Вперед, на Главную страницу

 

 

 

Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности

 

 

Стр.1. Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности, характеристика загрязнений стоков, пригодность сточной воды для биологической очистки, сточные воды спиртовых и дрожжевых заводов, предприятий пивобезалкогольной и винодельческой промышленности

Переход на Стр.2. Микрофлора очистных систем, активный ил аэробных и анаэробных очистных систем, его химический состав

Переход на Стр.3. Технология и аппаратура искусственной биологической очистки, Аэробная очистка, Анаэробная очистка, Комбинированные схемы очистки стоков промышленных предприятий и спиртовых заводов

Переход на Стр.4. Биотехнологическая утилизация компонентов сточных вод предприятий и спиртовых заводов, выделение белка из активного ила

Переход на Стр.5. Производство кормового концентрата витамина В12 и метана метановым брожением послеспиртовой барды.

Переход на Стр.6. Интенсивные биогазовые технологии и их технологический потенциал.

Переход на Стр.7. Послеспиртовая мелассная барда и направления ее использования.

 

 

1.1. Характеристика загрязнений сточных вод предприятий пищевой промышленности

 

Сточные воды предприятий пищевой промышленности разнообразны как по компонентному составу, так и по концентрации, и представляют собой сложную физико-химическую систему, в которой наряду с растворенными веществами содержатся частицы различной степени дисперсности. Размер частиц колеблется в широких пределах (от 10 -9 до 10 -2 м).

Дисперсная фаза стоков предприятий пищевой промышленности определяется понятием "взвешенные вещества", которые делятся на

·                   оседающие взвешенные вещества (рч > рс),

·                   неоседающие взвешенные вещества (рч = рс)

·                   всплывающие взвешенные вещества (рч < Рс),

где рч и рс соответственно плотность частиц (дисперсной фазы) и сплошной среды (дисперсионной фазы).

Твердые взвешенные частицы отделяют отстаиванием или фильтрованием в гравитационном или в центробежном поле, жидкие - отстаиванием в гравитационном и центробежном поле. Возможно выделение взвешенных частиц также флотированием.

Помимо взвешенных веществ, стоки предприятий содержат значительное количество растворенных веществ, удаление которых возможно только химическим или биохимическим путем.

Скорость биологического разложения загрязняющего компонента содержащегося в сточных водах предприятий в немалой степени зависит не только от его природы, но и от дисперсности, поскольку микроорганизмы могут ассимилировать твердые субстраты только с поверхности частиц.

Как правило, для биологического разложения крупных частиц органического вещества требуется гораздо больше времени, чем времени пребывания очищаемой жидкости в реальном аппарате. В этом случае какая-то доля органических веществ стоков биологически не разлагается и их принято считать биологически инертными. Для уменьшения этой доли достаточно подвергнуть частицы загрязнений измельчению до размеров 10 -6 — 10-7 м.

Помимо фазово-дисперсного состава сточной воды и общего содержания примесей важнейшей ее характеристикой является химическая природа и концентрация компонентов-загрязнителей. Подавляющее большинство сточных вод пищевых предприятий в качестве основных загрязнителей содержит органические вещества. Органические загрязнители имеют, как правило, естественное происхождение, т.е. не являются продуктами искусственного органического синтеза, а образуются в результате жизнедеятельности микроорганизмов, высших животных и растений. В технологии пищевых производств действующим законодательством запрещено применение веществ, попадание которых в продукты недопустимо, поэтому сточные воды пищевых предприятий не содержат ксенобиотиков (веществ, чуждых жизни). Отсутствует или крайне ограничено содержание и стоках тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов и других опасных веществ.

