CC BY
380
УЕБТЫНС
мвви
БЕЗОПАСНОСТЬ СТРОИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ.
ГЕОЭКОЛОГИЯ
УДК 628.3:69.059
Ю.В. Воронов, С.П. Берцун
ФГБОУ ВПО «МГСУ»
БИОЛОГИЧЕСКАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПИВОВАРЕННЫХ ЗАВОДОВ
Рассмотрен принцип работы сооружений биологической очистки сточных вод пищевых предприятий, в т.ч. молочных заводов и пивоварен, воды которых являются высококонцентрированными по растворенным органическим загрязнениям и взвешенным веществам. Примером успешного внедрения являются анаэробно-аэробные очистные сооружения. Внедрение данных очистных сооружений позволяет достичь требуемой очистки сточных вод при минимальных эксплуатационных затратах и низких объемах образующихся вторичных отходов.
Ключевые слова: пищевая промышленность, очистные сооружения, сточные воды, биологическая очистка, анаэробно-аэробные очистные сооружения.
Сточные воды предприятий пищевой промышленности отличаются высокими концентрациями различных органических загрязнений (жиры, белки, крахмал, сахара и т.п.). Для таких сточных вод характерны высокие показатели химического потребления кислорода (ХПК), биологического потребления кислорода (БПК), взвешенных веществ, жиров и других загрязнений. Сброс таких сточных вод в городскую канализацию без предварительной очистки недопустим. Сточные воды пищевой промышленности требуют эффективных технологических схем очистки с применением установок биологической очистки стоков. Интенсивно развиваются методы анаэробной и аэробной биологических очисток. Эти технологии находят применение в фармацевтической, молочной, пивоваренной отраслях, производстве напитков и мн.др. В настоящее время применяются методы анаэробно-аэробной очистки. Одним из таких методов является очистка сточных вод на Л8Б-реакторе (метан-реактор) и дальнейшая доочистка на 08Б-реакторе (аэротенк). Под анаэробными процессами подразумеваются процессы обработки воды в бескислородных условиях. В основе анаэробной очистки от органических загрязнений лежит процесс метанового брожения — процесс превращения веществ в биогаз. Первый реактор был испытан в 1976 г. в Нидерландах [1, 2]. К настоящему времени Л8Б-08Б реакторы успешно вводятся в эксплуатацию в Российской Федерации на предприятиях молочной промышленности «Ерманн», Московская обл., произв. 500 м3/сут, «Данон», произв. 3000 м3/сут, пивоваренной промышленности (Балтика, г. Хабаровск, произв. 2500 м3/сут, 8ЛБМШег, г. Калуга, произв. 7200 м3/сут). Анаэробные реакторы устойчивы к длительным перерывам подачи сточной воды, что позволяет эффективно использовать их для очистки стоков сезонных производств, таких как производство пива.
ВЕСТНИК о/ол^/1
МГСУ_3/2014
Очистка производственных сточных вод серьезная экологическая проблема для предприятий, потребляющих в больших количествах воду для собственных нужд [3]. Объем образующихся в процессе приготовления пива сточных вод (от промывки оборудования и других операций) на современном пивоваренном заводе, как правило, составляет 4...7 л на 1 л произведенного пива. Сточные воды характеризуются высоким уровнем загрязнения органическими веществами (ХПК до 5.7 тыс. мг/л), большим содержанием взвешенных веществ (до 2 тыс. мг/л). Отсюда видно, что сточная вода является концентрированной по БПК, ХПК и взвешенным веществам. Большинство пивзаводов в России сбрасывают сточные воды на муниципальные очистные сооружения [1, 4, 5]. Для того чтобы качество сточной воды соответствовало нормативным требованиям по допустимым концентрациям загрязнений в сточных водах предприятий сбрасывающих в городскую водоотводящую сеть, некоторые российские пивзаводы уже построили локальные сооружения по предварительной очистке сточных вод.
В качестве примера рассмотрим принцип работы очистных сооружений Калужской пивоваренной компании 8ЛБМШег, на которой в 2005 г. были введены в эксплуатацию анаэробно-аэробные очистные сооружения типа БЮМЛЯ Л8Б-08Б, разработанные для биологической очистки сточных вод пищевых предприятий (рис. 1).
