Підвищення ефективності обробки жировміщуючих стічних вод м’ясомолочної промисловості

Размещено на http://www.allbest.ru/

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

БУДІВНИЦТВА ТА АРХІТЕКТУРИ

УДК 628.34

ПІДВИЩЕННЯ ЕФЕКТИВНОСТІ ОБРОБКИ ЖИРОВМІЩУЮЧИХ СТІЧНИХ ВОД М'ЯСОМОЛОЧНОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

05.23.04 - водопостачання, каналізація

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ЛУКАШЕНКО СЕРГІЙ ВІКТОРОВИЧ

ХАРКІВ - 2003

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: Доктор технічних наук, професор Епоян Степан Михайлович, Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, завідувач кафедри “Водопостачання, каналізація і гідравліка”

Офіційні опоненти: Доктор технічних наук, професор Найманов Аубекір Ягопірович, завідувач кафедри “Міське будівництво і господарство” Донбаської державної академії будівництва і архітектури (м. Макіївка) Міністерства освіти і науки України.

Кандидат біологічних наук, старший науковий співробітник Юрченко Валентина Олександрівна, завідувач лабораторією мікробіологічних проблем водогосподарських споруд Українського державного науково-дослідного інституту “УкрВОДГЕО”, доцент кафедри екології та хімії Харківського Національного автомобільно-дорожного університету (ХНАДУ) Міністерства освіти і науки України.

Провідна установа: Київський національний університет будівництва і архітектури Міністерства освіти і науки України, кафедра гідравліки і водовідведення

Захист відбудеться 29 жовтня 2003 р. о 12⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.056.03 при Харківському державному технічному університеті будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури за адресою: 61002, м. Харків, вул. Сумська, 40.

Автореферат розісланий 26 вересня 2003 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради М.І. Колотило



АНОТАЦІЯ

Лукашенко С.В. Підвищення ефективності обробки жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за фахом 05.23.04 - водопостачання, каналізація. - Харківський державний технічний університет будівництва та архітектури, Харків, 2003.

Дисертаційна робота присвячена розробці технології підвищення ефективності обробки виробничих жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості з застосуванням еластичного пінополіуретану.

На підставі аналізу літературних даних визначена перспективність застосування еластичного пінополіуретану в якості фільтруючого матеріалу для очищення від жирів виробничих стічних вод м'ясомолочної промисловості. Вивчено механізм сорбції еластичним пінополіуретаном жирів, що містяться в стічних водах м'ясомолочної промисловості.

Визначені основні параметри процесу обробки жировміщуючих стічних вод із застосуванням методу напірного фільтрування через еластичний пінополіуретан; встановлено вплив вихідних концентрацій жирових речовин на ефект очищення, приріст втрат напору і тривалість фільтроциклу при визначених значеннях швидкості фільтрування. Отримано математичні залежності, що встановлюють кількісні зв'язки між різними технологічними параметрами очищення жировміщуючих стічних вод і обґрунтовано застосування рівняння Н.А. Шилова для опису адсорбційних процесів, що відбуваються з жирами, які містяться в стічних водах м'ясомолочної промисловості, на пінополіуретані.

Розроблено технічне рішення, що дозволяє інтенсифікувати процес обробки жировміщуючих стічних вод із застосуванням напірного фільтрування через еластичний пінополіуретан.

Дано техніко-економічну оцінку застосування схеми очищення, що рекомендується, яка включає фільтри з ЕППУ-завантаженням для обробки жировміщуючих стічних вод.

Ключові слова: жировміщуючі стічні води м'ясної і молочної промисловості, еластичний пінополіуретан, механізм сорбції, напірне фільтрування, очищення, регенерація фільтруючого завантаження, утилізація. сорбція пінополіуретан фільтруючий стічний



АННОТАЦИЯ

Лукашенко С.В. Повышение эффективности обработки жирсодержащих сточных вод мясомолочной промышленности. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.23.04 - водоснабжение, канализация. - Харьковский государственный технический университет строительства и архитектуры, Харьков, 2003.

Диссертация состоит из введения, шести разделов, общих выводов, списка использованных источников из 157 наименований, 12 приложений, 28 таблиц, 34 рисунков.

Диссертационная работа посвящена разработке технологии повышения эффективности обработки производственных жирсодержащих сточных вод мясомолочной промышленности с применением эластичного пенополиуретана.

На основании анализа литературных данных определена перспективность применения эластичного пенополиуретана в качестве фильтрующего материала для очистки от жиров производственных сточных вод мясомолочной промышленности. Высокоячеистая структура пенополиуретана, стойкость по отношению к жирам, вибро- и ударопрочность, высокие адсорбционные свойства показывают, что его применение для обработки жирсодержащих сточных вод мясомолочной промышленности будет экономически и технологически целесообразным.

Изучен механизм сорбции эластичным пенополиуретаном жиров, содержащихся в сточных водах мясомолочной промышленности.

Наличие протоноакцепторных атомов кислорода в структуре ЭППУ обеспечивает возможность водородного связывания карбоксилсодержащих компонентов органических примесей исследуемых стоков. В образовании Н-связи могут участвовать также водороды уретанового звена (свободные =N-H группы) и карбонильные группы полярных компонентов органических веществ.

