У статті представлені дані моніторингу промислових відходів підприємств по переробці молока.

Анотація наукової статті з екологічних біотехнологій, автор наукової роботи - Дерновіч Олександр, Сороко Олег


The article presents the data of industrial waste monitoring. According to these data the main polluting components of waste of milk processing enterprises are the rests of dairy products.


Область наук:

  • екологічні біотехнології

  • Рік видавництва: 2013


    Журнал: Наука та інновації


    Наукова стаття на тему 'Аеробні біосистеми очищення стоків молокопереробних підприємств'

    Текст наукової роботи на тему «Аеробні біосистеми очищення стоків молокопереробних підприємств»

    ?Аеробні біосистеми очищення стоків

    молокопереробних підприємств

    про

    X X

    5

    X

    Загальний обсяг виробничих стоків молокопереробних підприємств в Білорусі становить до 12 млн т на рік. З них до 5 млн т надходить на поля фільтрації, що залишилися направляються в міські каналізаційні мережі і далі - на очисні споруди комунальних систем. При скиданні стоків на поля фільтрації екологічне навантаження в районі «молочних озер і річок» різко погіршується, а в літній період посилюється ще більше.

    За даними моніторингу виробничих підприємств, основними забруднюючими компонентами стічних вод молокопереробки є залишки самих молочних продуктів. Роботи по зниженню їх скидів в нашій країні ведуться досить інтенсивно, останнім часом законодавчо прийнято рішення щодо недопущення скидання сироватки в стоки заводів, так як це затребуваний на ринку продукт. Значні результати вітчизняними молокопереробними підприємствами досягнуті з 2004 по 2011 р Фактичні обсяги виробництва сироватки виросли майже в 2 рази, а обсяги її переробки - більш ніж в 13.

    Впровадження сучасних високоефективних технологій, що дозволяють повністю переробити молочну сироватку, в тому числі казеиновую і сирну, значно знизить негативний вплив молокозаводів на навколишнє середовище.

    Другим важливим аспектом вирішення питання екологічної ефективності підприємств молочного комплексу є потреба будівництва локальних систем очищення виробничих стоків. З урахуванням високого ступеня забруднення останніх комунальні очисні споруди не справляються з ними, періодично виходять з штатного режиму, особливо при

    Фото Олесі Касьян

    Олександр Дерновіч,

    начальник

    технологічного

    відділу

    ЗАТ «ДіАрКласс»

    Фото Олесі Касьян

    Олег Сороко,

    провідний

    інженер енергетик

    РУП «Інститут

    м'ясомолочної

    промисловості »,

    кандидат

    технічних наук,

    доцент

    залпових скидах. Хочеться відзначити, що штрафні санкції до молочних заводів застосовуються як по перевищення нормативів забруднень стоків, які направляються на очисні споруди міст, так і на умовах, наведених залпових скидах. За даними моніторингу, подібні викиди і відсутність локальних очисних споруд характерні для більш ніж 90% заводів республіки. Максимально очистити специфічні стоки молочних підприємств для передачі їх на комунальні очисні споруди без біохімічної обробки неможливо. Тому до складу споруджуваних локальних очисних станцій молочних підприємств необхідно обов'язково включати стадію біологічного очищення виробничих стоків. Як правильно вибрати систему очищення, якщо на ринку представлені різні за структурою і набору обладнання?

    Технологія біоочищення заснована на життєдіяльності мікроорганізмів активного мулу, здатних до повного або часткового окислення органічних речовин до СО2 і Н2О, а також окислення сполук азоту до солей нітриту і нітрату.

