Главная страница / Биологическая очиска сточных вод, барды спиртовых и ацетоно-бутиловых заводов на Биологических очистных сооружениях.

Биологическая очиска сточных вод и барды спиртовых и ацетоно-бутиловых заводов на Биологических очистных сооружениях.

Утилизация послеспиртовой барды методом выпаривания и последующей сушки экономически очень дорогая, поскольку требует больших затрат тепловой энергии (Известно общее правило - на 1 м3 испаренной влаги необходимо потратить 1 тонну пара. Также известно , что на 1 дал спирта приходится 10-12 дал барды с содержанием сухого вещества до 6%. Таким образом, если использовать для утилизации барды выпаривание и сушку, то дополнительно необходимо потратить 0,1-0,12 тонн пара. При стоимости пара около 1600 рублей за тонну дополнительные затраты на производство 1 дал спирта составят 160 - 170 рублей).

Следующим способом утилизации послеспиртовой барды стал способ биологической очистки на биофильтрах и аэротенках. Этот способ утилизации послеспиртовой барды подразумевает также получение газа метана, который используется для обеспечения Биологических очистных сооружений элекроэнергией и теплом. Дополнительно к этому получают биомицин и витамин В12, который имеет коммерческую цену в откормочных хозяйствах.

 В последнее время очистке промышленных сточных вод уделяется большое внимание, при этом исследователи чаще всего используют метод интенсивной биологической очистки, предназначенной для бытовых сточных вод [1]. Этот метод чаще всего применяется как для полной очистки сточных вод, так и для освобождения их от относительно токсичных веществ: производных фенола, нефтепродуктов и других веществ [2,3].

Сточные воды спиртовых и ацетоно-бутиловых заводов характеризуются большим содержанием органических веществ, в том числе углеводов, белков и органических кислот.

Опыты по разработке химических методов очистки сточных вод спиртовых, гидролизных и пивоваренных заводов не дали положительных результатов [4,5].

 Многолетними исследованиями показано, что в соответствии с составом сточных вод в них развиваются определенные группы и виды микроорганизмов, которые при создании оптимальных условий достаточно быстро потребляют загрязняющие воду вещества [6].

В действующих промышленных схемах очистку веществ находящихся в растворе и в осадке производят раздельно. Поэтому в первую очередь сточные воды проходят станцию механической очистки, обычно состоящую из решетки для задержания крупных загрязнений, песколовушки и отстойников. В отстойниках из сточных вод в основном отделяют осадки, которые подвергают метановому брожению. Образующийся при этом метан используется как горючее. Имеются также данные об образовании в этом процессе значительного количества витамина В12, что позволяет организовать производство этого весьма ценного витамина [7].

Вещества, оставщиеся в растворе после прохождения через отстойник, обычно перерабатываются в аэротенках или биофильтрах. В аэротенке культивируются микроорганизмы, образующие довольно крупные хлопьевидные скопления, называемые активным илом. Оптимальными условиями деятельности активного ила является рН среды 6 - 7 и наличие кислорода, для чего в жидкость продувается воздух в количестве 8 - 30 м3 / м3 час; концентрацию сухого вещества активного ила следует поддерживать в пределах 2,5 - 3,0 г/л. Кроме того, в перерабатываемой жидкости должно быть 16 мг/л азота и 5 мг/л фосфора. Без кислорода активный ил погибает, поэтому при выделении его из очищенной жидкости максимально сокращается время пребывания активного ила в отстойнике; считается, что активный ил не должен находиться без кислорода более 15 - 20 минут.

 В биофильтрах вода очищается биопленкой, состоящей из микроорганизмов, которые поселяются на кусках материала (шлак, щебень), запоняющих фильтр. При протекании воды через биофильтр высотой 2-4 метра происходит сбраживание растворенных в ней веществ. Необходимый для этого кислород поступает из окружающего воздуха, а в отдельных случаях организуется принудительная подача воздуха.

Основным показателем очистки служит снижение биологической потребности кислорода за 5 суток (БПК5). Учитываются также и другие показатели: количество взвешенных веществ, изменение в содержании сухих органических веществ и неорганических соединенй и окисляемость, т.е. химическая потребность кислорода (ХПК), определяемая химическим методом с периодатом. Для чистой воды БПК5 равна 10-20 мг/л.

Методы определения качества сточных вод разработаны институтом ВНИИ ВОДГЕО и опубликованы в печати [8].

