Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водоотведение региональных предприятий по производству молочной продукции. Монография
.pdf
сеть водоотведения при аварийном сбросе молочных продуктов можно судить по величине их БПК
молоко (4% жирности) – до 120 г/дм
3
70 г/дм
; сыворотка (0,05% жирности) – до 40 г/дм3. В зависимости от ассор-
: сливки (40% жирности) – до 400 г/дм3; цельное
5
3
; снятое молоко (0,05% жирности) – до
тимента выпускаемой заводом молочной продукции отношение ХПК/БПК
колеблется в интервале 1,16–1,57, уточняется при исследовании реальной воды или принимается в среднем равным 1,45. Для сточных вод предприятий,
вырабатывающих казеин, сухое молоко (сыворотку), это отношение возрастает до 1,67–2,14. Концентрация молочных жиров изменяется в интервале
3
200–600 мг/дм
. Взвешенные вещества, представленные в основном скоагулированными молочными белками и частицами наполнителей йогуртов, изменяются в широких пределах – 400–2000 мг/дм
3
. Показатель рН может изменяться от 2 до 11 в зависимости от типа промывки (кислотными или щелочными средствами) [15].
Исходя из обобщенного собственного, отечественного и зарубежного
опыта, компания «РусВодТехноСервис» предлагает два основных варианта
технологической схемы очистки сточных вод: при сбросе в коммунальные
сети водоотведения сточные воды процеживают, усредняют и нейтрализуют, обезжиривают и подвергают двухстадийной анаэробно-аэробной биологической очистке с биофильтрами на второй стадии; образующиеся
осадки обезвоживают, биогаз утилизируют [15].
Опыт работы процеживателей на молокозаводах выявил некоторые недостатки аппаратов с подачей воды на наружную поверхность барабана, в
частности, проскок части твердых примесей из-под ножа съема уловленных
отбросов. Этот недостаток ликвидирован в процеживателях с внутренней
фильтрацией. Дятлова Т.В. рекомендует современные процеживатели фирмы
«EnviroChemieGmbH» (Германия), «Sereco» (Италия) (поставщик – фирма «GS
EcoTech») и шнековые пресс-транспортеры компании «Sereco». Усреднение и
нейтрализация сточных вод осуществляются в резервуаре с механическим перемешиванием. Для обезжиривания сточных вод возможно применение различных аппаратов – от гравитационных жироловок до высоконагружаемых
флотационных машин. Несмотря на большую сложность в эксплуатации
предпочтительнее устанавливать напорные флотаторы. В последних разработках фирм «K-PakWaterTreatment BV» (Нидерланды), «HUBER Technology»
(Германия) и «NIJUIS WaterTechnology» (Нидерланды) флотационные машины ориентированы на сточные воды заводов по переработке молока. Предпочтительная безреагентная напорная флотация способствует снижению концентрации жиров, ХПК и взвешенных веществ соответственно на 50, 55, 95%, 35–
45 (60–85) % и 40–50 (85–95) %. Апробированными поставщиками анаэробных реакторов являются фирмы «BIOTIM» (Бельгия) и «Enviro-ChemieGmbH»
(Германия). В зависимости от концентрации сточных вод, необходимой степени очистки, размеров строительной площадки и других условий фирмами
предлагается до пяти конструкций анаэробных биореакторов. Окислительная
мощность по ХПК в зависимости от конструктивных решений и глубины
5
21
очистки сточных вод (от 50 до 85% по ХПК) изменяется в широких пределах –
3
от 5 до 35 кгХПК/(м
эта величина обычно не превышает по ХПК 1,5–2 кг/(м
составляет 0,34–0,375 м
/сут). Для сравнения, в высоконагружаемых аэротенках
3
3
на 1 кг удаляемой ХПК, при этом доля метана в био-
/сут). Выход метана
газе при сбраживании сточных вод молокозавода около 75%.