Содержание органических веществ в сточной воде обусловлено таким показателем, как окисляемость. В зависимости от загрязненности сточные воды содержат определенное количество веществ, способных взаимодействовать с сильными окислителями — перманганатами, бихроматами, пероксидами и т. д. Одна и та же вода, будучи обработана различными окислителями, потребует различное эквивалентное количество кислорода из-за неодинаковой степени окисления загряз­няющих веществ. Это зависит не только от окислителя, но и от усло­вий выполнения анализа. Считается, что наиболее полное окисление присутствующих в воде загрязнений достигается бихроматами в кис­лой среде (серная кислота). Бихроматная окисляемость, называемая химическим потреблением кислорода (ХПК), является одним из главных показателей загрязненности  сточной воды. ХПК коррелирует с содержанием в сточной воде общего углерода. Для сточных вод предприятий по переработке животноводческой продукции связь между ХПК (в г О2/л) и общим углеродом С (в %) может быть оценена зависимостью

ХПК = 45,04С • 2,16.                            (1.1)

 

После аэробной биологической очистки воды соотношение ХПК и С изменяется:

ХПК = 30,86С • 0,38.                            (1.2)

 

Для приблизительных расчетов можно принять, что отношение ХПК / С = 40 в не подвергавшихся очистке сточных водах.

Для характеристики природных и сточных вод, их экологической оценки важнейшим показателем является биохимическое потребление кислорода (БПК). Существуют два основных метода определения БПК. Один из них заключается в учете интегрального потребления кислорода в течение 5 сут — БПК5, другой — в течение времени, необ­ходимого для образования нитритов в количестве 0,1 мг/л (БПКПОЛН). На практике чаще применяют метод определения БПК5, реже — БПК3 или БПК7 (время инкубации пробы 3 сут и 7 сут соответственно). Обычно полагают, что инкубация пробы в течение 20 сут позволяет опреде­лить полное биохимическое потребление кислорода, т. е. БПКПОЛН = БПК20.

Отношение БПКПОЛН / БПК5 составляет приблизительно 1,5—1,8. Для приблизительных расчетов принято, что ХПК = 1,43 БПКПОЛН.

Для сточных вод молочных и сыроваренных заводов установлена зависимость

ХПК = (1,19 — 1,25) БПКПОЛН .

Для нефильтрованной про­бы сточных вод молочных заводов

ХПК = 1,5 БПК7 + 0,14,

для фильтрованной про­бы сточных вод молочных заводов

ХПК = 1,47 БПК7 — 0,05.

Отношение БПКПОЛН / БПК7 составляет 1,1 —1,32.  

Для производственных сточных вод сахарных заводов принимают, что БПКПОЛН = 1,6 БПК5.

Необходимо отметить, что показатель БПК в значительной мере зависит от дисперсности органических примесей сточной воды. Если размеры частиц органического вещества близки к размерам микроор­ганизмов или меньше, биохимическое окисление протекает довольно полно в течение 5 суток. В противном случае требуется увеличение вре­мени инкубации пробы и более достоверным показателем является БПКПОЛН. Полное биохимическое потребление кислорода определяют и в тех случаях, когда сточные воды содержат трудноокисляемые суб­страты, требующие длительной адаптации микроорганизмов.

Поскольку сточные воды пищевых предприятий содержат глазным образом органические вещества естественного происхождения, в них обязательно присутствует азот. В практике анализа сточных вод азот аминокислот, пептидов, белков и других естественных органических соединений определяется как органический азот. Понятие "общий азот" обозначает содержание азота всех степеней окисления в составе мине­ральных и органических соединений сточных вод.

В органических веществах естественного происхождения азот на­ходится   главным  образом  в  восстановленной форме. Аминогруппы белковых веществ, аминокислот, мочевины легко отщепляются соот­ветствующими ферментами и превращаются в ион NH4+, поэтому для сточных вод предприятий пищевой промышленности важным показа­телем является содержание аммонийного азота. Для отдельных пищевых производств, где технологией предусмотрено использование соедине­ний окисленного азота (нитритов, нитратов), необходим контроль стоков и по этим показателям.

При глубоком биологическом окислении органических веществ восстановленный азот переходит в окисленные формы и появляется необходимость контролировать содержать нитритов и нитратов в очищенных водах. Наличие азота в сточных водах играет исключительно важную роль для искусственной биологической очистки, поскольку он наряду с углеродом относится к так называемым биогенным эле­ментам.

