Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водоотведение региональных предприятий по производству молочной продукции. Монография
.pdf
Таблица 3.2
С установки водоподготовки (промывка
установок обратного осмоса)
Количество получающейся сыворотки в зависимости от вырабатываемого продукта
Вырабатываемый продукт
Твердые сыры жирные 71-81
Мягкие сыры 64-76
Творог Около 75
Количество получающейся сыворотки
в среднем,%
Очень часто сыворотку просто сливают в общую систему канализации предприятия, смешивая ее с производственными сточными водами.
В этом случае образуются производственные сточные воды, количество которых при максимальной загрузке предприятия представлено в таблице 3.3:
Таблица 3.3
Объем производственных сточных вод
№ пп Наименование Объем сточных вод, %
1 Сточные воды душевых и санузлов 1-2
2 Сточные воды от трапов (мытье полов) 1-2
3
4 Сыворотка 3-5
Технологические нужды (CIP-мойка
5
оборудования, мойка тары и автоцистерн)
3-5
90-95
Как правило, система водоотведения подобных предприятий в настоящее время является объединенной, т.е. сточные воды после различных
технологических процессов, вторичные ценные продукты и бытовые сточные воды от санузлов смешиваются и направляются в общий накопитель.
Объем накопителя рассчитывается на суточный объем стоков и выполняет роль усреднителя. Далее сточные воды предприятия должны вывозится ассенизаторскими машинами в разрешенные приемники сточных
вод: на очистные сооружения или в коммунальную сеть канализации населенного пункта. Зачастую стоки накопителей не соответствуют нормам
сброса в выше указанные приемники, и тогда предприятия молочной промышленности сбрасывают неочищенные сточные воды в карьеры или
накопители открытого типа. Это создает чрезвычайную антиэкологичную
обстановку в окружающей среде: накопители отличаются зловонным кислым запахом, при этом миграция загрязняющих веществ в хорошо фильтрующих грунтах является причиной загрязнения подземных вод.
11
4. Особенности водоотведения молокозаводов
Многие авторы [1, 11, 34, 48-49, 56, 63, 65, 73-74, 86, 115] справедливо считают, что пищевая промышленность является одним из самых крупных потребителей пресной воды, а сточные воды подобных предприятий
относятся к числу наиболее загрязненных. Качественные и количественные характеристики сточных вод зависят от мощности молокоперерабатывающего предприятия и ассортимента выпускаемой продукции, при этом
расход свежей воды составляет в среднем от 3 до 12 м3 на тонну молока.
В процессе переработки молока и мойки технологического оборудования, трубопроводов, тары и производственных помещений образуются
высококонцентрированные сточные воды, содержащие нерастворимые
хлопья белковых веществ, частицы жира, остатки продукции, растворимый
молочный сахар, растворы белковых веществ, моющих и дезинфицирующих средств. Подобные сточные воды отличаются высоким содержанием
органических веществ различного характера и резким отклонением показателя рН среды от нейтрального значения [14-15, 34, 48, 65, 76, 78, 80-81,
89, 91, 100-101, 109-113, 138].
На предприятиях производства молочных продуктов сточные воды
образуются в результате утечек молока при его розливе, слива сыворотки
при производстве сыра и казеина и т.д. [65]. Сточные воды этих предприятий характеризуются повышенными концентрациями БПК и ХПК, сброс
которых в водоем приводит к нарушению биологического равновесия в
водоеме и, как следствие, к снижению содержания кислорода, гибели многих видов водной флоры и фауны, прекращению процессов самоочищения
водоемов. БПК и ХПК сточных вод с предприятий молочной промышлен-
3
ности может варьироваться от 1400 мгО/дм
3000 мгО/дм
3
(сыродельные заводы).