Наличие многих функциональных групп в полиуретановой цепи приводит также к значительным Ван-дер-Ваальсовым взаимодействиям его с углеводородами.

Высокие значения энергии когезии различных групп полиуретановой цепи (-СН₂- - 2,85; -О- - 4,18; -СОО- - 12,14; -С₆Н₄- - 16,32; -OCONH- - 36,58 кДж/моль) указывают на притяжение ЭППУ как полярных, так и неполярных компонентов жиров.

Изучены основные закономерности процесса обработки жирсодержащих сточных вод с применением метода напорного фильтрования через эластичный пенополиуретан; установлено влияние исходных концентраций жировых веществ на эффект очистки, прирост потерь напора и продолжительность фильтроцикла при определенных значениях скорости фильтрования. Получены математические зависимости, устанавливающие количественные связи между различными технологическими параметрами очистки жирсодержащих сточных вод и обоснована применимость уравнения Н.А. Шилова для описания адсорбционных процессов, происходящих с жирами, содержащимися в сточных водах мясомолочной промышленности на пенополиуретане.

Разработано техническое решение, позволяющее интенсифицировать процесс обработки жирсодержащих сточных вод с применением напорного фильтрования через эластичный пенополиуретан.

Дана технико-экономическая оценка применения рекомендуемой схемы очистки, включающей фильтры с ЭППУ-загрузкой для обработки жирсодержащих сточных вод.

Ключевые слова: жирсодержащие сточные воды мясной и молочной промышленности, эластичный пенополиуретан, механизм сорбции, напорное фильтрование, очистка, регенерация фильтрующей загрузки, утилизация.



RESUME

Lukashenko S.V. Increase of efficiency of fat-containing wastewater's treatment of meat and dairy industry. - Manuscript.

The thesis is submitted to obtain the Candidate of science degree, technical (Ph.D), on speciality 05.23.04 - water supply, sewerage. - Kharkov State technical university of construction and architecture, Kharkov, 2003.

The thesis is devoted to development of technology of increase of efficiency of fat-containing wastewater's treatment of meat and dairy industry with usage of a foam polyurethane.

On the basis of the analysis of the literary data availability of usage of a foam polyurethane as a filtering material for defatting of industrial wastewater of meat and dairy industry is determined. The sorbtion mechanism of fats contained in waste water of meat and dairy industry by a foam polyurethane is investigated.

The basic parameters of fat-containing wastewater's treatment process of meat and dairy industry with application of a method of pressure head filtering through foam polyurethane are determined; the influence of initial concentration of fatty substances on effect of clearing, gain of head loss and filter cycle duration is established at appointed values of speed of filtering. The mathematical dependences establishing quantitative connections between various technological parameters of fat-containing wastewater's treatment are received. The applicability of the Shilov's equation for the description of adsorption processes at foam polyurethane occurring to fats, contained in waste water of meat and dairy industry is proved.

The technical decision allowing to intensity of fat-containing wastewater's treatment process of meat and dairy industry with application of a method of pressure head filtering through foam polyurethane is developed.

The technical and economic assessment of application of the recommended circuit of clearing including filters with foam polyurethane filter media for fat-containing wastewater's treatment is given.

Key words: fat-containing wastewaters of meat and dairy industry, foam polyurethane, sorbtion mechanism, pressure head filtering, clearing, regeneration of filter media, recycling.



ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність роботи.

Підприємства м'ясної і молочної промисловості споживають велику кількість чистої води для виробничих потреб. Стічні води цих підприємств істотно забруднені органічними сполуками, особливо жирами і завислими речовинами. Питома витрата жировміщуючих стічних вод на 1 т продукції коливається від 19 до 22 м³ у м'ясній промисловості та від 1,6 до 4,9 м³ у молочній промисловості. Для підприємств м'ясомолочної промисловості водовідведення складає 70-91% від водоспоживання. Скидання неочищених та недостатньо очищених стічних вод у водні об'єкти наносить шкоду навколишньому середовищу.

Традиційні для галузі очисні споруди - жироловки, відстійники і флотатори не завжди забезпечують необхідну якість очищення стічних вод.

При недостатньому очищенні стічних вод на локальних заводських спорудах виникають проблеми з їхнім очищенням на загальноміських спорудах, тому що речовини, що містяться в стічних водах м'ясо- і молочних заводів, важко піддаються біологічному окислюванню.

Метод фільтрування через різні зернисті матеріали для підвищення ефективності очищення практичного застосування в СНД для очищення стічних вод м'ясокомбінатів не знайшов через відсутність ефективних способів регенерації фільтруючих матеріалів.

