CC BY
62
УДК:628.543.001.76:577.1.002.2
ТЕХНОЛОГИЯ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД ГИДРОЛИЗНЫХ ПРОИЗВОДСТВ
© В.В. Коростовенко1, В.А. Гронь2, Н.М. Капличенко3, С.Г. Шахрай4, В.В. Кондратьев5
1,2,3,4Сибирский Федеральный университет, Институт цветных металлов и материаловедения, 660041 Россия, Красноярск, пр. Свободный, 79. 5Иркутский государственный технический университет, Физико-технический институт, 66474, Россия, Иркутск, ул. Лермонтова, 83.
Развитие биохимических производств влечет за собой увеличение нагрузки на окружающую среду, в том числе при сбросе в водоем загрязнителей этих производств, превышающих санитарные нормы. В связи с этим предлагается усовершенствование схемы очистки сточных вод до нормативов с целью использования их повторно. Ил. 1. Табл. 1. Библиогр. 7 назв.
Ключевые слова: сточные воды; биохимические производства; микроорганизмы; органические вещества; активный ил; очистные сооружения; оборудование.
HYDROLYSIS PLANT WASTEWATER TREATMENT TECHNOLOGY
V.V. Korostovenko, V.A. Gron, N.M. Kaplichenko, S.G. Shakhrai, V.V. Kondratyev
Siberian Federal University, 79 Svobodny St., Krasnoyarsk, 660041, Russia. Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.
Development of biochemical production results in the increased load upon the environment including the discharge of biochemical pollutants exceeding the sanitary standards in water. In this connection it is suggested to improve the sewage treatment circuit up to the standards in order to reuse the wastewater. 1 figure. 1 table. 7 sources.
Key words: wastewater; biochemical production; microorganisms; organic substances; activated sludge; sewage treatment plants; equipment.
Законодательство в сфере охраны водного бассейна при технологическом использовании воды запрещает сброс неочищенных сточных вод. В горнодобывающей, химической, металлургической промышленности в последнее время уделяется большое внимание очистке сточных вод [1] и оборотных растворов [2], тогда как широкий круг проблем существует в отношении сточных вод биохимических производств, таких как гидролизные заводы. Стоки гидролизных предприятий относятся к разряду сильно загрязненных, содержащих растворенные органические и минеральные вещества, а также различные нераствори-
мые примеси (преимущественно органического происхождения). В состав производственных сточных вод входят: сульфаты, аммоний, азот, хлориды, фурфурол, метанол, фенолы, формальдегид, жиры, железо, фосфаты и взвешенные вещества. Последние в основном представлены лигногуминовым комплексом, в ограниченном количестве содержится гипс [3].
Промышленные стоки имеют интенсивную окраску, содержащиеся в них органические вещества оказывают токсическое воздействие на компоненты биосферы, их очистка в настоящее время является актуальной.
1 Коростовенко Вячеслав Васильевич, доктор технических наук, профессор кафедры техносферной безопасности горного и металлургического производства, тел.: (391) 2063618.
Korostovenko Vyacheslav, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Technosphere Safety of Mining and Metallurgical Production, tel.: (391) 2063618.
2Гронь Вера Александровна, кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности горного и металлургического производства, тел.: (391) 2063618.
Gron Vera, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technosphere Safety of Mining and Metall ur-gical Production, tel.: (391) 2063618.
Капличенко Наталья Марковна, старший преподаватель кафедры техносферной безопасности горного и металлургического производства, тел.: (391) 2063618.
Kaplichenko Natalya, Senior Lecturer of the Department of Technosphere Safety of Mining and Metallurgical Production, tel.: (391 ) 2063618.