^^ЯШ
Рис. 1. Общий вид очистных сооружений Калужской пивоваренной компании
Производительность очистных сооружений составляет до 300 м3/ч. Технологическая схема включает барабанные решетки, первичный отстойник, смеситель-усреднитель, анаэробный реактор (метан-реактор) ASB, аэробный реактор (аэротенк) OSB, вторичный осветлитель, станцию дозирования реагентов, станцию обезвоживания осадка на ленточном фильтр-прессе, биофильтр для очистки отходящего воздуха. Технологическая схема очистных сооружений BIOMAR ASB-OSB приведенына рис. 2.
Сим
Рис. 2. Технологическая схема очистных сооружений ASB-OSB
Сточные воды собираются в накопителях, находящихся в двух разных местах на территории пивзавода. Каждый оборудован фильтром для очистки сточных вод от механических частиц. Для удаления мусора вода подается насосами на барабанные решетки, а затем в первичный осветлитель. Особенно важно удалить из воды остатки дрожжей, силикатный гель и частицы бумаги. Сточные воды, прошедшие стадию механической очистки, подаются в смеситель-усреднитель, в котором осуществляется предварительное закисление сточной воды, в результате чего снижается значение рН, и образуются органические кислоты. Работа пивзавода носит сезонный характер, максимальный объем производства приходится на летние месяцы [1]. Два параллельно работающих смесителя-усреднителя и два метан-реактора Л8Б позволяют обеспечивать высокую степень очистки при максимальной производственной нагрузке. До подачи сточных вод в метан-реактор осуществляется их нейтрализация путем добавления каустической соды или соляной кислоты. В сточную воду целесообразно дозировать питательные вещества. Заключительная аэробная доочистка следует за анаэробной стадией. Аэротенк разделен на две части (каскады), воздух в реактор подается мелкопузырчатыми аэраторами. Качество очищенной сточной воды после двух стадийной аэробной очистки и стадии фильтрации соответствует требованиям, предъявляемым к сточным водам, сбрасываемым в рыбохозяйственные водоемы. В зависимости от объемов и загрязненности сточных вод независимо друг от друга могут функционировать один или два аэротенка. Первичный осадок и избыточный активный ил (аэробный и анаэробный) собираются в накопителях и сгущаются, после чего осадок направляется на обезвоживание на центрифуге. В настоящее время биогаз, образующийся в метан-реакторе Л8Б, сжигается. По мере развития производства его утилизация будет экономически выгодна. Очистные сооружения снабжены системой вытяжной вентиляции, отходящий воздух очищается от неприятных запахов на биологическом фильтре.
Пивоваренное предприятие в Калуге производит около 110 000 гектолитров пива в неделю. Загрязненные сточные воды с производства очищаются на установке БЮМЛЯ Л8Б-08Б. Предварительная механическая очистка, во время которой происходит задержка мусора на решетках, удаление песка и первичное отстаивание. Основной этап очистки сточной воды проходит в анаэробном реакторе Л8Б с взвешенным слоем активного ила (тип ИЛ8Б).
ВЕСТНИК о/ол^/1
МГСУ_3/2014
Особый гидродинамический режим и бактериальный состав активного ила обеспечивают высокую производительность реактора [6—8]. Удельная мощность анаэробного сбраживания реактора составляет в среднем 4,5.5 кг ХПК м3/сут. Он обеспечивает удаление до 85.95 % массы органического загрязнения. Для оптимальной работы реактора автоматически регулируются расход воды, температура и рН. В результате анаэробной очистки органические соединения разлагаются до метана и углекислого газа (биогаз) [9]. Поэтому образование избыточной биомассы при анаэробном процессе незначительно, что существенно отличает его от аэробных систем. Биогаз, содержащий 75.80 % метана, собирается в специальных секциях реактора над зеркалом воды и отводится по системе трубопроводов на сжигание на факельной установке. Существует возможность использования биогаза для получения пара, горячей воды или электроэнергии. Аэробная доочистка сточной воды реализована по классической схеме аэротенк — осветлитель [10]. При аэробной технологии очистки система сточная вода — микроорганизмы снабжается кислородом для окисления органических веществ, содержащихся в воде. В ходе окисления вещества переходят в минеральный состав. Аэробные очистные сооружения целесообразны для достижения самых низких показателей по загрязняющим веществам (ХПК, БПК, фосфор, азот). Очищенная сточная вода из осветлителя самотеком поступает в городскую канализацию.