К биогенным элементам относится также фосфор, поскольку он необходим для роста и нормальной жизнедеятельности микроорганиз­мов. Соединения фосфора в сточных водах предприятий пищевой промышленности содержатся, как правило, в гораздо меньших концентра­циях, чем соединения азота. Фосфор входит в состав макроэргических соединений клеток, фосфолипидов, фосфопротеидов. При переработке растительного и животного сырья органические соединения фосфора попадают в сточные воды предприятий. Компонентами фосфорных загрязнений являются также полифосфаты, входящие в состав моющих средств. Последние гидролизуются до ортофосфатов, дающих с ионами большинства металлов металлорастворимые соли. Вместе с органическими фосфорсодержащими соединениями они образуют в сточной воде дисперсную фазу.

 

 

 

1.2. Методы анализа сточных вод

 

Взвешенные вещества - это осадки, остающиеся на фильтре после фильтрования определенного объема сточной воды. Обычно применяют бумажные фильтры "белая лента", которые затем высушивают и взве­шивают. Понятие "растворенные вещества" относится к веществам, остающимся в фильтрате. Для определения содержания - растворенных веществ определенный объем фильтрата высушивают и взвешивают сухой остаток.

В настоящее время разработаны инструментальные методы, конт­роля концентрации и распределения по размерам взвешенных веществ независимо от вида дисперсной фазы. Фотометрический счетный анали­затор гранулометрического состава примесей в жидких средах типа ФС-112 разработан НПО "Аналитприбор". Фирма Coultronics (Фран­ция) выпускает приборы типа "Автосорб 2100", способные автоматичес­ки анализировать полидисперсные вещества, определяя их удельную поверхность, пористость и некоторые другие физико-химические ха­рактеристики. Анализ взвешенных веществ сточной воды, выполнен­ный на этой аппаратуре, показал, что для частиц размерами 0,25—1 мм удельная поверхность составляет около 0,58 м2/г., а для более 1 мм — 0,04 м2/г.

Для характеристики общей загрязненности применяется показа­тель "общее содержание примесей", который определяется как сумма растворенных и взвешенных веществ, получаемая путем высушивания до постоянной массы пробы сточной жидкости. Наличие в сточной воде минеральных примесей определяется как "зола" или "остаток после прокаливания", который остается от высушенной пробы сточной воды после сжигания и прокаливания при температуре 600 °С до постоян­ной массы.

"Потери при прокаливании" обычно относят за счет сгоревших ор­ганических веществ сточной воды.

Бихроматную окисляемость рекомендуется определять при кон­центрации загрязнений свыше 100 мг О2/л ХПК. Дтя вод с меньшим содержанием окисляемых веществ применяется нерманганатный метод Кубеля, основанный на использовании в качестве окислителя перманганата калия в кислой среде. Мешающими выполнению анализов для определения (ХПК) являются хлориды концентрацией 500 мг/л. Для определения перманганатной окисляемости мешающее влияние оказы­вают сероводород ионы NO2-,Cl-, Fе2+.

При проведении анализа одной и той же пробы на окисляемость бихроматным и перманганатным методами результаты второго обыч­но оказываются ниже. Отношение значений бихроматного и перманганатного методов равно приблизительно 1,2 : 1. Бихроматный метод (ХПК) в настоящее время получил большее, распространение в связи с разработкой ускоренных способов определения. На результаты анали­за ХПК, не оказывает влияния степень дисперсности органических загрязнений.

Определение общего углерода в сточных водах традиционными методами весьма трудоемко, поэтому практически гораздо чаще при­меняются методы определения окисляемости. При использовании современных инструментальных методов анализа определение общего углерода и стоках может быть значительно ускорено. Специально для ана­лиза сточных вод на содержание органического углерода разработаны приборы У-101 и У-111. Для аналогичных определений успешно приме­няется Экспресс-анализатор АН-7529, позволяющий определять содержа­ние углерода быстрее и с большей точностью. Прибор АН-7529 рассчи­тан на работу с использованием технического кислорода и специаль­ной высокотемпературной печи, что для анализа органических соеди­нений не является необходимым. С целью упрощения эксплуатации прибора можно применять в качестве питающего газа воздух, очищенный от примесей аммиака. Для обеспечения полного сжигания углеро­да и дожигания оксида углерода использовалась трубка, снабженная фильтрами из асбестовой ткани и катализатором (гранулированным оксидом меди). Трубка помещалась в печь СУОЛ 04.4/12-М2-У42. Сжигание навески производилось при температуре 950 °С. На рис. 1.1 приведена схема расположения фильтров и катализатора в трубке для сжигания, снабженной затвором из комплекта анализатора. 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:

/ - 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.

