2. Очистка сточных вод пищевой промышленности физико-химическими методами
плазмохимический очистка сточная вода
Трубка длиной 850 мм изготовлена из кварцевого стекла. При сжигании навески в фарфоровой либо кварцевой лодочке, помещенной в трубку, сгорание может происходить не полностью.
Рис.1.1 Трубка для сжигания пробы:
1 — затвор; 2 — кварцевая трубка; 3 — асбестовый фильтр; 4 — гранулированный оксид меди; 5 — лодочка для навески пробы
В результате образуется оксид углерода, который, двигаясь через слой нагретого катализатора, окисляется до диоксида, а оксид меди восстанавливается.
На асбестовом фильтре задерживаются несгоревшие частицы сажи и происходит их дожигание. В период после окончания горения до ввода новой пробы оксид меди вновь окисляется.
На рис.1.2 показана схема газового тракта прибора. Воздух от компрессора поступает через редуктор в поглотитель аммиака, заполненный раствором ортофосфорной кислоты, затем попадает в блок газоподготовки прибора, где очищается от диоксида углерода.
Далее воздух поступает в трубку для сжигания, через фильтр и поглотитель серы подается в измерительную ячейку анализатора.
Рис.1.2 Схема илового тракта углеродомера: 1 — компрессор; 2 — редуктор; 3 — поглотитель аммиака; 4 — поглотитель диоксида углерода; 5 — трубка для сжигания пробы; 6 — фильтр; 7 — поглотитель диоксида серы; 8 — датчик количостиа диоксида углерода
Рассчитанное значение сходимости результатов анализов составило 0,0236% С. Допустимое максимальное значение сходимости 0, 2008 %С.
Таким образом, значение сходимости показаний прибора при определении углерода в органическом веществе на порядок ниже максимально допустимого. Для определения содержания углерода в жидких материалах берут навеску жидкости в кварцевой лодочке, а затем высушивают при температуре 105°С. Лодочку с высушенной навеской помещают в трубку для сжигания и выполняют анализ, предварительно установив значение навески жидкости на регистрирующем блоке, прибора.
Метод позволяет выполнять анализы вод на карбонаты, для чего определяют содержание углерода сначала в жидкости с рН 7, затем в подкисленной до рН 4 (ортофосфорная кислота).
Из первого результата определения вычитают значение второго результата и пол процентное содержание углерода карбонатов в жидкости.
Технические жидкости применяемые в гражданской авиации, назначение, применение
... в зависимости от свойства авиационных топлив, смазочных материалов и специальных жидкостей. Поэтому применяемые на летательных аппаратах топлива, смазочные материалы и специальные жидкости ... смолообразования в топливах. Непредельные углеводороды (олефины) - это углеводороды, в молекулах которых атомы углерода ... развития криогенной авиации. Относительная оценка криогенных топлив показана в табл. 3.4. ...
Фосфор определяют по двум основным показателям — «Общий фосфор» и «растворимые фосфаты». Для контроля биологической очистки сточных вод пищевых предприятий в подавляющем большинстве случаев достаточно определять содержание общего фосфора.
Для облегчения выполнения анализов сточной воды по БПК разработаны автоматические и полуавтоматические устройства.
|
Биоценоз |
С |
N |
||
|
у EG C |
т С , ч-1 |
у EG N |
||
|
Аэробный |
2,0 |
0,003 |
8,3 |
|
|
Анаэробный |
0,2 |
0,005 |
,8 |
|
|
Микроводоросли |
0 |
0 |
12,5 |
|
Удельная скорость роста является показателем, характеризующим продукцию биомассы активного ила в блоке реактор-отстойник. Эта величина есть функция времени пребывания жидкости в реакторе и степени рециркуляции осадка из отстойника как при аэробной, так и при анаэробной очистке.
Зная соотношение С/N субстрата и используя уравнение (1.5), можно найти такое значение ц, при котором исчерпание элементов С и N будет наиболее полным. На рис.1.3 уравнение (1.4) представлено графически, здесь же указаны области значений субстрата, при которых целесообразно использовать тот или иной биоценоз. При расчетах значения т N приняты равными нулю. Практически некоторая потеря азота имеется главным образом с покидающими биохимический реактор газами. Значения т и у EG взяты из таблицы. Субстраты с большим относительным содержанием азота (С/N > 4) можно использовать для культивирования микроводорослей. В этой области однозначной зависимости µ (С/N) нет. Если сточная жидкость имеет соотношение С/М более 4, то график позволяет оценить значение µ, которое необходимо поддерживать в реакторе для наиболее полного исчерпания углерода и азота из субстрата. Каждая точка на кривых 1 и 2 соответствует конкретному значению µ, при котором углерод и азот будут потребляться биоценозом в определенном соотношении. Зная С/N исходной сточной воды, можно выбрать соответствующую удельную скорость роста биоценоза, определить объем реактора и степень рециркуляции биомассы для наиболее полной очистки.
