Совершенствование технологического режима очистки сточных вод кондитерских фабрик Текст научной статьи по специальности «Экологические биотехнологии»

УДК 628.356.31:664.6/7

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО РЕЖИМА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД КОНДИТЕРСКИХ ФАБРИК

© Е.В. Скосырева, В.Н. Саинова

Ключевые слова: биологическая очистка; сточные воды; кондитерская фабрика; активный ил; константы уравнений ферментативных реакций.

Для разработки рациональной технологии очистки сточных вод кондитерских предприятий исследована двухступенчатая схема с илоотделителями на каждой ступени. В результате по сравнению с одноступенчатой схемой повысился эффект очистки сточных вод до 95 % по БПК и сократились объемы сооружений. Использование уравнений ферментативных реакций позволило оптимизировать процесс очистки, выбрать рациональные соотношения объемов сооружений.

Серьезное воздействие на загрязнение природной среды органическими компонентами сточных вод оказывают кондитерские предприятия. Отечественные и зарубежные ученые активно занимаются разработкой технологий очистки сточных вод от органических загрязнений, однако, несмотря на то, что перспективность применения многоступенчатых технологий биологической очистки сточных вод для ряда пищевых производств доказана, необходима разработка эффективной технологии биологической очистки сточных вод непосредственно для кондитерских предприятий.

Объектом исследований служили производственные сточные воды ООО «Кондитерская фабрика “Карон”».

Основным видом деятельности ООО «Кондитерская фабрика “Карон”» является производство мучных кондитерских изделий, в большинстве своем представленных сахарным печеньем и вафлями. Технологическая схема процесса производства кондитерских изделий состоит из следующих основных операций: приготовления сырья, формования, выпечки кондитерских изделий, их охлаждения, отделки, укладки и упаковки продукта. Вода питьевого качества на предприятиях кондитерской промышленности используется в качестве сырья, для мойки оборудования, инвентаря, мытья производственных помещений, в холодильных установках, для хозяйственно-бытовых нужд. Для охлаждения технологического оборудования на кондитерских фабриках может использоваться техническая вода и применяться система оборотного водоснабжения. В результате производственного процесса на кондитерских фабриках образуются производственные (моечные, от охлаждения оборудования) и хозяйственнобытовые сточные воды, которые сбрасываются в городские водоотводящие сети для совместной их очистки с городскими хозяйственно-бытовыми стоками на городских очистных сооружениях канализации [1].

Расход сточных вод, образующихся в результате мойки технологического и варочного оборудования, составляет 60 % от общего расхода образующихся на кондитерских фабриках сточных вод, расход хозяйст-

венно-бытовых сточных вод - 10 %, расход условно чистых вод - 30 %. Водоотведение на кондитерской фабрике характеризуется залповыми сбросами: максимальные расходы по времени совпадают с началом и концом рабочих смен.

Отбор проб осуществлялся перед сбросом сточных вод в канализацию, после их предварительной механической очистки.

Характерной особенностью сточных вод кондитерских предприятий является наличие в их составе органических веществ, находящихся в растворенном, коллоидном и взвешенном состоянии. В основном, это остатки сырья: мука, смывы теста, сахар, яйца, жиры и другое сырье, предусмотренное рецептурой. Основные органические загрязнители сточных вод кондитерских фабрик не являются токсичными и легко поддаются биохимическому окислению в биологических очистных сооружениях [1].

В табл. 1 представлена характеристика сточных вод предприятий кондитерской промышленности.

Анализ усредненного состава сточных вод кондитерских фабрик показал, что сточные воды ООО «Кондитерская фабрика “Карон”» относятся к концентрированным по органическим загрязнениям, а их состав соответствует средним показателям для предприятий кондитерской промышленности, выпускающих аналогичную продукцию.

Для очистки концентрированных сточных вод перспективны многоступенчатые схемы [2], однако применительно к стокам кондитерских предприятий расчетные параметры таких схем неизвестны.

Для разработки и совершенствования технологического режима процесса очистки концентрированных сточных вод кондитерских предприятий выполнены экспериментальные исследования, которые проводились в лабораторных условиях на натуральной сточной воде кондитерской фабрики. В ходе эксперимента были смоделированы и изучены режимы работы одно- и двухступенчатой схем очистки. По результатам первого этапа эксперимента было выяснено, что одноступенчатая биологическая очистка не дает возможности дос-

1619

Таблица 1

Сравнительный анализ состава сточных вод кондитерских предприятий

Наименование загрязняющих веществ Ед. изм. ООО «Кондитерская фабрика “Карон”» Усредненный состав сточных вод кондитерских фабрик Требования для сброса в городскую канализацию Требования для сброса в водоем рыбохозяйственного значения