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.

 

 

1.3. Пригодность сточной воды для биологической очистки

 

Для сточных вод предприятий пищевой промышленности характерно наличие таких загрязнений, которые представляют собой полноценные, легко усвояемые микроорганизмами источники питания и энергии.

Распространено мнение, что для биологической очистки подходит вода при соотношении БПКПОЛН /ХПК >= 0,75. При таком соотношении показателей загрязненности достигается наиболее полная очистка биологическими методами. Этот показатель, однако, весьма приближенно характеризует качество сточных вод как питательной среды для микроорганизмов по следующим причинам. Во-первых, значение БПК зависит от степени дисперсности органических загрязнений. Во-вторых, БПК учитывает разложение субстрата в аэробных условиях, а понятие "биологическая очистка" подразумевает применение и анаэробных микробиологических процессов. Следовательно, помимо отношения БПКПОЛН/ХПК при решении вопроса о применении технологии искусственной биологической очистки исходят и из значений других показателей, определяющих сточную воду как субстрат для сообществ микроорганизмов.

Эффективность очистки определяется достаточным поступлением в биохимический реактор (аэротенк, метантенк) необходимых для микроорганизмов биогенных элементов (углерода, азота, фосфора) в усвояемой форме. Установлено, что наиболее приемлемое соотношение компонентов субстрата следующее: БПКПОЛН : N : Р= 100 : 5 : I,

Кроме основных биогенных элементов, для нормального роста микроорганизмов необходимы и другие элементы, обычно присутствующие в сточных водах в достаточном количестве.

Предельное содержание солей в воде, поступающей в биохимический реактор на очистку, не должно превышать 10 г/л. При более высоком солесодержании следует использовать специальные материалы биологической очистки с применением галофильных микроорганизмов. Предельная концентрация некоторых органических веществ (в мг/л), тормозящих биохимические процессы, приведена ниже.

 

Ацетальдегид                           750

Ацетон                                      750

Бензойная кислота                    100

Бензол                                      100

Гидрохинон                                15

Глицерин                                  500

Нефтепродукты                         50

Фенол                                       120

Формальдегид                        1000

 

Определяющим фактором высокой эффективности любого про­цесса ферментации, в том числе биологической очистки, осуществляемой с целью максимального истощения субстрата, является состав питательной среды. Существующие биологические методы очистки бактериальным активным илом (аэробный и анаэробный), а также очистку культивированием микроводорослей следует применять в оптимальной последовательности и сочетании для каждого вида сточных вод. Однако нет четких критериев, позволяющих определить наилучшие сочетания указанных методов обработки с целью наиболее полкой и быстрой очистки.

Учитывая увеличение объемов сброса концентрированных сточных вод и разнообразие их состава, рекомендуется дополнительный способ оценки пригодности воды для биологической очистки.

Биомасса активного ила имеет более или менее постоянное соотношение концентраций углерода и азота. Потребление этих элементов из субстрата происходит по-разному. Азот расходуется главным образом на конструктивные цели, довольно значительная же часть углерода используется на энергетические нужды клеток и эвакуируется из среды в виде диоксида углерода или переходит в карбонаты.

Расход компонента субстрата связан с удельной скоростью роста культуры следующей зависимостью:

 

 

Используя уравнение (1.3), можно представить отношение потреб­ленных компонентов субстрата следующим образом:

 

 

 

 

Таблица 1.1. Значение констант для различных биоценозов

 

Биоценоз

 

С

 

N

 

 уEGC

 

тС,ч-1

 

уEGN

 

Аэробный

2,0

0,003

8,3

Анаэробный

0,2

0,005

0,8

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 тNприняты равными нулю. Практически некоторая потеря азота имеется главным образом с покидающими биохимический реактор газами. Значения т и уEG 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 ΔS может быть рассчитано по методике, изложенной в разделе 4. Соответствующее снижение содержания азота находится из уравнения (1.4). Соотношение углерода и азота на выходе из ступени очистки

 

С/N = (So C - ΔS C) / (So N - ΔS N ),           (1.5)

где ΔSo 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.

