Фізико - хімічні способи

В основу фізико-хімічних способів очистки стічних вод покладені процеси адсорбції, дистиляції, іонного обміну, електродіалізу, осмосу та ін.

Для очистки стоків від органічних речовин, молекули котрих гідрофобні чи слабогідротовані, застосовують активне вугілля. При цьому одержують стоки з БСК менше Імг 0₂/л, ХСК - 3...16 мг О₂/л, з вмістом завислих речовин менше 0,5 мг/л і фосфатів - 0,1... 1,0 мг/л. Але активне вугілля дороге, тому його доцільно викори­стовувати лише для остаточної очистки невеликої кількості стічних вод і у випадку, коли потрібен дуже високий ступінь очистки.

У вітчизняній і закордонній (Німеччина, Польща, Угорщина) спиртовій про­мисловості упарюють стічні води, що містять дуже багато мінеральних і органіч­них речовин.

Перспективна очистка стічних вод засобом електрокоагуляції і електрофлота-ції. О.М.Кривчун і П.С.Циганков встановили, що при очистці стоків цим способом на 99,4...99,7% зменшується кількість бактерій і промивні води цеху хлібопекарсь­ких дріжджів можна застосувати для приготування мелясного сусла. Ці способи енергомісткі.

Біологічні способи

З біологічних способів розповсюджені такі: зрошення ґрунту стічними вода­ми, очистка їх у біологічних водоймищах і біофільтрах, обробка активним мулом, анаеробне бродіння стічних вод.

При зрошуванні ґрунту стічними водами завислі речовини затримуються, а роз­чинені органічні сполуки адсорбуються, піддаються різним фізико-хімічним проце­сам і біологічному розкладу. Стічні води - добре поживне середовище для розвитку мікроорганізмів ґрунту, які, розкладаючи органічні речовини, утворюють сполуки, які споживають рослини. Зрошення ґрунту стічними водами підвищує його родю­чість. Дослідженнями УкрНДІ гідротехніки і меліорації встановлена можливість зро­шення стічними водами мелясно-спиртових заводів ґрунту, на якому культивують кормові культури. На таких ґрунтах можна вирощувати кормові культури без засто­сування азотних, калійних добрив, при цьому урожай трав збільшується на ЗО.. .40%, силосної маси кукурудзи - на 60.. .70%, кормового буряку - на 80.. .99%.

Для очистки мелясної барди використовують поля фільтрації (ґрунтові фільт­ри), які розташовують на легких піщаних ґрунтах, які мають добру фільтрованість. Площу для полей фільтрації ділять на дренажні ділянки (карти) по 0,25...0,4 га і огороджують валками, в які закладають трубопроводи для транспортування сто­ків. Дренажні ходи діаметром 8...10 мм розміщують на глибині 1...1,5 м з від-

324

станню 5... 10 м. На поверхні ділянок стічні води розподіляють з допомогою жоло­бів. Карти полів фільтрації заповнюють стічними водами шаром 5... 10 см. Під час фільтрування крізь ґрунт досягається очистка стічних вод до 90% за БСК₅. Корисна площа полів фільтрації (га)

де Vc - середня кількість стічних вод, м³/добу; - питоме добове навантаження на поверхню полів фільтрації,

Узимку в залежності від географічного району розташування підприємства площу полів фільтрації збільшують на 10. ..25%.

Біологічні водоймища - штучні або природні водоймища, призначені для біо­логічної і фізичної очистки стічних вод. Особливу роль для очистки у біологічних водоймищах відіграють водорості і бактерії, що розкладають органічні речовини стічних вод, після чого водорості використовують для синтезу своєї біомаси проду­кти, що утворилися. Під дією сонячного світла водорості виділяють кисень, необ­хідний для аеробного окислення органічних сполук мікроорганізмами. Біологічні водоймища повинні бути неглибокими, щоб необхідне для фотосинтезу сонячне світло надходило у внутрішні шари води.

Для прискорення окислювальних процесів біологічні ставки обладнують ае-руючими пристроями, що підвищує їх продуктивність з очистки стічних вод у 5... 10 разів.

У країнах СНД, США, Японії та ін. розробляють методи використання стіч­них вод для вирощування одноклітинних водоростей Chlorella і Scenedegnus, біо­масу яких можна використовувати як джерело рослинного білка у кормі тварин і їжі людини.

