбирали на основании результатов предварительных экспериментальных работ. Предварительная реагентная обработка на 15 - 20 % позволяет увеличить эффективность очистки стоков. В качестве коагулянта используется полиоксихлорид алюминия марки "Аква-Аурат". Он дозируется в виде 10 % раствора перед узлом электрофлотодеструкции, доза реагента составляет 100 мг/л.
Стоки после электрофлотодеструктора обрабатываются известью с целью удаления большинства белковых соединений. Дозирование осуществляют сухим способом, доза извести составляет порядка 400 мг/л. Образующийся гидроксид кальция обладает коагулирующим действием, частично сорбирует загрязнения, а также повышает рН обрабатываемых стоков до величины 8 - 8,5. Повышение величины рН необходимо, так как рН исходных стоков составляет обычно 4 - 5 единиц за счет высокого содержания в них уксусной кислоты, обусловленного применением маринадов на производстве. Для ускорения седиментации осадка в отстойнике стоки обрабатываются 0,1 % раствором флокулянта марки "Праестола" в количестве до 2 мг/л. Он является органическим синтетическим высокомолекулярным полимером на основе полиакриламида. Обработка флокулянтами интенсифицирует выделение из водных систем разнообразных взвешенных веществ за счет их структурирования (укрупнения, утяжеления, удаления связанной воды). Обработанная таким образом вода поступает в вертикальные отстойники, где происходит ее осветление. С целью повышения эффективности работы отстойника он оснащен тонкослойными модулями, в которых процесс осаждения взвеси происходит в слоях небольшой высоты. Осветленная вода сбрасывается в канализацию.
Таким образом, стадия отстаивания после электрофлотодеструкции обеспечивает осветление воды и, следовательно, очистку от взвешенных веществ.
Обработку осадков проводят с целью уменьшения их объема для подготовки к организованному удалению с территорий очистных сооружений и последующей утилизации. Обезвоживание осадков позволяет уменьшить их влажность с 98 до 80 % и в несколько раз сократить их объем, что значительно упрощает дальнейшую утилизацию.
В настоящее время осадок с отстойников, жировая масса с жироловок и флотошлам собираются в общем приямке и машинами АСМ вывозятся на утилизацию. Вторым этапом этой работы будет проектирование цеха механического обезвоживания.
В настоящее время в эксплуатации находятся очистные сооружения предприятия "Санта-Бремор", работы на "Евро-Трейде" и "Инко-Фуде" находятся на стадии монтажа оборудования и пуско-наладки. В процессе эксплуатации очистных сооружений "Санта-Бремор" установили, что качество очистки сточных вод соответствует заложенному в проекте и обеспечивается нормативное качество воды для сброса в канализацию г. Бреста. Значительно снижаются величина БПК и содержание жиров, весьма эффективна очистка от взвешенных веществ, их содержание в несколько раз меньше предельно допустимого к сбросу. Значение рН обработанной воды находится в пределах 8 - 8,5 единиц, что также соответствует нормативным требованиям.
Таким образом, локальная очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности, специализирующихся на мясо - и рыбопереработке, может быть успешно осуществлена с помощью физико-химических методов даже для высококонцентрированных по органическим загрязнениям стоков.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Классификация сточных вод и основные методы их очистки. Гидромеханические, химические, биохимические, физико-химические и термические методы очистки промышленных сточных вод. Применение замкнутых водооборотных циклов для защиты гидросферы от загрязнения.
курсовая работа [63,3 K], добавлен 01.04.2011Характеристика сточных вод. Тяжелые металлы и специфические органические соединения. Основные способы очистки сточных вод, физические и химические методы. Параметры биологической очистки. Бактериальное сообщество очистных сооружений, их строение.
курсовая работа [3,6 M], добавлен 31.03.2014Основные методы и сооружения для очистки промышленных сточных вод от нефтепродуктов. Закономерности биохимического окисления органических веществ. Технологическая схема биологической очистки сточных вод, деструкция нефтепродуктов в процессе ее проведения.
дипломная работа [681,6 K], добавлен 27.06.2011Физико-химические, химические, биологические и термические методы очистки сточных вод. Характеристика хлебопекарных дрожжей. Приготовление растворов питательных солей. Схема очистки сточных вод на производстве. Расчет гидроциклона и отстойника.
курсовая работа [592,4 K], добавлен 14.11.2017Понятие и назначение гальванического покрытия металлов, этапы проведения данного процесса. Характеристика сточных вод, образующихся в результате гальваники, методы их очистки. Выбор оборудования, описание и критерии выбора технологии очистки сточных вод.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 24.11.2010Определение расчётных расходов сточных вод и концентрации загрязнений. Расчёт требуемой степени очистки сточных вод. Расчёт и проектирование сооружений механической и биологической очистки, сооружений по обеззараживанию сточных вод и обработке осадка.
курсовая работа [808,5 K], добавлен 10.12.2013Определение концентрации загрязнений в сточной воде перед очистными сооружениями. Требуемые показатели качества очищенных сточных вод. Горизонтальные песколовки с круговым движением воды. Гидромеханизированный сбор песка. Схема очистки бытовых вод.
контрольная работа [741,0 K], добавлен 03.11.2014Подбор методов и этапы расчета аппарата для очистки сточных вод от нефтепродуктов, которые могут быть использованы, как для очистки производственных сточных вод, так и в системах оборотного водоснабжения. Методы иммобилизации клеток микроорганизмов.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 19.12.2010Процесс одновременной биотрансформации соединений азота, фосфора и серы в технологиях биологической очистки сточных вод. Активный ил. Методики и методы анализа микробных сообществ. Особенности и процесс проведения флюоресцентной in situ гибридизации.
реферат [42,5 K], добавлен 19.10.2016Исследование качественного и количественного состава сточных вод, поступающих на очистку, и сбрасываемых в водоем. Определение показателей реки Сухона в связи со спуском в нее сточных вод г. Тотьма. Анализ технологических процессов очистки сточных вод.
дипломная работа [89,8 K], добавлен 12.06.2010
