2850

На правах рукописи

Теплых Светлана Юрьевна

ОЧИСТКА МАСЛО- И ЖИРОСОДЕРЖАЩИХ СТОЧНЫХ ВОД

05.23.04.- водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

г.Пенза, 2000г.

Диссертационная работа выполнена на кафедре водоснабжения и водоотведения Самарской государственной архитектурно-строительной академии.

Защита состоится «21» декабря 2000г. в 10.30. часов на заседании диссертационного совета К 064.73.02 при Пензенской государственной архитектурно-строительной академии по адресу: 440028, г. Пенза, ул. Титова, 28.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пензенской государственной архитектурно-строительной академии.

Автореферат разослан «18»

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Учитывая все более повышающиеся требования к охране окружающей среды предусматривается широкое внедрение безотходных и малоотходных технологий, развитие комплексных производственных процессов, обеспечивающих полное использование природных ресурсов, сырья и материалов, исключающих или существенно снижающих вредное воздействие на окружающую среду.

Актуальность исследования проблемы очистки масло- и жиросодержащих сточных вод определяется потребностью в проведении реконструкции существующих и строительстве новых предприятий по переработке молока. Значительная доля действующих предприятиях не оборудована сооружениями очистки сточных вод.

Анализ литературных данных и обследование ряда предприятий по переработке молочных продуктов показывают, что проблема очистки масло- и жиросодержащих сточных вод стоит весьма остро. В последние годы широкое применение находит биологическая очистка жиросодержащих сточных вод на аэротенках, биофильтрах, полях орошения и физикохимическая очистка на флотаторах. Несмотря на большое количество работ, посвященной этой проблеме, исследования по созданию надежных технологий и компактных сооружений по очистки масло - и жиросодержащих сточных вод далеки от завершения.

Наиболее распространенным методом локальной очистки сточных вод молочных предприятий является отстаивание в жирловушках и коагулирование с разделением фаз на флотаторах. При использовании в качестве реагентов солей алюминия и железа очищаемая вода содержит вторичные загрязнения в виде хлоридов и сульфатов, которые не удаляются из нее биологическими методами очистки.

Это определяет актуальность проблемы разработки внедрения технологии очистки сточных вод молочных предприятий позволяющей решить вопросы переработки вторичных загрязнений последующей биологической доочисткой.

Работа выполнялась по плану госбюджетных работ кафедры по теме: "Совершенствование систем BB по очистке природных и сточных вод".

Целью диссертационной работы является исследование состава и

условийобразованиямасло-ижиросодержащихсточныхводиспособових

. обезжирования с целью создания более эффективной технологии очистки для реализациивмалогабаритныхсооружениях.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

• изучить закономерности изменения физико-химического состава жиросодержащих сточных вод молочных предприятий в процессе переработки сырья и мойки оборудования с использованием дезинфицирующих растворов;

•разработать высокочувствительный и экспрессный метод определения содержания жира и жировых веществ в сточных водах;

•исследовать в лабораторных условиях физические, химические и физико-

химические методы очистки производственных жиросодержащих сточных вод;

•провести математическую обработку результатов исследований;

•разработать эффективную технологическую схему очистки производственных сточных вод молокоперерабатывающего предприятия;

•произвести оценку технико-экономической и экологической Целесообразности внедрения предлагаемой технологической схемы;

•сравнить экономическую и экологическую эффективность применения

различных реагентов в предлагаемой схеме.

Научная новизна работы заключается в следующем:

•изучены закономерности изменения состава жиросодержащих сточных вод молочных предприятий;

•разработана и апробирована новая методика определения содержания жира в сточных водах;

•исследована кинетика осаждения взвешенных и всплывания жировых веществ сточных вод молокозавода;

•исследованы закономерности процессов химической очистки

жиросодержащих сточных вод при обработке их кислотами: серной, соляной

иазотной;

•исследованы закономерности процессов реагентной очистки жиросодержащих сточных вод коагулянтами: сульфат алюминия, сульфат железа, полигидроксихлорид алюминия, нитрат алюминия и флокулянтами: «Флокотон» и «ПРАЕСТОЛ» марок: ВС-851, ВС-853, ВС-854;;

•исследованы закономерности безреагентной и реагентной флотационной очистки жиросодержащих сточных вод

•разработана и реализована в рабочем проекте технологическая схема очистки жиросодержащих сточных вод с двухступенной флотацией.

Практическая ценность и реализация работы.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований разработаны практические рекомендации по составу сточных вод молочных производств и их очистке различными методами, которые могут быть использованы для проектирования очистных сооружений молокозаводов. Разработанная методика определения содержания жира в сточных водах применяется в гидрохимической лаборатории СамГАСА.-

Разработан рабочий проект "Локальные очистные сооружения АО "Кинельского молочного завода", который прошел государственную, и в том числе экологическую экспертизу.