    процес біохімічної

    очищення здійснюється в спеціальних аераційних спорудах - аеротенках (биореакторах). Аеротенк - це, як правило, залізобетонний резервуар прямокутної або круглої форми, по якому постійно переміщається стічна вода, змішана з активним мулом. В аеротенк подається повітря, який перемішує оброблювану рідину і насичує її киснем, необхідним для життєдіяльності мікроорганізмів. Аеробні мікроорганізми споживають забруднення стічної води - субстрат, ростуть і розмножуються, утворюючи зооглейние скупчення хлопочков активного мулу, розміри яких коливаються від ледь помітних оком до 2-3 мм, а іноді і більше [1]. У стічні води в процесі очищення вводяться біогенні добавки для дотримання співвідношення БПК: №Р = 100: 5: 1, де показник БПК - це кількість кисню, необхідне для окислення органічних забруднень біологічним способом, а показники N і Р, відповідно, визначають зміст в стоках азоту і фосфору, які є біогенними елементами. Як біогенних добавок можуть використовуватися розчини солей, що містять азот і фосфор, в деяких випадках в аеротіт-ки подаються легкоокислюваних органічні сполуки, такі як оцтова кислота, метанол, етанол і ін.

    Кількість бактерій в активному мулі досить велика і становить від 1100 до 41000 в 1 г (в перерахунку на суху речовину). Зі складу активного мулу можна виділити основні групи мікроорганізмів: раковини і голі амеби, свободноплавающие і кругореснічние інфузорії, жгутіконосци і коловертки. Крім них в активному мулі можуть розвиватися і інші, в тому числі гриби. Мікроорганізми мулу в аеротенках очисних споруд представлені спільнотою, в якому співіснують Гете-ротрофи і автотрофи, причому переважне розвиток

    та чи інша група отримує в залежності від умов роботи системи. Ці дві групи бактерій відрізняються за своїм ставленням до джерела вуглецевого живлення. Гетеротрофи як джерело вуглецю використовують готові органічні речовини і переробляють їх для отримання енергії та біоценозу клітини. Автотрофи споживають для синтезу клітини неорганічний вуглець, а енергію отримують за рахунок фотосинтезу, використовуючи енергію світла, або хемосинтезу шляхом окислення деяких неорганічних сполук. Таким чином, штучно культивовані мікроорганізми звільняють воду від забруднень, а метаболізм цих забруднень в клітинах забезпечує їх енергетичні потреби, приріст біомаси [1].

    Біологічним шляхом окислюються багато органічних речовин. Переробці піддаються також деякі неокіс-лені неорганічні сполуки - сірководень, нітрити тощо.

    Наявність в біоценозі в достатній кількості найпростіших і багатоклітинних організмів вказує на високий рівень деструкционная-ного потенціалу. Наявність же в активному мулі аеротенків нитчастих бактерій при відсутності їх в біоценозі, або наявність в мінімальних кількостях найпростіших і багатоклітинних організмів вказує на низький рівень деструкционная потенціалу активного мулу.

    Механізм біологічного окислення в аеробних умовах (в присутності розчиненого кисню) гетеротрофних

    бактеріями можна представити наступною схемою:

    Органічні речовини + O2 + + N + P - мікроорганізми + + CO2 + H2O + біологічно неокісляющуюся розчинені речовини (1);

    Мікроорганізми + O2 - CO2 + + H2O + N + P + біологічно непорушна частина клітинного речовини (2).

    Реакція (1) символізує окислення вихідних органічних забруднень стічних вод і утворення нової біомаси. В очищених водах залишаються біологічно не окислюється речовини, переважно в розчиненому стані, так як колоїдні і нерозчинені видаляються зі стоків методом сорбції.

    Реакція (2) описує окислення клітинногоречовини, яке відбувається після використання зовнішнього джерела живлення. Прикладом окислення автотрофами може бути процес нітрифікації:

    55NH4 + + 5С02 + 76O2 - C5H7NO2 + + 54NO2- + 52H2O + 109Н + (3),

    400NO2- + 5С02 + N ^ 4 + + 195O2 + + H2O -2 С5Н ^ 02 + 400NO3 + + Н + (4),

    де С5Н71 \ Ю2 - символ складу органічної речовини утворюються клітин мікроорганізмів.

    Реакцію (3) здійснюють бактерії роду М ^ ояотопая (при цьому вони переводять азот амонійних солей в азот нітритів), а реакцію (4) - окислення азоту нітритів в азот нітратів - проводять бактерії роду М ^ оЬайег [2].

