Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водоотведение региональных предприятий по производству молочной продукции. Монография
.pdf
6.5. Проведение полупромышленных испытаний
по замене моющих средств на CIP-мойке оборудования
Моющие средства, применяемые в настоящее время на предприятии,
(согласно данным отчета внешнего аудита, проводимого в 2017 г.), не
обеспечивают требуемое качество мойки технологического оборудования.
Так как в качестве моющих средств используются чешуированный каустик
и азотная кислота, то образующиеся после промывки сточные воды характеризуются значительными колебаниями рН среды от 5,3 до 11,6.
Для улучшения качества технологической мойки предлагается произвести замену на моющие средств Chrisal производства Бельгии:
- для щелочной мойки – SuperSMF-240 (новое название CAS-12.9 –
отделитель условно щелочного действия);
- для кислотной мойки – OrganicDescaler (новое название CAS-0.5 –
отделитель условно кислотного действия).
Основные характеристики моющих средств представлены в таблице 6.9.
Таблица 6.9
Физико-химические характеристики моющих средств
Наименование
показателя
Температура кипения °С 100 100
Температура
плавления
рН един. рН 13,0 0,5
Плотность кг/м
Растворимость в воде - Полностью растворим Полностью растворим
Динамическая вязкость, при t = 20°С
Кинематическая вязкость, при t = 20°С
Единицы
измерения
°С 0 0
3
мПа∙с 1 1
мм2/с 1 1
CAS-12.9 CAS-0.5
1075 1037
В процессе исследования новых средств определялось изменение показателя среды рН:
- отделитель условно кислотного действия CAS-0.5 на основе орга-
нических кислот имеет исходное значение рН=0,5 – среда сильнокислая;
- отделитель условно щелочного действия CAS-12,9 имеет исходное
значение рН=13 – среда сильнощелочная.
61
Для определения зависимости изменения рН принятых средств от
Показатели
рН
Калий, мг/дм3
Натрий, мг/дм3
Магний, мг/дм3
Кальций, мг/дм3
Значения
7,16
1,54
16,00
0,42
20,52
хлориды,
мг/дм3
сульфаты,
мг/дм3
фториды,
мг/дм3
фосфаты,
мг/дм3
железо общее,
мг/дм3
Значения
6,55
11,29
1,644
7,09
2,50
А
концентрации раствора проведено их разбавление водой, качество которой
представлено в таблице 6.10.
Таблица 6.10
Качество воды для приготовления растворов моющих средств
Показатели
Результаты разбавления представлены на графиках (рисунок 6.17
и 6.18).
Графики представлены для концентраций растворов в диапазонах,
рекомендуемых для производственной мойки (от 0,1 до 2%).
На рисунке 6.18 в качестве сравнения показана точкаВ, соответствующая по концентрации С = 1% и рН = 11,85 раствору щелочи, используемой в настоящее время на предприятии.
Предварительное испытание моющего средства CAS-12.9 проводилось с 10-00 до 17-00 в рабочее время молокозавода. Эксперимент проводился в производственных условиях на CIP-мойке. Определение концентрации раствора при работе CIP-мойки осуществляется индуктивным измерительным преобразователем электропроводности / концентрации и
температуры с коммутирующими выходами JUMO CTI-750. Основные параметры рабочего раствора: концентрация моющего средства – 0,5 %;
электропроводность – 0,70-0,78 mS/sm при температуре t =70-75°С.
12
10
8
6
4
рН раствора
2
0
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Рисунок 6.17. Изменения рН среды в зависимости от концентрации
моющего средства CAS-0.5 при его разбавлении водой (при t =70°С)
y = 6,9592e
концентрация раствора, %
-0,567x
62
На рисунке 6.17 в качестве сравнения показана точка А, соответствующая по концентрации С = 2% и рН = 1,12 раствору азотной кислоты,
используемой в настоящее время на предприятии.
13
12
11
10
9
8
рН раствора
7
6
5
0 0,5 1 1,5 2 2,5
Рисунок 6.18. Изменения рН среды в зависимости от концентрации
моющего средства CAS-12.9 при его разбавлении водой (при t =70°С)
y = -0,6891x2 + 3,0871x + 7,4057
Концентрация раствора, %
В
На рисунке 6.18 в качестве сравнения показана точкаВ, соответствующая по концентрации С = 1% и рН = 11,85 раствору щелочи, используемой в настоящее время на предприятии.
В процессе эксперимента произведен отбор проб сточных вод на отдельных участках технологических потоков и из накопителя. Данные по условиям отбора проб производственных сточных вод приведены в таблице 6.11.
