Очистка сточных вод

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»



Факультет пищевых производств



Кафедра экологии и природопользования



Расчет к дипломному проекту

по разделу экологическая безопасность предприятия









Руководитель:

________________Холодилина Т.Н.

«____» _________________2008 г.

Исполнитель:

студент гр. 03-ТПОП

__________________Кирзеев О.В.

«____»_________________2008 г.









Оренбург 2008





1 Характеристика предприятия как объект загрязнения окружающей среды



Обычно считают, что пищевые предприятия в силу специфики своей продукции не представляют заметной угрозы окружающей среде. Однако рассмотренные материалы убедительно показывают, что это не так. Рестораны, хлебозаводы, молокозаводы и пивоваренные заводы сбрасывают сточные воды, загрязняют атмосферу в городах. Сахарные заводы, являющиеся наиболее крупнотоннажными пищевыми предприятиями, вносят существенный вклад в загрязнение атмосферы и через ее посредство - почвы, а также сбрасывают и расходуют значительное количество воды. Не стоит забывать и об отходах вспомогательных цехов и служб.

Поэтому защита окружающей среды важна и для пищевых предприятий. Это требует соответствующих знаний и навыков не только от специалистов экологов, но и от других специалистов: технических руководителей, принимающих решения; специалистов, занимающихся эксплуатацией природоохранного оборудования; сотрудников производственных лабораторий; проектировщиков и др.

В соответствии с системным подходом к проблеме организации производства, отраженным в стандартах ISO 14000 и санитарных правилах СП 1.1.1058-01, необходимость и проведение природоохранных мероприятий должны быть неотъемлемыми элементами технологической системы. Они должны учитываться при ее разработке наряду с собственно обеспечением выпуска продукции. Подход, при котором природоохранные мероприятия рассматриваются как дополнительная подсистема, создаваемая после проектирования устарел и неэффективен. Нагрузка на объекты окружающей среды и очистные сооружения может быть снижена при использовании альтернативных технологических схем и обоснованных режимах производства.

Одна из особенностей экологической безопасности - развитая нормативная база, необходимость выполнения требований не только системы ГОСТов, но и санитарных гигиенических норм (СанПиН), строительных норм и правил, а также ряда инструкций Минприродоохраны и др. Соблюдение этих требований обязательно при организации и управлении производством.

Поэтому знание требований экологической безопасности, методов и средств их реализации является неотъемлемой составляющей профессиональных знаний современных специалистов пищевых производств.



1.1 Характеристика предприятия



Проектируемый объект (ресторан с кафетерием) расположен в средней полосе Российской Федерации. Климат района умеренный. Объект находится в черте города. К предприятию прилегает парк, кинотеатр, развлекательный клуб, санаторий и др.

Предприятие подключено к центральному водоснабжению. На предприятии организована общесплавная система водоотведения. 

Основные источники загрязнений – это вентиляционная труба, канализация, мусорные контейнеры.

Предприятие относится к V классу опасности, санитарно-защитная зона размером 50 м.



1.2 Загрязнение атмосферы



От предприятия в атмосферу без очистки поступает 65 % выбросов (так как выбросы не значительные), содержащих газообразные вещества, пары и пыль. Источниками загрязнения атмосферы при этом являются технологические процессы и оборудование, объекты по производству энергии и автотранспорт, вспомогательные цеха и производства. Указанные источники могут быть как организованными, так и неорганизованными.

Наиболее вредными газообразными загрязнителями, выбрасываемыми в атмосферу предприятия, являются диоксид и оксид углерода, акролеин.

Самым распространенным специфическим выбросом от предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности является пыль сухих продуктов, образование которой происходит на стадиях измельчения, транспортирования, сушки сырья и продуктов.

Температура воздуха, удаляемого из помещения tух, °С определяется по формуле:

,(1)

где tр.з. – температура воздуха в рабочей зоне, °С;

∆t – градиент температуры по высоте помещения (от 1 до 5 °С);

Н – расстояние от пола до центра вытяжных проемов, м;

2 – высота рабочей зоны, м.



Плотность наружного воздуха находится по формуле:

ρ=	(2)

ρ= кг/м3



1.3 Загрязнение окружающей среды твердыми бытовыми отходами



Согласно ГОСТ 30772-2001 «Ресурсосбережение. Обращение с отходами. Термины и определения» под термином отходы следует понимать остатки продуктов или дополнительный продукт, образующийся в процессе или по завершению определенной деятельности и не используемые в непосредственной связи с этой деятельностью.

В пищевых отраслях ежегодно образуется 45-47 млн. т вторичного сырья и отходов. 

Среднегодовое количество твердых отходов по статистическим данным составляет около 810 тыс. т, в том числе, (%):

• отходов 1-го класса опасности - 0,04;

• отходов 2-го класса опасности - 0,25;

• отходов 3-го класса опасности - 6,50;

• отходов 4-го класса опасности - 93,5.

Таким образом, основная масса отходов является малотоксичными и представлены, в основном, технологическими отходами.