 

 

1.5. Сточные воды спиртовых и дрожжевых заводов.

 

Спиртовые заводы, так же как и свеклосахарные, являются мощными источниками загрязненных вод. Сточные воды мелассно-спиртовых заводов делятся на четыре категории. К первой категории относятся воды после теплообменников, ко второй категории – сточные воды от химводоочистки и продувки паровых котлов, к третьей – лютерная вода и конденсаты вторичного пара от упаривания барды, к четвертой – воды от промывки фильтр-прессов дрожжевых цехов, моечные воды и хозяйственно-бытовые стоки. На различных предприятиях состав и количество сточных вод существенно различаются.

 

Таблица 1.3. Характеристика сточных вод мелассно-спиртовых заводов

 

 

Показатели

 

 

Категория сточных вод

 

Барда первичная

 

Барда вторичная (после-

дрожжевая)

 

первая

 

 

вторая

 

 

третья

 

 

четвертая

 

Температура, С

 

30-60

 

20-100

 

80-100

 

20-90

 

95-98

 

25-30

 

Запах, баллы

 

0-3

 

3-5

 

4-7

 

3-64

 

5,0

 

5,0

 

РН

 

7,0-8,0

 

8-12

 

4,4-6,4

 

5,5-6,2

 

5,0-5,5

 

4,5-5,0

 

Прозрачность, см

 

12-30

 

10-25

 

15-25

 

0-2

 

0

 

0

 

Сухой остаток, г/л

 

0,35-0

 

13-20

 

0,3-0,6

 

0,45-10,0

 

70-85

 

50-65

 

ХПК, мг О2

 

5-40

 

10-40

 

60-350

 

1000-4000

 

49000-66900

 

20000-48000

 

БПКПОЛН, мг О2

 

5-12  

 

5-80

 

180-300

 

950-4500

 

44000-59000

 

18000-4:000

 

БПК5, мг О2

 

2-10

 

2-40

 

100-2500

 

600-3700

 

29000-48000

 

15500-29900

 

Азот общий, мг/л

 

-

 

-

 

-

 

-

 

2500-3860

 

940-2500

 

Летучие кислоты, мг/л

 

-

 

-

 

-

 

-

 

2300-3900

 

300-720

 

 

В табл. 1.4.определены физико-химические показатели сточных вод первичной и вторичной (последрожжевой) барды мелассно-спиртовых заводов.

Стоки первой и второй категорий называются условно-чистыми и сбрасываются в водоемы после предварительного охлаждения и насыщения кислородом. Стоки третьей и четвертой категорий подлежат обезвреживанию методами искусственной биологической очистки.

Особый интерес в качестве объекта очистки и утилизации представ­ляет первичная и вторичная барда мелассно-спиртовых заводов.

В первичной (послеспиртовой) барде соотношение ХПК : N изменяется от 85 : 5 до 100 : 5 (С : N = 4,25-5,0), а для вторичной (последрожжевой) — от 96 : 5 до 105 :5 (С : N = 4,8-5,25). Соотношение элементов благоприятно для применения метода аэробной очистки барды, однако чрезвычайно высокое общее содержание органических веществ затрудняет реализацию традиционной технологии.

Приведенный в табл. 1.3 состав первичной барды отечественных, спиртовых заводов, перерабатывающих свеклосахарную мелассу, близок к составу барды, образующейся на зарубежных спиртовых заводах, перерабатывающих тростниковую мелассу.

В упаренном виде такую барду используют в кормовых целях. На отечественных мелассно-спиртовых заводах, имеющих цехи упаривания барды или переработки ее в витамин В12 проблема очистки стоков стоит не так остро.

Объемы сброса стоков по категориям от различных цехов мелассно-спиртового завода приведены в табл. 1.4.

