К вопросу выбора эффективных способов очистки сточных вод предприятий пищевой отрасли
Автор: Мырзалиева С.К., Балпанова Д.Т., Бердикулова Ф.А., Наурызова С.З.
Журнал: Вестник Алматинского технологического университета @vestnik-atu
Рубрика: Естественные науки
Статья в выпуске: 1 (91), 2012 года.
Бесплатный доступ
В статье рассматриваются существующие проблемы очистки высококон-центрированных сточных вод пищевой промышленности и их негативное воздействие на окружающую среду. Освещены современные методы и технологии, применяемые для решения данной задачи.
Сточные воды, флотация, мясо-молочная отрасль, аэробные и анаэробные методы, коагуляция, отстойник, песколовка, фильтрация, аэротенки
Короткий адрес: https://sciup.org/140204527
IDR: 140204527
Текст научной статьи К вопросу выбора эффективных способов очистки сточных вод предприятий пищевой отрасли
По расходу воды на единицу выпус-каемой продукции пищевая промышлен-ность занимает одно из первых мест. К наиболее водоемким отраслям относятся: мясо- и молокоперерабатывающая, рыбо-перерабатывающая, плодоовощная, лике-роводочная, спиртовая. Количество потребляемой свежей воды на пред-приятиях указанных отраслей в несколько раз превышает объем перерабатываемого сырья. Высокий уровень потребления обуславливает и большой объем обра-зования сточных вод.
Широкая
номенклатура перерабаты-ваемого сырья и выпускаемой продукции наряду с разнообразием применяемых технологий предопределяет значительные различия в видах загрязнений сточных вод пищевых предприятий. В этих водах могут содержаться многочисленные и различные по природе загрязнения: жир, молоко, чешуя, шерсть, кровь, кусочки тканей животных, соли, кислоты, минеральные нерастворимые примеси, моющие вещества и др. Кроме того, в последнее время в связи с достаточно большим расширением ассортимента выпускаемой продукции и с применением различных загустителей, красителей, консервантов и т. п. в сточные воды поступают трудноокисляемые вещества, которые значительно усложняют про-цессы биологической очистки.
В таблице 1 представлены основные показатели, характеризующие степень загрязнения производственных сточных вод пищевых предприятий. Для отдельных цехов и производств значения этих показателей могут быть гораздо выше. Как следует из таблицы 1, сточные воды пищевых предприятий (исключение составляют лишь сточные воды пред-приятий ликероводочной промышлен-ности) характеризуются высокими пока-зателями БПК, ХПК, взвешенных и био-генных веществ, что не позволяет осу-ществлять сброс сточных вод в комму-нальные системы водоотведения населен-ных пунктов или непосредственно в водные объекты. Эти сточные воды мож-но отнести к категории высококон-центрированных стоков по органическим загрязнениям.
Таблица 1 - Основные показатели загрязнения сточных вод пищевых предприятий
Наименование отрасли |
Значение показателей загрязнения, мг/дм3 |
|||||
БПКп |
ХПК |
Взвешенные вещества |
Азот общий |
Фосфор (в перер.на Р 2 О 5 |
рН |
|
Мясоперерабатывающая |
800-1600 |
1700-2000 |
1500–2000 |
100–160 |
40,0–80,0 |
6,5–8,5 |
Молокоперерабатывающая |
1200–2400 |
1500–3500 |
300–600 |
50–90 |
8,0–16,0 |
6,0–8,0 |
Рыбоперерабатывающая |
590–1300 |
1090–2009 |
1300–1350 |
30–40 |
9,0–29,0 |
7,0–8,0 |
Хлебопекарная |
400–450 |
550–680 |
100–150 |
40–60 |
5,0–10,0 |
6,0–8,0 |
Плодоовощная |
150–1610 |
190–2010 |
160–2180 |
20–30 |
0,1–1,4 |
6,0–7,5 |
В таблице 2 представлены результаты расчетов массы загрязняющих веществ, сбрасываемых со сточными водами мясо-молочных и рыбоперерабатывающих предприятий при суточном объеме обра-зующихся сточных вод 1000 м3 на каждом из указанных предприятий. Их высокие значения указывают на то, что задер-жанные в результате очистки загрязнения можно утилизировать с последующим их использованием в различных отраслях сельского хозяйства.