"Шахрай Сергей Георгиевич, кандидат технических наук, доцент кафедры техносферной безопасности горного и металлургического производства, тел.: (391) 2063618, e-mail: shahrai56@mail.ru
Shakhrai Sergei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Technosphere Safety of Mining and Metallurgical Production, tel.: (391) 2063618, e-mail: shahrai56@mail.ru
5Кондратьев Виктор Викторович, начальник отдела инновационных технологий, тел.: (3952) 405906, e-mail: kvv@istu.edu Kondratyev Victor, Head of the Department for Innovation Technologies, tel.: (3952) 405906, e-mail: Shahrai56@mail.ru
Основным загрязнителем стоков биохимзаводов является отработанная культуральная жидкость или так называемая последрожжевая бражка, объем которой достигает 30-35% от общезаводского стока, причем её доля составляет 70-90% в общем количестве загрязнений. Применяемая на предприятии технология очистки включает отстаивание твердых загрязнителей и удаление всплывающих примесей, а растворенные химические вещества остаются в сточной воде и сбрасываются в водоем рыбохозяйственного назначения, причем даже по удаленным веществам эффективность очистки не превышает 40-44%. В результате этого существующую технологию очистки промстоков нельзя признать удовлетворительной [4]. Качественно-количественная характеристика сточных вод представлена в таблице.
внутризаводские очистные сооружения.
Анализ фактического состояния производственных стоков гидролизных предприятий, а также техники и технологии очистки сточных вод биохимзавода позволил предложить для предприятий более эффективную и локальную очистку сточных вод, позволяющую использование их в оборотном водопотреблении предприятия и существенное снижение нагрузки на городскую очистную станцию.
Сточные воды гидролизных предприятий имеют рН 4,5-5,5, поэтому перед поступлением на очистку проводится нейтрализация до рН 6,5-8,5. Значение рН следует поддерживать не только для обеспечения эффективной деятельности микроорганизмов при последующей биологической очистке, но и в связи с тем,
что кислые сточные воды разрушают бетон - основ-Качественно-количественная характеристика
Наименование вредных веществ Исходная концентрация, мг/м3 Остаточная концентрация загрязнителей после очистки, мг/м3 Эффективность очистки, % ПДК, мг/м Класс опасности
по существующей технологии по предлагаемой технологии по существующей технологии по предлагаемой технологии
Взвешенные вещества 218,7 131,22 6,5 40 97 ОБУВ -
Нефтепродукты 53,1 30,0 0,5 43,5 98,9 0,05 4
Сульфаты 750,4 75,04 52,5 - 93 500 4
Хлориды 580,5 580,5 23,2 - 96 350 4
Азот нитратный 22,5 22,5 1,12 - 95 9,1 3
Фурфурол 7,2 7,2 0,07 - 99 0,01 4
Метанол 6,7 6,7 0,13 - 98 0,1 2
Фенолы 2,3 2,3 0,023 - 99 0,01 2
Формальдегид 5,3 5,3 0,06 - 98 0,05 2
Железо общее 8,5 8,5 0,25 - 97 0,1 3
Фосфаты 22,3 22,3 0,44 - 98 3,5 3
Лигнин 43,5 43,5 1,3 - 97 2 4
Водородный показатель 4,5-5,5 4,5-5,5 6,5-8,5 - 6,5-8,5 -
Данные таблицы свидетельствуют о том, что после локальной очистки содержание в сточных водах вредных веществ по всей номенклатуре превышает предельно-допустимые концентрации, установленные для сброса стоков в водоем. Поэтому промстоки биохимзавода направляют на городские очистные сооружения, где смешивают с городскими хозяйственно-бытовыми и промышленными стоками других промышленных предприятий и проводят полную биологическую очистку. В результате очистные сооружения города подвержены значительной нагрузке по загрязняющим веществам, что предопределяет усложнение технологии и рост затрат на очистку.
Изложенное выше свидетельствует об очевидных недостатках как собственно технологической схемы, так и технических средств очистки промстоков. Физически изношенные и морально устаревшие станции локальной очистки стоков биохимзаводов необходимо заменить на более эффективные и совершенные
ной материал, используемый при строительстве очистных станций, а также наносит непоправимый ущерб окружающей среде [5].
