Забруднення стічних вод підприємствами легкої та харчової промисловостей

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ОДЕСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЕКОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

Кафедра гідроекології та водних досліджень

Реферат (Індивідуальне завдання)

з дисципліни "Технологія захисту довкілля"

на тему: "Забруднення стічних вод підприємствами легкої та харчової промисловостей"

Виконала:

ст. гр. ЕГ - 53

Клименко І. О.

Перевірила:

Даус М. Є.

Одеса 2015

Зміст

Вступ

1. Стічні води харчової промисловості

1.1 Методи очищення СВ харчової промисловості

2. Стічні води шкіряних заводів та їх очищення

Висновки

Перелік посилань

Вступ

Підприємства харчової промисловості суттєво забруднюють стічні води. У виробничому циклі у воду надходять різні забруднюючі речовини, серед яких переважають відходи виробництва, сировини і матеріалів. В основному це органічні речовини тваринного походження. У стічні води потрапляють залишки корму, кухонна сіль, миючі, дезінфікуючі речовини, нітрити, фосфати, луги, кислоти, а також хвороботворні мікроорганізми.

1. Стічні води харчової промисловості

Потужний розвиток підприємств харчової промисловості України обумовлює посилену зацікавленість прикладної екології до даної галузі народного господарства. Як відомо, харчова та переробна промисловість має достатньо велику кількість невирішених екологічних проблем, серед яких, в першу чергу, виділяють величезні обсяги стічної води.

Нині лічені підприємства харчової промисловості забезпечені власним комплексом споруд для очищення стічних вод. У кращому випадку підприємства скидають свої стоки в міську каналізаційну мережу, але у зв’язку з тим, що в зазначених відходах можуть міститися специфічні забруднення, їх скид у каналізацію обмежений комплексом вимог. Приймання стічних вод підприємств у каналізаційні системи здійснюються згідно з "Правилами приймання стічних вод підприємств у комунальні та відомчі каналізації міст та селищ України". Так, наприклад, для Києва гранично допустимі норми скиду стічної води складають приблизно 500 мг О2/дм3 за показниками забруднення (ХСК), в той час як ці величини стічних вод, наприклад, молокопереробних підприємств перевищують ці норми в кілька разів.

.1 Методи очищення СВ харчової промисловості

Для очищення стічних вод харчової промисловості використовується технологія, що забезпечує повне вилучення забруднень. Саме такою є комплексна технологія, що поєднує різні принципи - механічне, фізико-хімічне та біохімічне очищення стоків від забруднюючих речовин.

Універсальним способом біохімічного (біологічного) очищення є застосування мікроорганізмів в спеціальних очисних спорудах - метантенках чи аеротенках, в залежності від показників забруднення стоків. Концентрація забруднень стоків залежить від асортименту продукції молокозаводу. Так стічні води підприємства, що виробляє питні види молока, деякі кисломолочні продукти є малоконцентрованими (ХСК становить до 2000 мг О₂/дм³), в той час як підприємства, основною продукцією яких є вершкове масло, твердий сир, мають достатньо концентровані стічні води (ХСК - до 5000 мг О₂/дм³).

При невеликій забрудненості стічних вод (близько 1000-1500 мг О₂/дм³ за ХСК) можна застосовувати традиційну аеробну ферментацію. У випадку маслот та сироробних підприємств (більше 2000 мг О₂/дм³ за ХСК) немає іншого варіанту, як застосовувати комплексну анаеробно-аеробну ферментацію із застосуванням метанового бродіння на першій, так званій "попередній", стадії блоку біологічного очищення.

Разом з тим метановому бродінню підлягають або весь загальний стік, або лише його найбільш концентровану частину, оскільки малозабруднені води сильно розбавляють загальний стік. Попередньо очищена вода після метанового бродіння направляється в загальний стік, який очищається в типових аеротенках. Причому поняття "попереднє очищення" має на увазі послідовність процесу, а не його допоміжний характер. Так як у відношенні глибини очищення метанова ферментація у всіх випадках є головним складовим етапом технологічного ланцюга, вона дозволяє знизити концентрацію забруднень на 60-95 % в залежності від субстрату та умов проведення процесу.