(производство молока) до
Значение рН этих сточных вод неодинаково для разных типов производства. Так, если производство не связано с процессами молочнокислого
брожения, рН близка к нейтральной (6,8-7,4). Резкие изменения рН могут
быть вызваны сбросом в канализацию кислых или щелочных реагентов,
которые используются при мойке оборудования [48]. Наличие взвешенных
веществ в таких сточных водах обусловлено частицами продуктов перера-
3
ботки молока (300-600 мг/дм
).
Наряду с большим содержанием органических веществ сточные воды молокозаводов характеризуются повышенными концентрациями жиров, содержание и вид которых зависит от типа производства. Жиры могут
присутствовать в стоках в виде коллоидных растворов, а могут присутствовать в таком же виде, как и в натуральном молоке. Концентрация жи-
3
ров может достигать 300 мг/дм
. Кроме того, в сточных водах присутству-
ет азот в различных формах (аминогруппы белковых соединений).
Большой вред окружающей среде, наряду с органическими веществами и жирами, наносят большие концентрации поверхностно-активных
12
веществ (ПАВ), содержащихся в сточных водах молокозаводов. Даже в незначительных количествах ПАВ нарушают процессы биологической
очистки из-за образования устойчивой пены в аэротенках и уменьшения
скорости оседания взвешенных веществ в первичных отстойниках [48, 65].
Предприятия по переработке молока, как правило, представляют собой небольшие цеха и производства, находящиеся в удалении от существующих сетей и сооружений канализации населенных пунктов. Поэтому
таким предприятиям необходимо решать вопросы, связанные с обезвреживанием стоков до природоохранных норм, что зачастую бывает сложно
сделать из-за специфических особенностей образующихся сточных вод.
Учитывая, что на многих молокозаводах очистные станции либо отсутствуют, либо работают малоэффективно, вопрос организации эффективной
локальной очистки становится весьма актуальным [1, 53, 74].
Отсутствие локальных очистных сооружений на предприятиях молочной промышленности является основной причиной сброса в водные
объекты или в сеть бытовой канализации высококонцентрированных сточных вод. В обоих случаях производственные стоки не соответствуют установленным нормам по ряду загрязнений: рН, биохимическое потребление
кислорода (БПК), химическое потребление кислорода (ХПК), взвешенные
вещества, жиры, соединения азота и фосфора. Некоторые предприятия вывозят производственные стоки в пруды-накопители, которые создают неблагоприятную экологическую обстановку в рекреационных зонах за счет
выделения неприятного запаха и инфильтрации агрессивных сточных вод
в грунт. В связи с этим необходимо найти современное решение проблем
очистки и утилизации сточных вод на таких предприятиях путем строительства новых или реконструкции существующих очистных сооружений.
Классические технологические схемы очистки стоков молокозаводов
включают первичную механическую очистку, сооружения биологической
и физико-химической очистки [11, 15, 34, 49, 56, 63, 80, 86].
Современный подход к проблеме очистки сточных вод молокозаводов рассматривает несколько вариантов решения: анаэробное сбраживание
стоков в специальных биореакторах с получением метана [11, 20, 22-23,
60-62, 78, 81, 89, 91, 101, 113, 115, 125, 138]; обработка в реакторах периодического аэробного действия SBR [111]; использование мембранных технологий [63, 85, 100, 109-111] (нанофильтрации, ультрафильтрации и обратного осмоса); методы электрохимического окисления и электрокоагуляции [76, 112]. Однако данные технологии пока не нашли широкого применения на территории Российской Федерации.