Таблица 6.11
Условия отбора проб при проведении предварительного испытания
моющего средства CAS-12.9
№пп Проба воды
1 Проба № 1 Накопитель до промывки (10-00)
2 Проба № 2 Сброс воды после предварительной промывки оборудования (10-30)
3 Проба № 3 Раствор CAS-12.9 –0,5% (13-30)
4 Проба № 4 Остаточный раствор CAS-12.9 в танке (14-00)
5 Проба № 5 Сброс после заключительного этапа промывки холодной водой (14-30)
Место отбора проб, дополнительные сведения (время)
63
Окончание таблицы 6.11
Концентрации загрязнений в пробах
производственных сточных вод,
Проба
№ 1
Проба
№ 2
Проба
№ 3
Проба
№ 4
Проба
№ 5
Проба
№ 6
Проба
№ 7
Проба
№ 8
рН
5,44
7,05
8,82
8,95
7,56
8,53
8,53
7,42
Взвешенные
вещества, мг/дм
ХПК, мгО/дм
3
1940
65,40
968
991
316,50
267
779
2048
Сухой остаток,
мг/дм3
Аммоний, мг/дм3
20,30
1,76
-
1,82
1,73
1,51
1,68
0,51
Нитриты, мг/дм3
0,2<
0,2<
-
0,2<
0,2<
0,2<
0,2<
1,69
Нитраты, мг/дм3
1,05
0,2<
-
1,25
1,70
3,05
0,86
29,92
Оксалаты, мг/дм3
- - - - - - -
45,00
Фосфаты, мг/дм3
144,20
6,70
-
2,90
7,19
6,10
9,79
35,94
№пп Проба воды
6 Проба № 6
7 Проба № 7 Сброс раствора после щелочной промывки (15-40)
8 Проба № 8
Колодец на выпуске стоков до промывки (помещение мойки
автомолокоцистерн) (15-00)
Колодец на выпуске стоков после промывки (помещение мойки
автомолокоцистерн)(16-50)
Место отбора проб, дополнительные сведения (время)
Результаты химического анализа указанных проб сточных вод при
проведении предварительного испытания моющего средства CAS-12.9
приведены в таблице 6.12.
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что при использовании в качестве моющего средства CAS-12.9 возможно снижение рН
сточных вод после промывки до значений, не превышающих 9. Низкое
значения рН = 5,44 в пробе №1, отобранной из накопителя, свидетельствуют о сбросе в систему канализацию сыворотки либо стоков после
промывки азотной кислотой.
После технологической мойки сотрудниками лаборатории молокозавода был произведен микробиологический анализ, который показал отрицательный результат.
Таблица 6.12
Результаты анализов производственных сточных вод
при проведении предварительного испытания моющего средства CAS-12.9
Показатели
качества
3
508 15,2 5,0 10 56 93 100 701
- - - - - - - 2980
возможностью настройки диапазона срабатывания датчика электропроводности. Электропроводность 0,5 %-го раствора CAS-12.9 при температу-
В полном объеме эксперимент реализовать не удалось в связи с не-
64
ре t = 60-65°С близка к электропроводности чистой воды при температуре t
= 70-75°С. При понижении температуры раствора CAS-12.9 датчик определяет его как воду и почти полностью сбрасывает в канализацию. Кроме
того, наблюдалось повышенное пенообразование раствора.
Повторный эксперимент был проведен 11.12.2018. Для увеличения
электропроводности моющего раствора рекомендовано в рабочий раствор
добавлять поваренную соль (хлорид натрия NaCl – лучше использовать
3
таблетированную соль) в концентрации 0,5 г/дм
.
Добавление NaCl не влияет на рН раствора и не приводит к увеличению общей жесткости воды. При добавлении NaCl в концентрации 0,5
3
общая жесткость воды составила 3,4 мг-экв/дм3, сухой остаток (ми-
г/дм
3
нерализация) – 846 мг/дм
.
В связи с повышенным пенообразованием концентрация CAS-12.9
была снижена до 0,1 %, что соответствовало рН = 7,6 (при температуре t
= 70 °С и рН исходной воды 6,9). Электропроводность полученного рас-
3
твора (0,1%-ый раствор CAS-12.9 + 0,5 мг/дм
NaCl) при температуре t =
70-75 °С составила 1,75 – 1,8 mS/sm, что позволило осуществить
настройку интервала срабатывания датчика при возврате раствора и
уменьшить его сброс в канализацию. Пенообразование в процессе мойки
практически не наблюдалось, максимальный слой пены при возврате
моющего средства в бак составил 3-5 см.