Метанова ферментація значно розширює діапазон стоків, що придатні до біологічного очищення. Анаеробний процес здійснюється з меншим використанням біогенних елементів, що важливо при обробці стоків з їх дефіцитом. Так, стоки з співвідношенням БСК5:N:P = (300-500):7:1 придатні для анаеробної обробки. Аеробна ж технологія потребує додавання біогенних елементів з доведенням цього співвідношення до 100:5:1. Крім того складність біохімічного очищення стічних вод молокозаводів методом аеробної ферментації може полягати в тому, що вони містять повільнометаболізуючу лактозу і білки, які погано розкладаються асоціаціями аеробних мікроорганізмів.

Метанове бродіння дозволяє отримати економічно цінний біогаз, що містить 50-80 % метану та є газоподібним паливом. Одним з найпростіших шляхів застосування біогазу є його спалювання. Більш перспективним є використання біогазу для отримання електричної енергії, що дає моливість створення власної енергетичної бази, яка покриває 40-50 % загальних витрат енергії. Дане питання є надзвичайно актуальним в умовах сучасних світових тенденцій щодо недостатнього застосування нетрадиційних альтернативних джерел енергії, що неминуче відображається на ефективності технологічного процесу та конкурентоспроможності продукції підприємства.

Активний мул, що накопичується в метантенках представляє собою цінний продукт, що збагачений вітамінами кобаламінової групи. Так, в активному мулі концентрація вітаміну В12 складає в середньому 45 - 50 мкг/г сухих речовин. Мул містить всі необхідні для життєдіяльності тварин елементи (азот, фосфор, калій та ін.), всі незамінні амінокислоти, в ньому відсутні яйця гельмінтів, патогенні мікроорганізми, що гинуть в процесі метаногенезу. Все це зумовлює можливість використання попередньо обробленого активного мулу в якості добрива та домішки для корму тварин.

На сьогоднішній день практично всі розвинені країни світу для утилізації концентрованих стоків підприємств харчової промисловості застосовують метаногенез як основну стадію очищення. Широко використовується метанова обробка концентрованих стоків молокозаводів, при цьому ефект очищення становить 80-85 % за ХСК.

Стічні води ВАТ "Яготиський маслозавод", що мали забрудненість за ХСК 4100 мг О₂/дм³ піддавались утилізації. Метанова обробка стоків здійснювалася при температурі 45 ⁰С, що відповідає початковому значенню термофільного діапазону температур. При періодичному режимі доза щодобового завантаження складала 25 та 50% від загального об’єму культуральної рідини. Час бродіння для стоків в анаеробних умовах становив 3 доби.

Найбільш інтенсивно процеси трансформації забруднень та газогенерації відбуваються в експоненціальній та стаціонарній фазах росту мікроорганізмів активного мулу, що і підтверджується дослідними даними. Просліджується чітка залежність між процесами очищення стічної води та синтезу біогазу, найбільше виділення біогазу спостерігається при максимальному споживанні поживних речовин стоків. При збільшенні дози завантаження, інтенсивність процесів очищення та газогенерації знижується, що підтверджує класичні уявлення про діяльність мікроорганізмів в умовах підвищення вмісту забруднюючих речовин.

Оскільки, на практиці для утилізації та очищення концентрованих стічних вод в основному застосовується безперервний режим бродіння, то було визначено такі параметри, при яких глибина очищення та вихід біогазу досягали б своїх максимальних значень, з одночасним урахуванням економічних показників. Базуючись на результатах попередніх досліджень процесів бродіння, було зроблено висновок про доцільність застосування наведених величин швидкостей розбавлення (табл. 1).