При утилизации биогаза в большинстве случаев удовлетворяются
собственные потребности очистных сооружений. Прирост анаэробного ила
по сухому веществу не превышает 0,04–0,05 кг/кг ХПК, что в 10–12 раз
меньше, чем при аэробных процессах очистки сточных вод. Осветление
сброженных сточных вод осуществляется в анаэробном биореакторе или в
отдельно стоящем сооружении.
Дятлова Т.В. пишет [15], что при проектировании новых сооружений, а особенно при расширении существующих станций очистки сточных
вод молокозаводов, предварительную очистку наиболее выгодно осуществлять в анаэробных условиях, даже с учетом возрастания капиталовложений на 30–45% по сравнению с аэробными схемами, так как при незначительном возрастании сроков окупаемости, в дальнейшем, станция
становится рентабельной. Анаэробный реактор «BIOTIM», имеет относительно небольшую высоту до 7 м (рисунок 4.3) по сравнению с высоконагружаемыми башенными реакторами высотой до 22 м (рисунок 4.4).
Рисунок 4.3. Анаэробный реактор BIOTIM® UASB фирмы «BIOTIM»
Важнейшая конструктивная особенность реактора – трехфазный сепаратор BIOTIM, расположенный в верхней части сооружения. Это устройство
22
разделяет смесь на осветленную жидкость, газ и активный ил. Выполнено
оно в виде отдельных модулей высотой 4 м и длиной 2 м, что позволяет идеально подобрать их количество в зависимости от размеров реактора.
Модули доступны для обслуживания без опорожнения реактора, выполнены из нержавеющей стали (кроме пластин тонкослойных блоков, изготовленных из пластмассы).
Сочетание этих материалов обеспечивает прочность и долговечность. Наличие тонкослойных модулей увеличивает поверхность осветления до 20 раз, а перекрестная схема работы (с горизонтальным движением
анаэробной смеси и возвратом задержанного ила в реактор по вертикали)
позволяет удерживать в системе даже негранулированный ил. В отличие от
башенных реакторов, в которых активный слой ила существенно меньше
высоты рабочей зоны, практически весь объем реактора BIOTIM является
активной зоной: на дне формируется слой гранулированного ила, а над
ним – взвешенный анаэробный ил. Реактор работает при средних значениях восходящей скорости потока 1 м/ч, что вполне достаточно для обеспечения перемешивания и хорошего контакта воды с анаэробным илом. При
этом отсутствует вымывание негранулированного активного ила из системы, чем достигается стабильность ее работы.
Рисунок 4.4. Анаэробный реактор BIOTIM® AFB фирмы Enviro-ChemieGmbH»
23
Специалистами компании «РусВодТехноСервис» разработаны конструкции таких биофильтров, используемых как предварительные сооружения на стадии аэробной очистки, с пластмассовой структурированной
2/м3
загрузкой (удельная поверхность до 120 м
), производимой компанией
«BrentwoodIndustries» (США) [15]. При нагрузке по ХПК 3,7–4,5
3
кг/(м
/сут) эффективность окисления составляет 50–60%.
Технологическая схема анаэробно-аэробной глубокой очистки сточных вод молокозаводов имеет оптимальные показатели по капитальным
вложениям и энергозатратам, что подтверждается техникоэкономическими расчетами, а также опытом работы предприятий
«DАNONЕ», «Ehrmann AG» и других крупных компаний, занимающихся
переработкой молока [15].
В последние десять лет в ННГАСУ [22-23] проводились исследования в области анаэробной очистки сточных вод совместно с Институтом
водного хозяйства населенных пунктов и переработки отходов Ганноверского университета (ISAH) в рамках совместного проекта. Его целью была
оценка технологической эффективности, производительности, экономичности и сферы применения способа анаэробной биохимической очистки
сточных вод. В ходе реализации проекта были проведены лабораторные
исследования в Германии и России, в ходе которых аппарат «Биосорб»
сравнивался с известными в мировой практике UASB и EGSB аппаратами.
Исследования проводились с использованием различных сточных вод
предприятий пищевой, а также фармацевтической промышленности. Исследования, проведенные в ННГАСУ и ISAH, подтвердили перспективность использования анаэробных аппаратов для очистки сточных вод пищевой промышленности. И. В. Катраева в своих работах предлагает технологическую схему анаэробного аппарата с кипящем слоем загрузки «Биосорб» (рисунок 4.5) [22-23].