    вхідні стоки

    селектор

    Іл

    I

    Мал. 1.

    Біологічне очищення безперервної дії з поділом мулу в освітлювачі

    Очищена вода

    аеротенк

    I

    освітлювач

    (вторинний

    відстійник)

    повітродувки

    доочищення

    про

    X X

    5

    X

    Мал. 3. Установка напірної флотації

    Мал. 2.

    Біологічне очищення безперервної дії

    з поділом мулу на флотаційного установці

    Окислення органічних забруднень в аеротенках відбувається за рахунок життєдіяльності аеробних мікроорганізмів, що утворюють пухкі скупчення - активний мул (біоценоз організмів-минерализаторов, здатних сорбувати на своїй поверхні і ферментативно окисляти в присутності кисню органічні речовини в стічних водах). Частина органічної речовини, безперервно надходить зі стоками, окислюється, а інша забезпечує приріст бактеріальної маси - активного мулу.

    Традиційні установки біологічної очистки стічних вод мають такі споруди: аеротенки, вторинні відстійники, ілоуплотнітелі, насосні та повітродувні станції, насосну станцію біогенної підживлення, парк контактних резервуарів, вузол обліку освітлених стоків. Технологічна схема очисних споруд представлена ​​на рис. 1.

    Аеротенки, використовувані на станціях біологічного очищення, зазвичай бувають 1-4-секційні, 2-, 3- і 4-ко-

    рідорние. Розміри коридорів, обсяги секцій і загальний обсяг аеротенків мають широкий діапазон значень. У вторинних відстійників також великий габаритний ряд. Стічні води піддаються біологічному очищенню в секційних аеротіт-ках при тривалості аерації не менше 4 годин. Суміш стічних вод і активного мулу далі надходить для освітлення у вторинні відстійники, де відбувається відділення активного мулу від біологічно очищеної води. Відокремлений мул направляється на ілоуплотненія, в ілоу-плотнітелі, звідки його частина в рециркуляційно вигляді подається в аеротенки, а інша частина, так званий надлишковий мул, направляється на мулові карти або установки зневоднення. Біологічно очищена вода прямує на доочистку і знешкодження перед скиданням в поверхневий водойму.

    Сучасні системи біологічної очистки виробничих стоків різноманітніші і поєднують в собі досить багато концептуальних і апаратурних рішень. Розглянемо деякі з найбільш поширених і часто реалізуються.

    Біологічне очищення безперервної дії з поділом мулу на флотаційного установці

    У даній системі очищення стоків (рис. 2) передбачається, що суміш стічних вод і активного мулу після аеротенках

    Очищена вода

    надходить для освітлення на флотационную установку напірного типу, де відбувається відділення мулу від біологічно очищеної води за допомогою бульбашок повітря, що нагнітається в сатуратор флотаційного установки, розташований з правого боку флотатора.

    Флотатор (рис. 3) працює в напірному режимі з рециркуляцією стоків. Секція флотації обладнана модулем з пластикових тонкошарових пластин, який збільшує область відділення, таким чином гарантуючи видалення зі стічних вод навіть найменших пластівців мулу. Максимальної ефективності цього процесу сприяє також ламінарний режим проходження стоками секції флотації.

    Для рециркуляції стоків і насичення їх повітрям до складу флотаційного установки включений циркуляційний насос і Незасмічувані аерації-ційна система, що гарантує освіту однорідних і дрібнодисперсних бульбашок повітря. Спливаючі пластівці мулу безперервно видаляються з поверхні води скребковим механізмом в приймач флотошлама, передбачений конструкцією флотатора [3], в якій для зниження вологості флотошлама передбачена решітка зневоднення. Флото-шлам накопичується в муловому резервуарі.

    Відокремлений мул направляється в муловий резервуар, звідки одна його частина в рециркуляційно вигляді подається в аеротіт-ки, а інша - прямує в установки зневоднення. Зазвичай в якості останніх використовуються фільтр-преси, стрічкові преси, барабани зневоднення і декантірующі центрифуги.

