Лекция 5. Характеристика сточных вод спиртового и дрожжевого производств (2 часа) (стр. 4 )

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, БПК5достигает 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.

2. Методы очистки сточных вод

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 связано 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 ДS 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 - 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.

Очистка транспортерно-моечных вод

Очистка подобного рода сточных вод осуществляется путем отстаивания в сооружениях механической очистки. Для ускорения процесса осветления, осаждения взвешенных веществ и коррекции реакции среды в очищаемую воду периодически добавляют известь. После осветления сточные воды многократно возвращаются в гидротранспортер и используются для транспортирования клубней картофеля или сахарной свеклы. Для обновления транспортерно-моечных вод и восполнения их объема в мойку подают отработавшие воды в количестве 0,6-0,7 м2 на 1т перерабатываемого картофеля. Набор сооружений механической очистки стоков в данном случае представлен сборником загрязненных стоков, смесителем для добавления гашеной извести, песколовки и отстойника. При этом осадок из отстойника периодически удаляют гидростатическим напором или насосом в накопитель земли. Вода из накопителя земли собирается в колодцах и насосом подается на сооружения биологической очистки из расчета 10% находящейся в обороте, избыток воды возвращается в гидрогранспортер.

Очистка производственных загрязненных сточных вод

Сточные воды спиртовых заводов подвергают биологической очистке в естественных или искусственных условиях.

Схема биологической очистки спиртовых заводов, перерабатывающих крахмалосодержащее сырье:

Сточные воды предварительно поступают в биоочиститель, представляющий собой блок песколовки и биокоагулятора, куда непрерывно подается избыточный активный ил из вторичных отстойников и осветленная транспортерно-моечная вода из накопителя земли. Осветленная вода из первичных отстойников с концентрацией взвешенных веществ 100-120 мг/л поступает в двухступенчатые аэротенки, сблокированные со вторичными отстойниками каждый. При необходимости доочистки сточная вода из третичного отстойника подается на гравийно-песчанный фильтр (или фильтр с плавающей загрузкой из полиуретанового наполнителя) и далее в каскад биологических прудов с естественной или искусственной аэрацией.

Обеззараживание сточных вод производится жидким гипохлоритом натрия, получаемым из хлористого натрия (поваренной соли) путем электролиза.

Избыточный активный ил из вторичного и третичного отстойника и контактного резервуара подается насосом в биоочиститель и илоуплотнитель. Продолжительность уплотнения 7-8 часов. Уплотненные осадок и ил подаются на обезвреживание в дегельминтератор для обезвреживания их термической обработкой при температуре 70-75 єС. Иловая вода из дегельминтезатора и илоуплотнителя подается в аэротенки, обезвоженный осадок подается в накопитель, а затем используется в качестве удобрения.