В период пробной эксплуатации рекомендуется поддерживать
концентрацию моющего средства CAS-12.9 в диапазоне 0,2-0,3% (рН =
7,9-8,1) и вести наблюдение по микробиологическим показателям. В
дальнейшем, при установившемся положительном эффекте мойки, концентрацию моющего средства можно снизить до 0,1%. Повышенными
концентрациями производить профилактическую мойку оборудования
2-4 раза в месяц.
Испытание моющего средства CAS-0.5 проводилось 13.12.2018.
Эксперимент проводился в производственных условиях на CIP-мойке.
Определение концентрации раствора при работе CIP-мойки осуществляется индуктивным измерительным преобразователем электропроводности/концентрации и температуры с коммутирующими выходами
JUMO CTI-750. Основные параметры рабочего раствора: концентрация
моющего средства – 0,3 %; электропроводность – 0,76-0,85 mS/sm при
температуре t =70-75°С.
Для увеличения электропроводности в рабочий раствор добавлялась поваренная соль (хлорид натрия NaCl – лучше использовать табле-
3
тированную соль) в концентрации 0,5 г/дм
ченного раствора (0,3%-ый раствор CAS-0.5 + 0,5 мг/дм
. Электропроводность полу-
3
NaCl) при температуре t = 70-75 °С составила 1,85–1,87 mS/sm (рН = 6,4), что позволило осуществить настройку интервала срабатывания датчика при воз-
65
врате раствора и уменьшить его сброс в канализацию. Пенообразование
в процессе мойки незначительное.
В период пробной эксплуатации рекомендуется поддерживать концентрацию моющего средства CAS-0.5 до 0,5% (рН = 5,3-5,5) и вести
наблюдение по микробиологическим показателям. В дальнейшем, при
установившемся положительном эффекте мойки, концентрацию моющего
средства можно снизить до 0,3%. Повышенными концентрациями производить профилактическую мойку оборудования 1 раза в месяц.
В результате проведенных полупромышленных испытаний выяснилось:
− Для возможности использования моющих средств условно ще-
лочного действия CAS-12.9 и условно кислотного действия CAS-0.5 в системах автоматической CIP-мойки молокозавода необходимо увеличить
электропроводность моющего раствора.
− Увеличение электропроводности раствора без изменения других
его свойств возможно за счет добавления поваренной соли (NaCl) в кон-
3
центрации не более 0,5 г/дм
.
− На этапе пробной эксплуатации оптимальными являются концен-
трации: моющего средства условно щелочного действия CAS-12.9 – 0,2-0,3
% при рН = 7,9 – 8,1; моющего средства условно кислотного действия
CAS-0.5 – 0,5 % при рН = 5,3 -5,5. В дальнейшем концентрации растворов
могут быть снижены.
− Замена применяемых в настоящее время моющих средств (чешу-
ированный каустик и азотная кислота) на CAS-12.9 и CAS-0.5 позволит
стабилизировать значение рН сточных вод в рекомендуемом диапазоне (от
6 до 9) для сброса в бытовую сеть канализации.
66
7. Исследование влияния пробиотических средств
на качество сточных вод молокозавода
7.1. Информационный обзор
В связи с ухудшением экологической обстановки вопрос качественной очистки сточных вод и эффективной обработки осадков приобретает
все большую актуальность в мире. По состоянию на начало 21 века только
30% всех полученных подобных коммунальных жидких отходов проходит
необходимую обработку и утилизируется должным образом. Одной из
причин этого является отсутствие современных технологий обработки
сточных вод и их осадков, способных обеспечить оптимальное соотношение затрат ресурсов и качества результата.
В сфере новых технологий рассматривается способ с использованием
пробиотических средств (или пробиотиков), которые выпускаются в основном зарубежными производителями [9, 35, 39-40, 70, 83, 130].
Пробиотическое средство, или пробиотик – это бактериальный препарат, состоящий из пробиотических бактерий и ферментов. Данные препараты не содержат химических и минеральных примесей. Пробиотики
можно отнести к классу реагентов, которые обладают экологическими
свойствами и не изменяют в худшую сторону качество воды и осадков.
Пробиотические бактерии, по определению, являются непатогенными, нетоксичными, обладают высокой адгезивной и антагонистической
способностью к патогенным и условно-патогенным бактериям. Технологии с применением пробиотиков относят к экологическим природоподобным технологиям [9, 39].