    Переваги представлених систем біологічної очистки:

    | Перевірена роками експлуатації технологія і міцна конструкція, яка працює на стоках різних виробництв;

    | Низькі капітальні витрати в період будівництва;

    | Відносно низькі витрати по експлуатації.

    Реактори послідовного замісу - ВБР біореактори

    Біологічні реактори в спорудах очищення стоків виконують функції як аеротенків, так і вторинних відстійників. Устаткування працює в автоматичному режимі, часто при очищенні на молочних заводах використовують два біореактора - для підвищення надійності очищення і гарантованого досягнення необхідних параметрів. Схема роботи реактора послідовного замісу представлена ​​на рис. 4.

    У биореакторах протікають чотири основні етапи очищення:

    1. Наповнення біореактора. У реактор надходить стічна вода в суміші з активним мулом і біогенними речовинами, якщо потрібно їх подача для збільшення ефекту очищення. У період наповнення включаються повітродувки, і починається аерація. Процес закінчується досягненням встановленого рівня води або закінченням визначеного часу. Період наповнення дорівнює 12 годинам.

    2. Аерація. Вміст біореактора продовжує аерувати протягом 8 годин.

    3. Відстоювання. Відбувається седиментация мулу, яка триває 2 години.

    4. Часткове спорожнення реактора, тобто випуск очищеної води до верхнього рівня відстояних стоків протягом 2 годин.

    На етапі випуску очищеного стоку до мінімального рівня встановленими на дні біореактора насосами з періодичністю в кілька прийомів, циклів відкачується надлишковий активний мул.

    Реактори працюють в автоматичному режимі. Після заповнення одного починає заповнюватися другий. У кожному послідовно чергуються етапи очищення.

    Аерація в 8БІ-реакторах забезпечується за допомогою

    4-

    наповнення

    аерація

    відстоювання

    спорожнення

    мембранних дрібнопухирцевих аераційних елементів, встановлених на решітках з поліпропіленових труб. Такі решітки закріплюються на дні реакторів, кожна має пристрій для видалення конденсату. Застосування донних мембранних аераторів дозволяє здійснювати переривчастий режим аерації в залежності від концентрації кисню в реакторах, без побоювання замулювання і кольматации мембран. Такий режим роботи забезпечує значну економію електроенергії та є оптимальним з точки зору протікання біологічних процесів. Повітря в систему аерації реакторів подається оснащення фільтрами воздуходувками по магістральним повітропроводів з нержавіючої сталі. Повітря, що надходить в систему, не містить механічних домішок у вигляді пилу і масел. Завдяки цьому термін служби аераторів значно подовжується.

    Використання двох реакторів, які працюють в циклічному режимі, має такі переваги:

    | Відпадає необхідність будівництва вторинних відстійників;

    | Гнучкість процесу дозволяє просте регулювання режимів очищення в зв'язку з можливими змінами якості і кількості стічних вод;

    | Забезпечується хороша адаптація і виживання активного мулу;

    | Досягається висока ефективність очищення стічних вод від трудноокісляемимі забруднень: в разі загибелі активного мулу в одному реакторі забезпечується його швидке відновлення.

    У реакторі послідовного замісу добре протікають стадії процесу біологічної очистки стоків нітрифікації, денітрофі-кации і видалення фосфору [3].

    Біологічне очищення безперервної дії з використанням мембранного біореактора (МБР)

    Технологічний процес даної біологічної очистки розроблений на основі використання мембранної технології, так званого мембранного біореактора (МБР).

    Мал. 4.

    Біологічне очищення в реакторі послідовного замісу

    Мал. 5.

    біологічна

    очистка

    безперервного

    дії

    з мембранним

    біореактором

    Очищена вода

    про

    X X

    5

    X

    повітродувки

    Мал. 6. Очищення

    виробничих стоків

    з використанням мембранних технологій фільтрації

    про х

    X

    5

    X

    передочистка

    Зворотній осмос

    вхідні стоки

    В даний час МБР-реактори успішно працюють в Росії - на підприємствах харчової промисловості, стоки яких мають високий ступінь забруднень. У представленій на рис. 5 конфігурації споруд очистки, коли аеротенк і блок занурених мембран знаходяться в одному обсязі, має місце низька концентрація мулу в аеротенках. Мембранний блок використовується як освітлювач, для відділення мулу від біологічно очищених вод [3].