В связи со сложившейся экологической ситуацией предлагается усовершенствование технологической схемы очистки сточных вод. Для выделения грубодис-персных и плавающих примесей предлагаются два типовых радиальных отстойника диаметром 18 м с центральным выпуском сточных вод при эффективности осветления до 70%. Очищенная от взвешенных веществ сточная вода поступает в приемный колодец. Затем из приемной камеры направляется на завершающую стадию очистки. С целью деструкции органических веществ предложена аэробная биологическая очистка на высокопроизводительном фильтротенке, отличающемся от других биологических окислителей компактностью, так как в нем зона аэрации сблокирована с вторичным отстойником. В комплексе присутствует иловая камера, осуществляющая рециркуля-
цию активного ила и отвод избыточной иловой смеси. Фильтротенк обладает высокой окислительной мощностью за счет большой дозы микроорганизмов, окисляющих загрязняющие вещества, при сравнительно низких нагрузках на активный ил.
Оригинальность данной ступени очистки состоит в фильтрации иловой смеси в аэротенке с исходной дозой ила до 20 г/дм3 через сетчатые фильтры таким образом, что во вторичный отстойник поступает не более 3-4 г/дм3 взвешенных веществ.
Работа фильтротенка включает следующие операции. Сточная жидкость поступает в зону аэрации, выполненную в виде кольцевого резервуара. В центральной части резервуара находится зона отстаивания. На наружной боковой стенке имеется кольцевой лоток для впуска и распределения поступающей на биологическую очистку сточной воды и кольцевой лоток для впуска и распределения возвратного активного ила. При поочередной обратной продувке фильтрующих сетчатых насадок, расположенных вблизи внутренней стенки, в зоне аэрации возникает и поддерживается мощный циркулирующий поток, обеспечивающий интенсивное перемешивание иловой смеси с поступающей в зону аэрации загрязненной сточной жидкостью. Фильтровальные насадки в количестве 26 штук оснащены запорной арматурой и системой отводящих патрубков осветленной иловой смеси и трубопроводов для подачи сжатого воздуха. Насадка работает попеременно в режиме фильтрации и регенера-
ции. Из-за быстрого возрастания сопротивления слоя активного ила режим фильтрации длится всего 1 мин. Регенерация осуществляется обратной струей воздуха, подаваемой в насадку в течение 10-12 сек. Продолжительность фильтрации и регенерации поддерживается автоматически. В ходе фильтрования через сетчатые перегородки с размером ячеек по ходу жидкости 60-100 мкм и 1-2 мм осветленная иловая смесь с дозой активного ила до 3-4 г/дм3 по сухому веществу выводится в зону отстаивания с помощью струе-направляющей перегородки. Зона отстаивания представляет собой радиальный отстойник с периферийной подачей осветляемой жидкости и центральным отводом осветленной жидкости с помощью сборных лотков. Осевший активный ил илососами удаляется в иловую камеру, где возвратный активный ил интенсивно аэрируется и минерализуется, а затем перекачивается аэролифтом в лоток рециркулирующего ила. Управление работой трубопроводов производится с помощью задвижек, находящихся в отдельно стоящей камере управления. Образующийся в результате биологической очистки избыточный активный ил направляется на дальнейшую переработку на илоуплотните-лях [6]. Технологическая схема очистки промстоков представлена на рисунке.
Исследования проводились на одном из биохимических производств при среднем расходе сточных вод до 9500 м3/сутки с начальной БПКполн = 4000 мг кислорода на 1 дм3, при этом диаметр фильтротенка со-
Технологическая схема очистки промышленных стоков
ставляет 28 м, а диаметр отстойной зоны - 18 м. Основные параметры фильтротенка приняты в зависимости от дозы активного ила и его свойств, определяемых биохимической структурой и степенью окисления загрязнений.
Процесс биохимического разрушения органических загрязнителей происходит под воздействием биоценоза, то есть комплекса всех кислородопотреб-ляющих организмов, развивающихся в фильтротенке. Эти бактерии играют основную роль в биоценозе и составляют около 82% от всего количества микробов.