Согласно ИТС-45-2017 [56] и ИТС-8-2015 [49] сточные воды предприятий молочной промышленности можно очищать с помощью следующего
оборудования: барабанные сетки, решетки или решетки-дробилки, жироуловители, отстойники с тонкослойными модулями, напорные или импеллерные
флотаторы, установки биологической очистки (как правило, аэротенки), а
также мембранные установки (нанофильтрационные, ультрафильтрационные
13
и обратноосмотические мембраны). Перед этапом флотации для ее интенсификации могут вводиться реагенты. Также для обработки сточных вод, образующихся при мойке оборудования, можно устанавливать станции взаимной
нейтрализации. В качестве глубокой доочистки сточных вод могут использоваться сорбционный метод, нитрификация и денитрификация. Обеззараживание сточных вод на большинстве предприятий осуществляется с помощью
установок ультрафиолетовой обработки. Для очистки сточных вод от взвешенных веществ помимо традиционного отстаивания используются процессы коагуляции и флокуляции. Для удаления АПАВ, образующихся при мойке
оборудования, ряд предприятий применяют процессы сорбции, коагуляции/флокуляции, электрофлотации, обратного осмоса. Побочный продукт
производства молочных продуктов – сыворотку – можно перерабатывать как
традиционными способами, так и инновационными способами путем ультраи нанофильтрации, электродиализа и т.д.
Черновой О.К., Савиновой В.Н. [74] предложена следующая технологическая схема очистки стоков предприятия молочного производства,
включающая две ступени:
1) физико-химический способ очистки, обеспечивающий достижения
требований для слива на биологические очистные сооружения. Технология
очистки сточных вод основана на физико-химическом методе в сочетании,
при необходимости, с электрохимической обработкой.
Основные стадии предлагаемой технологии: стадия удаления крупных механических примесей, свободных и эмульгированных жиров и масел; стадия электрообработки для деструкции органических примесей; реагентная обработка исходной сточной воды (корректировка значения рН,
ввод коагулянта и флокулянта); разделение суспензии отстаиванием; стадия обезвоживания осадков фильтрованием или центрифугированием. При
разработке технологии очистки для конкретного предприятия отдельные
стадии технологической цепочки могут отсутствовать.
2) биологический метод очистки для достижений требований для
сброса в рыбохозяйственный водоем – доочистка сточных вод с использованием анаэробных и аэробных процессов с одновременной нитри/денитрификацией. Для интенсификации процессов биологической
очистки используется специальная загрузка для иммобилизации активного
ила, тонкослойные блоки для снабжения отстойников, высокоэффективная
система аэрации. Для доочистки предусмотрена стадия фильтрования на
зернистой загрузке и обеззараживание ультрафиолетовым облучением.
В.Г. Петров и другие [53] предлагают способ разложения устойчивых
водно-жировых эмульсий в сточных водах молочного производства с исполь-
3
зованием коагулянтов на основе железа и алюминия дозой от 2 до 5 мг/дм
. В
ходе работы для всех видов коагулянтов ученым удалось подобрать условия,
при которых наблюдается эффективное разложение водно-жировых эмульсий молочного производства. Технологическая схема этапа предварительной
очистки включает в себя усреднитель, смеситель и отстойник. Сточные воды
14
поступают в усреднитель стоков, где происходит улавливание сгустившихся
Исходная сточная
воды, мг/дм3
После обработки
коагулянтом, мг/дм3
БПК5
2471
509
79,4
ХПК
3430
1270
62,9
Взвешенные
вещества
Аммоний-ион
23,6
19,0
19,5
Хлориды
49,8
472
Увеличивается в 9,4 раза
Сульфаты
74,0
1760
Увеличивается в 23,8 раза
Железо
1,36
0,370
72,8
Фосфаты
50,5
0,061
99,8
Жиры
12,0
0,61
94,9
жировых агломератов. Далее стоки, представляющие из себя устойчивую
водно-жировую эмульсию, направляются в смеситель, где к ним добавляется
раствор коагулянта и проводится корректирование значения рН до разложения эмульсии и образования хлопьев осадка. Обработанные стоки направляются в отстойник, где происходит уплотнение осадка и осветление раствора.
Осветленную жидкость из отстойника отправляют на биологическую очистку в аэробных условиях. Сгустившийся осадок фильтруют и направляют на
захоронение или утилизацию. Эффективность предварительной физикохимической очистки с использованием коагулянта, сернокислого алюминия,
проверена на сточных водах ООО «Молпром» (Удмуртия, г. Ижевск) и представлена в таблице 4.1.
