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.