Сооружения биологической очистки позволяют достичь требуемой очистки при минимальных эксплуатационных затратах и низких объемах образующихся вторичных отходов. В настоящее время очистные сооружения, сочетающие анаэробный и аэробный методы очистки для сточных вод пищевой промышленности, — самые оптимальные. Существенное их преимущество — предусмотренная нейтрализация образующихся на сооружениях неприятных запахов. Биологические очистные сооружения позволили Калужской пивоваренной компании достичь требуемой очистки сточных вод при минимальных эксплуатационных затратах и низких объемах образующихся вторичных отходов [11—15].
Опыт эксплуатации анаэробно-аэробных очистных сооружений подтвердил высокую эффективность и устойчивость их работы. Показатель ХПК сточной воды, прошедшей анаэробную очистку, не превышает 500 мг/л. После аэробной доочистки типичное значение ХПК сточной воды на выходе из сооружений составляет 30.40 мг/л, взвешенных веществ — 25.30 мг/л, азота аммонийного — 0,2.0,3 мг/л, что ниже проектных концентраций. При применении специального комбинированного метода анаэробно-аэробной очистки сточных вод количество избыточного ила снижается на 75 % по сравнению с традиционной аэробной очисткой. Предлагаемая технология также предусматривает получение биогаза, который может использоваться в качестве топлива на предприятии, что выгодно с экономической точки зрения.
Библиографический список
1. Вайсер Т., Чеботарева М. Очистка сточных вод на пивоваренных заводах // Официальный сайт компании Бпу1гоСЬеш1е. Режим доступа: http://envopur.ru/public/ beer1.htm. Дата обращения: 15.11.2013.
2. Вайсер Т. Очистные сооружения для пивоваренных заводов и солодовен // Официальный сайт компании Enviro-Chemie. Режим доступа: http://enviro-chemie1. livejournal.com/18766.html. Дата обращения: 15.11.2013.
3. Айвазян С.С., Чубакова Е.Я., Мануйлова Т.А. Основные направления экологизации пивоваренной промышленности // Пиво и напитки. 2006. № 2. С. 8—10.
4. Вайсер Т., Хелльманн В., Чеботарева М. Очистка сточных вод пивоваренных предприятий // Пиво и напитки. 2001. № 1. С. 30—31.
5. Очистка сточных вод. Технология Greenfort // Официальный сайт компании Jurby Water Tech International. Режим доступа http://www.jurby.com/ru/tehnologii-i-produkty/ochistka-stocnyx-vod/. Дата обращения: 15.11.2013.
6. Liu Y., Xu H.L., Yang S.F., Tay J.H. Mechanisms and models for anaerobic granulation in upflow anaerobic sludge blanket reactor // Water Research. 2003, vol. 3, no. 3, pp. 661—673. DOI: 10.1016/S0043-1354(02)00351-2.
7. Sam-Soon P., LoewenthalR.E., DoldP.L., Marais Gv.R. Hypothesis for pelletisation in the upflow anaerobic sludge bed reactor. Water SA. 1987, no. 13 (2), pр. 69—80.
8. Голуб Н.Б. Повышение выхода энергоносителей при очистке сточных вод // Вода и экология. 2013. № 4. С. 41—50.
9. Ginkel S.W., Oh S.E., Logan В.Е. Biohydrogen Gas Production from Food Processing and Domestic Wastewaters // International Journal of Hydrogen Energy. 2005, vol. 30, no. 15, pp. 1535—1542. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2004.09.017.
10. Вайсер Т., Хелльманн В., Чеботаева М. Очистка сточных вод пивоваренных предприятий // Пиво и напитки. 2001. № 4. С. 24—25.
11. Анаэробный реактор R2S // Официальный сайт компании Pineco. Режим доступа: http://www.peneco.net/equipment/31/anaerobnyy-reaktor-r2s/. Дата обращения: 15.11.2013.
12. Воронов Ю.В., Кудин А.В. Биологическая очистка сточных вод малых населенных пунктов и объектов сельскохозяйственного назначения (часть 2). М. : Центр научно-технической информации, пропаганды и рекламы, 1991. С. 34—45.
13. Лурье А.А. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М. : Химия, 1978. 440 с.