 Биологический метод очистки сточных вод спиртового завода испытан научно-исследовательской лабораторией при Талицком комбинате на модельных сооружениях аэротенков и биофильтров на очистке различных сточных вод, полученных непосредственно в производстве. Основное внимание было уделено выбору режима очистки сточных вод комбината, включающего ацетоно-бутиловый, спиртовый и дрожжевой заводы, перерабатывающего муку, зерно, картофель и свекловичную патоку.

Барда спиртового завода и густая часть ацетоновой барды по выходе из отстойников передаются на скотооткормочный пункт. Жидкая часть ацетоновой барды содержит около 2,0% сухих веществ и БПК₅ ее равно 6500 мг/л. Столь концентрированный раствор, безусловно нельзя отнести к сточным жидкостям, и целесообразно использовать его для выращивания кормовых дрожжей или на другие цели.

Дрожжевая барда, имеющая более низкую концентрацию сухих веществ, отнесена к сточной жидкости. Условно чистые воды, хотя они в настоящее время частично смешиваются с грязными, смывочными водами ацетоно-бутилового и спиртового заводов и ТЭЦ, учитывались отдельно не отнесены к сточным водам. Комбинат имеет ряд стоков,в которые поступает вода, используемая для мытья аппаратуры, и хозяйственно-бытовые нужды. Качество этих вод приведено в таблице 1.

Таблица 1. Качественная характеристика сточных вод

Опыты по очистке проводились на модельных установках, показанных на рисунке. Для ориентировочных опытов использовались модели общей емкостью 2л, а основные показатели сняты при работе модели емкостью свыше 20л.

Очистка на аэротенке. На очистку подавалась вода после отстаивания имевшихся в ней взвешенных веществ. Вода поступала через распределительную воронку вниз а аэротенка 2. Воздух также подавался в нижнюю часть б. Вода проходила через верхнюю часть аэротенка г в среднюю часть отстойника 3. Очищенная вода выходила из верхней части аэротенка д, а активный ил из отстойника непрерывно откачивался обратно в аэротенк 2 через патрубок в при помощи эрлифа е.

Высота аэротенка 2003 мм, площадь сечения 122,65 см2, общая емкость 21,2 л. В пусковой период подавалась вода слабой концентрации и при непрерывном продувании воздуха в количестве 20 л/л час; длительность накопления ила составляла 30-50 суток. Затем проводили очистку разных стоков и результаты ее контролировали по установленным показателям.

Эффект очистки рассчитан в процентах от снижения БПК₅ или БПК₃, а окислительная мощность - по снижению БПК₅ с учетом нагрузки, которая показывает количество объемов воды, пропускаемой в течение суток на один объем сооружения. Например , загрязненная вода имела БПК₅ = 350 мг/л, а очищенная - 20 мг/л. Через сооружение в сутки пропускалось воды, объем которой равен двум объемам сооружения. Окислительная мощность равна (350-20) Х 2 = 660 мг/л.

 В таблице 2,3 и 4 показаны результаты различных вариантов опытов, при проведении которых получены вполне удовлетворительные результаты, поскольку при 89-96%-ной очистке достигнута устойчивая окислительная мощность, соответствующая 550-830 мг/л.

Следует отметить, что повышение в исходной концентрации БПК3 до 1100-1200 мг/л и выше, хотя и дало положительный эффект (длительность испытаний 5-53 суток), но было отмечено вспучивание ила; при последующем снижении нагрузки вновь была достигнута хорошая очистка.

Следовательно, для получения устойчивых показателей очистки с хорошими качествами очищенной воды можно рекомендовать очистку с БПК 5 до 850-900 мг/л. В случае очистки воды с меньшей концентрацией загрязнений нагрузку на аэротенке можно увеличить, что видно из данных опытов, приведенных в таблице 2 и 3.

Таблица 2. Эффект очистки сточных вод на Аэротенке

Таблица 4. Эффект очистки сточных вод на Аэротенке

В поступающей на очистку воде было найдено азота 4-5 мг/л и фосфора 0,12-0,5 мг/л, т.е. значительно меньше, чем это необходимо для нормального развития микроорганизмов. И в этих условиях очистка проходила нормально, но прирост массы активного ила был очень мал.

Опытами были также проверены способы борьбы с вспучиванием ила, что происходит главным образом за счет значительного развития нитчатых бактерий. Удалось показать, что повышение величины рН в поступающей на очистку воде до 8,5-9,3 и интенсивное продувание воздуха в регенераторе позволяют задерживать развитие этих микроорганизмов.