Результати свідчать, що найбільша глибина очищення досягається при найменшій швидкості розбавлення, і, навпаки, вища швидкість розбавлення веде до зниження глибини збродження. Збільшення швидкості розбавлення призводить до підвищення кількості забруднюючих речовин, що впливає на процеси асиміляції забруднень, на склад мікроорганізмів, їх симбіотичні співвідносини тощо. Тому, при вищих швидкостях розбавлення частина забруднюючих речовин проходить неповний шлях розкладу до кінцевих продуктів бродіння, що і позначається на кінцевих результатах.

Таблиця 1 - Результати очищення та газогенерації при безперервному збродженні стічних вод.

Вміст в біогазі метану та глибина збродження забруднюючих речовин стічних вод в залежності від швидкості розбавлення наведено на рис. 1., де спостерігається чітка закономірність, що зі збільшенням швидкості розбавлення кількісні та якісні показники біогазу погіршуються.

При збільшенні швидкості розбавлення, кількість забруднень, що подається у метантенк, зростає і це змушує існуючу асоціацію мікроорганізмів адаптуватись до нових умов. Відомо, що швидкість росту метаноутворюючих бактерій нижча, ніж іншої частини симбіозу, тому збільшення швидкості розбавлення може змінювати співвідношення між симбіонтами в сторону зменшення метаногенів. Крім того, в результаті перевантаження системи може спостерігатись ефект інгібування культури надлишковою кількістю поживних речовин або продуктами метаболізму, що утворилися в процесі розкладу перших. На наш погляд, в даних умовах саме ці фактори спрямовують процес в сторону зменшення кількості біогазу.

Рис. 1. Вміст метану в біогазі та глибина зародження стічних вод ВАТ "Яготинський маслозавод"

Таким чином, отримані результати переконливо показали, що безперервний режим метанового бродіння концентрованих стоків молокопереробної галузі є найбільш ефективним з існуючих методів і дозволяє досягти значного вилучення забруднень та отримати додаткове джерело енергії - біогаз, що в умовах нестабільного енергетичного стану країни має надзвичайне значення, адже при використанні біогазу в котельнях підприємства можливо виробити до 4,5-5 кВт•год/м³ теплової енергії, що дозволить цілком перекрити витрати енергії на забезпечення термофільного режиму метанового бродіння.

Застосування аерації для очищення стоків обмежується вимогами до концентрації забруднень, яка не повинна перевищувати 2000 мг О2/дм3 за ХСК. Дослідження показали, що метанова ферментація, як перша стадія очищення концентрованих стічних вод, супроводжується зниженням вмісту забруднюючих речовин, при якому використання аеробних методів стає економічно виправданим.

При аеробній обробці стоків досягається значна глибина очищення. Стічні води, які піддавалися аеробній ферментації, цілком відповідали вимогам скиду у відкриті водойми рибо-господарського, господарсько-побутового та культурно-господарського призначення. Подальша аерація практично не приводла до зниження показників по забрудненню, що вказує на межі можливого очищення при даних умовах. В разі розташування промислового виробництва в межах населених пунктів, які забезпечені мережею каналізаційної системи та власним комплексом очисних споруд, більш доцільним є очищення стічних вод до значень ХСК затверджених "Правилами приймання…", що в свою чергу дасть можливість значно скоротити період перебування культуральної рідини в аеротенку.

Навантаження на мул має безпосередній вплив на кінцеві показники процесу очищення. Збільшення навантаження на мул приводить до зменшення ефективності очищення. Теоретично, при всіх значеннях навантаження на мул, ХСК очищеної води повинно бути однаковим для кожного виду стоку, так як тривалість процесу аерації має різний час, але на практиці цього не спостерігається. Це пов’язано із зростанням кількості речовин, що не піддаються біорозкладу при збільшенні навантаження на мул.

