CC BY
230
Анаэробно-аэробная технология очистки сточных вод для пивоваренных предприятий
А.Е. Кузнецов
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева (Москва) А.В. Синицын
ООО «Энвиро-Хеми ГмбХ» (Екатеринбург)
Наиболее серьезная природоохранная проблема для пивоваренных предприятий — обезвреживание сточных вод. Современные решения этой проблемы должны отвечать критериям обеспечения не только необходимого качества очистки сточной воды, но и высокой интенсивности процесса обезвреживания, компактности очистных сооружений при экономии ресурсов и энергии, минимальном образовании вторичных отходов.
Сточные воды пивоварения содержат главным образом органические загрязнения в высоких концентрациях (ХПК до 5-7 тыс.). Биологическая очистка таких стоков традиционными аэробными методами с использованием аэротенков или биофильтров имеет ряд недостатков:
• необходимость разбавления высококонцентрированных стоков для обеспечения стабильной работы очистных сооружений, что ведет к увеличению объемов перерабатываемых стоков и очистных сооружений, потребляемой технологической воды, энергозатрат на прокачивание сточной воды;
• высокие энергозатраты на аэрацию сточных вод (до 70-80 % совокупных энергозатрат на очистку);
• образование вторичных отходов: избытка биомассы (активного ила, биопленки), утилизация или захоронение которой также является экологической проблемой;
• необходимость введения дополнительных количеств биогенных элементов в случае их дефицита в перерабатываемом потоке; их несбалансированное добавление приводит к дополнительному загрязнению окружающей среды;
• сложность обеспечения требуемых нормативов содержания остаточных загрязнений в случае очистки без разбавления сточной воды, особенно жестких в России вследствие холодного климата и низкой самоочищающей способности природных экосистем.
В течение ряда лет фирма «Энвиро-Хеми» (Дармштадт, Германия) активно разрабатывает и внедряет в различных регионах мира технологии и системы очистки сточных вод, основанные на передовых научных и инженерно-тех-
Накопитель анаэробного ила
Поступление сточных вод
... Установка I ■ [ ...сжигания биогаза
Обезвоживание ила
Накопитель избыточного ила i
УФ-дезинфекция ULTRA SYSTEM
t:
5кция *■'-,!" BIOMAR®OTB Хттт^7
Заключительная фильтрация
Осветлитель
Река
Рис. 1. Схема очистки сточных вод на предприятиях ОАО «Пивоваренная компания «Балтика» в Самаре и Хабаровске
4•2005
нических достижениях в этой области. К числу таких систем относятся анаэробно-аэробная биологическая очистка (система ВЮМАК®), один из вариантов которой (ВЮМАК®АБВ) включает высокопроизводительный анаэробный реактор со слоем ила в восходящем потоке (аналог — иАБВ-реактор). Благодаря организации потоков сточной воды в ВЮМАК®АБВ-реакторе формируются гранулы активного ила диаметром до 2-5 мм. Структура гранул и бактериальный состав «консорциума», включающего ацидогенные, гетероацетоген-ные и метаногенные (Methanosaeta spp, Methanosarcina spp.) бактерии, обеспечивают высокую производительность реактора, в десятки раз превышающую величины, наблюдаемые при сбраживании органических веществ в метантен-ках. В частности, в системе ВЮМАК®АББ при концентрации загрязнений на входе (по ХПК) 2000-20 000 мг/л сбраживающая мощность реактора достигает (по ХПК) 10-40 кг/м3 в сутки.
Применение анаэробно-аэробной технологии очистки с высокопроизводительными и компактными анаэробными реакторами нового поколения позволяет удалять основную массу загрязнений (до 80-95 %) из стоков с высоким содержанием органических веществ при минимальных энергозатратах и тепловых потерях. Оставшаяся часть загрязнений разлагается в аэробных условиях на второй ступени очистки.
Применительно к предприятиям в России фирма «Энвиро-Хеми» и ее дочернее предприятие в г. Екатеринбург были одними из первых фирм, внедривших анаэробно-аэробную очистку сточных вод в России для очистки сильно загрязненных промышленных сточных вод (очистные сооружения молочного комбината ООО «Эрманн», Московская обл.). Очистные сооружения с использованием реакторов ВЮМАК®АБВ в настоящее время реализованы фирмой для очистки сточных вод филиалов ОАО «Пивоваренная компания «Балтика» в Самаре и Хабаровске.