 

 Таблица 1.4. Количество сбрасываемых сточных вод на мелассно-спиртовых заводах, м3/1000 дал спирта

 

Источник сброса

 

 

 

Категория сточной воды

 

первая

 

вторая

третья

четвертая

 

Спиртовой цех                               

588

 

-

35

4,5

Цех дрожжей

хлебопекарных                      

75

 

-

-

27,7

Цех дрожжей сухих кормовых                   

206

 

-

-

136,0

Цех жидкой углекислоты            

73

 

-

-

3,0

ТЭЦ  

72

16

-

1,5

И т о г о

 

1014

 

16

35

172,7

 

 

Для очистки загрязненных стоков (в том числе барды) в спиртовой промышленности и до настоящего времени применяются поля фильтрации. Это приводит к заражению и загрязнению грунтовых вод, открытых водоемов и атмосферы, вынуждает отводить значительные площади под очистные сооружения.

С загрязненными водами теряется большое количество органических (растворимые углеводы, белки) и минеральных веществ (соли азота, фосфора, микроэлементы), которые могут рассматриваться как потенциальный сырьевой источник для микробиологического синтеза.

Сточные воды дрожжевых цехов спиртовых заводов близки к стокам специализированных дрожжевых заводов, выпускающих прессованные хлебопекарные дрожжи. Основными источниками образования высокозагрязненных вод является сброс из дрожжерастильпых аппаратов при нестерильных ферментациях, воды от мойки оборудования, помещений, промывки дрожжей и т. д. В табл. 1.5 приведены данные о расходах воды первой и четвертой категорий цеха хлебопекарных дрожжей мелассно-спиртового завода.

 

 Таблица 1.5. Удельный расход воды по цеху хлебопекарных дрожжей, м3/1000 дал спирта

 

Источник сброса

 

Категория сточной воды

 

 

первая

 

 

четвертая

 

Промывка дрожжей

-

16

Мойка

 

-

 

сепараторов

 

-

1,0

оборудования

 

-

2,0

полов

 

-

0,5

салфеток фильтров

-

1,5

Фильтрование дрожжей

-

5,2

Охлаждение оборудования

72

-

Бытовые помещения

 

-

1,5

 

Сточные воды специализированных дрожжевых заводов образуются за счет культуральной жидкости в результате сепарации дрожжей, мойки технологического оборудования и сброса из дрожжерастильных аппаратов. Доля хозяйственно-бытовых сточных вод в общем количестве загрязнений, сбрасываемых дрожжевыми заводами, невелика. Условно-чистые воды от охлаждения сусла составляют около половины общего стока. На большинстве заводов условно-чистые воды используются повторно.

 

 Таблица 1.6. Средние показатели загрязненных сточных вод от сепарации дрожжей

 

 

Показатель

 

Сепарация

 

Общий сток после сепарации

I

II

III

рН

 

4,6-5,5

 

6,4-6,8

 

6,5-6,7

6,4-б,7

 

ХПК, г О2/л                                 

 

4,0-9,0

1,0-3,5

 

1,8-2,5

1,8-2.3

 

БПК5, г О2 /л                                  

2,4

 

2,2

 

0,6-1,0

1,6

 

Загрязненные сточные воды на 70% образуются за счет культуральной жидкости после сепарации дрожжей, остальное количество — от других технологических операций. Средние показатели грязных вод, образующихся при сепарации дрожжей, приведены в таблице 1.6.

Как субстрат для искусственной биологической счистки наибольший интерес представляет собой общий сток дрожжевых стоков, поскольку отдельно очищать загрязненные воды от различных технологических процессов нецелесообразно. Общий сток загрязненных вод заводов (цехов) хлебопекарных дрожжей характеризуется следующими показателями:

 

 

Удельный расход сточных вод, м3 на 1 т прессованных дрожжей

 

42-121

рН

 

4,0-7,2

ХПК ,  г О2

 

67-2,3

БПК5 , г О2

 

0,51-1,7

Азот общий, мг/л

40-254

 

Фосфор общий, мг/л

До 100

 

Взвешенные вещества, мг/л

 

227-765

Р2О5 ,  мг/л

 

35-87

Зола, мг/л

64-90

 

 

 

Применение унифицированных методов анализа сточных вод дрожжевых заводов не всегда даст надежные результаты. Например, при контроле сточных вод Ленинградского дрожжевого завода бьли получены значения БПК5, превышающие ХПК. Существует предположение, что продукты метаболизма дрожжей влияют на результаты определения БПК. Учитывая это, следует тщательно перепроверять результаты техно-химконтроля сбрасываемых дрожжевыми заводами вод.