Одним з нових напрямків в області очищення стічної води від олій і жирів є застосування фільтрів із завантаженням з олеофільних коалісцируючих матеріалів, таких як пінополіуретан, спінені полімери, целюлозні волокна. Застосування напірного фільтрування дозволяє підвищити швидкості фільтрування і за рахунок залишкового напору після фільтра подати воду споживачу, автоматизувати процес очищення, а також у ряді випадків вилучити попередні стадії обробки. При застосуванні очисних апаратів закритого типу (напірних фільтрів з еластичним завантаженням) можна запобігти забрудненню не тільки водних об'єктів, але й атмосфери. Це зумовлює актуальність і визначає перспективність застосування методу з урахуванням сучасних екологічних і технологічних вимог в області обробки жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Робота виконана відповідно до регіональної програми “Екологічне оздоровлення басейну ріки Сіверський Донець”, а також з планом Міністерства освіти і науки України “Розробка теорії екологічної безпеки та надійності життєдіяльності для об'єктів будівництва, промисловості та впровадження екологічних систем оборотного водопостачання машинобудівних та металургійних підприємств, які виключають скид стічних вод у водоймища України” (держ. реєстр №0194U38207).

Мета і задачі роботи:

Метою дисертаційної роботи є обґрунтування і розробка технології обробки виробничих жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості з застосуванням еластичного пінополіуретану.

Для досягнення поставленої мети вирішувались такі задачі:

Вивчення механізму сорбції пінополіуретаном жирів, що містяться в стічних водах м'ясомолочної промисловості;

Вивчення основних закономірностей процесу обробки жировміщуючих стічних вод на фільтрах з пінополіуретановим завантаженням;

Визначення параметрів процесу регенерації фільтруючого матеріалу;

Розробка схеми обробки жировміщуючих стічних вод м'ясної і молочної промисловості з застосуванням методу фільтрування через еластичний пінополіуретан;

Техніко-економічна оцінка рішень, що рекомендуються для обробки жировміщуючих стічних вод.

Об'єкт дослідження - жировміщуючі стічні води м'ясомолочної промисловості.

Предмет дослідження - обробка виробничих жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості з застосуванням еластичного пінополіуретану.

Методи досліджень.

Дослідження проводили на імітатах у лабораторних умовах і на реальних стічних водах. В якості фільтруючого матеріалу досліджувався гранульований еластичний пінополіуретан, регенерація якого здійснювалася методом віджимання. У першому випадку на лабораторній фільтрувальній установці визначали параметри фільтрування при заданих значеннях ефекту очищення і втрат напору, у другому - проводили перевірку й уточнення основних параметрів процесу обробки жировміщуючих стічних вод, отриманих у результаті експериментальних досліджень на модельних стоках. У виробничих умовах дослідження проводилися на напірній пілотній установці. У ході дослідів визначали тривалість фільтрування, концентрації жирів, завислих речовин, значення ХПК у воді, що очищається, та очищеній воді.

Наукова новизна отриманих результатів:

Обґрунтовано механізм сорбції еластичним пінополіуретаном жирів, що містяться в стічних водах м'ясомолочної промисловості, розроблено спосіб підготовки фільтрувального матеріалу (патент України №35282);

Встановлено вплив вихідних концентрацій жирових речовин на ефект очищення, приріст втрат напору і тривалість фільтроциклу при визначених значеннях швидкості фільтрування; на підставі отриманих закономірностей визначені параметри фільтрування і розроблені конструктивні рішення фільтру (патент України №19653);

Визначено вплив температури в зоні регенерації на її ефективність і встановлені параметри процесу регенерації фільтруючого завантаження (патент України №19654);

Отримано математичні залежності, що встановлюють кількісні зв'язки між різними технологічними параметрами очищення жировміщуючих стічних вод.

Практичне значення отриманих результатів:

Розроблено технічне рішення, що дозволяє інтенсифікувати процес обробки жировміщуючих стічних вод із застосуванням напірного фільтрування через еластичний пінополіуретан;

Розроблено спосіб підготовки еластичного фільтруючого матеріалу, застосування якого дозволяє підвищити його фільтруючі властивості;

Отримано параметри процесу і розроблено спосіб регенерації еластичного фільтруючого завантаження з застосуванням віджимання, що виключає утворення промивних вод.

Особистий внесок автора:

Аналіз літературних даних і інформаційних матеріалів про стан очищення жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості;

Обґрунтування механізму сорбції еластичним пінополіуретаном жирів, що містяться в стічних водах м'ясомолочної промисловості;

Розробка лабораторної, пілотної і експериментальної установок для обробки жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості;

Одержання математичних залежностей, що встановлюють кількісні зв'язки між різними технологічними параметрами очищення жировміщуючих стічних вод;

Розробка рекомендацій на проектування, будівництво і реконструкцію споруд по обробці жировміщуючих стічних вод м'ясної і молочної промисловості.

Апробація роботи. Основні результати роботи і головні положення дисертації доповідалися на 53 - 56 науково-технічних конференціях Харківського державного технічного університету будівництва та архітектури, ХХХ науково-технічній конференції викладачів, аспірантів і співробітників Харківської державної академії міського господарства, на VIII і IX міжнародних конференціях “Екологія і здоров'я людини. Охорона водяного і повітряного басейнів. Утилізація відходів” (ДержНДІ “Укрводгео”, 12-16.06.2000р. і 11-15.06.2001р.), на міжнародних конгресах “Екологія, технологія, економіка, водопостачання, каналізація” (ЕТЕВК-2001) (м. Ялта, 22-26.05.2001р.) і “Вода: екологія і технологія” (ЕКВАТЕК - 2002) (м. Москва, 4-7.06.2002р.).