И.А. Ровенская, Н.С. Ручай и другие исследователи рассматривают
три типа анаэробных реакторов с целью обезвреживания сточных вод молочного производства: а) анаэробный биофильтр; б) комбинированный
UASB-реактор; в) биосорбер с псевдоожиженным слоем активированного
угля (рисунок 4.6) [61-62]. На рисунке 4.7 представлена сравнительная характеристика биореакторов по эффективности очистки ХПК.
Основные результаты исследований показали, что анаэробный биохимический процесс с использованием иммобилизованных микроорганизмов очищает сточные воды молокозавода по показателю ХПК на 97%. Из
числа исследованных анаэробных биореакторов самым высокопроизводительным является биосорбер с псевдоожиженым слоем частиц активированного угля, который обеспечивает требуемую степень очистки стока
(70% по ХПК) при времени обработки сточной воды в аппарате 0,8 ч и
нагрузке по деструктируемым загрязнениям 30,8 кг ХПК/(м3/сут). Прини-
24
мая во внимание необходимость значительных затрат энергии на псевдоожижение сорбента в биосорбере, авторы рекомендуют для использования
в производстве комбинированный биореактор на основе UASB-реактора (с
гранулированной биомассой активного ила), удельная производительность
3
которого составляет 8,7 кг ХПК/(м
/сут). Окончательный выбор типа био-
реактора определяется с учетом местных условий на предприятии [62].
Рисунок 4.5. Технологическая схема анаэробного аппарата
с кипящем слоем загрузки «Биосорб»
25
26
б) комбинированный UASB-реактор; в) биосорбер с псевдоожиженным слоем активированного угля
Рисунок 4.6. Типы анаэробных реакторов для очистки сточных вод молокозаводов: а) анаэробный биофильтр;
Рисунок 4.7. Сравнительная эффективность функционирования
анаэробных биореакторов: 1 – биофильтр; 2 – комбинированный биореактор;
3 – биосорбер
Ниже приведен пример расчета IC-реактора башенного типа с внутренней циркуляцией, BIOPAQ® IC, производство PAQUES BV, Нидерланды (рис. 4.8). В анаэробных условиях BIOPAQ®IC бактерии разлагают органические загрязнения в промышленных стоках, в результате чего получают очищенную воду и биогаз, который в дальнейшем может быть использован для производства экологически чистой электроэнергии.
Эффект очистки в биореакторе определятся как:
=
=
100% = 89% (4.1)
где Lвх – БПКп сточных вод, поступающих на очистку и прошедших первичное осветление на 30%, мг/дм
= 0,7
– БПКп сточных вод после очистки, принято 100 мг/дм3 при условии
L
вых
= 0,7 1280 = 896 /
3
:
(4.2)
сброса в сеть бытовой канализации.
Объем анаэробного реактора, при расчетном времени обработки 20
3
часов и часовой производительности 13,6 м
.
=
= 13,6 20 = 272
/ч, равен:
(4.3)
27
Площадь анаэробного реактора:
.
=
.
=
= 13,6
(4.4)
Диаметр анаэробного реактора:
.
=
.
=
,
,
= 4 (4.5)
Выход биогаза определяется по формуле:
= = 109 0,09 = 9,81 / (4.6)
3
где Г – выход газа на 1 м
сточных вод;
Q – суточная производительность станции.
()()
=
,()()
=
= 0,09 / (4.7)
где 3 – зольность сухого вещества загрязняющих веществ, равна 25%;
– плотность газа, равна 1 кг/м3;
ρ
г
у – распад беззольного вещества, %
=
,
=
= 0,38 (4.8)
где а – предел сбраживания беззольного вещества загрязнений сточных
вод, равен 50 %;
n – экспериментальный коэффициент, зависящий от влажности осадка и температурного режима сбраживания, принимается по [21];
α – суточная доза возвратного ила, %.