Крім того для характеристики процесу очищення стічних вод, насамперед шляхом аеробної ферментації, застосовуються і інші гідрохімічні показники, наприклад, концентрація нітритів, нітратів та амонійного азоту. Значення концентрації нітритів та нітратів в воді є взаємопов’язаними, оскільки нітрити в процесі очищення окиснюються до нітратів, відповідно збільшуючи їх вміст. Наявність значної кількості нітритів в очищеній воді має негативне значення, оскільки для їх окиснення витрачається розчинний кисень водойми. Підвищення концентрації нітратів в процесі очищення стічної води вважається одним з показників ефективності роботи очисної споруди.

2. Стічні води шкіряних заводів та їх очищення

очищення стічний вода газогенерація

Стічні води шкіряних заводів є висококонцентрованими і містять забруднюючі речовини різної степені дисперсності, що зумовлюється використанням у процесі шкіряного виробництва великої кількості різноманітних хімічних речовин: сірчаної кислоти, вапна, кальцинованої соди, сульфату натрію, сірчистого натрію, гіпосульфіту, хромпіку, танідів, синтанів, сульфату амонію, синтетичних поверхнево-активних речовин, обробних препаратів, гасу, метилових ефірів, патоки тощо. Синтетичні поверхнево-активні речовини застосовують в багатьох якостях - як розчинники, змочувальні, мийні засоби, емульгатори, диспергатори, прискорювачі технологічних процесів та ін.

Використання традиційних технологій для очищення висококонцентрованих стічних вод, зокрема, шкіряних заводів, має низку недоліків: вплив на ефективність очищення нерівномірності надходження стічних вод за витратами і концентраціями забруднень, залежність від температури (низька і швидка зміна температури уповільнюють процес), рН, токсичних для активного мулу речовин (СПАР, йонів важких металів, барвників тощо), невідповідність якості очищеної води встановленим нормам (особливо за сполуками азоту, фосфору), спухання мулу внаслідок розвитку нитчастих бактерій і, як результат, погане відокремлення його від очищеної води, велика кількість надлишкового мулу, який потребує значних витрат на обробку та утилізацію.

Враховуючи складний характер забруднень, присутніх в стічних водах шкіряних заводів, наявність різноманітних неорганічних, колоїдних та розчинених високомолекулярних органічних речовин та специфіку водовідведення на підприємствах шкіряної промисловості, для очищення стічних вод необхідно обґрунтувати і розробити технологію попередньої фізико-хімічної обробки від токсичних та важкоокиснюваних біологічним шляхом забруднюючих речовин і наступного біологічного очищення в анаеробно-аеробних умовах з використанням біореакторів з іммобілізованими на волокнистих носіях мікроорганізмами.

За результатами аналізу концентрацій забруднюючих речовин в стічних водах шкіряного заводу встановлено, що концентрації становлять, мг/дм³: завислих речовин - 2000-10000; ХСК - 1500-6000; БСК5 - 700-1500; азоту амонійного - 20-25; іонів хрому - 5-12; сульфідів - 50-300; жирів - 200-300; СПАР - 75-250. Показники: рН - 8,5-11,5; відношення ХСК/БСК5 - 2,1-4.

Для видалення із стічних вод грубодисперсних домішок, в основному, шерсті, необхідно здійснювати попереднє механічне очищення на сітчастих або флотаційних шерстеуловлювачах. Нерівномірність витрат стічних вод і концентрацій забруднень в них зумовлює застосування усереднення потоку стічних вод.

Залежно від місцевих умов і прийнятої технологічної схеми очищення стічних вод можливі два варіанти їх відведення: єдиним потоком або шляхом відокремлення із загального потоку кислих дубильних стічних вод, які вміщують хром у великих концентраціях (від операції дублення і подальшої промивки), та лужних зольних стічних вод (від операції зоління і подальших промивок). Решту складають стічні води від операцій відмочування, знезолювання, нейтралізації, знежирювання, жирування, фарбування та промивок, які завершують більшість операцій. Цим стічним водам притаманна слаболужна реакція.

В першому випадку для загального стоку розроблено технологію попереднього фізико-хімічного очищення двоступеневою реагентною напірною флотацією.

