CC BY
10
I
SCIENCE TIME
I
СТОЧНЫЕ ВОДЫ СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА И МЕТОДЫ ИХ ОЧИСТКИ
Шрейнер Анастасия Константиновна, Выскубова Елена Николаевна, Кубанский государственный технологический
университет, г. Краснодар
E-mail: greenalebastr@yandex.com
Аннотация. В стоках свеклосахарных заводов обнаруживаются органические и минеральные загрязняющие вещества, которые находятся во взвешенном состоянии. Отличительной особенностью является их высокая концентрация при дефиците соединений N и И Одним из самых распространенных методов очистки стоков сахарных заводов является биологический метод очистки на полях фильтрации. Он основан на способности микроорганизмов использовать для питания содержащиеся в сточных водах органические вещества (кислоты, спирты, белки, углеводы и т.п.).
Ключевые слова: сахарный завод, очистные сооружения, сточные воды, поля фильтрации, иловые площадки.
Решение экологических проблем современного общества связано с сохранением и созданием на Земле благоприятных природных условий для жизни людей, гармонизацией развития общества и природы. Состояние природной среды становится важным фактором общественного развития. Это обусловлено перерастанием локального влияния человека на природу в глобальное воздействие на ресурсы и компоненты всей Биосферы. В результате затрагиваются сами основы цивилизации, так как истощаются природные ресурсы, происходит усиленное загрязнение окружающей среды и разрушаются экологические системы.
Воздействие хозяйственной деятельности человека на окружающую среду определяется значительными объемами выбросов в атмосферный воздух, водопотреблением для промышленных целей, сбросов сточных вод, загрязнением почв и значительными объемами отходов производства и потребления.
Сахарное производство является высокоиндустриальным и энергоемким производством, занимает важное место в структуре АПК России. Основной продукцией является сахар, используемый в питании, широко применяется в кондитерской, хлебопекарной, спиртовой, консервной, молочной и других отраслях промышленности.
1 SCIENCE TIME 1
Производственная деятельность сахарных заводов оказывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Уровень вредных выбросов на ряде объектов превышает установленные предельно допустимые нормы, сточные воды содержат значительное количество органических веществ, отходами производства являются сырой свекловичный жом, меласса, фильтрационный осадок.
Сахарные заводы являются крупнейшими в пищевой промышленности потребителями воды питьевого качества (на 1 т продукции приходится 10,5 м3 сточных вод). Основными источниками водоснабжения сахарных заводов являются реки, озера, пруды и водохранилища, которые играют также и важную роль в области обводнения территории, регулирования поверхностного стока и ведения рыболовного хозяйства. В ряде мест они служат источниками хозяйственного и питьевого водоснабжения населенных пунктов. Промышленные предприятия, в том числе и сахарные заводы, для обеспечения своих потребностей в воде применяют различные системы производственного водоснабжения. По характеру использования воды производственное водоснабжение подразделяется на прямоточное, последовательное, оборотное и смешанное.
При переработке свеклы образуется большое количество сточных вод. К основным источникам загрязнения стоков свеклосахарного производства следует отнести: землю, растительные примеси, бой сахарной свеклы, хвостики, корешки, примеси, поступающие с известковым молоком. В стоки так же попадает кислый свекловичный сапонин, который относится к группе гликозидов и обладает поверхностно-активными свойствами, который содержится в жомовых, фильтрпрессных и частично в диффузионных водах. Наличие сапонина затрудняет биологическую очистку, так как он вызывает вспенивание водных растворов и при попадании в водоемы негативно влияет на живые организмы вследствие своей токсичности.
Производственные сточные воды сахарного завода, различающиеся по своим физическим свойствам, химическому составу и степени загрязнения, делятся на три категории.
К I категории относятся воды от охлаждения аппаратуры, агрегатов и машин, а также конденсации технологических паров. К I категории группы А относятся вода, которая использовалась для охлаждения последнего утфеля, сульфитационного газа, насосов, оборудования в ТЭЦ, а также избыток холодной воды. Отработавшая вода данной группы не отличается от исходной по составу, но имеет температуру на 5-100С выше. Вода I категории группы Б (барометрическая, аммиачная и конденсат отработавшего пара) имеет температуру 35-500С. Кроме конденсата отработавшего пара в воде этой группы содержатся аммиак и небольшое количество органических примесей. Конденсационная вода содержит небольшое количество аммиака и летучих органических веществ, в связи с чем окисляемость ее достигает 150 мг/л.