БПК мг/л 1200,78 260-5000 450 30,00

БПКполн мг/л 612,22 110-2300 300 3,00

Белки мг/л 212,20 202-250 - -

Моно-дисахариды мг/л 1732 1400-3000 - -

Жиры мг/л 261 200-600 17,60 -

Азот общий мг/л 41 37-48 - -

Азот аммонийный см-ш/) мг/л 19 17-26 28,80 0,50 (в пересчете на азот 0,40)

Азот нитритов СЫ-Ш2-) мг/л 0,18 0,01 -0,20 0,00 0,08 (в пересчете на азот нитритов 0,02)

Азот нитратов (М-Шз-) мг/л 18 13-30 0,00 40,00 (в пересчете на азот нитратов 9,00)

Азот органический мг/л 3,98 1-6 - -

Азот по Кьельдалю мг/л 16,20 12-20 - -

Взвешенные вещества мг/л 1090,19 300-1600 483 4,00

pH 6,52 5,20-9,70 6,50-9,00 6,50-7,50

Рис. 1. Схема двухступенчатой лабораторной установки

тигнуть полной очистки сточных вод за период аэрации 60,92 часа. Для интенсификации процесса целесообразно применение многоступенчатых схем.

Схема работы установки двухступенчатой очистки представлена на рис. 1. Наличие илоотделителя на каждой ступени, работавшей в проточных условиях, способствовало формированию своего биоценоза активного ила, наиболее приспособленного к поступающим

загрязнениям, тем самым интенсифицируя весь процесс биологической очистки.

В ходе эксперимента контролировались параметры: расход сточной воды, воздуха, концентрация растворенного кислорода. Кроме того, в аэротенках регистрировалась величина рН, а также значения илового индекса. Использовались стандартные методы анализа.

1620

Таблица 2

Показатели очистки сточных вод на двухступенчатой установке

Наименование Единицы измерения Значения

загрязняющих веществ вход I ступень II ступень

ХПК мг/л 1200,78 332,77 22,91

бпк5 мг/л 599,78 205,97 1,77

Окислительная мощность гБПК/м3-сут. - 347,48 261,76

Азот общий мг/л 41 12,39 3,01

Азот аммонийный (М-ЫН4+) мг/л 19 9,60 0,11

Азот нитритов (N-N00 мг/л 0,18 0,02 0,01

Азот нитратов (N-N00 мг/л 18 1,87 2,48

Азот органический мг/л 3,98 0,90 0,41

Взвешенные вещества мг/л 1090,19 312,48 2,70

pH - 6,52 6,31 6,74

Доза ила г/л - 3,50 2,00

Иловый индекс мл/г - 155,00 101,00

Зольность Доли единиц - 0,16 0,25

Скорость окисления мг/г-ч - 23,69 13,50

а4 г/л

Рис. 2. Зависимость времени пребывания воды в сооружениях I ступени от дозы ила: Т - общее время пребывания воды в сооружениях I ступени; Т0 - время пребывания воды в илоотделителе; Та - время пребывания воды в аэротенке

Исследования состояли из нескольких серий, в каждой из которых изменяли один из регулирующих параметров. После расчета параметров оптимального режима проводили контрольный опыт, который должен был их подтвердить.

Полученные в результате экспериментов данные (табл. 2) позволили количественно оценить влияние диктующих факторов: дозы ила и адаптации активного ила в многоступенчатых схемах.

Для исследуемых одноступенчатой и двухступенчатой схем были определены константы уравнений ферментативных реакций для процесса биологической очистки, описывающих влияние концентрации кислорода, концентрации субстрата в очищенной воде и концентрации ила на удельную скорость окисления [3]. Для I ступени очистки максимальная удельная скорость окисления - 357 мгБПК/г-ч, константа полунасыщения субстрата - 130 мгБПК/л, коэффициент ингибирования процесса продуктами метаболизма ила - 1,6 л/г; для II

ступени очистки максимальная удельная скорость окисления - 90 мгБПК/г-ч, константа полунасыщения субстрата - 6,5 мгБПК/л, коэффициент ингибирования процесса продуктами метаболизма ила - 6,2 л/г.

Анализ полученных данных указывает на тенденцию снижения константы полунасыщения субстрата при разделении процесса на стадии (ступени), что обусловлено адаптацией ила. Но при этом наблюдается возрастание величины коэффициента ингибирования, что снижает эффективность увеличения дозы ила в аэротенке.

Зависимость времени пребывания воды в сооружениях от дозы ила представлена на графиках (рис. 2, 3), откуда видно, что для двухступенчатой схемы оптимальная доза ила для I ступени равна а1 = 3,5 г/л, для II ступени а2 = 2,0 г/л.

Зависимость величины общего периода аэрации от БПК после I и II ступеней аэрации приведены на графиках рис. 4, откуда следует, что оптимальные значе-

1621

ния для двухступенчатой схемы: Т^ = 27,98 ч; Та= = 17,45 ч.