Із аналізу кількості та складу забруднень, які містяться в стічних водах шкіряних заводів, очевидно, що основними забрудненнями, які лімітують скид стічних вод на споруди біологічного очищення, є сірчистий натрій, хром (ІІІ), СПАР, масла і жири.

Тому, в технологію очищення стічних вод шкіряних заводів було включено хімічну обробку, яка забезпечує перетворення сульфідів і хрому на нерозчинні сполуки, в поєднанні з ефективним виділенням із стічних вод нерозчинної фази, причому при виборі методу розділення фаз було враховано необхідність забезпечення високого ефекту очищення від спливаючих речовин (масел, жирів) і СПАР. Виходячи зцього, рекомендовано технологію попереднього фізико-хімічного очищення, яка полягає в обробці стічних вод сірчанокислим залізом (дозою від 0,5 до 1г/дм³) і вапном із двоступінчастим флотаційним проясненням їх.

Очікуваний ефект очищення стічних вод за описаною технологією виражається в таких значеннях залишкових концентрацій забруднень, мг/дм³: нерозчинних домішок - 100-500; хрому - 0,5-1,0; сульфідів - 0,5-1,0; жирів і масел - 1,0-5,0; СПАР - 10-20; показника БСК - 500-300. Попередньо очищена стічна вода може бути відведена на споруди біологічного очищення окремо або разом із стічними водами міста.

Використання технологій локального очищення кислих дубильних стічних вод, які вміщують хром у великих концентраціях (при хромовому дубленні) або таніди (при рослинному дубленні), лужних зольних стічних вод та загального (решта потоків) стоку може бути економічно вигідним при одержанні із стічних вод цінних реагентів-дубителів. В іншому випадку використання фізико-хімічних методів для попереднього очищення висококонцентрованих локальних потоків від окремих операцій шкіряного виробництва потребує великих витрат реагентів, електроенергії, коштів на процес очищення стічних вод і на обробку значних об’ємів утворених осадів, флотаційних шламів та ін.

Так, при хімічному осадженні хрому із відпрацьованих дубильних розчинів, фізико-хімічному очищенні дубильних розчинів і відпрацьованих зольних рідин утворюються значні об’єми осадів (до 75% при осадженні гідроксиду хрому) і флотаційних шламів, утилізація яких потребує великих матеріальних і грошових ресурсів та площ для їх захоронення.

Застосування для видалення хрому мембранних методів (рідкі мембрани, мембранний електроліз), іонного обміну, сорбційних процесів супроводжується необхідністю попереднього очищення стічних вод від завислих, колоїдних домішок, здатних перешкоджати процесам, а також значними витратами коштів на експлуатацію установок та обладнання.

Використання замість фізико-хімічного очищення біологічного (наприклад, на очисних спорудах шкіряного заводу "Світ шкіри" в м. Болехів, Івано-Франківська обл.) за традиційними технологіями (в двоступеневих аеротенках) не дозволяє одержати необхідний за вимогами ступінь очищення (наприклад, за сполуками азоту), при роботі споруд спостерігаються піноутворення, спухання мулу внаслідок перевантаження аеротенків, зміна рН при надходженні різних стоків (кислих дубильних чи лужних зольних) та інші впливи.

Синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР) використовують в технологічних процесах при проведенні промивок обладнання, сировини і продукції, яка виробляється. Концентрація СПАР в загальному стоку шкіряного виробництва може досягати - 250 мг/дм³, у відмочно-зольних процесах - 440 мг/дм³, в операціях зоління - до 1890 мг/дм³.