Для штучної біологічної очистки стоків використовують біологічні фільтри, у яких забруднені води окислюють киснем повітря за участю мікроорганізмів, що утворюють біологічну плівку на поверхні наповнювача фільтра.

Найбільш поширені зрошувальні біологічні фільтри різних типів. При аеру-ванні стічних вод розвивається суміш мікроорганізмів, головним чином бактерій і простіших, яку називають активним мулом. Очистка стічних вод відбувається вна­слідок споживання органічних забруднень мікроорганізмами активного мулу, ад­сорбції і коагуляції завислих і колоїдних речовин, а також окислення органічних сполук киснем повітря. Процес очистки стічних вод активним мулом складається з таких основних стадій: видалення із стоків завислих часток, аерування суміші сті­чних вод з активним мулом, відділення очищених стічних вод від суспензії актив­ного мулу і повернення його в аераційну камеру (аеротенк).

Анаеробний біологічний метод очистки стічних вод застосовують для виро­бничих стічних вод з високою концентрацією органічних речовин - БСКп- 10 тис.мг 0₂/л і більше. Цей спосіб є попереднім ступенем перед аеробною доочисткою.

У процесі очистки стоків і одержання біомаси активного мулу потрібне дода­вання фосфорного живлення. Цікавить спосіб очистки, у якому в активний мул вводять культури Azotobacter croecoccus і Bacillus megatherium, що дозволяє прово­дити процес без додавання біогенних речовин азоту і фосфору.

У колишньому СРСР розроблений спосіб біологічної очистки концентрова­них стоків з використанням пліснявих і дріжджеподібних грибів І бактерій, який здійснюють при температурі 36...41° С. Ефект очистки становить 70...85%. У одержаній біомасі міститься до 60% протеїну, її можна використовувати як корм

для тварин.

ОЧИСТКА СТІЧНИХ ВОД ЗАВОДІВ, ЯКІ ПЕРЕРОБЛЯЮТЬ ЗЕРНО-КАРТОПЛЯНУ СИРОВИНУ

Для очистки цих стічних вод достатньо застосовувати механічні та біологічні способи, для одержання води високої якості потрібна фізико-хІмічна доочистка стоків. Оскільки БСК стічних вод спиртових заводів, які переробляють крохмалев-місну сировину, не перевищує 1200мг О₂/л, то їх біологічну очистку здійснюють у аеробних умовах.

Рис. 13.1 Технологічна схема очистки стічних вод зерно-картопля них спиртових заводів

326

Технологічна схема очистки стічних вод розроблена ВНДІПрБ і Московським інженерно-будівельним інститутом і впроваджена на Мічурінському спиртовому заводі (рис. 13.1)

Вона передбачає з урахуванням характеру забруднень розділення стоків на два потоки: транспортно-миючі води і виробничі. Перші піддають механічній очистці і потім багаторазово використовують у виробництві, другі - двоступеневому окис­ленню органічних речовин активним мулом. Тривалість аерування виробничих вод у першому ступені становить 2 год, у другому - 4год.

Досвід експлуатації очисних споруд показав, що при двустепсневій очистці стічних вод у аеробних умовах одержують більш високий ефект очистки при одна­ковій тривалості процесу, ніж при одноступеневій.

Надлишковий активний мул і сирий осад з первинних відстійників протягом 8... 10 діб піддають мінералізації в апаратах, схожих з аеротенками. Мінералізований осад виділяють декантацією чи на центрифугах або скидають на мулові площадки.

Перед спуском у водоймище очищену воду насичують киснем у водозливі -аераторі, потім у штучних ставках.

ВНДІХПД і Струсовський спирто-горілчаний комбінат впровадили схему очи­стки стічних вод заводу, що переробляє зерно. На цьому підприємстві стоки пер­шої категорії-теплообмінні води - надходять у ставок, а потім-у ріку. Забруднені стоки другої та третьої категорій збирають у розташовані на території заводу при­ймальні збірники, з яких самопливом потрапляють у очисні споруди. Суміш усіх брудних стоків має такі фізико-хімічні показники: рН 7,6...7,8, прозорість 3 см, запах 3 бали, концентрація завислих речовин 300...400 мг/л, БСК₅ 250...680 мгО₂/ л,ХСК340...850мгО₂/л.

