От очистки сточной воды аэробным способом до получения из нее энергии. Производство соков, концентратов и напитков в России Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

От очистки сточной воды аэробным способом до получения из нее энергии

Производство соков, концентратов и напитков в России

Томас Вайссер

«Enviro-Chemie GmbH» (Германия)

М.А. Карякин

ООО «Enviro-Chemie GmbH» (Россия)

Сточные воды, образующиеся при производстве напитков, содержат большое количество органических веществ. Они стимулируют нарастание биомассы при биологической очистке. Полная биологическая очистка сточных вод (ПДКхпк = 30 мг/л) может производиться различными способами аэробной, а также анаэробной очистки. Выбор способа очистки зависит от ежедневного уровня загрязнения ХПК и концентрации других загрязняющих веществ.

Таблица 1

Фрахт ХПК/день Наиболее оптимальный способ

До 400 кг Окисление и аэрация в открытом объеме. Биофильтр (аэробный метод)

Более 400 кг Аэробная очистка слабозагрязненных сточных вод со стабилизацией ила

До 1500 кг Установка двухступенчатой аэробной очистки. Биофильтр из искусственного материала в комбинации с аэробным илом

Более 1500 кг Сочетание аэробного и анаэробного способа очистки сточных вод

Рис. 1. Аэробно-анаэробные очистные сооружения BIOMAR® предприятия «Балтика» (Самара, Хабаровск — Россия)

Предприятия по производству напитков отрицательно воздействуют на окружающую среду посредством отходов производства. Для уменьшения этого воздействия необходимо стремиться уменьшить количество отходов, образующихся в течение технологического процесса. Вода, используемая в производстве, тоже требует очистки.

Выбор метода очистки сточных вод

для индустрии напитков

При расчете параметров очистных сооружений для промышленных предприятий важнейшее условие — сбор информации о качественном и количественном составе сточных вод. Анализ отдельных потоков (или общего потока) сточных вод проводится на основании режима поступления и

мест их образования. При этом следует обращать внимание на вид анализа (выборочный, квалификационная проба, среднесуточная проба и т. д.).

Принятие решения о прямом сбросе сточных вод в водоем или на коммунальные очистные сооружения находится в компетенции предприятия и природоохранных органов. Требования к качеству воды различны и зависят от того, что произойдет со сточной водой дальше: будет ли она использована повторно, предназначена ли она для сброса в городские очистные сооружения или в поверхностные водоемы. В большинстве случаев прямой сброс в водоем, по сравнению со сбросом в городскую канализацию, более оправдан с экономической точки зрения для предприятия.

Наиболее оптимальные способы очистки при производстве концентратов и напитков приведены в табл. 1.

Применение аэробного или анаэробного способов очистки BЮMAR®, а также комбинация этих способов зависят от таких факторов, как температура сточных вод, режим поступления, вид выпускаемой продукции и т.д.

Основные принципы трансформации (разложения) показателя ХПК, как основного загрязнителя данного типа сточных вод, показаны на рис. 2 и 3.

Сравнение

аэробного и анаэробного методов очистки сточных вод

Различия между аэробным и анаэробным методами очистки сточных вод представлены в табл. 2.

Таблица 2

Анаэробная система BIOMAR ASB Аэробная система BIOMAR OSB

Используется только при высокой концентрации загрязнений в сточных водах (ХПК >1500 мг/л) Используется при меньших объемах загрязнений в сточных водах

Используется при наличии относительно теплой воды (температура >25 °C) Может использоваться при наличии холодной воды

Не допускается наличие токсичных веществ в сточных водах При оп ределен ных условиях допускается наличие токсичных веществ

Для щелочных сточных вод требуется предварительная нейтрализация Для щелочных сточных вод не требуется предварительная нейтрализация

Активный ил может сохранять жизнеспособность без поступления «свежих» сточных вод Без постоянного поступления «свежих» сточных вод активный ил погибнет

Необходима последующая аэробная доочистка для снижения ПДК рыбных хозяйств Необходимы 2-3 стадии аэробной очистки для достижения ПДК рыбных хозяйств

Нет значительного удаления азота и фосфора Возможна интеграция удаления азота и фофора

Небольшое количество избыточного ила (0,04 кг биомассы/кг ХПК) Большое количество избыточного ила, необходимо обезвоживание и обезвреживание ила (0,5 кг биомассы/кг ХПК)

Небольшая потребность в электроэнергии (0,5 кВт-ч/кг ХПК) Высокая потребность в электроэнергии, в том числе на аэрацию (5-8 кВт-ч/кг ХПК)

Очистные сооружения компактны (8 кг ХПК/м3) Требуются большие площади (1 кг ХПК/м3)

Большие капиталовложения Меньшие капиталовложения

Более низкие эксплуатационные расходы Более высокие эксплуатационные расходы

Получение биогаза (возможна утилизация) Образование отходов

4•2006

CH4 (80-90 %)

Только 3-5 % ХПК идет на прирост биомассы. 80-90 %ХПК превращается в метан

Биомасса (3-5 %)

ХПК выход (10 %)

Рис. 2. Использование анаэробного метода очистки

i

энергетическое потребление (50 %)

Прирост

биомассы (50 %)

Рис. 4. Внешний вид очистных сооружений BIOMAR® ASB-OSB (Калуга, SABMiHer)

ХПК на входе 100 %

Рис. 3. Использование аэробного метода очистки

Очистка воды аэробным способом

При применении способа аэробной очистки с помощью активного ила (например, BIOMAR® OSB) сточные воды обрабатываются в аэробных реакторах с использованием аэробного активного ила (рис. 3). Очистные сооружения такого рода могут применяться в режиме непрерывного или периодического действия. При непрерывном — необходим аэробный реактор со специальной системой аэрации сточной воды и активного ила, а также вторичный осветлитель для осаждения ила. Активный ил оседает во вторичном осветлителе и возвращается обратно в аэробный реактор с помощью насосов, а осветленная вода поступает на стадию заключительной фильтрации. При периодическом процессе используют одну емкость, в которой все фазы очистки происходят одна за другой.