Технологические схемы очистки предприятий в Самаре и Хабаровске практически идентичны и включают (рис. 1) песколовку, первичный отстойник-осветлитель, совмещенный с усреднителем-смесителем, анаэробный реактор (система ВЮМАК®АБВ), аэробный реактор (ВЮМАК®ОБВ), вторичный отстойник-осветлитель, дисковые биофильтры (ВЮМАК®ОТВ), тканевые фильтры для удаления остаточных взвешенных веществ из воды, УФ-обеззара-живание воды, накопители избыточного ила, центрифугу-декантор для обезвоживания ила, емкости для приготовления и хранения вспомогательных реагентов.
Очистные сооружения филиала ОАО «Балтика» в г. Самаре были пущены в эксплуатацию в мае 2003 г.
Основная масса сточных вод поступает с основного производства после промывки фильтров, варочных котлов, с бутылкомоечных машин.
В сточной воде на входе в очистные сооружения в момент мойки оборудования содержится до 4000-6000 мг/л органических загрязнений (по ХПК) и 300-2000 мг/л взвешенных веществ.
Для аэробного процесса очистки состав стоков не сбалансирован по соотношению С: № Р — наблюдается дефицит азота и фосфора. Таким образом, в случае реализации одностадийной аэробной очистки потребовалось бы дополнительно вводить биогенные элементы в стоки.
На стадии анаэробной очистки применяют ВЮМА^АБВ-реактор. Процесс протекает при температуре 35...37 °С, поддерживаемой нагреванием поступающей сточной воды в реактор паром. В период пуска для инициирования сбраживания в реактор первоначально было загружено 180 м3 ила с очистных сооружений ЗАО «АвтоВАЗ». На момент запуска в России не было возможности приобрести гранулированный анаэробный активный ил, адаптированный к сточным водам пивзаводов, поэтому было решено начать процесс формирования биоценоза в анаэробном реакторе с использованием мезофильно-го ила, полученного из метантенков г. Тольятти. Однако процесс адаптации данного ила шел относительно медленно, активность этого ила оказалась низкой, в связи с чем через 4 мес после пуска в анаэробный реактор был загружен активный ил, доставленный с анаэробных очистных сооружений одного из пивоваренных заводов (Московская обл.). В настоящее время формирование гранул анаэробного ила в реакторе продолжается, однако сооружения вышли на проектный режим работы и обеспечива-
ют удаление загрязнений из сточной воды на 99,0-99,5 %.
Система текущего контроля и управления работой очистных сооружений включает:
• контроль уровня сточной воды в песколовке, смесителе-усреднителе, в переливной емкости на выходе из ВЮМАК®АБВ-реактора, в биодисках, в емкостях для флокуляции ила, во вспомогательных емкостях для приготовления флокулянта, титрующих агентов (НС1, №ОН), для приема фильтрата после отделения ила в деканторе;
• контроль потоков сточной воды на входе в ВЮМАК®АБВ-реакторе, рецир-кулируемых потоков в ВЮМАК®АБВ-реактор, в аэротенке, на линиях слива очищенной воды и выгрузки ила;
• контроль и регулирование рН воды в смесителе-усреднителе, контроль рН на входе и непосредственно в ВЮМАК®АБВ-реакторе, в аэротенке, на линии слива очищенной воды;
• контроль и регулирование температуры путем подачи пара на входе в ВЮМАК®АБВ-реактор, контроль непосредственно в реакторе, на линии слива очищенной воды;
• контроль давления газа над зеркалом воды в ВЮМАК®АБВ-реакторе;
• контроль и регулирование уровня растворенного кислорода в аэротенке.
Текущий химико-аналитический контроль, проводимый 1 раз в сутки (в дневную смену), позволяет отслеживать и поддерживать работу анаэробной и аэробной ступеней очистки в рабочем режиме и обеспечивать требуемое качество воды на выходе из очистных сооружений.
Очистные сооружения обслуживаются одним оператором в смену.
Основные показатели работы очистных сооружений предприятия в г. Самаре приведены в табл. 1 в сравнении с показателями, характерными для некоторых других систем локальной биоло-
гической очистки, предлагаемых на отечественном рынке.