Таблица 4.1
Эффективность очистки сточных вод коагулянтом
Показатели
4170 260,0 93,8
Эффект очистки, %
Рост концентрации хлоридов и сульфатов связан с тем, что они входят в состав вносимых коагулянтов. Это, по мнению авторов [53], может
сказаться на эффективности биологической очистки, но блокирования системы биологической очистки не произойдет.
Однако, метод реагентной коагуляции с последующим отстаиванием
или флотацией не нашел широкого применения для локальной очистки сточных вод молочной заводов, несмотря на высокую его эффективность. По
мнению ученых [72], это обусловлено значительным расходом дефицитных
реагентов, необходимостью усреднения состава сточных вод и автоматизации дозирования коагулянта, образованием большого количества осадка (6 –
11 % от расхода сточных вод), сложностью его обработки, что, в свою очередь, приводит к значительным строительным и эксплуатационным затратам.
Свириденко Ю., Кравченко Э., Яковлева О. предлагают в качестве
очистки сточных вод, образующихся на предприятиях молочной промышленности, использовать нанофильтрационную установку УФС фирмы
«Элевар» и флотационные двухступенчатые проточные установки ФДП,
что позволит снизить содержание органики в стоках на 90-95%. НИИ
15
«ВОДГЕО» разработал комплекс очистных сооружений для сточных вод
молокозаводов: жироловки, аэротенки 1-ой и 2-ой ступеней, доочистка на
биосорберах (при необходимости). Избыточный активный ил направляется
на сооружения по обработке осадков: аэробный стабилизатор, илоуплотнитель, фильтр-пресс (с предварительным вводом реагентов) [63].
Данилович Д., Максимова А. рассматривают различные технологии,
применяемые для очистки сточных вод молочной промышленности. Они отмечают, что наряду с традиционными методами физико-химической (напорная флотация) и аэробной биологической очистки широкое распространения
получают методы аэробной очистки в USAB-ректорах [11, 14, 78, 113, 138], и
его усовершенствованные конструкции: EGSB-реактор и IC-реактор. В этом
случае, сточные воды достигают качества, необходимого для сброса в бытовую сеть канализации. Также предлагается использование SBR-реакторов с
анаэробными/аэробными этапами обработки (порционные реакторы переменного действия) и мембранных биореакторов для качественного разделения ила и сточной воды [11]. Кроме того, в связи с ужесточением требований,
предъявляемых к очистке сточных вод молокозаводов, и в связи с запретом
сброса творожной и сырной сыворотки в централизованную систему канализации отмечается необходимость создания локальных сооружений по обработке и утилизации сыворотки на предприятиях [34].
Большой вред окружающей среде наносят не только органические
вещества, но также и большие концентрации поверхностно-активных веществ (ПАВ), содержащихся в сточных водах молокозаводов. Большой интерес представляет биологический метод разложения ПАВ чистыми культурами микроорганизмов [80]. Определено, что ряд бактерий, например,
Ps. aeruginosa, Serratia marcescens, Escherichia coli, Aerobacter aerogenes,
Salmonella enteritidis, Paracolobactrum aerogenoides и другие, которые в качестве единственного источника углерода используют ПАВ, разлагая их и,
таким образом, снижая их содержание в сточной воде.
Анаэробное сбраживание сточных вод все более распространяется за
рубежом по причине высокой степени энергосбережения, так как в процессе анаэробного сбраживания удается утилизировать и вторично использовать биогаз. В России анаэробное сбраживание традиционно применялось
в технологиях стабилизации осадков сточных вод [6].
Наиболее общепринятая классификация анаэробных реакторов основана на форме макроструктур метаногенной биомассы в них. По этому
принципу все конструкции можно разделить на реакторы со взвешенноседиментирующей биомассой (илом) и прикрепленной биомассой (биопленкой) [20, 32].