Таблица 2 - Масса загрязняющих веществ, сбрасываемых со сточными водами пищевых пред-приятий в течение суток и года
Наименование отрасли |
Масса загрязняющих веществ сточных вод |
||||||
Органические вещества |
Взвешенные вещества |
Азот |
Фос-ф ор |
Органические вещества |
Азот |
Фосфор |
|
Мясокомбинат |
1,25 |
1,75 |
0,120 |
0,065 |
420,1 |
45,0 |
22,0 |
Молочный комбинат |
1,90 |
0,45 |
0,070 |
0,012 |
658,0 |
25,5 |
4,58 |
Рыбокомбинат |
0,95 |
1,30 |
0,035 |
0,019 |
340,1 |
12,8 |
6,90 |
Анализ методов очистки сточных вод пищевой промышленности показал, что наиболее перспективными технологиями очистки сточных вод являются физико-химические, биологические и комбиниро-ванные методы.
Из физико-химических методов очистки сточных вод наиболее эффектив-ным для предприятий пищевой промыш-ленности является метод напорной флотации [3,4], который позволяет обес-печить высокую степень очистки от нерастворенных примесей, взвешенных веществ, жиров и ПАВ, содержащихся в высоких концентрациях и являющихся характерными для предприятий данной отрасли [3].
Отличие данного метода – в высокой эффективности захвата мельчайшими пузырьками воздуха частиц загрязнений, в результате образуются хорошо удаляю-щиеся флотокомплексы.
Для интенсификации скорости флота-ционного извлечения частиц за счет их укрупнения целесообразно применение коагуляции и флотации [3,4]. Тип и дозы реагентов подбираются на основании результатов предварительных экспери-ментальных работ, что позволет увеличить эффективность очистки стоков на 15-20%.
Основным недостатком данного ре-шения является недостаточно высокая степень очистки по ХПК и БПК, так как большинство биогенных элементов в сточных водах находится в растворенном виде. Кроме этого, в процессе очистки образуется большое количество флото-шлама, требующего последующей стаби-лизации и обезвоживания, на что расхо-дуются дорогие реагенты.
Использование данного метода не позволяет в полной мере обеспечить заданную степень очистки, поэтому необходимо применение биологических аэробных и анаэробных методов.
Для удаления из сточных вод пище-вых предприятий растворенных органи-ческих веществ наиболее целесообразно применять их биологическое окисление в искусственно созданных условиях. Работа сооружений биологической очистки характеризуется такими показателями, как БПК, ХПК, перманганатная окисляе-мость, наличием биогенных элементов, реакцией среды, температурой. Известно, что для одних и тех же сточных вод величина ХПК всегда больше БПК. При этом, если БПК/ХПК больше 0,5, сточные воды следует направлять на сооружения биологической очистки. В противном случае, их подвергают физико-химичес-кой обработке.
В таблице 3 представлены параметры производственных сточных вод основных отраслей пищевой промышленности, выраженные через БПК/ХПК, ХПК/БПК, ХПК/Nобщ, БПК/Nобщ. Как следует из таблицы 3, отношение БПК/ХПК больше 0,5. По этому показателю все сточные воды можно подвергать биологической обработке.
Высокое значение отношения ХПК/ БПК (более 2,5) свидетельствует о нали-чии в сточных водах трудноразлагаемых органических веществ. В рассматриваемом случае это отношение не превышает 2,0.