Технологічна схема рис. 13.2 передбачає механічну та одноступеневу біологі­чну очистку стічних вод , які надходять із приймального колодязя 1. Грубі механі­чні домішки відокремлюють на решітці 2, яка виготовлена із стальних смужок 8х50мм з відстанню між ними 12...16 мм. Решітка встановлена під кутом 60 до напряму течії стоків. Домішки скидають у збірник 14, а стічні води надходять у піс ко вловлювач 3 і первинний відстоювач 4 для видалення піску і грубих органіч­них домішок - солодових паростків, часток зерна та ін.

327

Пісковловлювач - це циліндр з тангенційним введенням стічних вод. Осад з пісковловлювача періодично видаляють на піскову площадку 15 для висушування.

У першому відстійникові, який складається з чотирьох паралельно працюю­чих осадових жолобів, стічні води частково очищуються від завислих домішок. Для запобігання розвитку нитчатих бактерій і викликаного цим спуханням акти­вного мулу стоки спрямовують у передаератор 5, у який повертають надлишко­вий активний мул із вторинного відстійника 9, і стічні води протягом 20 хв аеру-ють повітрям, яке надходить з повітродувної станції 13. При цьому відбувається флокуляція і адсорбція активним мулом тонкодисперсних домішок, які виділяють у відстійнику 6.

Передаератор - резервуар прямокутної форми, обладнаний трубчастим барбо­тером. На цій стадії очистки стічних вод витрати повітря 0,5... 1 м³/м³, активного мулу 20 г/л, тривалість попереднього аерування ЗО хв. Після обробки у передаера-торі вміст завислих речовин у стічних водах знижується на ЗО...40%, БСК₅ на 20...25%.

Осад з відстійників 4 і 6 періодично виводять на мулову площадку 16. Освіт­лена рідина надходить у буферний збірник 7, призначений для стабілізації кількос­ті стоків, які відправляють у аеротенк 8.

У аеротенку стічні води піддають біологічній очистці активним мулом. Ці апа­рати мають прямокутну форму і складаються з двох паралельно працюючих сек­цій, загальна місткість яких 280 м³. Аерування здійснюють через трубчасті барбо­тери діаметром 100 мм повітрям із повітродувної станції 13. На їм³ стічних вод витрачають 22...26 м³/год повітря, концентрацію активного мулу підтримують З...3,5г/л. Ефект біологічної очистки 96% по завислих речовинах і 95% по БСК₅.

Очищені стоки надходять у вторинний відстійник 9, розрахований на перебу­вання у ньому рідини протягом 2,5 год. З мулових камер відстійника активний мул видаляють з допомогою ерліфту і подають у передаератор і аеротенк.

Далі воду змішують у змішувачі 10 з хлорною водою, яка приготовлена у хлораторах 12, і спрямовують у контактний резервуар 11. Тут вода знезаражуєть­ся хлором. Після витримки у цьому апараті протягом ЗО хв очищену воду скида­ють у ріку.

Оброблена за такою технологічною схемою вода має такі показники: рН 7,8...8,0, прозорість ЗО см, без запаху, концентрація завислих речовин 5.. .20 мг/л, БСК₅ 8.. .20 мг О₂/л, ХСК 35.. .40 мг О₂/л.

На Ковалівському спиртовому заводі Чернігівського виробничого об'єднання за розробками Одеського інженерно-будівельного інституту були збудовані очисні споруди потужністю 125 м /добу з БСКп ІЗООмг О₂/л. Особливість цих споруд -біологічна очистка стічних вод у біофільтрі.

Але при експлуатації таких очисних споруд були виявлені недоліки - велика тривалість нарощування біоплІвки при пуску споруд (2...З тижні); коливання тов­щини шару біоплівки від 0,5 до 2 мм в залежності від температури навколишнього середовища, концентрації забруднень, часткове флотування відпрацьованої біоплі­вки, шо приводить до підвищеного вмісту зависів у очищеній воді.

328

Технологічні схеми очистки стічних вод, які використовують на інших зерно-картопляних спиртових заводах, принципово не відрізняються від описаних. Від­мінності полягають у апаратурному оформленні окремих технологічних стадій.

ОЧИСТКА СТІЧНИХ ВОД ЗАВОДІВ, ЯКІ ПЕРЕРОБЛЯЮТЬ МЕЛЯСУ

Зараз більшість мелясно-спиртових заводів післядріжджову барду і решту сті­чних вод скидають на поля фільтрації.