Апробация работы. Основные результаты работы, изложенные в

•на Всероссийской научно-практической конференции "Экологические проблемы рационального использования и охраны водных ресурсов" за 1996г.(г.Самара);

•на международной научно-практической конференции "Питьевая и сточные •

воды: проблемы очистки и использования" за 1997г.(г.Пенза)

Публикации. Результаты исследований опубликованы в 8 печатных работах.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, общих выводов, списка использованной литературы, приложения. Работа изложена на 154 страницах машинописного текста, содержит 22 рисунка, 67 таблиц. Список литературы включает 165 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дается характеристика современного состояния очистки масло- и жиросожержащих сточных вод. Приведены качественная и

жиросодержащих сточных вод молочных производств зависят от расхода и состава обрабатываемого продукта, технологического процесса, мойки оборудования, дезинфицирующих растворов и потерь перерабатываемого продукта.

Норма расхода воды на производственные нужды на молочных предприятиях составляет 1-2 л на 1л перерабатываемого молока. Содержание жировых веществ в сточных водах находится в пределах от 60 - 400 мг/л.

Существует несколько методов определения жира в сточной воде: гравиметрический, фотометрический, рефрактометрический и объемный. Все эти методы основаны на общих принципах экстракции, с использованием различных растворителей. В качестве растворителей используют: петролейный или диэтиловый эфир, хлороформ, четыреххлористый углерод.

Также рассмотрены методы очистки жиросодержащих сточных вод (физические, физико-химические, биологические) молочных производств и показаны их недостатки.

Вдиссертации поставлены следующие задачи:

-изучить закономерности изменения состава жиросодержащих сточных вод

молочных предприятий в процессе переработки сырья и мойки оборудования с использованием дезинфицирующих растворов;

-разработать высокочувствительный и экспрессный метод определения содержания жира и жировых веществ в сточных водах;

-исследовать физические, химические и физико-химические методы очистки производственных жиросодержащих сточных вод;

-провести математическую обработку результатов исследований;

разработать эффективную технологическую схему очистки производственных сточных вод молокоперерабатывающего предприятия;

- сравнить экономическую и экологическую эффективность применения различных реагентов.

Во второй главе представлены исследования химических показателей проб сточной воды АО "Кинельский молочный завод" и двенадцати молокоперерабатывающих заводов Самарской области.

Исследования отдельных категорий сточных вод показали, что наиболее загрязненными сточными водами являются стоки после первичной мойки оборудования и отработанные дезинфицирующие растворы. Отличительной особенностью сточных вод предприятий молокоперерабатывающей промышленности является высокая концентрация органических примесей, находящихся в виде мелкодисперстных частиц.

Характер водопотребления и водоотведения Кинельского молочного

Также были обследованы еще 12 молочных заводов Самарской области. На

семи из них имеется механическая очистка (отстойники, жироуловители), хлорирование и иловые площадки для обезвоживания осадка. Как правило стоки поступают в городской коллектор или на полигон, а в некоторых случаях стоки без очистки поступают в малые реки Самарской области или на рельеф местности.

При статистической обработке группы результатов наблюдений были выполнены следующие операции: исключены известные систематические погрешности из результатов наблюдений; вычислены средние арифметические исправленных результатов наблюдений, принимаемые за результат измерения; вычислена оценка среднего квадратичного отклонения результата измерения;

молочного завода определены закономерности изменения их состава. Математическая обработка результатов наблюдений выявила что: показатели проб сточной воды, отобранные в течение смены из контрольного колодца принадлежат, одной генеральной совокупности с доверительной вероятностью P = 0,95; показатели проб сточной воды, отобранной непосредственно после мойки оборудования от вырабатываемого продукта в зависимости от категории жирности, также принадлежат одной генеральной совокупности с доверительной вероятностью P = 0,95.

Сравнение результатов наблюдений показало что: слив сыворотки в производственную канализацию нежелателен, так как это влияет на следующие химические показатели: рН, окисляемость бихроматная, взвешенные вещества, азот аммонийный, фосфор фосфатный. Показатели общего производственного стока Кинельского молочного завода и показатели сточных вод молочных заводов Самарской области принадлежат одной генеральной совокупности с доверительной вероятностью P = 0,95.

Втретьей главе приведены результаты сравнения определения

использованием аппарата Сокслета.

Исследования проводились на следующих приборах: рефрактометр УРЛ, модель 1 №78-1694, фотоколориметр КФК-2МП УХЛ4.2 , аппарат Сокслета.