14. Биологическая очистка производственных сточных вод. Процессы, аппараты и сооружения / С.В. Яковлев, И.В. Скирдов, В.Н. Швецов, А.А. Бондарев, Ю.Н. Андрианов. М. : Стройиздат, 1985. С. 179—189.
15. Thaveesri J., Daffonchio D., Liessens B., Vandermeren P., Verstraete W. Granulation and sludge bed stability in upflow anaerobic sludge bed reactors in relation to surface thermodynamics // Applied and Environmental Microbiology. 1995, no. 61(10), pр. 3681—3686.
Поступила в редакцию в январе 2014 г.
Об авторах: Воронов Юрий Викторович — доктор технических наук, профессор кафедры водоотведения и водной экологии, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected];
Берцун Светлана Петровна — магистр кафедры водоотведения и водной экологии, Московский государственный строительный университет (ФГБОУ ВПО «МГСУ»), 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, [email protected].
Для цитирования: ВороновЮ.В., Берцун С.П. Биологическая очистка сточных вод пивоваренных заводов // Вестник МГСУ. 2014. № 3. С. 205—211.
ВЕСТНИК ,/оп<|>|
МГСУ_3/2014
Yu.V. Voronov, S.P. Bertsun
BIOLOGICAL WASTEWATER TREATMENT IN BREWHOUSES
In the article the working principles of wastewater biological treatment for food companies is reviewed, including dairies and breweries, the waters of which are highly concentrated with dissolved organic contaminants and suspended solids. An example of successful implementation is anaerobic-aerobic treatment plants. Implementation of these treatment plants can achieve the required wastewater treatment at the lowest operational expenses and low volumes of secondary waste generated. Waste water from the food companies have high concentration of various organic contaminants (fats, proteins, starch, sugar, etc.). For such wastewater, high rates of suspended solids, grease and other contaminants are characteristic. Wastewater food industry requires effective purification flowsheets using biological treatment facilities. At the moment methods for the anaerobic-aerobic purification are applied. One of such methods is the treatment of wastewater at ASB-reactor (methane reactor) and the further tertiary treatment on the OSB-reactor (aeration). Anaerobic process means water treatment processes in anoxic conditions. The anaerobic treatment of organic contamination is based on the process of methane fermentation — the process of converting substances to biogas. The role of biological effluent treatment is discussed with special attention given to combined anaerobic/aerobic treatment. Combining anaerobic pre-treatment with aerobic post-treatment integrates the advantages of both processes, amongst which there are reduced energy consumption (net energy production), reduced biological sludge production and limited space requirements. This combination allows for significant savings for operational costs as compared to complete aerobic treatment without compromising the required discharge standards. Anaerobic treatment is a proven and energy efficient method to treat industrial wastewater effluents. These days, more and more emphasis is laid on low energy use, a small reactor surface area, low chemical usage and reduced sludge handling costs. When stringent discharge limits have to be met, in many cases anaerobic treatment is followed by aerobic post treatment. During aerobic polishing, final traces of organic pollution (COD/BOD) and nutrients such as nitrogen and phosphorous can effectively be removed. Besides the decrease in the biosolids quantity, the quality of the aerobic sludge is often improved. With anaerobic pre-treatment biodegradable carbohydrates are less easily present in the aerobic reactor inlet. As a result, the number of filamentous bacteria causing bulking sludge in activated sludge plants, is significantly reduced. This results in an improved settleability of the aerobic sludge and consequently a more stable and secure operation of the activated sludge plant. Finally, due to the higher mineralization grade dewaterability of aerobic sludge from activated sludge plants after anaerobic pre-treatment it is often better than without anaerobic pre-treatment.
Key words: food processing industry, treatment facilities, wastewater, biological treatment, anaerobic-aerobic treatment plants.
References
1. Vayser T., Chebotareva M. Ochistka stochnykh vod na pivovarennykh zavodakh [Wastewater Treatment on Brewing Factories]. Official site of EnviroChemie. Available at: http://envopur.ru/public/beer1.htm. Date of access: 15.11.2013.
2. Vayser T. Ochistnye sooruzheniya dlya pivovarennykh zavodov i solodoven [Treatment Facilities for Brewing Factories and Malt Houses]. Official site of EnviroChemie. Available at: http://enviro-chemie1.livejournal.com/18766.html. Date of access: 15.11.2013.