Рис.1.3 Зависимость удельной скорости роста микроорганизмов µ от соотношения углерода и азота в субстрате при аэробном (1) и анаэробном ( 2) культивировании
Примененный подход также позволяет оценить соотношение C/N после очистки для выбора биоценоза последующей ступени, если исчерпание углерода из азота по каким-либо причинам произошло неполностью и требуется дальнейшая очистка. Снижение содержания углерода в субстрате ДS может быть рассчитано по методике, изложенной в разделе 4. Соответствующее снижение содержания азота паходится из уравнения (1.4).
Соотношение углерода и азота на выходе из ступени очистки
С/N = (So C — ДS C ) / (So N — ДS N ) , (1.5)
где ДSo C , So N — концентрация углерода и азота в сточной воде, поступающей на очистку.
Приведенный метод оценки соотношения элементов в очищенной жидкости и необходимой удельной скорости роста для различных биоценозов и субстратов можно использовать при разработке технологических схем и технико-экономического обоснования выбранного решении. Несомненно, наряду с предложенным критерием следует учитывать и многие другие — концентрацию субстрата, возможность утилизации образующихся при очистке продуктов и т.д.
Как правило, в сточных водах предприятий пищевой промышленности нет дефицита фосфора, поэтому при оценке пригодности воды для биологической очистки достаточно ограничиться соотношением углерода (БПК, ХПК) и азота.
Важное значение для функционирования очистных систем имеет рН поступающей на очистку воды. Обычно считается, что диапазон рН при биологической очистке составляет 6,5-8,5. Тем не менее системы биологической очистки могут нормально функционировать и при более высоких или низких значениях рН поступающей воды. В самом биохимическом реакторе складывающийся при конкретных технологических параметрах биоценоз способен в определенных пределах изменять рН культуральной жидкости и сам перестраивается для существования при установившемся рН. Если биоценоз достаточно адаптирован к данной сточной воде, то биологическая очистка протекает нормально и при неоптимальных для большинства известных микроорганизмов значениях рН поступающей жидкости. Как правило, рН поступающей на очистку жидкости отличается от значений, устанавливающихся в непрерывнодействующем реакторе. Крайне неблагоприятным в таких условиях воздействием на процесс является резкое колебание рН подаваемых в реактор сточных вод. Для нормальной очистки не так важно значение рН очищаемой воды, как стабильность этого показателя.
Сточные воды предприятий пищевой промышленности относятся к категории высококонцентрированных стоков по органическим загрязнителям. Они содержат многочисленные и различные по природе загрязнения: жир, молоко, чешую, шерсть, кровь, кусочки тканей животных, соли, минеральные нерастворимые примеси, моющие средства и др. Эти воды характеризуются высокими показателями БПК, ХПК, взвешенных веществ, жиров и др.
При сбросе производственных стоков в городскую канализационную сеть возникает необходимость в создании на территории предприятий локальных очистных сооружений для предварительной очистки сточных вод от взвесей и жира. Сложность решения проблемы очистки производственных сточных вод обусловлена разнообразием их состава, сложностью физико-химических и биологических процессов, лежащих в основе их очистки, большими капитальными и эксплуатационными затратами на сооружение очистных комплексов и отдельных установок.
Требования к составу сбрасываемых в канализацию стоков диктуют необходимость разработки новых схем очистки, интенсификации работы существующих очистных сооружений. Последняя может быть обеспечена как путем совершенствования существующих конструкций, так и дополнительным включением в схему очистки новых эффективных узлов, обеспечивающих требуемую степень очистки.
Количество и состав сточных вод в большой степени зависят от вида обрабатываемого сырья и ассортимента выпускаемой продукции, технологического процесса, применяемого оборудования и иных факторов.
Рассмотрим в основных чертах методы первичной очистки, реализация которых практически осуществлена ЗАО «БМТ».
Механическую очистку применяют для удаления из сточных вод нерастворимых примесей. Для такой очистки используют решетки, сита, песколовки, отстойники, жироловки, различные фильтры.
Из физико-химических способов очистки наиболее распространенны флотационный и сорбционный методы, а также метод коагуляции.
Процесс очистки сточных вод флотацией заключается в образовании комплексов частицы-пузырьки, всплывании этих комплексов и удалении образовавшегося пенного слоя с поверхности воды. При очистке стоков применяют компрессионный (напорный), механический и пневматический виды флотации, отличающиеся способом введения в жидкость пузырьков воздуха.
Для очистки сточных вод применяют метод коагуляции. При коагуляции применяют традиционные неорганические вещества (соли двух — и трехвалентного железа, алюминия).