Таблица 3 - Параметры производственного стока различных отраслей пищевых предприятий
Соотношение параметров |
Величина соотношения параметров для разных отраслей |
|||||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
|
ХПК/БПКп |
1,56 |
1,25 |
1,63 |
1,45 |
1,25 |
1,50 |
2,00 |
1,22 |
ХПК/Nобщ |
14,40 |
32,1 |
44,0 |
12,4 |
44,0 |
46,5 |
6,0 |
31,4 |
БПК/Nобщ |
9,2 |
25,7 |
27,0 |
8,5 |
35,2 |
31,0 |
3,0 |
25,7 |
БПКп/ХПК |
0,64 |
0,80 |
0,61 |
0,69 |
0,80 |
0,67 |
0,51 |
0,81 |
Цифрами обозначены следующие отрасли пищевых предприятий: 1 – мясоперерабатывающая; 2 – молокоперерабатывающая; 3 – рыбоперерабатывающая; 4 – хлебопекарная; 5 – плодоовощная; 6 – пивоваренная; 7 – ликероводочная; 8 – спиртовая. |
Высокое значение отношения ХПК/ N общ (среднее значение находится в пределах 8–12) делает предпочтительной денитрификацию. Для нормального хода процесса биологической очистки необхо-димо присутствие в сточных водах био-генных элементов – азота и фосфора. Со-держание азота и фосфора должно удов-летворять соотношению БПК:N:Р = 100:5:1. Для рассматриваемых сточных вод такие соотношения представлены в таблице 4.
Из данных таблицы 4 следует, что для сточных вод практически всех рассматри-ваемых отраслей пищевой промышлен-ности это соотношение соблюдается, ис-ключение составляют лишь сточные воды плодоовощной промышленности. При биологической очистке указанных сточ-ных вод требуется подпитка фосфором или смешивание с другими сточными водами, содержащими фосфор в избытке.
Для механической очистки сточных вод пищевых предприятий от взвешенных веществ, представленных песком и нерас-творенными органическими примесями, обычно используются песколовки и отстойники различных конструкций. Эффективность работы песколовок сос-тавляет до 40% - 50%, а отстойников – до 30% - 40%. Эксплуатация этих сооруже-ний также представляет сложный и трудоемкий процесс.
Альтернативным вариантом указан-ным сооружениям механической очистки является использование аппаратов и оборудования, действие которых осно-вано на использовании центробежных сил. К таким аппаратам относятся откры-тые гидроциклоны. Для данных аппаратов характерны небольшие скорости входа, незначительное гидравлическое сопротив-ление и большая производительность. Также использование этих аппаратов поз-воляет сократить в 3-5 раз капитальные затраты и на 20 - 40% эксплуата-ционные расходы, уменьшить в несколько раз необходимые площади, а также уве-личить эффективность очистки от меха-нических примесей до 70% по сравнению с применяемыми традиционными соору-жениями.
В технологических схемах очистки сточных вод пищевых предприятий ис-пользуются следующие физико-хими-ческие методы: мембранная фильтрация, электродиализ, флотация, реагентная обработка. Эффективность перечислен-ных методов очистки зависит от сово-купности производственных факторов, влияющих на состав сточных вод, поступающих на очистку, от качества предшествующих стадий очистки, от количества поступающих сточных вод, а также от режима их поступления. Однако широкому внедрению физико-химичес-ких методов в локальных схемах пред-варительной очистки сточных вод пище-вых предприятий препятствует тот факт, что стоки этих предприятий трудно прогнозируемы в качественном отноше-нии, концентрации загрязнений колеб-лются в достаточно широком диапазоне и даже применение усреднителей не поз-воляет стабилизировать эти показатели. Это приводит к необходимости коррек-тировки параметров проведения процесса в зависимости от качества поступающей на очистку сточной воды и усложняет эксплуатацию сооружений.
Подробный анализ состава и свойств сточных вод пищевых предприятий пока-зывает, что для удаления из них раство-ренных органических примесей наиболее целесообразно использовать биологи-ческие способы очистки.
