НПО “Альтернатива” – РАЗДЕЛ 1.  ХАРАКТЕРИСТИКА ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД.  ГЛАВА 1. КЛАССИФИКАЦИЯ СТОЧНЫХ ВОД ПИЩЕВЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Содержание

Введение                                        3
1.    Характеристика загрязнений сточных вод предприятий     пищевой промышленности                                4
2.    Механические методы очистки сточных вод                6
Заключение                                    17
Список литературы                                18

Введение

Предприятия пищевой промышленности ежегодно используют около 55 млн м5 воды.
Доля загрязненных вод к общему объе¬му сбрасываемых сточных вод составляет 77 %.
Состав стоков предприятий зависит от вида производства и ха-рактеризуется усредненными данными.
Таким образом, при многообразии производимых продуктов, осо-бенность состава стоков большинства пищевых предприятий – их высокая степень загрязнения органическими веществами, что ха¬рактеризуется показателями ХПК и БПК; наличие компонентов, ус¬тойчивых к микробиологическом) разложению (жиры, нефтепродук¬ты. некоторые взвешенные вещества, синтетические поверхностно- активные вещества, тяжелые металлы): микробиологическая загряз¬ненность.
Цель работы: рассмотреть механические методы очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности.
Задачи:
……………………

1.    Характеристика загрязнений сточных вод предприятий пищевой промышленности

Сточные воды предприятий пищевой промышленности разнообразны как по компонентному составу, так и по концентрации, и представляют собой сложную физико-химическую систему, в которой наряду с растворенными веществами содержатся частицы различной степени дисперсности. Размер частиц колеблется в широких пределах (от 10 – 9 до 10 – 2 м).
Дисперсная фаза стоков предприятий пищевой промышленности определяется понятием “взвешенные вещества”, которые делятся на оседающие (рч > рс), неоседающие (рч = рс), всплывающие (рч < Рс),
где рч и рс соответственно плотность частиц (дисперсной фазы) и сплошной среды (дисперсионной фазы).
Твердые взвешенные частицы отделяют отстаиванием или фильтрованием в гравитационном или в центробежном поле, жидкие – отстаиванием в гравитационном и центробежном поле. Возможно выделение взвешенных частиц также флотированием.
Помимо взвешенных веществ, стоки предприятий содержат значительное количество растворенных веществ, удаление которых возможно только химическим или биохимическим путем.
Скорость биологического разложения загрязняющего компонента содержащегося в сточных водах предприятий в немалой степени зависит не только от его природы, но и от дисперсности, поскольку микроорганизмы могут ассимилировать твердые субстраты только с поверхности частиц.
Как правило, для биологического разложения крупных частиц органического вещества требуется гораздо больше времени, чем времени пребывания очищаемой жидкости в реальном аппарате. В этом случае какая-то доля органических веществ стоков биологически не разлагается и их принято считать биологически инертными. Для уменьшения этой доли достаточно подвергнуть частицы загрязнений измельчению до размеров 10 – 6 – 10-7 м.
Помимо фазово-дисперсного состава сточной воды и общего содержания примесей важнейшей ее характеристикой является химическая природа и концентрация компонентов-загрязнителей. Подавляющее большинство сточных вод пищевых предприятий в качестве основных загрязнителей содержит органические вещества. Органические загрязнители имеют, как правило, естественное происхождение, т.е. не являются продуктами искусственного органического синтеза, а образуются в результате жизнедеятельности микроорганизмов, высших животных и растений. В технологии пищевых производств действующим законодательством запрещено применение веществ, попадание которых в продукты недопустимо, поэтому сточные воды пищевых предприятий не содержат ксенобиотиков (веществ, чуждых жизни). Отсутствует или крайне ограничено содержание и стоках тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов и других опасных веществ.
Содержание органических веществ в сточной воде обусловлено таким показателем, как окисляемость. В зависимости от загрязненности сточные воды содержат определенное количество веществ, способных взаимодействовать с сильными окислителями – перманганатами, бихроматами, пероксидами и т.д.

2.    Механические методы очистки сточных вод

Механические методы основаны на процессах процеживания, от-стаивания и фильтрования. Процеживание ведут через решетки или сита. Для отстаивания используют песколовки или отстойники раз¬личных конструкций. Фильтрование осуществляют с использовани¬ем аппаратов периодического и непрерывного действия.
Взвешенные вещества и нефтепродукты довольно легко удаля¬ются механическими очистными установками. Кроме этого, за счет сорбции механическими загрязнителями, находящимися во взвешен¬ном состоянии в сточных водах, частично извлекаются химические и бактериальные загрязнители. Одновременно происходит существен¬ное снижение концентраций таких загрязнителей, как железо и орга¬ника. В результате резко снижается нагрузка устройств физико-хи¬мической очистки, чем обеспечивается значительный эколого-экономический эффект. В используемых для процеживания сточных вод вертикальных или наклонных решетках ширина щели составляет 15-20 мм. С поверхности решетки осадок может удаляться вручную или механически. Широко используется решетка-дробилка РД-200 производительностью 60 м3/ч с диаметром сетчатого барабана 200 см.
Отстаивание основано на процессе осаждения твердых частиц в жидкости под действием силы тяжести. При этом может иметь ме¬сто свободное либо стесненное осаждение неслипающихся частиц и осаждение частиц, склонных к коагулированию.
По направлению движения сточной воды в отстойниках их делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные и комбинированные. Характеристики отстойника должны обеспечивать заданный эффект осветления. При подводе и отводе воды стремятся обеспечить рав¬номерное поле скоростей и их низкие значения, используя для этого специальные вспомогательные устройства. Эффект осветления сто¬ков в отстойниках (Э), приведенный в табл. 1. определяется из выражения:

Э =  100 (С1 -С2)
С1
где С1 – начальная концентрация взвеси в стоках; С2 – конечная кон-центрация взвесей в отстоянной воде [2; c.70].
Таблица 1.
Зависимость эффекта осветления от продолжительности отстаивания η (с) при различном содержании взвешенных веществ

 
Производительность q ( ) горизонтального отстойника нахо¬дится по формуле [2; c.70]:
q = 3,6*К*L*B(U0 – V1)

где: К – коэффициент использования объема, выбираемый из табл. 2;

Таблица 2.
Основные характеристики отстойников

L, В – соответственно длина и ширина секции отстойника, м:U0 – гидравлическая крупность, мм/с; V1 – турбулентная составля¬ющая. мм/с.
Турбулентная составляющая скорости потока (V1). мм/с. выбира¬ется из табл. 3.
Таблица 3
Соотношение скорости потока и турбулентной составляющей в потоке
V, мм/с    5    10    15
V1, мм/с    0    0,05    0,1

На рис. 1  представлена схема вертикального отстойника, в который очищаемая вода поступает по трубопроводу 4 в кольцевую зону, образованную цилиндрической пере¬городкой 3 и корпусом 5 отстойника. В процессе вертикального движения сточная вода встречает на своем пути отражательное кольцо 6. направ¬ляющее поток воды во внутреннюю полость перегородки 3, а твердые ча¬стицы оседают в шламосборник 8. Очищенная сточная вода поступает в кольцевой водосборник 2 и через трубопровод 1 выводится из отстой¬ника. Осадок, скапливающийся в шламосборнике. периодически уда¬ляется из него через трубопровод 7 [2; c.71].
Рис. 1. Схема вертикального отстойника
Размер отстойников определяется гидравлической нагрузкой, глу-биной отстойника у боковой стенки и временем отстаивания.
Гидравлическая нагрузка определяется как среднесуточный рас¬ход воды, отнесенный к площади поверхности:
где V0 – гидравлическая нагрузка, м3/(м:2-сут): Q – усредненный су-точный расход. м3/сут: А – общая площадь поверхности отстойника, м:2.
Время пребывания (τ) вычисляется путем деления объема от¬стойника на расход поступающей воды:
где V – объем отстойника, м:3; Q – усредненный суточный расход, м3/сут. [4; c.58].
На рис. 2 представлена схема горизонтальной песко¬ловки 2 с прямолинейным дви¬жением сточной воды, посту¬пающей по патрубку 1. Осе¬дающие в процессе движения воды твердые частицы скап¬ливаются в шламосборнике 3 и на дне, а очищенная вода через выходной патрубок 4 направляется для дальнейшей обработки. Удаление осадка из песколовок осуще¬ствляют, как правило, ежедневно.
Рис. 2. Схема горизонтальной песколовки
Фильтрование сточных вод позволяет очищать их от тонкодис-персных твердых примесей. Процесс фильтрования применяется так¬же после физико-химических и биологических методов очистки, т.к. некоторые из этих методов сопровождаются выделением в очищае¬мую жидкость механических загрязнителей.
Фильтры могут применяться как одна из ступеней комплексной схемы очистки воды (после отстойников и осветлителей), либо как самостоятельное очистительное сооружение, в зависимости от кон-центрации загрязнений в исходной воде.
Используемые для очистки сточных вод пищевых предприятий фильтры могут быть классифицированы по следующим признакам [1; c.94]:
по режиму работы – периодического и непрерывного действия:
по характеру разности давлений – вакуум-фильтры и фильт¬ры. работающие под давлением:
– по конструктивным признакам – барабанные, дисковые, ка-русельные. ленточные, фильтрпрессы. патронные, мешочные и др.
Фильтровальные перегородки могут быть гибкие (ткани, сетки), жесткие (металлокерамика, керамика, картон), насыпные (гравий, песок, дробленый шлак, гранитный щебень, керамзит, мраморная крошка, активированный уголь), намывные, а также плавающие (из вспененных полимерных материалов).
Регенерация фильтрующих свойств проводится обратной промыв¬кой (в том числе импульсной), промывкой при перемешивании, хими¬ческой очисткой.
Работа фильтров характеризуется скоростью фильтрования (м3/ч на 1 м2), а именно количеством очищаемой воды за единицу времени с единицы площади поверхности фильтрующего слоя. Различают медленные (скорость фильтрования 0,5 м/ч), скоростные (скорость фильтрования 2-24 м/ч) и сверхскоростные (скорость фильтрования более 25 м/ч) фильтры [2; c.73].
В большинстве случаев для очистки стоков пищевых предприя¬тий в качестве фильтров применяют гравийно-песочные медленные (безнапорные) и скорые (напорные) фильтры. Фильтры с зернистой загрузкой высотой до 2 м получили наибольшее применение.
Гравийно-песочный медленный безнапорный фильтр представля¬ет собой открытый резервуар с дренажной системой для удержания горизонтально расположенной песчано-гравийной загрузки. Слой воды, подлежащий очистке, находится над загрузкой. Площадь загрузки, т.е. площадь фильтрования Fф. и скорость фильтрования Vф (услов¬ная скорость протекания жидкости через всю площадь Рф) определя¬ют производительность такого фильтра (Qф =FфVф) [5; c.102].
В скоростном или напорном фильтре корпус закрытый. Необхо-димая скорость (Vф) в нем устанавливается под действием перепа¬да давления ∆р = рвх-рв (где рвх и рвых – давление на входе в фильтр и на выходе из него), производительность фильтра пропорциональна (∆Р)0,5. Высота таких фильтров (типа ФОВ-2.6-6) достигает 4 м. а площадь поперечного сечения зависит от площади фильтрования Fф.
Полимербетонные напорные фильтры типа ПБФ. разработанные в ООО «Эколог» (г. Ростов-на Дону), начали применять с 1980 г. Се¬годня эксплуатируются сотни установок производительностью 1.5- 50.0 м3 /ч [3; c.77]. Сравнительная характеристика фильтров ФОВ-2.6-6 и ПБФ производительностью 50.0 мг3ч каждый, представленная в табл. 4. позволяет судить о преимуществах полимеробетонного фильтра.

Таблица 4.
Технико-экономическая характеристика фильтров

В таких фильтрах меньше потери напора по сравнению с фильтра¬ми с зернистой загрузкой, и, следовательно, ниже расход электро¬энергии, больше время между промывками, меньше расход воды на собственные нужды.
Фильтры ПБФ отличает высокая надежность в работе. Срок их службы без замены фильтроэлементов (т.е. разборки фильтра) – бо¬лее 10 лет.
В фильтрах с пористым полимербетоном зерна жестко соединя¬ются между собой полимерным связующим, т.е. формируется ис¬кусственный пористый камень, который образует пористую фильтроперегородку любой формы (ее минимальная толщина составляет 1,5-3,0 см). Такая перегородка может располагаться как угодно, даже вертикально без поддерживающих слоев.
Поверхность поровых каналов пористого полимербетона покрыта слоем полимерной пленки и не только эффективно сорбирует взвеси из жидкости, но и легко отмывается обратным током чистой воды. При этом интенсивность промывки возрастает с увеличением тем¬пературы промывочной воды.
При определенных условиях фильтры ПБФ можно использовать в качестве биофильтра.
Применение фильтров с полимербетонной загрузкой позволяет значительно уменьшить размеры станций очистки стоков, в боль¬шинстве случаев они могут успешно заменить традиционные уст¬ройства механической очистки, такие как песколовки, контактные осветлители и отстойники, широко используемые на предприятиях пищевой промышленности.
Легкие (плавающие) загрузки имеют плотность зерен фильтрую¬щего материала меньше плотности воды и предназначены главным образом для очистки сточных вод от жира и других всплывающих органических веществ. Материалы обладают большой грязеемкостью, механической устойчивостью к истиранию и измельчению, эф¬фективной адгезией к загрязнениям.
В качестве фильтрующего материала для плавающих загрузок используют пенополистирол (ППС), пенополиуретан (ППУ) и неко¬торые другие материалы (табл. 5).

Таблица 5.
Характеристики сорбентов
Пористые фильтрующие материалы обладают адсорбционными свойствами, поэтому очистка способом фильтрования совмещает в себе два процесса – фильтрацию и адсорбцию, что повышает ее эф¬фективность. К материалам с такими свойствами помимо пористых пенопластов относят и активированный уголь. Он также широко ис¬пользуется при очистке производственных сточных вод, но регене¬рация его вызывает определенные трудности.
Использование синтетических материалов, пористость которых достигает 95 % [1; c.96] позволяет существенно повысить скорость фильт-рования. увеличить продолжительность фильтроцикла и осуществ¬лять процесс очистки с меньшими затратами по сравнению с обыч¬ными фильтрами.
Харьковское отделение НИИ ВОДГЕО совместно с Гимпромясомолпромом разработало технологическую схему очистки сточных вод с использованием фильтров из полиуретана. Фильтры с полиуретановой засыпкой (ФППУ-2.6-0,6) предназначены для очистки сточ¬ных вод от жиров и взвешенных веществ и могут быть также ис-пользованы для очистки нефтесодержащих стоков на предприятиях отрасли, имеющих большое транспортное хозяйство.
Грязеемкость 1 м3 засыпки из ППУ в зависимости от условий фильтрования колеблется от 40 до 200 кг. Для мясной промышленности рекомендована предельная грязеемкость в 140 кг/м3. Регенера¬ция такой засыпки проводится путем промывания водой, при одно¬временном перемешивании сжатым воздухом. Затем материал от¬жимают, при этом поглощающая способность практически полнос¬тью восстанавливается.
Разработаны фильтры, в которых процесс регенерации осуществ-ляется непосредственно в корпусе, что позволяет продлевать фильтроцикл, повышает их экономическую эффективность, а также пре¬дотвращает распространение гнилостной микрофлоры (бактерий) и неприятного запаха по территории предприятия.
В НИИ конверсии и экологии МГУПБ была разработана экспери-ментальная фильтрационная установка с высокопористой полимер¬ной загрузкой 800 мм с внешним диаметром 250 мм и толщиной стенки 5 мм. к которому болтами крепятся верхняя крышка с патрубком для пода¬чи сточной воды, манометр, патрубок для подачи пара и нижняя крыш¬ка со сливным патрубком. Фильтр работает следующим образом. Через патрубок в верхней крышке внутрь корпуса насосом подается сточная вода, попадающая на верхнюю перфорированную перегород¬ку и поступающая далее на фильтрующий слой из высокопористых пенополиуретановых (поролоновых) кубиков размером 110* 10 мм полимерной загрузки. В результате жир и взвешенные вещества, на-ходящиеся в воде, задерживаются (адсорбируются) на поверхности фильтрующего материала, а очищенная таким образом вода слива¬ется через патрубок в приемный сосуд. Скорость фильтрации следу¬ет принимать не более 10 м/ч, в противном случае необходимо пре-дусматривать сжатие фильтрующего материала и подачу очищае¬мой воды в корпус аппарата под давлением [2; c.77].
Эффективность очистки сточных вод по жиру при использовании фильтров с высокопористой полимерной засыпкой позволяет рекомен-довать их для очистки сточных вод предприятий мясоперерабаты¬вающей промышленности.
Поскольку температура затвердевания животных жиров невысо¬ка, целесообразно перед регенерацией загрузки ее нагревать, т. е. предусмотреть устройство для ее объемного прогрева.

Заключение

Итак механическая очистка сточных вод применяется для выделения из сточных вод нерастворенных минеральных и органических примесей. Как правило, она является методом предварительной очистки и предназначена для подготовки сточных вод к биологическим или физико-химическим методам очистки. Механическая очистка позволяет выделить из промышленных до 95%, многие из которых (как ценные материалы) используются в производстве.
В состав сооружений механической очистки входят решетки, различного вида уловители, отстойники, фильтры. Песколовки применяются для выделения из сточных вод тяжелых минеральных примесей (в основном песка). Обезвоженный песок при надежном обеззараживании может быть использован при производстве дорожных работ и изготовлении строительных материалов.
Вода остается одним из ключевых компонентов в различных технологических процессах. Она используется в роли теплоносителя, для охлаждения, промывки и других операций на производстве. Поэтому к ее качеству предъявляются зачастую повышенные требования. Среди наиболее частых проблем промышленной водоподготовки, требующих решения с помощью установок и различных систем очистки, являются умягчение и обезжелезивание воды, удаление механических примесей (с помощью ультрафильтрации), улучшение ее органолептических показателей.

Список литературы

1.    Будник, Л.И. Проблемы экологической безопасности при эксплуатации современных производственных комплексов/ Л.И. Будник //Известия Академии промышленной экологии. – 2006. – № 3. – С. 77-78.
2.    Гавриленков А.М. Экологическая  безопасность пищевых производств. –СПб.: Гиорд, 2005. -272 с.
3.    Комаров. В.И. Проблемы экологии в пищевой промышленности [Текст] В.И. Комаров. Т.А. Мануйлова Экология и промышленность России. -2002.-№6. -С.4-8.
4.    Кузнецова, Л.С. Очистка и обеззараживание сточных вод перерабаты¬вающих предприятий АПК [Текст] / Л.С. Кузнецова. А.Г. Снежко. З.С. Борисо¬ва и др. // Пищевая промышленность. -2002. -№ 10. -С. 52-53.
5.    Комаров. В.И. Проблемы экологии в пищевой промышленности [Текст] В.И. Комаров. Т.А. Мануйлова Экология и промышленность России. -2002.-№6. –С.4-8.
6.    Сапожникова, В.А. Экологически безопасное обращение с отходами на предприятии/ В.А. Сапожникова //Берг-коллегия: Промышленная безопасность. Энергетика. Экология. – 2005. – Прил. к № 4. – С. 27-42.
7.    Чурмасова, Л.А. Экологическое управление – гарантия экологической безопасности пищевых предприятий/ Л.А. Чурмасова //Пищевая промышленность. – 2006. – № 3. – С. 20-21.