Остальные технологические параметры оптимальных режимов приведены в табл. 3.

Следует отметить, что введение второй ступени позволило существенно снизить общее время пребывания воды в сооружениях (с 63,10 до 48,19 ч, т. е. в 1,63 раза). Соответственно уменьшается и общий объем очистных сооружений.

При переходе от одно- к двухступенчатой схеме изменяются и технологические параметры: период аэрации на I ступени сокращается примерно в 2 раза за счет возможности повышенного выноса ила из илоот-делителя I ступени (с 10 до 15 мг/л); существенно снизилось время пребывания в нем (с 2,18 до 1,14 ч), увеличилась доза ила в аэротенке I ступени (с 2,5 до 3,5 г/л).

При двухступенчатой схеме очистки с повышенными дозами ила возрастала эффективность удаления биогенных элементов по сравнению с одноступенчатой схемой. Дополнительным преимуществом двухступенчатой схемы является снижение илового индекса, что улучшает условия отстаивания иловой смеси.

ВЫВОДЫ

1. Использование уравнений ферментативных реакций позволяет усовершенствовать процесс биологической очистки сточных вод и выбрать соотношения в объемах сооружений и другие технологические параметры их работы.

2. Разработанная технология позволяет 80 % очищенной воды использовать повторно, а также осуществлять частичный сброс в водоем рыбохозяйственного значения в соответствии с действующими нормативами.

а2, г/л

Рис. 3. Зависимость времени пребывания воды в сооружениях II ступени от дозы ила: Т - общее время пребывания воды в сооружениях II ступени; Т0 - время пребывания воды в илоотделителе; Та - время пребывания воды в аэротенке

60,00

40,00

Н зо.оо

20,00

\ч II н В3 + Та:

/,

▲ ▲

Та, \ X—

♦ *

л— Та?

100,00 125,00 150,00 175,00 200,00 225,00 250,00 275,00 300,00

Т.е\,, г/л

Рис. 4. Зависимость периода аэрации от БПК: Та - общий период аэрации; Та - период аэрации на I ступени; Та - период аэрации на II ступени

1622

Таблица 3

Оптимальные технологические параметры процесса биологической очистки

Параметры ступеней очистки Схемы очистки

одноступенчатая двухступенчатая

Период аэрации, ,ч 60,92 27,98

БПКполн очищенной воды, Ье, мг/л 215 205

Доза ила, ах, г/л 2,50 3,50

нь не G Вынос ила, аг , мг/л 10 15

Зольность ила, доли ед. 0,18 0,16

ьн Иловый индекс, мл/г 143,59 126,10

Возвратный ил, доли ед. 0,56 0,79

Время отстаивания, Т0 , ч 2,18 1,14

Общее время пребывания, Тх = Т + 63,10 29,12

Период аэрации, Та , ч - 17,45

БПКполн очищенной воды, Ь , мг/л - 1,77

нь е п с Доза ила, а2 , г/л - 2,00

Вынос ила, аг , мг/л ’ Т2 ’ - 40

Зольность ила, доли ед. - 0,25

Иловый индекс, мл/г - 116,90

Возвратный ил, доли ед. - 0,37

Время отстаивания, Т0 , ч - 1,62

Общее время пребывания, Т2 = Та + Тх + Т0 - 48,19

ЛИТЕРАТУРА

1. Дидиков А.Е. Разработка системы локальной очистки промышленных сточных вод кондитерского производства хлебозавода: авто-реф. дис. ... канд. тех. наук. СПб., 2003.

2. Яковлев С.В., Скирдов И.В., Швецов В.Н., Бондарев А.А., Андрианов Ю.Н. Биологическая очистка производственных сточных вод: процессы, аппараты и сооружения. М., 1985.

3. Саинова В.Н. Интенсификация биологической очистки и обеззараживания сточных вод рыбоперерабатывающей промышленности: автореф. дис. ... канд. тех. наук. М., 1996.

4. СНиП 2.04.03-85 Канализация. Наружные сети и сооружения.

Поступила в редакцию 14 ноября 2012 г.

Skosyreva E.V., Sainova V.N. IMPROVING OF TECHNOLOGICAL MODE OF WASTEWATER CONFECTIONERY FACTORY

To develop sustainable wastewater treatment technologies of confectionery factories the two-stage circuit with cyclone separator at each level is investigated. As a result by comparing the single-stage scheme the efficiency of wastewater treatment increased to 95 % of BOD and facilities reduced. Using the equations of enzyme reactions the process of cleaning, choose rational volume ratio structures is streamlined.

Key words: biological treatment; waste water; confectionery factory; activated sludge; constant equation of enzymatic reactions.

1623