Публікації. За результатами роботи опубліковано 14 друкованих праць у різних виданнях України, у тому числі 4 без співавторів, отримано 3 патенти України.

Структура й об'єм дисертації. Дисертація складається з вступу, шести розділів, загальних висновків, списку використаних джерел з 157 найменувань, додатків і включає 116 сторінок основного тексту, 34 рисунки, 28 таблиць.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми, сформульовані мета і задачі роботи, об'єкт і предмет досліджень, наукова новизна і практичне значення отриманих результатів.

У першому розділі приведені умови утворення і відведення, характеристика складу й аналіз сучасних методів очищення виробничих жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості.

Витрата і забруднення стічних вод м'ясомолочної промисловості коливаються в залежності від прийнятої технології виробництва, розміру територій підприємства, кліматичних умов і інших факторів.

Концентрація жирів і завислих речовин у стічних водах м'ясної промисловості значно більша ніж у стічних водах молочної промисловості (у 12-13 разів по жирах і в 3-6 разів по завислих речовинах). При цьому концентрації жирів і завислих речовин у стічних водах м'ясної промисловості складають 600-2000 мг/л. Концентрації жирів у стічних водах молочної промисловості складають 50-150 мг/л, завислих речовин - 100-600 мг/л.

Вивчення закономірностей очищення стічних вод м'ясомолочної промисловості вченими України і країн СНД Ксенофонтовим Б.С., Бойченко В.О., Островкою В.І., Кузнецовою Г.Н., Шифріним С.М., Степановою О.А., Мішуковим Б.Г., Анциповичем І.С., Кареліним Я.А., і закордонними дослідниками Еріком І.С., Олівером М., Спехтом В., Моурі А., Манем Дж. та ін. показало, що вибір методу обробки здійснюється в залежності від якісної і кількісної характеристики стічних вод, що очищаються, ступеня дисперсності домішок, що вилучаються.

Аналіз наявних даних в області очищення жировміщуючих стічних вод показує, що в значній мірі вивчені можливість і доцільність використання для очищення виробничих стічних вод підприємств м'ясної промисловості методу флотації. Після флотації з коагуляцією чи після коагуляції з відстоюванням у воді залишаються дрібнодисперсні домішки і частково пластівці коагулянту. Для їхнього видалення звичайно використовують фільтрування через різні матеріали.

При застосуванні зернистого завантаження (піску, коксу, спученого перліту, торфу, антрациту) має місце ряд недоліків, головні з яких: низька брудоємність фільтруючого завантаження, що приводить до громіздкості споруд і частих регенерацій; значна складність регенерації фільтруючого завантаження, при виконанні якої утворюється додаткова кількість висококонцентрованих промивних вод.

Аналіз літературних джерел і патентних матеріалів, а також досвід експлуатації заводських очисних споруд свідчить про те, що найбільш перспективним для очищення жировміщуючих стічних вод є метод напірного фільтрування з використанням у якості фільтруючого завантаження синтетичних полімерних матеріалів. З усіх фільтруючих матеріалів, які застосовуються для очищення стічних вод, найбільшими перевагами володіє еластичний пінополіуретан (ЕППУ).

Фізико-хімічні властивості еластичних пінополіуретанів загалом, їхня поглинаюча здатність стосовно жирів, висока еластичність, що дозволяє легко їх регенерувати віджиманням, визначають перспективність їхнього застосування в області обробки жировміщуючих стічних вод.

В другому розділі розглянуто механізм сорбції еластичним пінополіуретаном жирів, що містяться в стічних водах м'ясомолочної промисловості. За літературними даними (Круглицкий Н.Н. Основы физико-химической механики. - К.: Вища шк., 1975. - С.79-98. Грег С., Синг К. Адсорбция, удельная поверхность, пористость. - М.: Мир, 1978. - 301с.) вивчалися структура й умови застосування еластичного пінополіуретану за ТУ 6-05-1688-74 і ОСТ 6-05-407-75 як сорбента жирів .

На основі розглянутого можна зробити висновок, що хімічна будова поліуретанових ланцюгів і наявність різних функціональних груп визначають великі можливості для утворення різноманітних зв'язків з молекулами різних речовин. Особливо велика роль належить водневим зв'язкам, тому що протонодонорні угруповання =N-H в уретановій групі і протоноакцепторні атоми кисню визначають можливості водневого зв'язування:

[- С-(СН₂)₄- С - О - (СН₂)₂ - О - С - N - -N - C - O -]_n

O O O H H O

Наявність багатьох функціональних груп у поліуретановому ланцюзі приводить також до значних Ван-дер-Ваальсових взаємодій його з жирами.

Здатність різних груп впливати на молекулярну взаємодію можна показати на прикладі молярної енергії когезії (Саундерс Дж.Х., Фриц К.К. Химия полиуретанов. - М.: Химия, 1968. - 470с.).

Експериментально встановлено, що при фільтруванні через ЕППУ, поверхня якого покрита масляною плівкою (ЕППУ “замаслений”), ефект очищення вищий і більш стабільний, ніж при фільтруванні через ЕППУ, який випускається промисловістю - ЕППУ “чистий”.