В работе использовали реактивы: хлороформ, четыреххлористый

8

углерод (ЧХУ), безводный сульфат натрия.

Было проведено экспериментальное сравнение экстрагирующей способности органических растворителей. Из стандартных растворов жира в воде путем двойной экстракции (15мл, 10мл) извлекали органические вещества и определяли количество извлеченного экстрагента гравиметрическим методом. Результаты исследований представлены в табл. 1. Анализ экспериментальных данных показывает, что при концентрации жира 50 мг/л четыреххлористый углерод извлекает жиры из модельных растворов в количестве 76-79% от фактической навески, а хлороформ - 86-94%. При концентрации жира 10 мг/л и менее применение ЧХУ, в качестве экстрагента, показало отсутствие жира в модельных растворах. На основании этих данных для дальнейших исследований в качестве растворителя использовали хлороформ.

Оптическую плотность измеряли при использовании светофильтра с длиной волны, соответствующей максимуму пропускания 315±5 HM, при ширине полосы пропускания 0,5 τMAX 35 ± 15 HM, длина кюветы 30 мм. Для построения калибровочного графика приготавливали стандартные растворы навесок жира в

В четвертой главе рассматриваются наиболее распространенные способы очистки такие как отстаивание , коагулирование и реагентная флотация.

Опыты по отстаиванию проводились непосредственно в цехе для избежания изменения химического состава сточных вод в процессе их транспортировки. Целью исследования являлось изучение процесса кинетики осаждения взвешенных веществ и всплытия жировых веществ в жиросодержащих сточных водах. Обработка опытных данных, полученных при

9

осветлении различных сточных вод, показала, что кривые кинетики осаждения взвешенных и всплытия жировых веществ зависят от времени и высоты отстаивания. Графическая зависимость представлена на рис. 1, 2.

Эффект 70% Эффект 80% Эффект 90%

Рис. 1. Зависимость коэффициента агломерации жировых веществ от их исходной концентрации в сточных водах

Эффект 50% Эффект 60% Эффект 70% Эффект 80%

Рис.2.Зависимость коэффициента агломерации взвешенных веществ от их исходной концентрации в сточных водах

Исследуемая масло- и жиросодержащая сточная вода «Кинельского молочного завода» не является агрегативно-устойчивой жидкостью. На основании исследований были определены коэффициенты агломерации от исходной концентрации взвешенных и жировых веществ.

Изучение по литературным источникам вопроса очистки масло- и жиросодержащих сточных вод молочных предприятий показало, что из

10

наиболее широко применяемых методов локальной очистки является

коагулирование. .

Исследования проводились в широком интервале значений доз, затем в области максимальных значений, эффекта проводились опыты по методике

полногодвухфакторногоэксперимента.

Математическое описание рассматриваемого процесса определяли в виде

Было произведено 20 серий опытов по изучению процесса коагулирования сточной воды, с использованием в качестве реагентов: сульфата алюминия, сульфата железа (III валентного), полигидроксихлорида алюминия. Опыты проводились на модельных растворах, приготовленных с учетом показателей статистически полученных средних значений реальных сточных вод.

С 1-ой "по 3-ю серии опытов проводилось предварительное подщелачивание сточных вод гидрооксидом натрия с введением следующих реагентов: сульфат алюминия, сульфат железа, полигидроксихлорид алюминия. С 4-ой по б-ю серии опытов - дискретное введение следующих реагентов: сульфат алюминия, сульфат железа, полигидроксихлорид алюминия. Согласно исследованиям наиболее эффективно введение полигидроксихлорида алюминия

спредварительным подщелачиванием.

Вседьмой серии опытов исследовали введение азотной кислоты в

сточную воду с последующим подщелачиванием гидрооксидом натрия. В восьмой серии опытов изучили введение нитрата алюминия в сточную воду с предварительным подщелачиванием гидрооксидом натрия. Также были проведены исследования по определению влияния температуры очищаемой жидкости при введении оптимальных доз нитрата алюминия и щелочи на характер параметров очищаемой жидкости (рН, оптическая плотность,

алюминий, азот нитратный)

С 9-ой по 20-ю серии опытов выполняли исследование коагуляции (при предварительном подщелачивании) сточной воды реагентами: азотной кислотой, полигидроксихлоридом алюминия, нитратом алюминия при совместном

достигается эффект очистки по жировым и взвешенным вещества более 90%, приведены в таблице 2, согласно номерам серий опытов.

Согласно представленным данным видно, что наибольшее снижение дозы коагулянта и флокулянта достигается в двадцатой серии опытов. Исходные