Анаэробный реактор ІС – это вертикальный резервуар высотой 20
метров и диаметром 4 метра. Промышленные стоки с помощью эффективной распределительной системы нагнетаются в реактор, где смешиваются
с гранулированным анаэробным илом. В нижней части реактора из органических составляющих стоков производится метан (CH
газ (CO
). Эта смесь газов, или биогаз, улавливается в газосепараторах в
2
) и углекислый
4
средней части реактора. При этом создается так называемый "газовый
лифт", который "поднимает" смесь воды и ила в колонну и направляет в
водо- и газосепаратор в верхней части реактора.
Биогаз отводится из реактора через верхнюю часть реактора, а смесь
воды и ила по трубе возвращается обратно в нижнюю часть реактора, чтобы снова и снова повторить вышеописанный цикл, который называется
"внутренняя циркуляция". Во второй, верхней части, реактора сточная вода при необходимости дополнительно очищается. Газосепараторы в верхней части реактора собирают биогаз, который производится, в то время как
очищенная сточная вода отводится из реактора через переливной лоток.
Саморегулируемая внутренняя циркуляция имеет большие преимущества при введении установки в эксплуатацию, обеспечивает снижение
28
расходов по обслуживанию, более высокую производительность, надежность и бесперебойность работы.
В ІС-реакторах успешно используют гранулированный активный ил.
Гранулированный ил имеет высокую активность, достаточно высокую
прочность гранул и хорошие седиментационные свойства.
Учитывая выше сказанное, необходимо подчеркнуть то, что анаэробные биореакторы являются перспективными и энергоэффективными сооружениями, которые могут применяться в схемах очистки сточных вод различных предприятий пищевой промышленности, в том числе и молокозаводов.
Единственным препятствием для широкого распространения данной
технологии является отсутствие опыта на российских промпредприятиях
по переработке молока и производству молочной продукции.
В основном, анаэробные биореакторы производятся и применяются в
странах Европы и Азии.
Рисунок 4.8. Анаэробный реактор
29
Для сравнения двух технологических схем (1 – сброс в водный объ-
Схема №1
Схема №2
строи-
монтаж-
обору-
строи-
монтаж-
обору-
Шнековые
ект; 2 – сброс в сеть бытовой канализации) очистки сточных вод, включающих анаэробный реактор, выполнен объектный сметный расчет на строительство основных сооружений очистки с использованием укрупненных
данных [69] и представлен в таблице 4.2.
Таблица 4.2
Сравнение стоимости сооружений для производительности 109 м3/сут.
(сброс сточных вод в реку)
Сооружение
тельные
решетки
Усреднитель - 18,8 941 959,8 - 18,8 941 959,8
Первичные
вертикальные
отстойники
Анаэробный
реактор
Вторичные
вертикальные
отстойники
Вторичные
отстойники
+ МБР
УФО - 7,6 379,2 386,8 - - - -
1929,5 227 - 2156,5 1929,5 227 - 2156,5
Стоимость, тыс. руб. Стоимость, тыс. руб.
ные
- 18,4 920 938,4 - 18,4 920 938,4
- 0,2 3350 3350,2 - 0,2 3350 3350,2
- - - - 1225,8 136,2 - 1362
- 86,4 4320 4406,4 - - - -
дование
всего
(сброс сточных вод в канализацию)
тельные
ные
дование
всего
ИТОГО 1929,5 358,2 9910,2
12198,1
3155,3 400,4 5211
Кроме затрат на строительство очистных сооружений, произведем
расчет эксплуатационных затрат, тыс. руб./год, по формуле:
С = Са + Стр + Сзп + С
+ Сц + Спр, (4.9)
стр
где С – суммарные эксплуатационные расходы;
– амортизационные отчисления по сооружениям, оборудованию и
С
а
другим основным фондам;
– затраты на текущий ремонт;
С
тр
– заработная плата производственных рабочих;
С
зп
– страховые взносы;
С
стр
– затраты на цеховые и общеэксплуатационные расходы;
С
ц
– прочие производственные расходы.
С
пр
30
8766,9
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]