Встановлено, що процеси, які протікають при напірному фільтруванні жировміщуючих стічних вод через ЕППУ, визначаються законами капілярної динаміки і сорбції. На поверхні ЕППУ відбувається утворення полімолекулярних шарів, що утримуються між собою як силами водневого зв'язування, так і силами Ван-дер-Ваальса.

У міру того, як поверхня адсорбенту покривається плівкою жирів, межа розділу між цією поверхнею і водою зникає.

Процес поглинання жирів ЕППУ закінчується капілярною конденсацією, після чого починається відрив скоалісцованих жирів на лежачі нижче шари, де повторюється аналогічний процес поглинання жирів еластичним пінополіуретаном.

У третьому розділі приведена методика досліджень процесу обробки жировміщуючих стічних вод із застосуванням еластичного пінополіуретану, результати досліджень процесу обробки жировміщуючих стічних вод м'ясної і молочної промисловості, у тому числі вплив швидкості фільтрування, параметрів фільтруючого завантаження (крупності, щільності, висоти шару), вихідної концентрації жирів і завислих речовин на ефект очищення, приріст втрат напору і тривалість фільтрування. При необхідності видалення зі стічних вод жирів, що знаходяться в колоїдному і емульсованому стані на основі відомих рішень рекомендується коагулювання хлорним залізом; доза - 100-200 мг/л при очищенні стічних вод м'ясної промисловості; 50-150 мг/л при очищенні стічних вод молочної промисловості. Тривалість відстоювання 0,5 год. Постановка експериментів, здійснена з використанням методу математичного планування, включала вибір значущих параметрів і інтервалів їхнього варіювання, побудову математичної моделі досліджуваного процесу на основі експериментальних даних і дослідну перевірку математичної моделі на реальних стічних водах. Використовували план типу B^n-1 для n=4. Для проведення досліджень були виготовлені фільтрувальна установка і експериментальний стенд. Установка включає напірний фільтр у вигляді металічної колони діаметром 100 мм і висотою 2500 мм, бак для приготування імітату, бак чистої води, насос для подачі імітата на фільтр. В якості фільтруючого завантаження використовували ЕППУ з розміром ребер 20 мм. Експериментальний стенд, який включає крім одно-ступінчатої фільтрувальної установки коагулятор-відстійник, фільтри ІІ-го та ІІІ-го ступеня дозволяють проводити дослідження за різними схемами.

Експериментально встановлено, що значущими вхідними параметрами для процесу очищення жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості є: швидкість фільтрування v_ф, м/год (Х₁); концентрація жирів у воді С_ж, мг/л (Х₂); концентрація завислих речовин С_з._р., мг/л (Х₃); величина ХПК (Х₄), де Х - кодовані значення факторів.

Прийнято наступні межі варіювання незалежних перемінних. При очищенні стічних вод м'ясної промисловості: v_ф = 5-15 м/год; С_ж і С_з.р. = 600-2000 мг/л; С_ХПК = 1000-2600 мг/л; при очищенні стічних вод молочної промисловості: v_ф = 10-30 м/год; С_ж = 50-150 мг/л; С_з.р. = 100-600 мг/л; С_ХПК = 800-1800 мг/л.

Результати досліджень впливу концентрації жирів і завислих речовин на ефект очищення та тривалість фільтрування наступні. Коли в стічних водах м'ясної промисловості зміст жирів і завислих речовин досягає 2000 мг/л, то залишкова кількість жирів в фільтраті складає від 29 до 40 мг/л, завислих речовин від 80 до 118 мг/л. При кращих умовах очищення (концентрація завислих речовин 600 мг/л) залишкова кількість жирів складає 17-19 мг/л. Тривалість фільтрування від 7 до 30 годин.

Після очищення стічні води молочної промисловості мали наступні показники: концентрація жирів від 8 до 24 мг/л, завислих речовин від 8 до 32 мг/л, значення ХПК складало 210-630 мг/л.

Для досліджуваних процесів отримані рівняння регресії в кодованих і реальних перемінних і побудовані графіки, що дозволяють для різного набору вхідних параметрів у межах факторів, що варіюються, визначити величину тривалості фільтрування, концентрації жирів, завислих речовин і величину ХПК в очищеній воді.

Для практичних розрахунків доцільно використовувати отримані рівняння в реальних перемінних. Як приклад приведені рівняння для визначення концентрації жирів в очищеній воді і тривалості фільтрування при очищенні стічних вод м'ясної промисловості.

С_ж.оч. = 6,798 - 0,0571V_ф - 0,00148С_ж.вих. - 0,00362С_{з.р.вих.} + 0,00187С_{ХПК вих.}+ +0,000214V_фС_ж.вих.+0,000214V_фС_{з.р.вих.}+0,0000066С_ж.вих.С_з.р.вих (1)

Т_ф = 62,419 - 1,946V_ф - 0,0168С_ж.вих. - 0,0175С_{з.р.вих.} - 0,000156С_{ХПК вих.}+ +0,000393V_фС_ж.вих.+0,000393V_фС_{з.р.вих.} + 0,0000048С_ж.вих.С_{з.р.вих.} (2)

Рівняння для визначення концентрації жирів в очищеній воді і тривалості фільтрування при очищенні стічних вод молочної промисловості.