Анаэробная очистка сточных вод

За последние годы в России компания «Энвиро-Хеми» построила несколько сооружений анаэробной очистки сточных вод, а также постоянно проводит модернизацию систем очистки с целью улучшения и усовершенствования микробиологических процессов (рис. 4).

Рис. 55. Барабанная решетка для отделения крупных частиц

В процессе подготовки сточной воды для очистки необходимое условие — достаточное усреднение и предварительное закисление. На стадии усреднения частично или полностью гидролизуются сложные органические вещества. Далее они сбраживаются до органических кислот, таких, как уксусная или молочная. Эту очень важную функцию часто может выполнять правильно подобранный смеситель-усреднитель. После этого сточная вода посредством отделения твердых веществ (рис. 5), жироулав-ливания, подогрева и нейтрализации доводится до нужного состояния для дальнейшей анаэробной очистки в метанреакторе.

Благодаря особому гидродинамическому режиму в анаэробном реакторе формируются гранулы активного ила диаметром до 2-5 мм. Структура гранул и бактериальный состав консорциума, включающего ацидогенные, гетероацетогенные и метаногенные (Methanosaeta spp,

Methanosarcina spp.) бактерии, обеспечивают высокую производительность реактора. Удельная мощность анаэробного сбраживания реактора ВЮМАК® ASB достигает до 8 кг ХПК/м3 в сутки. На этой ступени обеспечивается удаление основной массы органического загрязнения — 85-95 % по ХПК. Реактор ВЮМАК® ASB оборудован специальной системой распределения сточной воды и внутренним контуром циркуляции. Для эффективного протекания анаэробных процессов сточная вода перед подачей в реактор при необходимости подогревается и нейтрализуется. В результате анаэробной очистки органические вещества, присутствующие в сточной воде, разлагаются до метана и углекислого газа, смесь которых принято называть биогазом. Именно этим объясняется тот факт, что образование избыточной биомассы при анаэробном процессе крайне незначительно(около 0,04 кг биомассы на 1 кг удаленного ХПК), что выгодно отличает его от аэробных систем. Реактор ВЮМАК® ASB в верхней части оборудован оригинальной системой разделения трех фаз (вода/ил/биогаз), которая предотвращает потерю ценного анаэробного ила, обеспечивает отвод осветленной воды и биогаза из реактора. Образующийся биогаз, содержащий 75-80 % метана, собирается в специальных секциях реактора и отводится по системе трубопроводов на сжигание. Существует возможность использования биогаза в качестве топлива для получения пара, горячей воды или электроэнергии.

Биохимическое анаэробное разложение

При участии различных групп специальных микроорганизмов (бактерий, рис. 6) в реакторе BЮMAR® происходит анаэробное разложение органических веществ по стадиям, следующим друг за другом. Начинается образование различных полупродуктов. Общая схема разложения представлена на рис. 7.

Специальное исполнение очистных сооружений BЮMAR® ASB-OSB делает их особенно компактными (рис. 8).

На сегодняшний день по соотношению «эффективность очистки/ инвестиционная стоимость + эксплуатационные затраты», очистные сооружения, соче-

Отдельные органические вещества

Протеины Углеводы Липиды

I

Аминокислоты Сахара

АЦИДО1

ГИДРОЛИЗ

;ара^

Жирные кислоты

АЦИДОГЕНЕЗ t

Промежуточные продукты: органические кислоты, спирты

Т

АЦИДОГЕНЕЗ

Уксусная кислота

Водород

МЕТАНОГЕН

Метан

Рис. 6. Бактерии в метан-реакторе

Рис. 7. Основные этапы

биохимического анаэробного разложения

Рис. 8. Очистные сооружения BIOMAR® ASB-OSB

тающие анаэробный и аэробный методы очистки для сточных вод пищевой промышленности — самые оптимальные.

Очистные сооружения «Энвиро-Хеми» надежно функционируют в различных климатических условиях.

Опыт внедрения немецких технологий и эксплуатации очистных сооружений в России показал, что и в области охраны природы немецкая техника надежна, экономически выгодна и позволяет предприятию выполнять все законодательные требования в области очистки сточных вод. ®

Отраслевой семинар

Эффективное управление компанией-производителем напитков

12 октября; 2006 года, Москва

Уважаемый дамы и господа!

Компании IDS Scheer и SAP приглашают Вас принять участие в отраслевом семинаре

«Эффективное управление компанией-производителем напитков», который состоится 12 октября в Москве.

Основная задача семинара - представить специализированное отраслевое решение для совершенствования деятельности компаний-производителей напитков.

Ключевой докладчик - исполнительный директор компании ООО «Русский Стандарт Водка» Эдуард Фаритов.

Программа и регистрация на сайте семинара www.ids-scheer.ru/beverage2006 или по телефону (495) 781-77-81. Контактное лицо - Светлана Миролюбова.

IDSW

SCHEER ■■

Business Process Excellence

4•2006

20