»
28
1 SCIENCE TIME 1
К воде II категории относится транспортерно-моечная вода, относятся механически загрязненные сточные воды: транспортерно-моечные (наибольшее количество), ловушечные, свекломоечные. Кроме механических загрязнений эти стоки содержат также органические вещества, за счет которых БПК их достигает 490 мг/л. Количество этого вида сточных вод составляет 610 - 670% к весу перерабатываемой свеклы (6,1 - 6,7 куб. м на 1 тонну).
К воде III категории относятся все отработанные воды, не используемые в оборотных системах и направляемые для очистки на общезаводские очистные сооружения. К воде III категории группы А относится жомопрессовая вода. Воду III категории группы Б составляют отстой жомопрессовой воды, густой осадок транспортерно-моечной воды, вода после отстаивания фильтрационного осадка, вода из газопромывателей, салфетомоек и хозяйственно-бытовая. Они быстро загнивают с образованием масляной, молочной и др. кислот. В результате бактериального разложения белков образуются аминокислоты, углекислота и аммиак. В жомовой воде происходит спиртовое и гнилостное брожение.
Современная технология сахарного производства позволяет полностью использовать отработанные воды I категории (конденсационные, барометрические). После соответствующей очистки возможно использование в производстве сточных вод II категории (транспортерно-моечные воды). В связи с этим выпуск в водоем сточных вод I и II категорий не должен иметь места и воды этих категорий не могут быть отнесены к сточным водам. Применение оборотного водоснабжения позволяет сахарным предприятиям сохранить большое количество изымаемых водных ресурсов.
На сахарных заводах производственными сточными водами являются только стоки III категории [4].
Основными загрязнителями сточных вод III являются: земля и растительные примеси, поступающие на завод вместе с сырьем, примеси, поступающие вместе с известковым молоком, растворимые и взвешенные части жома свекловичного.
Характеристика сточных вод свеклосахарных заводов представлена в таблице ниже [4]:
Показатель Значение показателя
Температура, °С 18,7
Цвет Серо -коричневый
рН 7,5-8,9
Прозрачность, см 2-5
Содержание взвешенных веществ, мг/л 21320
БПКполн, мг/л 3248-7636
ХПК, мг/л 4547-10110
Сухой остаток, мг/л 3760-10133
Для очистки сточных вод III категории свеклосахарного производства используется метод биологической очистки. Природный процесс биологического окисления органических примесей (биоценоз), осуществляемый различными
I
SCIENCE TIME
I
бактериями, водорослями, грибами, называют биологической очисткой производственных сточных вод. Процесс очистки может протекать в различных условиях, анаэробных - в отсутствии растворенного в воде кислорода или при слишком высоком соотношении количества подаваемых на очистку загрязнений и аэробных - в присутствии растворенного кислорода в воде.
Биологическая очистка сахарных производств России преимущественно осуществляется на полях фильтрации.
Поля фильтрации - участок земли, выполняющий роль водоочистного сооружения, приспособленного для биологической очистки сточных вод путем их фильтрации в грунт и минерализацией задержанных в почве микроорганизмами органических веществ.
Поля фильтрации требуют больших площадей и благоприятных гидрогеологических условий [1]. Поля фильтрации состоят из участков (карт) площадью 0,5 - 2 га, огражденной высотой 1-3 м во внутренней части сооружения и защищены обваловкой (насыпью), высотой более 3 м, по периметру (рис. 1).
Рис. 1 Вид на поля фильтрации
Требования к выбору участка, устройству, оборудованию его под поля фильтрации для сточных вод сахарных заводов не отличаются от существующих требований к полям фильтрации для сточных вод других производств и хозяйственно-фекальных сточных вод. Нагрузка на поля фильтрации должна составлять 50 - 100 куб. м/га в сутки, в зависимости от фильтрационной способности почвы. Очистка сточных вод на полях фильтрации при нормальной эксплуатации их довольно эффективна. Сточная жидкость после очистки освобождается от неприятного запаха, окраски, взвешенных веществ, на 90 -99% уменьшается бактериальная загрязненность и на 90 - 96% - количество растворенных органических веществ[2].
Земляные отстойники, в которые первоначально поступают стоки, предназначены для гравитационного осаждения взвешенных частиц в сточных водах. Согласно проекту коэффициент осаждения равен 0,9. Воды поступают на
1 SCIENCE TIME 1
карты через выпускные трубы с земляных отстойников и распределяются по картам системой труб и открытых каналов, проходящих по оградительным валам
[3].
При правильном проектировании и обустройстве полей фильтрации доочистка стоков представляет собой совершенно необременительный процесс как экономически, так и с точки зрения эксплуатации.