С_ж.оч. = 3,375 + 0,23V_ф + 0,006С_ж.вих. - 0,0015С_{з.р.вих.} + 0,00175С_{ХПК вих.} + + 0,00075V_фС_ж.вих. - 0,00005V_фС_{з.р.вих.} + 0,00009С_ж.вих.С_{з.р.вих.} (3)

Т_ф = 164,5218 - 3,49V_ф - 0,486С _ж.вих. - 0,11776С_{з.р.вих.} -0,007876С_{ХПКвих.} + + 0,0116V_фС_ж.вих. - 0,002025V_фС_{з.р.вих.} + 0,000185С_ж.вих.С_{з.р.вих.} (4)

У розділі приведені результати визначення питомої жиробрудоємності фільтру.

Жиробрудоємність фільтра в кг/м³ з еластичним пінополіуретановим завантаженням визначали за наступною формулою:

, (5)

де Q - витрата очищених стічних вод, м³/год;

С_ж - концентрація жирів у вихідній воді, мг/л;

С_ж._оч - концентрація жирів в очищеній воді, мг/л;

С_з.р. - концентрація завислих речовин у вихідній воді, мг/л;

С_з.р._оч - концентрація завислих речовин в очищеній воді, мг/л;

Т_ф - тривалість фільтрування, год;

W_з - об'єм фільтруючого завантаження, м³.

Зі збільшенням швидкості фільтрування в інтервалі значень від 5 до 15 м/год при аналогічних концентраціях жирів і завислих речовин жиробрудоємність ЕППУ-завантаження змінюється від 90-109 до 139-173 кг/м³ при очищенні стічних вод м'ясної промисловості. При очищенні стічних мод молочної промисловості в діапазоні швидкостей фільтрування від 10 до 30 м/год жиробрудоємність фільтруючого завантаження складає від 61 до 165 кг/м³ і залежить від відносної кількості домішок у стічних водах, що очищаються.

У розділі приведені результати досліджень регенерації ЕППУ фільтруючого завантаження, забрудненого жирами і завислими речовинами.

Встановлено, що регенерацію ЕППУ, насиченого жировими речовинами, методом віджимання доцільно робити при температурі 75-85⁰С. В якості температури, що рекомендується, прийнята температура 80⁰С.

Враховуючи те, що при одноразовій регенерації дворазове віджимання може забезпечуватися не менш, ніж на трьох барабанах і, виходячи з умов конструктивного розташування барабанів, рекомендується для промислового застосування віджимний пристрій, що складається з одного ведучого барабана діаметром 450 мм і двох ведомих діаметром 150 мм.

У четвертому розділі приведені результати перевірки математичної моделі у виробничих умовах і аналіз результатів досліджень.

При математичному описуванні роботи фільтра в часі до “проскакування” домішок, які адсорбуються з потоку, користувалися рівнянням Н.А. Шилова, що має вигляд:



Т_ф = КН - , (6)

де Т_ф - тривалість фільтрування, год (час захисної дії завантаження);

Н - висота шару сорбенту, м;

К - коефіцієнт фільтруючої дії, год/м, являє собою величину, зворотну швидкості просування фронту концентрацій по фільтруючому шару (працюючому шару);

- втрата часу фільтруючої дії, год, являє собою час формування фронта концентрації в шарі.

Дослідна перевірка показала, що дані в інтервалі рекомендованих параметрів обробки жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості - ефект очищення і тривалість фільтроциклу, отримані у виробничих умовах і визначені за формулами, відрізняються не більш, ніж на 10%, що дозволяє рекомендувати отримані закономірності в розрахунках технологічних параметрів фільтрів з ЕППУ-завантаженням (ППУ-фільтрів) при проектуванні й експлуатації фільтрувальних установок.

У п'ятому розділі приведені рекомендації з використання результатів виконаних досліджень при проектуванні технологічних схем обробки жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості й експлуатації фільтрувальних установок.

Принципова схема установки, що рекомендується, у складі трьох фільтрів і автономного вузла регенерації приведена на рис. 4. Фільтр із ЕППУ-завантаженням приймається зі стаціонарним корпусом, що вготовляється Таганрозьким, Бійським й іншими казанобудівними і машинобудівними заводами чи індивідуального виготовлення діаметром до 3400 мм і обладнується патрубком 3^I - подачі стічних вод, що очищуються, патрубком 5^I, трубопроводом 6^I для відведення очищеної рідини, центральними патрубками 4^I і 8^I, розташованими в кришці і на днині корпуса і призначеними для завантаження і вивантаження фільтруючого матеріалу, верхньої 2^I і нижньої 7^I направляючими перегородками, стикованими відповідно з патрубками 4^I і 8^I, розташованими під кутом не менш 25⁰ до горизонтальної площини. Діаметр отворів перегородок - 8-10 мм.

Вибір схеми обробки залежить від кількісної характеристики і складу жировміщуючих стічних вод, а також вимог до якості води, що очищується. Склад очисних споруд, що включаються в схему очищення, визначається на підставі даних експлуатації споруд в аналогічних умовах і техніко-економічних розрахунків з урахуванням норм проектування.