Микробиальный состав активного ила зависит от вида загрязнений, присутствующих в сточных водах. Для очистки стоков биохимзаводов предложен активный ил, обогащенный представителями рядов бактерий Pseudomonas, Bacterium, Micrococcus, Bacillus, Sarcina. Отдельные виды Pseudomonas избирательно относятся к различным компонентам сточной жидкости, например: Ps. Coadunate используют метанол, Ps. dacunhae - фенол, этанол, Ps. liguefaciens - формальдегид, фурфурол. Азотсодержащие вещества усваиваются Bacterium mycoides, сульфаты и сульфиды окисляются Thiobacterium. Бактерии Micrococcus усваивают спирты, органические кислоты, альдегиды, бактерии Bacillus окисляют углеводы, фенолы, спирты, бактерии Sarcina - фенолы, сахара и т.д. Степень участия групп микробов в очистке стоков биохимзаводов следующая, %: Pseudomonas - 70, Bacterium - 15, Micrococcus - 8, Bacillus - 4 и Sarcina - 3.
Кроме бактерий в биоценозе присутствуют простейшие (саркодовые, реснитчатые инфузории, жгутиковые) и микроскопические животные (коловратки, черви, клещи). Они не принимают непосредственного участия в разрушении органических загрязнений, но поглощают большое число бактерий, поддерживая их оптимальное содержание в иле. Сопутствующие группы микробов подготавливают среду для существования микроорганизмов основной группы, обеспечивая ее питательными и ростовыми веществами (фермен-
тами), утилизируют продукты окисления. Простейшие способствуют осаждению ила, поглощая взвешенные вещества, и осветлению сточных вод. Поедая старые бактериальные клетки, они облегчают размножение оставшихся, что приводит к появлению большого количества молодых биохимически активных особей.
Для окисления органических веществ микроорганизмам необходим кислород, но они могут его использовать только в растворенном в воде виде. Для насыщения сточной воды кислородом проводится процесс аэрации с интенсивностью до 100 м3/(м3-ч), с разделением воздушного потока на пузырьки, которые практически равномерно распределяются в сточной жидкости. Турбулизация сточных вод в аэротенке способствует распаду хлопьев активного ила на более мелкие и увеличивает скорость поступления питательных веществ и кислорода к микроорганизмам и таким образом приводит к повышению скорости очистки. Продолжительность аэрации сточных вод достигает 8 ч. За это время активный ил очищает сточную воду на 97%, что позволит очищенную воду с незначительным превышением санитарных норм по некоторым химическим веществам направлять в оборот. Коэффициент водооборота при этом составит 85% [7].
Таким образом, результаты проведенных исследований позволили разработать новую конструкцию высокоэффективного фильтротенка, оснащенного вторичным отстойником и иловой камерой, что делает его технологически и аппаратурно привлекательным. Повышенная эффективность фильротенка обеспечивается за счет рециркуляции активного ила, что обеспечивает увеличенную дозу микроорганизмов и высокую окислительную мощность при сравнительно низких нагрузках на активный ил. Использование данной конструкции фильтротенка позволит кардинально улучшить степень очистки сточных вод гидролизных производств и улучшить технико-экономические показатели очистных сооружений.
Библиографический список
1. Гронь В.А., Будник Е.В., Шахрай С.Г., Кондратьев В.В. Новые возможности для очистки сточных вод угольных месторождений // Вестник ИрГТУ. 2012. № 9. С. 183-189.
2. Ржечицкий Э.П., Кондратьев В.В., Шахрай С.Г. Сульфат натрия при производстве алюминия: проблемы и перспективы // Вестник ИрГТУ. 2011. № 8. С. 148-154.
3. Елинов Н.П. Основы биотехнологии. М., СПб.: Наука, 1995.
4. Бучаченко А.Л. Химия на рубеже веков: свершения и прогнозы. М.: Успехи химии, 1999. Т. 68. 85 с.
5. Красовский Г.Н., Жолдакова З.И. Предельно-допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Гигиенические нормативы. М., 2004.
6. Бутин К.П. Механизмы органических реакций: достижения и перспективы // Российский химический журнал. 2001. Серия 2. Т. XLV. № 2.
7. Коростовенко В.В., Гронь В.А., Капличенко Н.М. Экология и промышленность России. 2001. № 11. С. 4-6.