Как правило, в состав пробиотиков входят анаэробные бактерии и
спорообразующие аэробные бактерии, которые способствуют процессам
очистки воды и обработки осадков на разных этапах. Например, на механические способы обработки воды способны воздействовать анаэробные
бактерии родов Bifidobacterium и Lactobacillus; влиять на биологическую
очистку могут аэробные бактерии, входящие в состав пробиотика, такие
как Bacillussubtilis, Bacillussubtilisvar.amyloliquefaciens, BacillusLicheniformis, Pumilus и Megaterium и другие [35].
В результате конкуренции за питательные вещества и места обитания
молочнокислые бактерии Bifidobacterium и Lactobacillus, вырабатывая большое количество органических кислот и биологически активных компонентов
(антибиотиков, лизоцима, бактерицинов, пероксида водорода), вытесняют патогенные бактерии и могут тормозить процессы анаэробного гниения осадков.
Анаэробные бактерии рода Lactobacillus приводят к образованию в
воде пероксида водорода (Н
), который, поступая на этап биологической
2О2
очистки в аэротенк, разлагается под действием активного ила, образуя воду и растворенный кислород. В этом случае, согласно исследованиям ряда
авторов, происходит увеличение концентрации растворенного кислорода в
67
аэротенке, что способствует эффективному биологическому разложению
органических загрязнений.
Интенсификация биологической очистки сточных вод происходит
также за счет жизнедеятельности аэробных бактерий, входящих в пробиотические средства. Бактерии рода Bacillus вырабатывают большой спектр
ферментов, способствующих разрушению высокомолекулярных, трудно
разлагаемых органических веществ. В результате эффект очистки сточных
вод по показателям БПК и ХПК должен возрастать.
Применением пробиотических средств для интенсификации
очистки воды занимались следующие зарубежные и российские ученые:
Мирон А.Р., Гвоздяк П.И., Серпокрылов Н.С., Борисова В.Ю., Молдагулова Н.Б., Матросова Л.Е., Маркин В.В. [9, 35].
Самые популярные марки пробиотиков, которые предлагаются к использованию в данных процессах: «PIP+WATER» (Бельгия), «SCDBioKlean» (Индия), «Microbec» (Польша), «Оксидол» (США), «Водограй»
(Украина), пробиотик компании ГК «Био Веста» (Новосибирск, Россия).
В технологиях очистки сточных вод предлагается три варианта введения пробиотических средств в технологических схемах канализационных очистных станций: 1) перед песколовками; 2) перед первичными отстойниками; 3) перед аэротенками. Наиболее выгодной является подача
пробиотиков перед первичным отстойником. В этом случае полезное действие пробиотика проявляется и на этапе первичного отстаивания, и на
стадии биологической очистки одновременно [35].
По данным, полученным предыдущими исследователями, при использовании пробиотиков в первичных отстойниках снижаются гнилостные процессы, уменьшается выделение «зловонных» газов, происходит частичное обеззараживание воды и осадка. Снижение газообразования в отстойниках улучшает режим осаждения примесей и улучшает качества сырых осадков (влагоотдачу и способность к уплотнению).
Одной из перспективных возможных технологий по обработке сточных вод молокозаводов и осадков сточных вод является использование
пробиотических средств с большим содержанием пробиотических микроорганизмов и ферментов, которые способны быстро разрушать органические соединения сточных вод. Пробиотики являются непатогенными, нетоксичными микроорганизмами, способными поглощать органические вещества и, тем самым, не оставлять питательной среды для развития патогенных микроорганизмов и гнилостных бактерий [9, 35]. Наиболее широкое применение пробиотические средства находят на сегодняшний день в
медицине для дезинфекции помещений [40, 70, 83], в косметологии и пищевой промышленности, в качестве моющих средств. Данные средства
также могут быть внедрены на предприятиях молочной промышленности
для обработки сточных вод в виду их экологичности.
Большой интерес представляет биологический метод разложения
ПАВ, в частности АПАВ (анионные поверхностно-активные вещества),
68
чистыми культурами микроорганизмов [39]. Определено, что ряд бактерий, например, Ps. aeruginosa, Serratiamarcescens, Escherichiacoli,
Aerobacteraerogenes, Salmonellaenteritidis, Paracolobactrumaerogenoides и
другие в качестве единственного источника углерода используют ПАВ,
разлагая их и, таким образом, снижая их содержание в сточной воде.
Также проводились исследования по влиянию дозы пробиотических
средств на изменение ХПК в модельном растворе сточных вод, в сточных
водах городских очистных сооружений города Тюмени, а также их влияние на седиментационные свойства активного ила [130]. Согласно полученным данным снижение ХПК при введении пробиотиков на стадии первичного отстаивания происходит на 12,2%, а эффект удаления взвешенных
веществ составил порядка 84,2%. Также улучшались седиментационные
свойства осадка вторичных отстойников.