На підставі літературних даних, типових рішень у частині механічного очищення, даних досліджень по очищенню жировміщуючих стічних вод із застосуванням еластичного пінополіуретану в сполученні з реагентною обробкою рекомендується технологічна схема очищення виробничих жировміщуючих стічних вод м'ясної промисловості, що включає: ґрати, пісколовки, відстійники, усереднювач, напірні ППУ-фільтри I-го ступеня, коагулятор-відстійник, ППУ-фільтри II-го ступеня.

Рекомендується така схема очищення виробничих стічних вод молокозаводу: для механічного очищення - ґрати, пісколовку, усереднювач; для фізико-хімічного очищення - коагулятор-відстійник, напірні фільтри з ЕППУ-завантаженням.

Очищення по схемах, що рекомендуються, забезпечить зниження концентрації жирів, завислих речовин і ХПК до норм їх скидання в міську каналізацію або подачі на споруди біологічного очищення.

При розробці рекомендацій використані патенти України №19653 “Пристрій для очищення стічних вод”, №19654 “Спосіб обробки осаду стічних вод” і №35282 “Спосіб підготовки фільтрувального матеріалу”.

У шостому розділі приводиться техніко-економічна оцінка рекомендованих рішень.

Економічний ефект від застосування схеми з ППУ-фільтрами продуктивністю 484,1 м³/добу у комбінації з коагуляцією для очищення стічних вод м'ясної промисловості (Харківського м'ясокомбінату) і 1500 м³/добу для очищення стічних вод молочної промисловості (Харківського молочного комбінату) в порівнянні зі схемою, що включає флотатори, відповідно складе 163,15 і 132,58 тис. грн / рік.



ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Для очищення жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості широке застосування одержали механічний, фізико-хімічний і біологічний методи. Доцільність впровадження маловідходних систем, що дозволяють знизити рівень забруднення стічних вод до необхідних норм і, у той же час, утилізувати цінні компоненти, що вилучаються із стічних вод, нові вимоги до очищення промислових стічних вод обумовили необхідність створення технології очищення жировміщуючих стічних вод, що забезпечує більш ефективне видалення і використання в народному господарстві забруднень, ніж традиційні технологічні процеси.

Аналіз літературних і патентних матеріалів в області очищення жировміщуючих стічних вод показує, що метод напірного фільтрування з використанням в якості фільтруючого завантаження синтетичних полімерних матеріалів і, зокрема, еластичних пінополіуретанів (ЕППУ) на основі простих поліефірів окису пропилену, наприклад, що випускаються за ТУ-6-05-1688-74, для очищення жировміщуючих стічних вод є перспективним.

На підставі теоретичних передумов і аналізу результатів експериментальних досліджень встановлено, що процеси, що протікають при напірному фільтруванні жировміщуючих стічних вод через ЕППУ, визначаються законами капілярної динаміки і сорбції. На поверхні ЕППУ відбувається створення полімолекулярних шарів, що утримуються між собою як силами водневого зв'язування, так і силами Ван-дер-Ваальса. У міру того, як поверхня ЕППУ покривається плівкою жирів, подальший процес сорбції закінчується капілярною конденсацією.

Побудовано математичну модель статистично-ймовірносного характеру для процесу очищення жировміщуючих стічних вод із застосуванням методу напірного фільтрування. Запропоновано номограми, що встановлюють кількісні зв'язки між різними технологічними параметрами очищення жировміщуючих стічних вод для підприємств м'ясної і молочної промисловості. Показано можливість застосування рівняння Н.А. Шилова для опису адсорбційних процесів, що відбуваються з жирами на ЕППУ.

Визначено основні технологічні параметри очищення жировміщуючих стічних вод м'ясомолочної промисловості фільтруванням, і в комбінації з коагуляцією: висота фільтруючого шару - 2 м; щільність фільтруючого завантаження - 50 кг/м³; крупність гранул завантаження - 202020 мм. Питома жиробрудоємність при очищенні стічних вод м'ясної промисловості складає 2-3, при очищенні молочної промисловості - 1-3 кг на 1 кг ЕППУ.

Жировміщуючі стічні води м'ясної промисловості, очищені на фільтрах I-го і II-го ступеня без застосування коагуляції, задовольняють умовам скидання в міську каналізацію, які за вимогами, що пред'являються до стічних вод, наступні: концентрація жирів не повинна перевищувати 100 мг/л, завислих речовин - 500 мг/л, ХПК - 1000 мг/л.

При застосуванні фільтрування через ЕППУ в комбінації з коагуляцією хлорним залізом значно підвищується ефект очищення стічних вод м'ясомолочної промисловості, і ці стічні води можуть направлятися в міську каналізацію і для подальшого доочищення на біологічних спорудах.

Розроблено спосіб підготовки фільтруючого матеріалу шляхом розкриття його шпар, покриття поверхні плівкою жирових олій з метою підвищення фільтруючих властивостей ЕППУ.

Встановлено, що регенерацію завантаження доцільно здійснювати механічним віджиманням на барабанах при температурі зони віджимання, що забезпечує плинність органічних речовин. Ефективні умови витягу з фільтруючого завантаження жирів, що містяться в стічних водах м'ясомолочної промисловості, створюються при прогріві зони віджимання до температури 75-85⁰С.