Как видно из данных табл. 1, ХПК в подаваемой воде может достигать 7000 мг 02/л, а удельная производительность анаэробного ВЮМАК®АБВа (по ХПК) — 5-8 кг/м3сут, что в 10 и более раз выше, чем в классических системах аэробной очистки с аэротенками, биотен-ками и тем более с биофильтрами. Наряду с этим ограничения на содержание органических взвешенных веществ в сточной воде, подаваемой в ВЮМАК®АБВ, существенно менее жесткие, чем для аэробных систем. С учетом существующих для аэробных сооружений ограничений использование классической аэробной схемы очистки сточных вод пивоваренного предприятия потребовало бы их разбавления и увеличения соответствующего объема очистных сооружений в несколько раз.
Затраты электроэнергии на 1 кг удаленных загрязнений (по ХПК) для анаэробно-аэробного процесса составляют 0,2-0,4 кВт-ч/кг ХПК, что также в 10 и более раз ниже показателей, типичных для аэробных процессов. При этом количество образуемого избыточного ила (сумма анаэробного и аэробного) составляет 0,14-0,18 кг/кг ХПК (по абсолютно сухим веществам), что в 2-3 раза меньше, чем в случае использования только аэробного процесса. Пусковой период показал, что внесения дополнительных количеств биогенных элементов (азота, фосфора), необходимых для обеспечения жизнедеятельности анаэробного ила, в данном случае не потребовалось.
Основные проблемы анаэробно-аэробной очистки — инициирование процесса очистки и медленное нарастание массы ила в анаэробном реакторе. Ил должен быть адаптирован к спектру загрязнений стоков и содержать все необходимые группы микро-
Таблица 1
Показатель работы
Система очистки Производительность, м3/сут ХПК или БПК полн на входе, мг 02/л ХПК или БПК полн на выходе, мг 02 /л Взвешенные вещества на входе, мг/л Удельная производительность по удаляемым загрязнениям, кг 02/(м3-сут) Затраты электроэнергии, кВт-ч на 1 кг ХПК или БПК полн
Балтика-Самара, фирма «Энвиро-Хеми» Анаэробно-аэробная: BIOMAR®ASB-OSB-OTB 1200 ХПК 4000-7000 ХПК 20-40 БПКп 2-5 2000-5000 (органические) По ХПК 5-8 0,2-0,4 кВт-ч/кг ХПК
Аэробная: аэротенк с зонами нитри-денитрификации 100-1000 БПКп 300-500 ХПК 20-40 БПКп 3-5 200-500 По БПКп 0,2-0,6 2-5 кВт-ч/кг БПК
Аэробная: биотенк 100-1500 БПК 200-350 БПК 3-5 200-300 По БПКп 0,4-0,8 2-5 кВт-ч/кг БПК
Аэробная: аэротенк — биотенк 60-600 БПК 200-350 БПК 3-6 200-350 По БПКп 0,05-0,5 2-8 кВт-ч/кг БПК
Аэробная: аэротенк с зонами нитри-денитрификации — биотенк 200-2000 БПКп 100-300 БПКп 3-5 200-300 По БПКп 0,2-0,4 3-7 кВт-ч/кг БПКп
Анаэробно-аэробная: анаэробный реактор с насадкой — аэротенк — биотенк 50-100 БПКп 300-400 БПКп 3-5 200-300 По БПКп 0,05-0,1 2-9 кВт-ч/кг БПК
Анаэробно-аэробная: анаэробный реактор с насадкой — денитрификатор — биотенк I — биотенк II 100-1000 БПКп 300-400 БПКп 3-6 300-350 По БПКп 0,1-0,8 1-5 кВт-ч/кг БПК
Рис. 2. Изменение показателей работы анаэробного реактора с момента пуска очистных сооружений в г. Самаре:
1 — объем образованного газа; 2 — масса анаэробного ила, накопленного в BЮMAR®ASB; 3 — нагрузка на BЮMAR®ASB по ХПКх; 4 — ХПК на выходе из BIOMAR®ASB.
организмов для обеспечения метаноге-неза. При пуске очистных сооружений в Самаре проблема ила была решена путем загрузки в ВЮМАК®АБВ большого количества анаэробного ила с пивоваренного предприятия, что обеспечило относительно быстрый ввод очистных сооружений в эксплуатацию. Однако в случае очистки сточных вод предприятия с другим профилем выпускаемой продукции проблема иноку-лирования реактора анаэробным илом может стать серьезной. Самостоятель-
ную проблему представляет транспортировка больших масс ила без потери его качеств.