Сточные воды спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье, делятся на три категории. К первой категории относятся воды от теплообменников, ко второй — транспортно-моечные, к третьей - воды после замачивания зерна, дезинфекции и гидроподачи солода, мойки технологического оборудования, помещений, лютсрная вола, хозяйственно-бытовые стоки. Стоки второй и третьей категорий имеют показатели, приведенные в табл. 1.7.

Загрязненность сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье, сравнительно ниже, чем мелассно-спиртовых. Суммарное БПК3 стоков не превышает 700 мг О2/л. Они вполне пригодны для искусственной биологической очистки, поскольку не содержат ксенобиотиков, имеют все необходимые биогенные элементы. Зернокартофельная барда используется на корм скоту и не рассматривается как сточая вода.

Количество транспортерно-моечной воды, относящейся ко второй категории, зависит от степени загрязненности и качества сырья - картофеля. В практике работы заводов расход воды на 1000 дал спирта изменяется от 550 до 700 м3.

 

Таблица 1.7. Характеристика второй и третьей категорий сточных вод спиртовых заводов, перерабатывающих зернокартофельное сырье

 

Стоки

 

Температура, С

 

рН

 

Взвешенные вещества, мг/л

 

БПК5 ,

мг О2

 

БПКПОЛН.,

мг О2

 

ХПК,

мг  О2

 

Транспортно-моечные

 

10

 

9,0

 

1200

 

700

 

1000

 

1750

 

После замачивания и гидротранспорта зерна

25

6,1

610

620

1100

1500

От промывки и дезинфекции

солода

18

 

6,1

 

680

 

312

 

1214

 

3500

От гидротранспорта сырью

солода

 

18

 

 

6,1

 

 

2350

 

 

523

 

 

1300

 

 

3400

 

 

От мойки и дезинфекции оборудования цеха разваривания

 

80

 

 

5,8

 

 

560

 

 

950

 

 

1850

 

 

1740

 

 

От мойки бродильных аппаратов

 

20

 

7,3

 

410

 

600

 

870

 

1000

 

Лютерная вода

 

98

 

4,8-8,5

 

60

 

300

 

400

 

460

 

Хозяйственно-бытовые

 

25

 

6.5

 

40

 

260

 

300

 

350

 

Суммарный сток

 

-

 

7,6-7,8

 

300-400

 

250-680

 

-

 

340-850

 

 

На заводах, перерабатывающих картофель, средний расход сточной воды третьей категории составлял 233,4 м3 на 1000 дал спирта. При переработке зерна количество сточной воды меньше (160—180 м3 на 1000 дал спирта).

Зернокартофельные спиртовые заводы, несмотря на полную утилизацию барды на кормовые цели в жидком виде, также являются серьезным источником органических загрязнений. На каждые 1000 дал спирта со сточными водами сбрасывается 140 кг органического вещества по БПК5.

Несмотря на сокращение производства спирта в нашей стране, проблема очистки сточных вод и утилизации отходов спиртовых заводов остается.

 

 

1.6. Сточные воды предприятий пивобезалкогольной и винодельческой промышленности

 

В пивоваренной промышленности и при производстве безалкогольных напитков вода используется как компонент готовой продукции, расходуется на мойку оборудования и бутылок, замачивание зерна, гидротранспорт сырья, удаление дробины, а также в качестве теплоносителя. Незагрязненные воды после теплообменников из холодильно-компрессорного отделения используются, как правило, повторно после охлаждения в градирнях.

Загрязненные воды после мойки оборудования, других технологических операций, а также бытовые стоки собираются отдельно от незагрязненных и отводятся в канализацию. Основные показатели сточных вод приведены в табл. 1.8.