Для интенсификации процесса широко применяют флокулянты, добавление которых к минеральным коагулянтам приводит к уменьшению расхода последних и повышает плотность и прочность образующихся агрегатов.
К электрохимическим методам относят электрофлотацию и электрокоагуляцию. Сущность электрофлотационного метода заключается в том, что насыщение очищаемой жидкости пузырьками происходит при электролизе сточных вод. Электроды располагаются таким образом, что газовые пузырьки, поднимаясь вверх, пронизывают весь объем обрабатываемой жидкости.
Электрокоагуляция является частным случаем электрофлотации, когда применяют растворимые алюминиевые или железные электроды.
Описанные методы используют для очистки стоков в различных комбинациях с учетом характера сточных вод. Ниже будут рассмотрены варианты различных технологических и технических решений, реализованных на практике.
Первые два предприятия представляют собой мясоперерабатывающие комбинаты. «Санта-Бремор» специализируется на выпуске рыбной продукции в широком ассортименте, также на предприятии действует цех по производству мороженого. Производственные сточные воды этих предприятий, безусловно, нуждаются в локальной очистке перед сбросом в городскую канализацию. Основные показатели состава сточных вод, а также требования к сбросу в канализацию г. Бреста представлены в табл.1.
Таблица 1
Характеристика состава сточных вод
|
БПК, мгО 2 /л |
Жиры, мг/л |
Взвешенные вещества, мг/л |
||
|
«Евро-Трейд» |
700 |
150 |
600 |
|
|
«Инко-Фуд» |
1600 |
400 |
2000 |
|
|
«Санта-Бремор» |
3975 |
325 |
2060 |
|
|
Требования к очищенным стокам |
510 |
18,6 |
300 |
|
Из данных таблицы видно, что значение показателей состава сточных вод в десятки раз превышает предельно допустимые. Возможность очистки вод различного состава до нормативного качества для сброса в канализацию г. Бреста с применением физико-химических методов будет показана ниже.
Проектирование локальных систем очистки для этих производств осуществили на основании результатов экспериментов, проведенных в лабораторных условиях и на пилотных установках непосредственно на предприятиях. При этом были выбраны основные стадии очистки, определены технологические особенности организации каждой из них, а также предполагаемое качество очистки стоков.
Предложенная технология включила следующие стадии:
- предварительную грубую очистку на решетках;
- очистку на жироловках;
- отстаивание и усреднение стоков;
- флотацию и электрофлотодеструкцию с предварительной реагентной обработкой;
- осветление очищенных стоков в отстойниках;
- обработку образующихся осадков.
Организовали эти стадии с некоторыми модификациями, но в целом технология соответствовала описанной выше. Наиболее простая схема была предложена для очистки производственных стоков предприятия «Евро-Трейд», которые характеризуются наименьшей загрязненностью (см. табл.1).
В технологии работы очистных сооружений «Санта-Бремор» заложена более сложная схема — по противоположной причине.
Рассмотрим подробнее реализацию каждой стадии на примере технологической схемы предприятия «Санта-Бремор».
Для грубой механической очистки от крупных включений использовали решетки-процеживатели производства ЗАО «БМТ». Решетка установлена в приямке — сборнике исходных стоков, она задерживает частицы более 7 мм. Съем шлама происходит постоянно автоматически скребковым механизмом. Осадок, задержанный на решетке, собирается в промежуточном накопителе (мешок, проволочная корзина) и по мере его заполнения удаляется вручную и направляется на утилизацию.
На очистных сооружениях дополнительно установили барабанные фильтры с прозором решетки 3 мм. Необходимость их установки обусловлена значительным количеством сравнительно мелких частиц специй, присутствующих в сточных водах. Шлам непрерывно выводится из фильтров и выгружается в контейнер, а затем направляется на утилизацию.
Для очистки от свободных жиров выбрали жироловки, представляющие собой двухсекционные полимерные емкости. Основная масса жиров выделяется в первой секции жироловки в верхней ее части. По мере накопления жировая фракция собирается вручную и направляется на утилизацию.
Вода после жироловок самотеком поступает в усреднитель, позволяющий усреднить возможные колебания состава и расхода исходных стоков. Перемешивание воды в усреднителе осуществляется сжатым воздухом через перфорированные трубы. Стоки, пройдя через усреднитель, перетекают в отстойник, откуда насосом подаются на узел электрофлотодеструкции.
Данная стадия является ключевым моментом очистки сточных вод от органических загрязнений, в большей мере обеспечивает снижение ХПК и БПК сточных вод, а также дополнительную очистку от взвешенных веществ и эмульгированных жиров.