Процесс биологической очистки на полях фильтрации реализуется в две стадии, протекающие одновременно, но с различной скоростью:
- адсорбция из сточных вод тонкодисперсных и растворенных примесей органических веществ. Задерживание в фильтрующем слое почвы микроорганизмов, коллоидных и взвешенных частиц. Качество «барьера» зависит от поглотительного потенциала грунта;
- разрушение адсорбированных веществ внутри клетки микроорганизмов при протекающих в них биохимических процессах (окислении или восстановлении). Формирование биопленки и последующее окисление органики. Отмершие микроорганизмы и минеральные вещества образуют гумусовый слой. Биопленка создается в результате последовательных процессов в течение 6-12 месяцев. В этот период сточные воды очищаются до безопасного состояния, чтобы отводиться в открытые водоемы или использоваться для хозяйственных нужд. Загрязненные стоки перед поступлением на ПФ должны пройти предварительную очистку в отстойнике.
Сброс стоков происходит с определенной частотой. Уход влаги из почвы и заполнение пор грунта воздухом - необходимое условие для создания фильтрации. При небольших объемах сбросов устраиваются подземные ПФ.
Во время фильтрации органические соединения, содержащиеся в сточных водах, при участии разнообразных микроорганизмов, содержащихся в почве, окисляются. Питательные вещества они получают из сточных вод, а необходимый для окисления кислород - в основном, из атмосферы. Распад органических соединений заканчивается процессами нитрификации (превращения органического азота в нитраты) и денитрификации с образованием азота и С02 [4].
Деструкция загрязнений на полях фильтрации происходит в результате жизнедеятельности почвенного биоценоза: бактерий, грибов, простейших, червей.
«Лидеры» процессов почвенной очистки - прокариоты и низшие грибы, окисляющие органику. Окислительные процессы - начало нитрификации и денитрификации органических веществ.
Образующиеся нитраты растворимы в воде. В составе сточной жидкости они оказываются на нижних уровнях почвы, где практически нет кислорода[1].
Денитрифицирующие бактерии расщепляют нитраты и используют их кислород для дальнейшего окисления, завершая этим цикл очистки.
Для контроля безопасности работы полей фильтрации проводятся лабораторные исследования. Образованный, прошедший биологическую очистку
1 SCIENCE TIME 1
сухой осадок тестируют на дафниях Daphnia-magna Straus и Водорослях Scenedesmus guadricauda для подтверждения отнесения его к пятому классу опасности в соответствии с ФККО.
После полного высыхания образовавшегося в земляном отстойнике осадка отбирается его некоторое количество для биотестирование. Отбор проб производится методом «конверта», передается в специализированную аккредитованную лабораторию для биотестирования. После подтверждения отнесения отхода к 5 классу опасности производится «вскрытие» земляного отстойника. Образовавшийся осадок используют для рекультивации нарушенных земель и на подсыпку охранных валов полей фильтрации.
Оценка работы полей фильтрации (а также сооружений искусственной биологической очистки) дается по степени снижения БПК, окисляемости, аммонийного азота и по увеличению в выходящей воде нитратного азота. При осмотре следует обратить внимание на систему распределения и дренирования сточной жидкости, наличие заиленных площадей, отсутствие перелива жидкости через стенки желобов и каналов, обработку поверхностных карт.
Как видно, применение полей фильтрации в свеклосахарном производстве позволяет решить проблему очистки многотоннажных сточных вод. Однако при их работе в почвенном слое могут накапливаться биологически неразлагаемые соединения, также со стоками могут проникать вещества, губительные для почвенного биоценоза. Еще одной проблемой является образование большого количества парниковых газов в период работы разлагающих бактерий, что, в совокупности с современными тенденциями развития технологий, позволяет назвать поля фильтрации морально устаревшими.
Литература:
1. Казарцева С.Н. состояние авифауны на объектах с естественной биологической очисткой сточных вод / с. н. Казарцева // Модели и технологии природообустройства. - 2017. - № 2. - С. 32-34. - ISSN 2500-0624. - Текст : электронный // Лань: электронно-библиотечная система. - URL: https:// e.lanbook.com/journal/issue/314243 (дата обращения: 23.10.2023). - Режим доступа: для авториз. пользователей. - С. 1.).
2. МУ 310-59. Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения сточными водами предприятий сахарной промышленности.
3. Панова Т.В. Инженерные методы и технические средства обеспечения экологической безопасности в сельскохозяйственном производстве: учебное пособие / Т.В. Панова, М.В. Панов. - Брянск: Брянский ГАУ, 2020. - 65 с. -Текст: электронный // Лань: электронно-библиотечная система [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://elanbook.com/book/172091 (дата обращения: 23.10.2023). - Режим доступа: для авториз. пользователей. - С. 47.).
4. ТР - технологический регламент использования полей фильтрации ЗАО «Успенский сахарник».