 

1.8. Характеристика сточных вод пивоваренных заводов

 

Показатели

 

Данные Каренина и

Репина

Данные

Favali с

соавторами

БПК, мг/л                                                                                    

2170

1250

ХПК, мг/л                                                                                    

 

-

2000

БПК 5 / ХПК                          

 

-

0,6 – 0,7

рН

 

6,9

7,2-7,8

 

Азот, мг/л

 

 

 

общий

29

 

-

органический

27,6

 

-

Фосфор, мг/л

 

 

 

общий

 

7,0

-

растворимый

2,9

-

Взвешенные вещества, мг/л

 

-

2650

 

На отечественных пивоваренных заводах количество сточных вод составляет 7-8 м3 на 100 дал пива, за рубежом при расчетах исходят из объема 6-9 м3 на 100 дал. Производство 1 дал пива сопровождается сбросом со сточными водами около 80 г БПК5

Принято, что на мойку бродильных и отстойных аппаратов, дрожжанок и т. п. расходуется воды до 25 % объема моющегося оборудования. На мойку бутылок и бочек требуется 2-3 л воды на I л вместимости бутылок и 1 л/л вместимости бочек.

Загрязняющими компонентами сточных вод обычно являются остатки готовой продукции, дрожжей, дробины, солодовые ростки, частицы хмеля. Наибольшую загрязненность имеют стоки от замачивания зерна, экстракции хмеля, мойки фильтромассы, отмывки дрожжей. Эти воды составляют около 27 % загрязненных вод и содержат 10-15 г/л взвешенных веществ и 5-10 г/л БПК5. Стоки дрожжевых отделений пивоваренных заводов в среднем имеют следующий состав: взвешенных веществ 500-2000 мг/л, БПК5  1200-3000 мг/л, азота 60—254 мг/л, фосфора 100 мг/л, калия 480 мг/л при рН 4-7,2.

Отношение БПК5/N общего стока пивоваренных заводов приблизительно составляет 60-100, БПК5/ХПК ~ 0,6-0,7 - показатели, благоприятные для применения биологических методов очистки.

Заводы безалкогольных напитков выпускают квас, фруктовую и минеральную воду, другие прохладительные напитки концентрат квасного сусла. Сточные воды на этих заводах, как и на пивоваренных, образуются в основном от мойки бутылок, оборудования, помещении. От 1 л напитков сбрасывается 2 л производственных и 2 л хозяйственно-бытовых стоков. Загрязненность по взвешенным веществам составляет 200 мг/л, БПК5 достигает 400 мг О2/л.

В бутылкомоечном отделении на 1 л вместимости бутылок образуется до 10 л загрязненной воды с БПК5 280-3100 мг 0:/л. Из-за преимущественного, содержания в общем стоке моечных под рН загрязненных сточных вод колеблется от 5 до 10.4.

Средняя загрязненность сбрасываемых в канализацию стоков характеризуется следующими показателями: взвешенные вещества 72-322 мг/л, рН 6-7, БПК5 208-696 мг О2/л. Стоки бедны азотом, фосфором и должны подвергаться аэробной очистке совместно с хозяйственно-бытовыми стоками.

Если заводы безалкогольных напитков и пивоваренные заводи расположены в городах, то стоки могут быть сброшены в городскую канализационную сеть при условии, что их количество не превысит 5 % общегородских сточных вод. Кислые стоки перед сбросом следует нейтрализовать.

К предприятиям винодельческой промышленности относятся заводы первичного и вторичного виноделия, шампанских вин, коньячного спирта, виноградного сока.

На заводах первичного виноделия, производящих виноматериал из плодового сырья, в сточные воды попадают частицы растительных тканей, сок, загрязнения от мойки оборудования, помещении, дрожжи.

 

Литература. Проектирование очистных сооружений канализации. Южно-уральский университет. Челябинск.

Ссылка. Запретить работу спиртзаводов на отходах от переработки сахарной свеклы - мелассе. 15-й регион. Северная Осетия.

Ссылка. Аграриям Тюменского региона нужен биогаз.

 

 


Hosted by uCoz