ВНДІХПД запропоновані два варіанти технологічних схем очистки стічних вод, які найбільше відповідають сучасним вимогам. Один з них призначений для спиртових заводів, на яких післяжріжджову барду упарюють або використовують для виробництва кормового концентрату вітаміну В,₂₎ другий - для підприємств, які не утилізують мелясну барду.

Для очистки стічних вод за першим варіантом використовують технологічну схему, зображену на рис. 13.3. Схема включає у себе такі основні стадії: механічну очистку з допомогою решіток і пісковловлювачів, усереднення стічних вод, пер­ший ступінь біологічної очистки стоків активним мулом, первинне відстоювання, аеробну очистку, вторинне відстоювання стоків, транспортування активного мулу і зворотньої води, хлорування очищеної води і спуск її у водоймище.

до )ссрсішдачі П / / 2 U-JT

Грубі завислі забруднення і пісок з побутових вод видаляють на решітках 16 та у пісковловлювачах 14. Грубі завислі речовини органічного походження подрібню­ються у дробарці 15 і спрямовуються у колодязь 12. Очищені від домішок побутові

329

води змішуються в усереднювані 13 з теплообмінними водами і технологічними стоками. Місткість усереднювана розраховують на чотирьохгодинне перебування стічних вод. Із усереднювана стоки надходять у колодязь 12, у який подають надли­шковий мул. Схемою передбачено використання активного мулу на першому та другому ступенях очистки. Для цього у первинні відстійники 2, розраховані на пе­ребування стічних вод протягом 1... 1,5 год, із вторинних відстійників 4 насосами 10 подають надлишковий активний мул другого ступеня очистки. Після першого ступеня очистки стічних вод у відстійниках 2 мул скидають на площадки 1 або передають на висушування.

З первинних відстоювачів стічні води надходять в аеротенк-змішувач 3. Сюди ж подають біогенні елементи, потрібні для активного мулу, виходячи із співвідно­шення BCK₅:N;P=100:7:0,5. Об'єм аеротенка-змішувача розраховують на 12..18-го-динне перебування стічних вод. Годинні витрати повітря 20...ЗО м³ на стоків. Повітря подають з повітродувної станції 11. Біля 30% об'єму аеротенка займає ре­генератор 9 активного мулу. Кількість активного мулу, що повертається через реге­нератор у аеротенк , регулюють так, щоб його вмісту стічних водах складав З...3,5 г/л.

Після біологічного окислення стоки надходять у вторинні відстоювачі 4, у яких вони перебувать протягом 2. ..2,5 год. Активний мул, який випав у осад, направля­ють у колодязь 8, а потім насосами 10-у первинні відстійники і аеротенк.

Очищена вода після вторинного відстійника має такі фізико-хімічні показни­ки: рН- 7,8...8,1, вміст мінеральних речовин 350г/л, загального азоту 14...28 мг/л, БСК„ 15...20 мг О₂/л. Очищена вода може бути забарвлена у жовтуватий колір, який зникає при розведенні 1:20... 1:25.

Біологічно очищені стічні води із вторинних відстійників надходять у прийма­льний колодязь 5, у фільтраційну установку 6, де відділяється активний мул з ціл­лю повторного використання його для очистки стічних вод. Вивільнені від актив­ного мулу стоки обробляють хлором і насосом 7 скидають у водоймище. Внаслідок обробки води хлором (5г/м³) знижується концентрація органічних домішок у очи­щеній воді приблизно на 50%.

Для очистки стічних вод за другим варіантом ( з високою концентрацією орга­нічних речовин) використовують анаеробний розклад їх, який складається з двох основних стадій: перша - ферментативний гідроліз вуглеводів, білків і жирів, які містяться у стічних водах; друга - перетворення утворених продуктів гідролізу ор­ганічних сполук у вуглекислий газ і метан. На другій стадії анаеробної очистки стічних вод можуть утворюватися мінеральні солі і гумусоподібні речовини.