 Модель типа биофильтра (см. рисунок) имела следующие размеры: диаметр 12мм, площадь сечения 113,1 см2, высота загруженного материала 1780 мм, объем 20,1 л. Загрузка шлаком выполнена слоями, начиная снизу: размер куска 50-70 мм - высота слоя 24 см; размер 30-50 мм - высота соя 130 см; размер куска 20-30 мм - высота слоя 24 см.

Период между орошениями был 8-12 минут, вентиляция естественная. Образование биопленки длилось около месяца. Поступающая вода имела рН=6,5-7,6 и БПК 3 = 200 мг/л. Когда биопленка накопилась, были проведены опыты очистки стоков разной степени загрязнения. Результаты опытов, приведенные в таблице 5 , 6, говорят о высоком эффекте очистки, равном 82-96%, при этом окислительная мощность соответствовала 450-480 мг/л, а нагрузка колебалась от 1 до 3 мл, в зависимости от БПК 5 очищаемой воды.

Таблица 5. Эффект очистки сточных вод на Биофильтре

Таблица 6. Эффект очистки сточных вод на Биофильтре

Результаты дальнейших опытов с нагрузкой биофильтра, равной 1 л/л приведены в таблице 7. Следует признать, что вполне успешно проходила очистка стоков (92-94%), вплоть до начальной величины их БПК3 = 780 мг/л, что позволило повысить окислительную мощность до 735 мг/л. Дальнейшее повышение концентрации, хотя и дало значительный эффект очистки, но не может считаться надежным.

Таблица № 7. Эффект очистки сточных вод на Биофильтре

Проверка количества биопленки в различных слоях биофильтра (если его разделить по высоте на равные части) показала, что в верхнем слое находится 0,75-1,1 г биомассы (по сухому весу) на 100 мл объема; в среднем 0,67-1,1 г биомассы, в нижнем 0,24-0,77 г. зольность биомассы колебалась от 16 до 27%, в зависимости от длительности работы сооружения. Эти результаты отвечают литературным данным и говорят об эффективном действии главным образом верхних слоев биофильтра.

Проверкой различных режимов показана возможность устойчивой очистки на аэротенке с эффектом очистки 92-96% и окислительной мощности 800 мг/л при начальном БПК ₃ = 700-750 мг/л; на биофильтре очистка достигла 89-92% и окислительная мощность 600 мг/л при начальном БПК ₃ = 640 мг/л

Полученные опытные данные убеждают в том, что биологический метод очистки загрязненных сточных вод может и должен найти применение в спиртовом, ацетоно-бутиловом и дрожжевом производствах.

Большое практическое значение имеет тот факт, что отпадает необходимость усреднения стоков и добавления к ним каких-либо веществ для обеспечения нормальной работы аэротэнков и биофильтров, как это делается при очистке многих промышленных сточных вод. В отношении активного ила в аэротэнке и биопленки биофильтра необходимо отметить, что при оптимальных условиях процесса, кроме скоплений бактерий и разных дрожжеподобных микроорганизмов и плесеней, наблюдается также весьма активное развитие коловраток, корненожек, жгутиковых, круглых червей и пр. Микрофлора ила практически имеет большое значение для нормальной работы аэротэнков. При появлении в нем нитевидных бактерий и бактерий рамигера наблюдаются значительные затруднения, так как ил не осаждается, «вспухает»; вследствие чего нарушается нормальная работа аэротэнков. Хроматографическим анализом показано наличие в очищаемой сточной жидкости Сахаров: глюкозы, арабинозы, ксилозы, сахарозы и фруктозы и следующих аминокислот; лизина, аспарагина, аспарагиновой и глютаминозой кислот, тирозина, метионина, валина, фенилаланина, гликокола и изолейцина. В очищенной воде все эти вещества обнаружить не удалось (при концентрированны раствора в 20 раз и более). Для оценки и сопоставления достигнутых показателей можно провести данные работы биологической очистки сточных вод Косьвинского и Тулунского гидролизных заводов [9]. При начальном БПКз 400 — 560 мг/л эффект очистки составил 83—97%, а окислительная мощность 300 - 400 мг/л.

Таким образом, на модельных установках достигнуты результаты, соответствующие имеющимся на практике.

Назад, на главную страницу