Способ напорной флотации основан на образовании перенасыщенного раствора газа в напорной емкости под давлением и последующем выделении мельчайших пузырьков в открытых флотаторах за счет перепада давлений. Преимущество данного метода состоит в том, что пузырьки воздуха образуются непосредственно на поверхности частиц загрязнений, благодаря чему повышается степень извлечения этих частиц.
Сущность метода электрофлотационного способа очистки сточных вод заключается в переносе вещества из жидкости на ее поверхность с помощью пузырьков газа, образующихся при электролизе воды. С поверхности обрабатываемой жидкости они удаляются в виде флотошлама шламовым механизмом. Таким образом происходит электрофлотационное извлечение остаточных жиров, взвешенных веществ, дополнительно осуществляется электрохимическое окисление органических соединений.
Дополнительно в результате окисления присутствующих в очищаемой воде хлоридов выделяющимся кислородом, наряду с другими электрохимическими процессами, происходит образование гипохлорита натрия, который диссоциирует в водной среде с образованием активного хлора (смесь гипохлорит-ионов и гипохлористой кислоты), за счет чего достигается снижение концентрации хлоридов.
Активный хлор является сильным окислителем, что обеспечивает повышение степени очистки стоков, а также их дезинфекцию.
Обработка стоков «Санта-Бремор» включает в себя оба метода флотации, конструктивно объединенных в одном аппарате: вода после зоны напорной флотации проходит через блок электродов, где происходит электрофлотодеструкция. Высокая эффективность последней обусловлена высоким содержанием солей (несколько граммов на литр) в сточной воде.
В ряде случаев скорость флотационного извлечения частиц может увеличиваться в результате их укрупнения — коагуляции. Тип и дозы коагулянтов подбирали на основании результатов предварительных экспериментальных работ. Предварительная реагентная обработка на 15 — 20 % позволяет увеличить эффективность очистки стоков. В качестве коагулянта используется полиоксихлорид алюминия марки «Аква-Аурат». Он дозируется в виде 10 % раствора перед узлом электрофлотодеструкции, доза реагента составляет 100 мг/л.
Стоки после электрофлотодеструктора обрабатываются известью с целью удаления большинства белковых соединений. Дозирование осуществляют сухим способом, доза извести составляет порядка 400 мг/л. Образующийся гидроксид кальция обладает коагулирующим действием, частично сорбирует загрязнения, а также повышает рН обрабатываемых стоков до величины 8 — 8,5. Повышение величины рН необходимо, так как рН исходных стоков составляет обычно 4 — 5 единиц за счет высокого содержания в них уксусной кислоты, обусловленного применением маринадов на производстве. Для ускорения седиментации осадка в отстойнике стоки обрабатываются 0,1 % раствором флокулянта марки «Праестола» в количестве до 2 мг/л. Он является органическим синтетическим высокомолекулярным полимером на основе полиакриламида. Обработка флокулянтами интенсифицирует выделение из водных систем разнообразных взвешенных веществ за счет их структурирования (укрупнения, утяжеления, удаления связанной воды).
Обработанная таким образом вода поступает в вертикальные отстойники, где происходит ее осветление. С целью повышения эффективности работы отстойника он оснащен тонкослойными модулями, в которых процесс осаждения взвеси происходит в слоях небольшой высоты. Осветленная вода сбрасывается в канализацию.
Таким образом, стадия отстаивания после электрофлотодеструкции обеспечивает осветление воды и, следовательно, очистку от взвешенных веществ.
Обработку осадков проводят с целью уменьшения их объема для подготовки к организованному удалению с территорий очистных сооружений и последующей утилизации. Обезвоживание осадков позволяет уменьшить их влажность с 98 до 80 % и в несколько раз сократить их объем, что значительно упрощает дальнейшую утилизацию.
В настоящее время осадок с отстойников, жировая масса с жироловок и флотошлам собираются в общем приямке и машинами АСМ вывозятся на утилизацию. Вторым этапом этой работы будет проектирование цеха механического обезвоживания.
В настоящее время в эксплуатации находятся очистные сооружения предприятия «Санта-Бремор», работы на «Евро-Трейде» и «Инко-Фуде» находятся на стадии монтажа оборудования и пуско-наладки. В процессе эксплуатации очистных сооружений «Санта-Бремор» установили, что качество очистки сточных вод соответствует заложенному в проекте и обеспечивается нормативное качество воды для сброса в канализацию г. Бреста. Значительно снижаются величина БПК и содержание жиров, весьма эффективна очистка от взвешенных веществ, их содержание в несколько раз меньше предельно допустимого к сбросу. Значение рН обработанной воды находится в пределах 8 — 8,5 единиц, что также соответствует нормативным требованиям.
Таким образом, локальная очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности, специализирующихся на мясо — и рыбопереработке, может быть успешно осуществлена с помощью физико-химических методов даже для высококонцентрированных по органическим загрязнениям стоков.