Экспериментальная часть
7.2.
Целью
научной работы является исследование влияния пробиотических средств на степень очистки сточных вод предприятий молочной промышленности, а также предложение возможной технологической схемы
обработки сточных вод данных предприятий.
Исследования проводились в лаборатории кафедры Водоснабжения
и водоотведения Тюменского индустриального университета.
Объект исследования - производственная сточная вода предприятия
молочной промышленности (ООО «ПК «Молоко», с. Нижняя Тавда, Тюменская область); предмет исследования – изменение показателей качества
сточных вод под действием пробиотического средства «PIP Plus WATER»
(производитель - компания Chrisal, Бельгия).
Исследуемая сточная вода представляет собой смесь производственных сточных вод от моек технологического оборудования, автоцистерн,
тары и хозяйственно-бытовых сточных вод от душевых комнат и санузлов.
Сточная вода с предприятия накапливается в резервуаре-накопителе, откуда и осуществлялся забор проб.
Пробиотическое средство представляет собой жидкость, содержащую большое количество (6,36 млн на 1 мл) бактерий рода Ваcillus в споровом состоянии: Bacillussubtilis, Bacillussubtilisvar. amyloliquefaciens,
Bacilluslicheniformis, Bacilluspumilus, Bacillusmegaterium, и ферментов.
Качество воды после обработки пробиотиками оценивалось по нескольким показателям: реакция среды (рН); химическое потребление кислорода (ХПК); анионные поверхностно-активные вещества (АПАВ); концентрация аммоний-иона NH
-
ция нитритов NO
.
3
+
; концентрация фосфатов PO
4
3-
; концентра-
4
Определение выше приведенных показателей осуществлялось по
стандартным методикам:
1) Показатель рН воды определялся с помощью рН-метра рН-150МИ.
69
2) Для измерения ХПК виалу с пробой воды, бихроматом калия и
Номер
пробы
1
Сточная вода с постоянной аэрацией
Сточная вода с добавлением пробиотического средства концентрацией
0,01 мг/дм3
Сточная вода с добавлением пробиотического средства концентрацией
0,01 мг/дм3и постоянной аэрацией
Сточная вода с добавлением пробиотического средства концентрацией
0,01 мг/дм3 и разовым добавлением питательного субстрата (раствора сахара)
серной кислотой в присутствии катализатора сульфата серебра выдерживают при 150°С в предварительно нагретом термореакторе «Термион» в
течение двух часов. После остывания виалы до комнатной температуры
значение ХПК определяется фотометрическим методом на анализаторе
жидкости «Флюорат-02» [37].
3) Концентрация АПАВ определялась флуориометрическим мето-
дом на анализаторе жидкости «Флюорат-02». Проба сточной воды объе-
3
мом 5 см
3
см
дистиллированной воды, 1 см3 соляной кислоты и красителя акридино-
вого желтого и 5 см
помещается в делительную воронку, куда затем добавляются 4
3
хлороформа. Далее осуществляется экстрагирование
АПАВ путем встряхивания делительной воронки в течение 2-3 минут. После разделения слоев пробу сточной воды помещают в кювету и определяют значение АПАВ [36].
4) Концентрации аммония, нитратов и фосфатов определялись с помощью системы капиллярного электрофореза «Капель-105М» [25, 26]. Перед
непосредственным измерением концентраций ионов пробы сточной воды, буферные растворы, дистиллированная вода в пробирках типа Эппендорф подвергаются центрифугированию. Метод капиллярного электрофореза (КЭ) основан на разделении компонентов сложной смеси в кварцевом капилляре под
действием приложенного электрического поля. Микрообъем анализируемого
раствора вводят в капилляр, предварительно заполненный подходящим буфером – электролитом. После подачи к концам капилляра высокого напряжения
(до 30 кВ), компоненты смеси начинают двигаться по капилляру с разной скоростью, зависящей в первую очередь от заряда и массы (точнее – величины
ионного радиуса) и, соответственно, в разное время достигают зоны детектирования. Полученная последовательность пиков называется электрофореграммой, при этом качественной характеристикой вещества является параметр
удерживания (время миграции), а количественной – высота или площадь пика,
пропорциональная концентрации вещества.
После определения необходимых показателей в исходной сточной
3
воде, ее помещают в 4 мерных стакана объемом 500 см
каждый. Номера
проб, а также добавки, вводимые в каждую пробу приведены в таблице 7.1.
Способы обработки проб воды
Способы обработки пробы
2
3
4
70
Таблица 7.1
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]