Схема контроля и управления очисткой сточных вод и система безопасности, реализованные на очистных сооружениях в Самаре и Хабаровске, обеспечивают надежный контроль за протеканием анаэробного процесса, автоматическое управление подаваемыми и ре-циркулируемыми потоками сточных вод и работой очистных сооружений в целом.
Несмотря на наблюдаемое увеличение нагрузки сточных вод на очистные сооружения и на вариации в массе накопленного в реакторе анаэробного ила, запас производительности ВЮМАК®АБВ и система контроля и управления анаэробным процессом обеспечивали стабильное функционирование очистных сооружений, снижение ХПК в сточной воде после анаэробной стадии до 250-350 мг/л в интервале нагрузок по ХПК от 1500 до 12 000 кг/сут (1,0-8,0 кг/м3сут).
Как показало прямое сопоставление временны х рядов данных, а также корреляционный анализ всего накопленного массива входных параметров и результатов химико-аналитических измерений (табл. 2), основные показатели качества воды на выходе из очистных сооружений (ХПКвых, N-NH4) практически не зависят от общей нагрузки и определяются показателями качества воды (ХПК, содержание летучих органических кислот, N-NH4, взвешенные вещества) после анаэробного сбраживания. Чем ниже эти показатели, тем выше эффективность работы очистных сооружений в целом.
Наиболее важный параметр, влияющий на производительность ВЮМАК®АБВ-реактора, — нагрузка (и гидравлическая, и по ХПКвх) на очистные сооружения. Наблюдается тесная корреляция между нагрузкой и показателями интенсивности очистки (количество образованного в реакторе биогаза, давление газа над зеркалом воды в реакторе), при этом чем эффективнее протекает образование биогаза,
Таблица 2
Показатель ХПК, вход в ВЮМДКвДБВ о* (Л ВВ, вход в ВЮМАР'АБВ ХПК, выход из В10МДК®Д$В ЛОК, выход из В10МДК®Д$В ЫН4-Ы, выход из ВЮМДКвДБВ ВВ, выход из В10МДК®Д$В Объем сточной воды Объем газа в В10МДК®Д$В Масса ила в В10МДК®Д$В Нагрузка по ХПК ХПК, выход из очистных сооружений ВВ, выход из очистных сооружений Ы-ЫН4, выход из очистных сооружений
ХПК, вход в BIOMAR®ASB 1
SO42- -0,13 1
Взвеш. в-ва, вход в BIOMAR®ASB -0,10 0,00 1
ХПК, выход из BIOMAR®ASB -0,10 0,19 0,04 1
Л0К, выход из BIOMAR®ASB -0,07 0,15 0,07 0,89 1
NH4-N, выход из BIOMAR®ASB -0,05 -0,04 0,03 0,32 0,25 1
ВВ, выход из BIOMAR®ASB 0,16 -0,01 0,28 0,07 0,01 0,15 1
Объем сточной воды 0,09 0,02 -0,07 -0,00 -0,02 -0,04 0,37 1
Объем газа в BIOMAR®ASB 0,36 -0,12 -0,02 -0,40 -0,39 -0,17 0,43 0,60 1
Масса ила в BIOMAR®ASB -0,11 0,17 0,31 -0,24 -0,27 0,15 0,19 0,13 0,15 1
Нагрузка по ХПК 0,59 -0,08 -0,09 -0,06 -0,06 -0,05 0,40 0,84 0,66 0,06 1
ХПК, выход из очистных сооружений -0,20 0,07 0,04 0,70 0,60 0,36 -0,17 -0,18 -0,52 -0,34 -0,24 1
Взвешенные вещества, выход из очистных сооружений -0,06 -0,06 0,12 0,10 0,06 0,15 0,01 -0,13 -0,08 -0,04 -0,14 0,36 1
N-NH4, выход из очистных сооружений -0,14 0,06 0,03 0,37 0,34 0,29 -0,17 0,04 -0,22 -0,03 -0,05 0,33 0,03 1
||д||ткиг 4 •
2005
тем ниже ХПК и содержание ионов аммония в воде на выходе из анаэробного реактора и из очистных сооружений. Масса ила, накопленного в ВЮМАИФАБВ-реак-торе, практически не зависит от нагрузки по воде и по загрязнениям и, в свою очередь, не влияет на скорость образования биогаза. Наблюдается тенденция уменьшения ХПК и летучих органических кислот и, напротив, возрастание содержания взвешенных веществ на выходе из реактора с увеличением массы ила (см. соответствующие коэффициенты корреляции в табл. 2).