    У технологічній схемі біологічної очистки стоків застосований аеротенк, всередині якого встановлюється мембранний блок. Останній в даному випадку виконує роль вторинного відстійника, відокремлює біологічно очищену воду від активного мулу.

    переваги:

    | Перевірена технологія для різних харчових виробництв;

    | Досягається підвищена концентрація мулу, що дозволяє приймати висококонцентровані стоки;

    | Компактні споруди очистки.

    У числі недоліків мембранних біореакторів - то, що витрати при їх експлуатації вище, ніж в системі очищення безперервної дії з поділом мулу в освітлювачі (вторинному відстійнику) або флотаторе. Це пов'язано з необхідністю підтримки працездатності мембран (кислотні та лужні промивання, продування повітрям, дозування антінакіпних добавок), а також їх періодичної заміни. Передбачуваний термін служби мембран - 3-4 роки.

    концентрат

    шлам

    Мембранні технології очищення стоків. Очищення методом фільтрації

    За допомогою зворотного осмосу (рис. 6) виробничі стоки поділяються на потоки концентрату з вмістом органічних забруднень, солей і очищеної води. Фільтрація стоків для установки зворотного осмосу потрібно для зменшення ступеня забруднень, що значно знижує експлуатаційні витрати, пов'язані з періодичністю кислотно-лужних промивок, використання антинакипинов і коректорів рН [3].

    Перевагами фільтрації перед біологічним очищенням можна вважати компактність очисних споруд і невелику зону обслуговування.

    Основні недоліки технології фільтрації виробничих стічних вод:

    | Високі витрати по експлуатації в зв'язку з веденням процесу під тиском;

    | Мембрани мають обмежений термін служби (3-4 роки), високі витрати на заміну;

    | Мембрани схильні до забруднень;

    | Забруднюючі речовини не видаляються, а концентруються, виникає проблема їх утилізації;

    | Потік концентрату повинен бути очищений, потрібне додаткове обладнання і витрати.

    Крім того, має місце досить велика кількість обмежень по використанню мембран, коли в стоках присутні розчинники, нафтопродукти та ін.

    Таким чином, актуальність проблеми очищення виробничих стічних вод перед-

    ємств, що переробляють молоко, зростає з кожним днем, тому що негативний вплив на природу і життєвий простір населення будинків, розташованих поблизу таких заводів, збільшується в міру розширення, модернізації та збільшення їх виробничої потужності.

    Тема очищення стоків і мінімізації впливу молочних підприємств на локальні екосистеми вже вийшла за межі виробничої проблеми і окремої групи фахівців. Сьогодні вона вже гостро хвилює найширші верстви населення, обговорюється в ЗМІ. Спроба систематизації сучасних методів біологічного очищення стічних вод, викладена в даній статті, дозволить фахівцям краще орієнтуватися у виборі розробника технології, постачальника основного технологічного обладнання з урахуванням конкретних обсягів стоків, їх характерних забруднень і особливостей молоко-переробних заводів і комбінатів.

    література

    1. Кореями Я.А., Жуков Д.Д., Журов В.Н., Рєпін Б.Н. Очищення виробничих стічних вод в аеротенках. - М., 1973.

    2. Зволинский В.П., Харламова М.Д., Кривошеїн Д.А. Екологічно безпечні технології. Учеб. посібник. - М., 2004.

    3. Дерновіч А.В. Сучасні аеробні біологічні системи очистки стічних вод промислових підприємств // Зб. доп. 26 наук.-практ. конф. «Удосконалення технологій та обладнання харчових виробництв» / Праці Білоруського технологічного університету. Ч. 2. м.Мінськ, 22-23 лютого 2012 р.


    Ключові слова: Аеробних БІОСИСТЕМИ ОЧИСТКИ СТОКІВ /молокопереробні підприємства

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити