Очистка и обеззараживание сточных вод ММП

Сточные воды — основной источник загрязнения водоемов. Они состоят из жидких или разбавленных водой плотных отбросов. Различают хозяйственно-бытовые (фекальные, кухонные, банно-прачечные), производственные (после использования на предприятиях), ливневые (содержащие в основном микрофлору почвы и воздуха) и комбинированные сточные воды. В санитарно-эпидемиологическом отношении наибольшую опасность представляют фекальные стоки и стоки кожевенных, шерстеобрабатывающих предприятий, мясокомбинатов, боен, биофабрик.

В городских сточных водах содержатся физиологические выделения человека, поэтому в них можно обнаружить всю микрофлору желудочно-кишечного тракта, в том числе и патогенную. Кроме возбудителей бактериальных кишечных инфекций и энтеровирусов в сточные воды попадают туберкулезные палочки, яйца гельминтов, многие виды почвенных микроорганизмов: бактерии, бациллы, споры грибов, дрожжей, водоросли. В 1 мл сточных вод содержится более 1 млрд. микроорганизмов. Многие из этих бактерий участвуют в разложении органических веществ сточных вод.

Сохранение водных ресурсов и предупреждение загрязнения окружающей среды — важнейшая социально-экономическая проблема. При переработке мяса на мясоперерабатывающих комбинатах около 85−90% от общего объема потребляемой воды возвращается в водоемы в виде сточных вод, очистка которых осуществляется в два этапа: предварительное, непосредственно на предприятиях и дополнительное на центральных станциях очистки.

Особенность состава производственных сточных вод мясоперерабатывающих предприятий — высокое содержание крови, жира, белков, различных солей, частиц мяса, шерсти и других органических веществ, преимущественно устойчивого коллоидного состояния (до 60%). Более 70% загрязнения составляют жиробелковые комплексы, предрасположенные к быстрому загниванию. Такие воды содержат большое количество условно-патогенной микрофлоры, гнилостных бактерий, накапливающихся в колодцах-отстойниках, внутризаводских коммуникациях и представляющих опасность в качестве экотоксикантов. При сбросе сточных вод в канализацию так, например, мясокомбинат средней мощности сбрасывают столько же органических загрязнений, сколько город с населением 10−20 тыс. человек. Их концентрация в стоке по химическому (ХПК) и биологическому потреблению кислорода (БПК) достигают 2−20 г/л, концентрация жиров — до 1,5 г/л, взвешенных веществ -5−8 г/л, что в 50−80 раз выше аналогичных показателей, характерных для хозяйственно-бытовой воды в населенных пунктах.

Потеря животного белка при контакте мяса с водой в процессе его обработки составляет около 100 г на 1 см стоков. В процессе производства мяса и мясных продуктов жидкие отходы образуются: при смывании крови, в результате загрязнения пола, при обработке кишок, при выработке вареных, ливерных, сырокопченых колбас, копченостей; при мойке и дезинфекции оборудований, тары, инструментов, инвентаря; при уборке бытовых и внепроизводственных помещений.

Особенностью сточных вод мясокомбинатов являются наличие бактериального загрязнения. В стоках содержатся яйца гельминтов, могут присутствовать вирусы и болезнетворные бактерии, вызывающие сибирскую язву, ящур, бруцеллез. Такие производственные воды перед отбросом в канализацию необходимо очищать.

Очистка сточных вод перед спуском в водоем должна осуществляться строго в соответствии с «Санитарные Правила Защиты поверхностных вод от загрязнений» и в соответствии с законом РК (Об охране окружающей среды). Концентрация различных загрязнений в воде не должны превышать предельно допустимые (По БПК-3−6 мг О₂/л, ХПК-15−30 мг О₂/л).

Сточные воды предприятий ММП подвергают, как правило, механической, физико-химической и биологической очистки. Для очистки белоксодержащих сточных вод используют механические, физико-химические и биологические методы.

Механическая очистка обычно используется в качестве локальной. В состав локальных сооружений входят механизированные решетки, песколовки, отстойники, флотационные жироловки (также применяются фильтры-прессы, ротационные и вакуумные фильтры).

Песколовки бывают: горизонтальные (предпочтительные), вертикальные и с вращательным движением жидкости. Песколовки рассчитаны на продолжительность обработки стоков от 30 до 15 минут.

Для отчистки стоков от жира в виде твердых частиц, эмульсий и растворов используют отстойные аппараты-жироловки (горизонтальные). Продолжительность отстоя — 30 мин, эффективность работы отстойника 50−55%.

Для выделения грубодисперсных примесей широко используются отстойные аппараты горизонтального и вертикального типов с нисходяще-восходящим потоком жидкости, рассчитаны на 15−30 минутное пребывание сточных вод (эффект разделения около 50%). Сточные воды после отстоя требуют дополнительной очистки.

Для локальной очистки от примесей неорганического происхождения и жира используют гидроциклоны, в которых содержится около 70% взвешенных веществ.

Среди физико-химических методов обработки сточных вод следует выделить: термический, каталитический, сорбционный и методы флотации.

В последнее время для очистки производственных сточных вод успешно применяется флотация. Флотация — сложный физико-химический процесс, где происходит извлечение взвешенных и коллоидных частиц из жидкости в результате их прилипания к пузырькам газа (воздуха) диспергированного или образующегося в этой жидкости (образуются слой пены). Методы флотации различаются механизмом образования пузырьков газа: механическое диспергирование воздуха в потоке жидкости (импеллярная, пневматическая флотация); насыщение жидкости газа за счет электролиза воды (электрофлотация) и т. д. Эффективность импеллиарной флотации по извлечению жиров и взвеси составляет 62−64%. Наиболее распространен электрофлотационный аппарат В2-ФФА производительностью 50 м³/ч, эффективность изъятия жира составляет 85%.

В некоторых зарубежных странах для очистки сточных вод применяют ионообменную смолу Protion, получаемую из ионоволокнистой вискозы.

Эффективность химических способов повышается за счет применения высокомолекулярных нетоксичных реагентов.

Метод химической обработки воды неорганическими коагулянтами известен давно. Например, производственные жирные воды мясокомбинатов обрабатывают сернокислыми и хлорными солями железа и алюминия в количестве 0,1−0,8 кг/м³, сухой известью или известковой водой (0,5−1,0 кг/м³), хлором.

В развитии реагентных способов очистки сточных вод особое место занимают природные и синтезированные высокомолекулярные вещества, называемые флокулянтами (крахмал, неорганические полимеры, синтетические вещества, альгинаты, изаровые смолы, хитозаны и т. п.).

Биохимические методы очистки позволяют очищать воду от органических веществ, находящихся в ней в растворенном состоянии.

Метод основан на способности микроорганизмов использовать в качестве субстратов многие органические и неорганические соединения, содержащиеся в сточных водах.

Биологическая очистка сточных вод, осуществляется почвенным методом и на искусственных сооружениях. При почвенном методе очистки используют поля фильтрации. Вода после предварительного отстаивания или механической очистки в специально устроенной системе прудов распределяется на земельные участки, где она медленно просачивается через почву и на глубине 2 м попадает в дренажные трубы, по которым отводится в реки или другие водоемы. При прохождении через почву сточная вода очищается от взвешенных частиц. Одновременно с этим благодаря жизнедеятельности почвенной микрофлоры в почве протекают окислительные процессы, и в дренажные трубы поступает вода, почти полностью очищенная от органических примесей и микробов.

К искусственным сооружениям относятся: биофильтры, аэрофильтры и аэротенки. Биофильтры — это резервуары различных размеров, заполненные загрузочным материалом (шлак, щебень и т. п.). Проходя через фильтр, сточная жидкость освобождается от взвешенных и коллоидных органических веществ вследствие адсорбции их на загрузочном материале. В порах фильтра образуется биологическая пленка, густо заселенная микроорганизмами, которые участвуют в минерализации органических веществ. Аэрофильтры — сооружения, аналогичные биофильтрам, но с принудительной аэрацией.

В настоящее время предпочтение отдается аэротенкам с активным илом (используются аэробные бактерии).

Активный ил образуется при длительной аэрации сточной жидкости в биофильтрах, в его осадке содержатся миллиарды разнообразных микроорганизмов, сбраживающих сточную жидкость и разлагающих органические вещества. Активный ил состоит из микроорганизмов, участвующих в самоочищении воды, почвы. Аэробные, факультативные и облигатные анаэробные микроорганизмы расщепляют белки, сбраживают углеводы, гидролизуют жиры, разрушают древесину, попавшую в сточные воды. Микроорганизмы расщепляют самые разнообразные органические соединения: фенол, резину, парафин, нефть.

Аэротенки — сооружения, в которых очистка осуществляется по принципу открытого водоема, но значительно быстрее. Аэротенки имеют форму вытянутых прямоугольных резервуаров шириной 1,5−2 м, длиной в несколько десятков метров и глубиной 2−4 м. Высокая интенсивность окислительных процессов достигается искусственным насыщением всей толщи воды воздухом, подачей в аэротенки активного ила и энергичным размножением аэробной микрофлоры, играющей основную роль в процессе очистки сточных вод. Сточная жидкость находится в аэротенке от 6 до 12ч, и сложные органические вещества ее в конечном счете минерализуются, превращаясь в сульфаты, фосфаты, нитраты, углекислый газ и воду.

В схемах очистки сточных вод наряду с аэробным используются также анаэробный процесс — метановое брожение, как один из основных методов биохимической обработки осадков.

Для предприятия малой и средней мощности разработана (МТУ ПБ) новая модульная схема очистки сточных вод.

Предприятия молочной промышленности могут стать также источником интенсивного загрязнения гидросферы.

Для защиты водоемов от загрязнения сточными водами промышленных предприятий, в частности молочных, необходимо осуществить комплекс мероприятий, в том числе технологических, которые включают разработку и применение безотходных и малоотходных технологических процессов.

В молзаводах большое количество молочной сыворотки (около 50%) сливается в канализацию, водоемы, (только 50% используются на различные цели) хотя существуют ограничения и запреты. Эти строгие меры вызваны тем обстоятельством, что органические вещества сыворотки для своего окисления потребляют большое количество О₂, ухудшая тем самым условия развития флоры и фауны. Для сравнения: окисления органических веществ, содержащихся в 1 л сыворотки, требует 50 г О₂, в то время как один человек расходует в среднем 100 л воды в день и окисления этого количества сточных вод требуется 30 г О₂.

Сброс сыворотки в канализацию не оправдан с экономической и социальной точек зрения, т.к. при этом теряется около 50% сухих веществ молока, в том числе самый ценный компонент — сывороточные белки.

Около 90% свежей воды, потребляемой предприятиями молочной промышленности, загрязняются отходами, превращаясь в сточные воды, содержащие органические (белки, жиры, углероды) и неорганические соединения.

Загрязненность сточных вод молочных заводов насчитывают более 20 показателей. К наиболее важным из них относятся: содержание белка (азот органический, аммонийный, нитратный, нитритный), жиры, взвешенных веществ, общего фосфора, рН, ХПК, БПК. Особую важность для характеристики сточных вод молочных заводов представляют кислотность, концентрация биогенных элементов (азот, неорганические вещества, взвешенные вещества).

Сточные воды молочных заводов обычно имеют высокие концентрации органических веществ, азота и фосфора. Источником азота является в основном молочные белки и моющие вещества на основе азотной кислоты или содержащие этилендиаминтетрауксусную кислоту (EDTA).

Фосфор попадает в сточные воды как из компонентов молока, так из моющих растворов. Цельное молоко содержит его в среднем 93 мг в 100 г.

Промышленные стоки предприятий малой мощности очищают путем отстаивания с последующим способом в канализационную сеть либо вызовом отходов на рельеф местности.

Сточные воды молокоперерабатывающих предприятий характеризуются высокими концентрациями органических загрязнений. Попадающие в сточные воды компоненты перерабатываемого сырья (жиры, взвешенные вещества и др.) представляют собой высококонцентрированные дисперсные системы из эмульгированных органических веществ. Наиболее распространенными методами очистки сточных вод от мелко дисперсных частиц и всплывающих жиров является осаждение и флотация. Для глубокой очистки от растворов органических и эмульгированных веществ используется метод биологического окисления, которому, как правило, предшествует физико-химическая обработка сточных вод. Для наибольших объемов производства наиболее рациональной является их локальная очистка физико-химическими методами. Исследования показали на эффективность коагуляционной очистки сточных вод с использованием местного дешевого сырья, в частности монтмориллонитовых глин. При этом степень очистки составляет 83−99,8% при дозе суспензии 5 мл/л вне зависимости от исходных концентраций компонентов молока (ХПКисх от 400 до 3000 мг О₂/л).

Применение анаэробного BIOMAR0 AFB — метода очистки сточных вод на молзаводов позволяет увеличить производительность очистных сооружений, повысить качество очистки ее за счет использования образующегося на предприятии биогаза снизили потребление покупного газа, а также отсутствует неприятный запах.

Образующиеся на предприятии сточные воды собираются предварительно в баке-смесителе — усреднителе (где происходит качественное усреднение сточной воды и осуществляется предварительное биологическое зачисление органических веществ), далее вода направляется на флотатор. После чего вода кондиционируется и поступает в BIOMAR" AFB — метанреактор, где происходит два основных биологических процесса: ацетогенная и метаногенная фазы.

Вода, очищенная на 60−80% с применением анаэробного метода, направляется на существующую аэробную доочистку.