Процесс метанообразования практически сразу откликается на изменение нагрузки на реактор, что говорит о способности анаэробного ила поддерживать высокую активность при пиковых нагрузках на очистные сооружения и после кратковременных перерывов в подаче сточной воды. В то же время, как показал корреляционный анализ, уменьшение нагрузки и большие перерывы в подаче сточной воды могут приводить к некоторому повышению остаточного содержания загрязнений в воде на выходе из ВЮМАК®АБВ-реактора и ухудшению качества очистки в целом. Таким образом, с точки зрения качества очистки сточных вод важно обеспечивать бесперебойную подачу сточной воды с загрязнениями в анаэробный реактор.
Другие входные параметры, такие, как рН, температура сточной воды на входе в реактор, содержание сульфатов в подаваемой воде, в принципе могут влиять на анаэробную очистку. В частности, повышенное содержание сульфатов в воде может инициировать развитие сульфатредукции, что отрицательно сказывается на метанообразовании (см. соответствующие коэффициенты корреляции в табл. 2) и удалении загрязнений. Однако в целом на рассматриваемых очистных сооружениях это влияние незначительно.
Таким образом, внедренный анаэробно-аэробный процесс позволил обеспечить требуемую очистку сточных вод на пивоваренных предприятиях ОАО «Балтика» с минимальными эксплуатационными затратами и минимальным образованием вторичных отходов (избыточного активного ила, остаточных количеств биогенных элементов) при стабильной работе анаэробной и аэробной ступеней очистки. Наличие резервной мощности анаэробного реактора позволяет расширять производство без строительства дополнительных очистных сооружений. Другие преимущества реализованной схемы и системы обслуживания, внедряемых фирмой «Энвиро-Хеми», — небольшой объем атмосферных выбросов с очистных сооружений, отсутствие интенсивной эмиссии дурнопахнущих веществ, полная автоматизация, их компактность. ¿ж?
Е1М\/1РО -СНЕМ1Е1
ВОДОПОДГОТОВКА И ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД
0 Консультации и обследование предприятий 0 Разработка технологических схем и проектирование 0 Согласование в природоохранных органах 0 Поставка оборудования 0 Монтажные и пусконаладочные работы 0 Очистка сточных вод в соответствии с российскими нормами 0 Высокие технологии и немецкое качество : Обучение обслуживающего персонала и специалистов
ЕЫУОСНЕМ ® — физико-химические методы ЕЫУОРШ? ® — мембранные технологии ВЮМА1? ® — биологическая очистка БРИТ-О-МАТ ® — серийные очистные сооружения Специальные методы Биотехнологии
Российская академия сельскохозяйственных наук, Государственное учреждение «Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности» при поддержке Министерства сельского хозяйства РФ
с 14 по 18 ноября 2005 года
традиционно проводят ежегодный IX Международный профессиональный конкурс вин «Лучшее шампанское, вино и коньяк года»
На конкурс могут быть представлены: шампанские и игристые вина; вина виноградные, плодовые, медовые, газированные (сатурированные); бренди, коньяки, кальвадосы, виноградные и плодовые водки; сидры.
Оценка образцов продукции осуществляется профессиональным жюри, в состав которого входят высококвалифицированные специалисты России и зарубежных стран. Дегустация представленных на конкурс образцов проводится закрытым способом, с соблюдением основных правил проведения международных конкурсов и рекомендаций Международной организации виноградарства и виноделия (МОВВ).
Продукция, занявшая по результатам конкурса призовые места в каждой из учетных групп и категорий, награждается медалью (золотой, серебряной или бронзовой) или почетным дипломом. Награждение Гран-при предусмотрено в категориях: шампанские и игристые вина, вина виноградные натуральные марочные и коньяки марочные со сроком выдержки свыше 10 лет.
Предприятия-изготовители получают право использовать изображение медали, зарегистрированной в Патентном ведомстве РФ, при оформлении продукции, получившей награды.
Награждение специальными призами предусмотрено также в номинациях:
«За высокие достижения в области развития виноделия», «Лучший специалист виноделия года», «Лучший брэнд года», «Лучший импортер года».
Итоги конкурса широко освещаются в средствах массовой информации и сети Интернет.
14 ноября 2005 г. в рамках конкурса проводится семинар по актуальным вопросам виноделия с участием российских и зарубежных ученых и специалистов.
Контактные тел.: (095) 246-87-82, 246-75-85 E-mail: [email protected] www.vniinapitkov.ru