3. Ayvazyan S.S. Chubakova E.Ya., Manuylova T.A. Osnovnye napravleniya ekologi-zatsii pivovarennoy promyshlennosti [Basic Directions of Beer Industry Ecologization]. Pivo i napitki. [Beer and Beverages]. 2006, no. 2. pp. 8—10.
4. Vayser T., Khell'mann V., Chebotareva M. Ochistka stochnykh vod pivovarennykh predpriyatiy [Wastewater Treatment of Breweries]. Pivo i napitki [Beer and Beverages]. 2001, no.1, pp. 30—31.
5. Ochistka stochnykh vod. Tekhnologiya Greenfort [Wastewater Treatment. Greenfort Technology]. Official site of Jurby Water Tech International. Available at: http://www.jurby.com/ ru/tehnologii-i-produkty/ochistka-stocnyx-vod/. Date of access: 15.11.2013.
6. Liu Y., Xu H.L., Yang S.F., Tay J.H. Mechanisms and Models for Anaerobic Granulation in Upflow Anaerobic Sludge Blanket Reactor. Water Research. 2003, vol. 3, no.3, pp. 661—673. DOI: 10.1016/S0043-1354(02)00351-2.
7. Sam-Soon P., Loewenthal R.E., Dold P.L., Marais Gv.R. Hypothesis for Pelletisation in the Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactor. Water SA. 1987, vol. 13, no. 2, pp. 69—80.
8. Golub N.B. Povyshenie vykhoda energonositeley pri ochistke stochnykh vod [Increasing Energy Output in the Process of Wastewater Treatment]. Voda i Ekologiya [Water and Ecology]. 2013, no. 4, pp. 41—50.
9. Ginkel S.W., Oh S.E., Logan B.E. Biohydrogen Gas Production from Food Processing and Domestic Wastewaters. International Journal of Hydrogen Energy. 2005. vol. 30, no. 15, pp. 1535—1542. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2004.09.017.
10. Vayser T., Khell'mann V., Chebotareva M. Ochistka stochnykh vod pivovarennykh predpriyatiy [Wastewater Treatment of Breweries]. Pivo i napitki [Beer and Beverages]. 2001, no.1, pp. 24—25.
11. Anaerobnyy reaktor R2S [Anaerobic Reactor R2S]. Official site of Pineco. Available at: http://www.peneco.net/equipment/31/anaerobnyy-reaktor-r2s/. Date of access: 15.11.2013.
12. Voronov Yu.V., Kudin A.V. Biologicheskaya ochistka stochnykh vod malykh nas-elennykh punktov i ob"ektov sel'skokhozyaystvennogo naznacheniya (chast' 2) [Biological Wastewater Treatment of Small Settlements and Facilities of an Agricultural Nature (part 2)]. Moscow, 1991, pp. 34—45.
13. Lur'e A. A. Analiticheskaya khimiya promyshlennykh stochnykh vod. [Analytical Chemistry of Industrial Wastewater]. Moscow, 1978, 440 p.
14. Yakovlev S.V., Skirdov I.V., Shvetsov V.N., Bondarev A.A., Andrianov Yu.N. Biologicheskaya ochistka proizvodstvennykh stochnykh vod. Protsessy, apparaty i sooruzheniya [Biological Treatment of Industrial Wastewater. Processes, Machines and Facilities]. Moscow, 1985, pp. 179—189.
15. Thaveesri J., Daffonchio D., Liessens B., Vandermeren P., Verstraete W. Granulation and Sludge Bed Stability in Upflow Anaerobic Sludge Bed Reactors in Relation to Surface Thermodynamics. Applied and Environmental Microbiology. 1995, no. 61(10), pp. 3681—3686.
About the authors: Voronov Yuriy Viktorovich — Doctor of Technical Sciences, Professor, Department of Water Disposal and Water Ecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected];
Bertsun Svetlana Petrovna — Master, Department of Water Disposal and Water Ecology, Moscow State University of Civil Engineering (MGSU), 26 Yaroslavskoe shosse, Moscow, 129337, Russian Federation; [email protected].
For citation: Voronov Yu.V., Bertsun S.P. Biologicheskaya ochistka stochnykh vod pivovarennykh zavodov [Biological Wastewater Treatment in Brewhouses]. Vestnik MGSU [Proceedings of Moscow State University of Civil Engineering]. 2014, no. 3, pp. 205—211.