При биологической очистке проис-ходит деструкция белков, жиров, угле-водов, ПАВ, винной кислоты и прочих соединений бактериями, находящимися как в иммобилизированном, так и в свободно плавающем состоянии в аэроб-ных условиях, однако для развития микробиальных культур должны быть созданы оптимальные условия. В этом направлении наиболее перспективными являются аэротенки, работающие с высокими дозами активного ила и чистым килородом.
Таблица 4 - Отношение значений БПКп, общего азота и общего фосфора в производственных стоках пищевых предприятий.
Наименование отрасли |
Отношение значений БПКп, общего азота и общего фосфора (БПКп:N:Р) |
Мясоперерабатывающая |
100:10,8:5,20 |
Молокоперерабатывающая |
100:3,9:0,70 |
Рыбоперерабатывающая |
100:3,7:2,00 |
Хлебопекарная |
100:11,7:1,80 |
Плодоовощная |
100:2,8:0,08 |
Пивоваренная |
100:3,2:0,67 |
Ликероводочная |
100:33,3:5,70 |
Спиртовая |
100:3,9:069 |
Особенностью аэробных методов очистки является обеспечение водных биоценозов кислородом для окисления содержащихся в воде загрязнений с получением углекислого газа, мине-ральных соединений и биомассы.
В качестве основных сооружений биологической очистки следует при-менять комбинированные биоокислители, так как в этих сооружениях процесс биохимической очистки осуществляется как свободноплавающим, так и прикрепленным биоценозом.
Применение комбинированных био-окислителей для очистки сточных вод пищевых предприятий позволяет не только изъять органические загрязнения, но и после соответствующей их обра-ботки утилизировать в качестве кормовых добавок и кормов для сельскохозяйст-венных животных. Это дает возможность разработать и внедрить экологически безопасную и ресурсосберегающую тех-нологию очистки сточных вод пищевых предприятий.
Анализ объема потребления воды на технологические нужды по качествен-ным и количественным характеристикам стоков предприятий пищевой промыш-ленности различного профиля и произ-водительности показал сезонную и су-точную изменчивость данных харак-теристик, высокую степень загрязнения стоков по легкоокисляющимся органи-ческим соединениям и токсическим веществам [1-6].
Применяемые сегодня методы и технологии очистки высококонцентри-рованных стоков являются несовер-шенными, в ряде случаев не обеспе-чивают необходимую степень очистки и утилизацию всех побочных продуктов, образующихся в этом процессе [1, 3, 4]. Применяемые решения не всегда являются экономически обоснованными и энергетически эффективными, и зачас-тую, решая одну проблему, трансформи-руют ее в другую, еще более сложную.
Таким образом, экологические проб-лемы очистки сточных вод пищевой промышленности требуют дальнейших исследований и развития.
Список литературы К вопросу выбора эффективных способов очистки сточных вод предприятий пищевой отрасли
- Гавриленков А. М. Экологическая безопасность пищевых производств/А. М. Гавриленков, С. С. Зарцина, С. Б. Зуева. -СПб.: Гиорд, 2006. -272 с.
- Яромский, В. Н. Очистка сточных вод пищевых и перерабатывающих предприятий/В. Н. Яромский. -Минск: Издательский центр БГУ, 2009. -171 с.
- Шустер К., Нойберт И. Анаэробная обработка высококонцентрированных стоков молочных предприятий//Экология производства. -2009. -№ 11. -С.50-52.
- Шустер К., Бенуа Х. Технология напорной флотации B&S-DAF//Экология про-изводства. -2007. -№4. -С.1-4.
- Шапкин Н.П., Скобун А.С., Жамская Н.Н., Завьялов Б.Б., Царев Д.В. Физико-химические исследования очистки сточных вод/Материалы междунар. конгр. «Вэйстек-2003», -М., 2003. -С.164-165
- Маркитанова Л.И. Мониторинг загрязненности водных систем органическими веществами//Процессы и аппараты пищевых производств: Электронный научный журнал. Вып.2. Сер.: Процессы и аппараты пищевых производств. -СПб.: Санкт-Петербург. гос. ун-т низкотемпературных и пищевых технологий, 2006. -С.8-11.