В анаеробному розкладі органічних сполук стічних вод беруть участь голо­вним чином кислото- та метаноутворюючі бактерії. Вуглеводи і частково жири розкладаються, утворюючи суміш низькомолекулярних кислот, серед яких перева­жають оцтова, масляна І пропіонова. При цьому зменшується рН середовища до 5 і нижче. Органічні кислоти і розчинені азотисті речовини розкладаються далі, утво­рюючи амонійні сполуки, аміни, кислі карбонати і невелику кількість діоксиду ву­глецю, азоту, метану і водню. Внаслідок цього активна кислотність стічних вод

330

поступово підвищується. Для підтримання необхідної інтенсивності обох стадій у стічні води вводять певну кількість змішаних культур мікроорганізмів.

У першій стадії беруть участь бактерії, які гідролізують вуглеводи, білки і жири, у другій - метанові бактерії.

Анаеробний розклад органічних сполук стоків можна вести при помірній (29. ..40° С) і високій (50. ..57° С) температурах.

ОСОБЛИВОСТІ БІОЛОГІЧНОЇ ОЧИСТКИ ЛЮТЕРНОЇ ВОДИ

Лютерна вода, яка містить органічні кислоти, - агресивний сток, ЇЇ очищають

таким чином.

Лютерну воду температурою 100... 105° С охолоджують водою у кожухотруб-частому теплообміннику до ЗО...35° С і направляють в усереднювач, куди подають розчини лугів і поживних солей. Вміст усереднювача перемішують стисненим по­вітрям. Лютерна вода з РН 7,5...7,8 надходить у аеротенк-змішувач, де очищується з допомогою активного мулу.

Лютерна вода має БСК₅ 200... 1000 мг О₂/л. Витрати каустичної соди на під-луження 0,1 кг/м³. Як поживні солі використовують діамонійфосфат, який містить азот і фосфор. Витрати солі, визначені у співвідношенні ECK₅:N:P=100:7:1, при розрахунку по азоту складають 0,15 кг/м³.

Режим роботи аеротенку: тривалість процесу 12 год, витрати повітря ЗО м /(м • год), концентрація активного мулу 1,5...2,0 г/л, тривалість відстоювання 2 години.

Очищена вода немає запаху, кольору, рН 7,3... 7,5, БСКп не більше 25 мгО₂/л. Вона може бути повторно використана у виробництві, наприклад, у системі зворо­тного водопостачання.

Контрольні питання і завдання

1. Наведіть характеристику стічних вод спиртових заводів.

1. Які вимоги до складу і якості води, яку використовують в спиртовому вироб­ ництві І направляють у водні об'єкти?

2. Характеристика способів очистки стічних вод. Як очищують стічні води спир­ тових заводів, які переробляють мелясу?

2. Які особливості біологічної очистки стічних води?

331

РОЗДІЛ 14

ТЕХНОЛОГІЯ СПИРТУ ЕТИЛОВОГО ТЕХНІЧНОГО (СЕТ)

Світова промисловість звертає велику увагу на використання в якості сирови­ни для органічного синтезу та джерела енергії поновлювальних видів сировини, до яких відносять етиловий спирт. У цьому напрямі одне з перших місць займають Сполучені Штати, Бразилія, країни Західної Європи, а також інші країни, які відчу­вають нестачу нафтопродуктів.

Досвід останніх десятиріч показує, що основна частина етилового спирту ви­користовується на технічні потреби. Так, у США на технічні потреби, в тому числі на виробництво паливного етанолу, витрачається біля 95 % всієї кількості спирту, що виробляється.

У Бразилії в 1990 р. хімічна промисловість використала понад 100 млн. дал технічного спирту.

У Франції 78 % етилового спирту йде на технічні потреби.

Україна як індустріальна держава потребує великої кількості технічного спир­ту, який використовується в хімічній, біохімічній, целюлозно-паперовій, текстиль­ній, легкій, металургійній, машино- та приладобудівсльній, автотранспортній, обо­ронній та місцевій промисловості. Загалом, близько 160 виробництв використову­ють технічний спирт як первинну сировину. Крім того, технічний етанол може бути використаний як моторне паливо - і в чистому виді, і у вигляді високооктанової добавки до бензину.

В усіх перерахованих вище випадках більш економічно використовувати тех­нічний спирт, а не високоочищений харчовий. Це пов'язано з тим, що сировиною для технічного спирту може бу'ги більш дешеве дефектне зерно, меляса, технічні культури - топінамбур, сорго, тапіока тощо, а також побічні спиртовмісні відходи брагоректифікації, Значно знижує собівартість технічного спирту те, що в багатьох випадках до нього не висувається жорстких вимог щодо вмісту органічних домі­шок і води.