Основными представителями современных реакторов являются:
• реактор с восходящим потоком жидкости через слой анаэробного
ила (UASB);
• реактор с расширенным и взвешенным слоем гранул (ЕGSВ);
16
• перегородочный реактор (АВR);
• биофильтр с восходящим потоком (АF);
• гибридные реакторы, сочетающие в себе конструкции двух реакто-
ров (например, АF и АFВ, HABR);
• биофильтр с нисходящем потоком жидкости и неподвижно закреп-
ленной биопленкой (DSFF);
• реактор с псевдоожиженным слоем носителя (АFВ) и др. [14, 92, 102].
На рисунке 4.1 приведена схема-классификация основных направлений развития анаэробной техники, пунктиром выделены типы аппаратов,
которые развиваются в последнее время [20, 23].
Рисунок 4.1. Классификация анаэробных биологических реакторов
Технология анаэробного разложения органических веществ производственных сточных вод исследовалась многими зарубежными и
отечественными учёными [14, 15, 20, 22-24, 59-61, 78, 113, 138]. В последнее десятилетие в европейских странах определилась тенденция к
широкому применению анаэробных методов обработки производственных сточных вод, что привело к созданию энергосберегающих технологий на основе новых конструкций высокоэффективных биореакторов
[24, 59]. Как выяснилось, анаэробное разложение стоков наиболее перспективно для предварительной очистки, так как позволяют при минимальных эксплуатационных затратах достичь высокой степени очистки
по ХПК и БПК. В результате, использование образующегося биогаза в
17
качестве источника энергии для нужд очистной станции становится
экономически выгодными [20]. В мировой практике для реализации
анаэробного метода очистки промышленных стоков разработаны конструкции биореакторов, различающихся эффективностью очистки,
удельной производительностью по деструктируемым загрязнениям,
эксплуатационными затратами [14, 22-23, 60-62].
Основное направление в развитии и совершенствовании анаэробных
реакторов, точно так же, как и в случае аэробных биореакторов, – поиск
конструкций, обеспечивающих поддержание в аппаратах высокой дозы активной биомассы. Наиболее успешно это достигнуто в UASB, EGSB реакторах, использующих гранулированный активный ил. Именно эти аппараты получили в последние годы наибольшее распространение в мире. Гранулированный ил имеет высокую активность, достаточно высокую прочность гранул и хорошие седиментационные свойства.
В таком реакторе создаются оптимальные условия для жизни метаногенных бактерий, в результате жизнедеятельности которых разлагаются органические загрязнения и выделяется биогаз. Сточные воды,
поступающие в метанреактор, равномерно распределяются через систему трубопроводов на дне реактора. Движение воды в анаэробном
реакторе организовано таким образом, что сточная вода поднимается
снизу-вверх с постоянной скоростью, проходя через слой активного
ила. При этом происходит очистка сточных вод без добавления какихлибо реагентов [20].
Установки анаэробного сбраживания органических отходов,
использующие гранулированную биомассу (с реактором восходящего
потока через слой анаэробного ила – UASB-реактор, с расширенным
слоем гранулированного ила – EGSB-реактор, с внутренней рециркуляцией – IC-реактор), составляют подавляющее большинство среди
нашедших промышленное применение [68]. Подобные реакторы появились на рынке более 30 лет назад. За последнее десятилетие прослеживается рост популярности реакторов типа EGSB и IC по сравнению с
UASB. Они намного компактнее, требуют меньших эксплуатационных
затрат, не нуждаются во внешней рециркуляции благодаря внутренней
конструкции.
Для задерживания биомассы в IC-реакторе использованы так
называемые трехфазные сепараторы. Фактически он состоит из двух
UASB-реакторов, расположенных один над другим. Нижний справляется с высокими нагрузками по ХПК благодаря высокой концентрации
активных метановых гранул, второй оказывается менее нагруженным.
Верхняя часть служит в основном для задерживания активных гранул
внутри реактора и окончательной доочистки сточных вод и отделения
биогаза (рисунок 4.2).