Кількість регенерату, що утворюється при регенерації фільтруючого ЕППУ-завантаження, складає 0,05-0,15% від кількості очищених стічних вод.

Розроблено рекомендації з розрахунку і вибору основних технологічних і конструктивних параметрів фільтрувальної установки. Рекомендовано схеми обробки жировміщуючих стічних вод з утилізацією забруднень, що витягаються зі стічних вод, і метод регенерації фільтруючого матеріалу, що виключає утворення промивних вод.

Дано техніко-економічну оцінку застосування схеми очищення, що рекомендується, яка включає фільтри з ЕППУ-завантаженням для обробки жировміщуючих стічних вод.

Економічний ефект від застосування схеми з ППУ-фільтрами продуктивністю 484,1 м³/добу для очищення стічних вод м'ясної промисловості (Харківського м'ясокомбінату) і 1500 м³/добу для очищення стічних вод молочної промисловості (Харківського молочного комбінату) у порівнянні зі схемою, що включає флотатори, відповідно складе 163,15 і 132,58 тис. грн. / рік.



СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ за ТЕМою ДИСЕРТАЦІЇ

Лукашенко С.В. Очистка производственных жирсодержащих сточных вод молокозаводов // Коммунальное хозяйство городов. Науч. техн. сб. -ХГАГХ. - К.: Техника, 2000. - Вып. 25. - С.157-159.

Лукашенко С.В. Определение закономерностей процесса очистки жирсодержащих сточных вод молочной промышленности с использованием планирования эксперимента // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2001. - Вип. 14.- С. 179-181.

Лукашенко С.В. Экономическая эффективность обработки жирсодержащих сточных вод мясной промышленности с применением эластичного пенополиуретана // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2002. - Вип. 18.- С. 268-270.

Эпоян С.М., Лукашенко С.В. Очистка сточных вод предприятий мясомолочной промышленности от жиров и взвешенных веществ // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 1998. - Вип. 3.- С. 73-75.

Эпоян С.М., Лукашенко С.В. Применение эластичного пенополиуретана для очистки жирсодержащих сточных вод мясомолочной промышленности // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 1999. - Вип. 6.- С. 148-151.

Эпоян С.М., Булгаков В.В., Лукашенко С.В. Исследования по безреагентной обработке осадков сточных вод с применением эластичного фильтранта // Вісник Донбаської державної академії будівництва і архітектури. - Зб. наук. праць. - Макіївка: Вид. ДДАБА. - 2000. - Вип. 3 (23). - С. 14 - 15.

Эпоян С.М., Лукашенко С.В. Определение жирогрязеемкости фильтра с эластичной пористой загрузкой // Науковий вісник будівництва. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ. - 2001. - Вип. 15.- С. 105-107.

Бухолдин А.А., Эпоян С.М., Лукашенко С.В. Исследования процесса регенерации эластичной пенополиуретановой фильтрующей загрузки, применяемой для очистки жирсодержащих сточных вод // Тр. конф. VIII Междунар. научн. техн. конф. “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов. Т. III. - ГосНИИ УкрВОДГЕО. - 2000. - С. 652 - 653.

Лукашенко С.В. Определение закономерностей процесса очистки жирсодержащих сточных вод мясной промышленности с использованием планирования эксперимента // Тр. конф. IX Междунар. научн. техн. конф. “Экология и здоровье человека. Охрана водного и воздушного бассейнов. Утилизация отходов. Т. III. - ГосНИИ УкрВОДГЕО. - 2001. - С. 670 - 671.

Эпоян С.М., Лукашенко С.В. Повышение эффективности обработки жирсодержащих сточных вод мясомолочной промышленности // Сб. докл. Междунар. конгр. “Экология, технология, экономика, водоснабжение, канализация”. - Ялта. - 2001. - С.182-184.

Эпоян С.М., Лукашенко С.В. Исследование очистки сточных вод мясной промышленности фильтрованием в сочетании с коагуляцией // Программа и тезисы докладов. ХХХ научн. техн. конф. преподавателей, аспирантов и сотрудников ХГАГХ. Ч.1. Строительство, архитектура, экология. - 2000. - С. 39-41.

Пат. 19653 Україна, МКИ С 02 F 1/40. Пристрій для очищення стічних вод / В.Ю. Свиридов, С.В. Лукашенко, П.Е. Колесник. - 96041492; Заявл. 16.04.96; Опубл. 25.12.97; Бюл. №6. - 7с.

Пат. 19654 Україна МКИ C 02 F 11/12. Спосіб обробки осаду стічних вод / Колесник Е.П., Лукашенко С.В., Онищенко Л.О., Свиридов В.Ю. - 96062233; Заявл. 06.06.96; Опубл. 25.12.97; Бюл. №6. - 4с.

Пат. 35282 Україна, МКИ С 02 F 9/00. Спосіб підготовки фільтрувального матеріалу / С.М. Епоян, С.В. Лукашенко (Україна). - 99095135; Заявл. 16.09.99; Опубл. 15.03.2001, Бюл. №2. - 4с.

Размещено на Allbest.ru