Загальні стічні води містять СПАР в середньому в концентрації 75 мг/дм³. На очищення потрібно подавати загальний потік стічних вод, який насамперед проходить через шнековий волокновловлювач (замість волокновловлювача можна установити сита або решітки), а потім - аеровані пісковловлювачі, розраховані на 3 хв. перебування води. Із пісковловлювачів стічні води за допомогою насосів перекачують у флотаційний шерстежировловлювач об’ємом на 35 хв. перебування. Концентрація шерсті зменшується від 40 до 4 мг/дм³, жирів - від 200 до 60 мг/дм³. Далі стічні води надходять на тривале усереднення з барботуванням води повітрям - 16-24 год. (з одночасним окисненням сульфідів) і наступну біокоагуляцію-флотацію (40-45 хв.) при тиску в напірному баку 0,3-0,5 МПа, концентрації активного мулу - до 1 г/дм³, завдяки якій відбувається ефективне очищення стічних вод за показниками концентрацій, мг/дм³: завислих речовин від 1950 до 390, хрому від 8 до 2, жирів від 60 до 0, СПАР від 105 до 15. Показники якості очищеної води дозволяють відводити її на біологічне очищення, а утворений флотаційний шлам - на зброджування в метантенки.

Раціональні режими роботи анаеробно-аеробних біореакторів з іммобілізованими мікроорганізмами при концентраціях органічних речовин у вихідній стічній воді за ХСК 4000-4500 мг/дм3: окисна потужність, г ХСК/(м3·добу), анаеробних І і ІІ ступенів, відповідно, - 7200-8000 і 4000-4500, аноксидних І і ІІ ступенів, відповідно, - 1300-2000 і 500-650, аеробного - 400-500; питома швидкість окиснення, мг ХСК/(г·год), анаеробних І і ІІ ступенів, відповідно, - 40-45 і 20-24, аноксидних І і ІІ ступенів, відповідно, - 2100-2400 і 640-750, аноксидних І і ІІ ступенів, відповідно, - 230-360 і 130-180, аеробного - 50-80.

На шкіряному заводі "Світ шкіри" (м. Болехів Івано-Франківської області), що виробляє хромові шкіри, здійснено реконструкцію очисних споруд продуктивністю 100 м3/добу, в склад яких входять: усереднювач-відстійник, станція висадки хрому (ІІІ), первинні відстійники (два ступеня), усереднювачі, двоступеневі аеротенки: І ступінь - витиснювач з регенератором, ІІ ступінь - змішувачі; вторинний відстійник.

Висновки

Застосування анаеробно-аеробної технології очищення висококонцентрованих стоків молокопереробного виробництва та "традиційної" аеробної технології для малоконцентрованих стічних вод забезпечує практично повне вилучення забруднень за ХСК, динаміка якого є основною характеристикою процесу очищення стічних вод біохімічним способом. Таким чином, глибина очищення стічних вод ВАТ "Яготинський маслозавод" та ЗАТ "Бровари-молоко" складає 98,9 та 96,0 % відповідно.

В результаті впровадження розробленої технології по очищенню СВ шкіряного заводу досягнуто високої ефективності: за ХСК - 94-95% при початковому 5000 мг/дм3; за концентрацією азоту амонійного - 96-98%; завислих речовин - 93-95%; за рахунок використання анаеробно-аеробного процесу очищення, збільшення концентрації біомаси в спорудах - до 25 г/дм³ при використанні іммобілізованих мікроорганізмів, що дозволило підвищити окисну потужність біологічних очисних споруд, як в анаеробній стадії, так і в аеробній.

Перелік посилань

1. Баядер В., Доне Е., Бренндорфер М. Биогаз - теория и практика. - М.: 1982. - 148 с.

. Сравнительный анализ аэробных и анаеробних процес сов обработки СВ / Янко В.Г., Свительский В.П., Шуляк Е.В. // Наука и техника в гор. х-ве. - 1990. - № 74. - С. 80-84.

. Ласков Ю. М. Очистка сточных вод предприятий кожевенной и меховой промышленности / Ю. М. Ласков, Т. Г. Федоровская, Г. Н. Жмаков. - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 168 с.

. Мацнєв А. І. Водовідведення на промислових підприємствах / А. І. Мацнєв, Л. А. Саблій. - Рівне : Укр. держ. акад. водного господарства, 1998. - 219 с.