18
Рисунок 4.2. Принципиальная схема IC -реактора
Особенность анаэробных реакторов данного вида – выделение газа в
две стадии. Биогаз, выделившийся в первом условном UASB-реакторе, создает эффект газлифта и тем самым вызывает внутреннюю циркуляцию
субстрата. Окончательное отделение биогаза от очищенной жидкости происходит в двухфазном сепараторе. Уровень органической загрузки для ICреактора обычно в 2 раза выше, чем для UASB-реактора.
Специальное устройство, называемое системой разделения трех фаз, в
верхней части реактора предотвращает вымывание анаэробного ила из реактора. Данная система позволяет одновременно эффективно удалять из сточной воды биогаз и накапливать его в верхней части реактора. При определенных условиях, специально создаваемых в анаэробном реакторе, анаэробный
ил приобретает определенную структуру. Формируются гранулы ила, которые обладают более высокой концентрацией биомассы и активностью, большей механической стабильностью и более выраженными седиментационными свойствами. При данной структуре активного ила можно добиться высокой концентрации анаэробного ила в метанреакторе, что позволяет сократить
время нахождения сточной воды в реакторе (менее 12 часов).
19
Показатели работы анаэробного реактора (метанреактора) следующие:
− снижение ХПК более 95 %;
− низкие эксплуатационные затраты
− потребление электроэнергии: для удаления 1 кг ХПК требуется
около 0,5 кВт*ч;
− не требуется электроэнергия на аэрацию;
− компактные размеры сооружений, высота метанреактора может
достигать 7 - 25 м;
− небольшое количество избыточного ила с 1 кг удаленного ХПК –
40 г анаэробного активного ила;
− получение биогаза: около 1,8 м3/сут с 1 м3/сут сточных вод;
− удельная производительность от 5-7 кг ХПК на 1 м3 метанреактора;
− простота в обслуживании.
Собственные очистные сооружения с использованием анаэробного метода – хорошая альтернатива аэробному методу очистки сточных вод для компаний, которые сбрасывают сточные воды в городскую канализацию. Значительно снижается потребность в площадях под очистные сооружения (в 3-5
раз), образуется небольшое количество избыточного активного ила, что позволяет избежать больших расходов по его удалению, а биогаз, образующийся в
процессе сбраживания стоков, может быть утилизирован и использоваться на
предприятии для поддержания необходимой температуры в реакторе.
Использование аэробных и анаэробных биореакторов довольно подробно рассматривает Л.Ф. Долина [14]. Использование биологических сооружений нового поколения предлагается, в том числе, и для сточных вод
3
молочного производства, содержащих ХПК более 1000 мг/дм
. Автор приводит более десятка конструкций и примеров активного использования биореакторов за рубежом: на Украине, в США, Германии, Китае и других странах.
Отмечается высокая целесообразность анаэробных процессов при получении
и дальнейшей утилизации биогаза. В Европе и Азии имеется достаточно
большой опыт по промышленному получению биогаза [78, 113, 125, 138].
Имеется отечественный опыт проектирования и строительства локальных очистных сооружений для молокозаводов, накопленный компанией
«РусВодТехноСервис» [15]. Бытовые и производственные сточные воды из
системы оборотного водоснабжения не превышают 15% и подлежат сбросу в
сеть бытовой канализации. Производственные стоки от технологических
процессов формируют 85–90% расхода сточных вод и содержат 90–97% общего количества загрязнений. Технология переработки молока и регламент
эксплуатации оборудования обусловливают неравномерность состава сточных вод. Например, при сбросе сточных вод от мойки технологического оборудования максимальные концентрации загрязнений возрастают в 2,5–4 раза
по сравнению с их среднесуточными величинами. При этом абсолютные значения концентрации органических веществ по ХПК достигают 2300–3700
мг/дм
12000 мг/дм
3
. При аварийных сбросах продукта ХПК может возрастать до 8000–
3
. О величине залпового поступления органических загрязнений в
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]