Временное хранение отходов на территории предприятия осуществляется в закрытых помещениях, герметично укрытых емкостях и контейнерах, на открытых площадках в соответствии с требованиями СанПиН 2.1.7.1322-03 «Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления» и пособия к СНиП 2.01.28-85 и исключает попадание загрязняющих веществ в сточные воды, поверхностный сток и на почву.

Деятельность предприятия по обращению с отходами отработанных люминесцентных ламп (отходы 1 класса опасности) предусматривает своевременный сбор, доставку к месту временного хранения (металлические контейнеры с плотной крышкой), обеспечение условий надлежащего хранения до передачи соответствующим предприятиям, имеющим лицензию для обезвреживания путем демеркуризации.

Пищевые предприятия, как правило, не ведут самостоятельно переработку твердых отходов, вместе с тем альтернативный выбор организаций-переработчиков должен осуществляться, в том числе, и с учетом экологической безопасности реализуемых ими технологий.

Отходы пищевых предприятий по источникам образования подразделяются на технологические, санитарно-бытовые и отходы вспомогательных производств.

Классификация отходов проводится в соответствии с ГОСТ 30775 путем установления группы, подгруппы и позиции отхода в соответствии с классификационным кодом, включающим 11 кодовых групп. Нормы накопления ТБО представлены в таблице 1.

Под отходами, по Н.Ф. Реймерсу, понимают, в общем случае, непригодные для производства данной продукции виды сырья, неупотребимые остатки или вещества и энергия. Твердые отходы, которые подразделяются на промышленные (ТПрО) и бытовые (ТБО). 

Промышленные отходы (или отходы производства) — это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично потребительские свойства. С некоторой долей условности можно отнести и отходы потребления — изделия и машины, утратившие свои потребительские свойства в результате физического или морального износа.

Бытовые (коммунальные) отходы — твердые вещества, не утилизируемые в быту, образующиеся в результате амортизации предметов быта и самой жизни людей. В последнее время к ТБО относят и твердую составляющую коммунально-бытовых сточных вод — их осадок.

Часто вместо понятия «отходы» используют термин «отбросы», относя к ним не только непригодные к использованию пищевые продукты, не утилизируемые бытовые и сельскохозяйственные компоненты, но и отходы производства и строительства. Этот термин чаще используется в разговорной речи. в научной литературе .

Таблица 1 – Нормы накопления твердых бытовых отходов (ТБО)



№ п/п

Наименование объекта

Нормы накопления отходов, м3

Плотность ρ, кг/м3





кг/сутки·чел

кг/год·чел



1.

Рестораны

0,33

120

170

2.

Кафетерий

0,34

125

250



Количество твердых бытовых отходов накапливающихся на предприятии представлены в таблице 2

Таблица 2 – Количество ТБО образуемых на проектируемом предприятии

Вид отходов

Количество отходов, м3



кг/сутки·чел

кг/год·чел

Ресторан

Производственные

21,06

7688,51

Бытовые

87,12

31798,8

Кафетерий

Бытовые

231

84315



К производственным отходам на предприятии относятся отходы, полученные от сырья (в основном от овощей, мяса (кости), яиц (скорлупа)). Отходы, полученные от овощей, рассчитываются исходя из норм потерь для данного времени года. Например, для картофеля после 1 января количество отходов равно 35 %.

Бытовые отходы состоят из одноразовой посуды (кафетерий), бумага, картон, пластмасса, стекло, текстиль, металл, дерево.



1.4 Загрязнение окружающей среды сточными водами



Предприятия пищевой промышленности ежегодно используют около 55 млн. м3 воды. Доля загрязненных вод к общему объему сбрасываемых сточных вод составляет 77 %.



1.4.1 Расчет водопотребления

Расчет количества воды, потребляемой предприятием питания за расчетный час максимального водопотребления, за средний час и за год, производится на основании норм водопотребления, приведенных в СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий». Нормы приводятся на 1 условное блюдо, реализуемое в торговом зале или продаваемое на дом, и на 1 тонну выпускаемых полуфабрикатов (Таблица 4). 

При подсчете количества блюд холодные, первые, вторые и сладкие блюда, а также мучные и кондитерские изделия принимаются за единицу каждое, а горячие и холодные напитки не учитываются.

Для определения расхода воды отдельными видами технологического оборудования можно воспользоваться данными по расчетным секундным расходам воды и проценту одновременного действия оборудования из СНиП II-Л.8-71 «Предприятия общественного питания» (Таблица 5). Расходы воды на неуказанные виды оборудования, как и на холодильные установки, брать по их паспортным характеристикам.

Таблица 4 – Нормы расхода воды предприятием питания

Водопотребители

Единица измерения

Нормы расхода воды, л





(холодная и горячая)

холодная

горячая

1. Приготовление пищи:



реализуемой в торговом зале

1 усл. блюдо

16

3,3

12,7

продаваемой на дом

1 усл. блюдо

14

2,8

11,2

2. Выпуск полуфабрикатов:



мясных

1 т

6700

3600

3100

рыбных

1 т

6400

5700

700

овощных

1 т

4400

3600

800

кулинарных

1 т

7700

6500

1200



1. Нормы воды установлены для основных потребителей и включают все дополнительные расходы (обслуживающим персоналом, душевыми для обслуживающего персонала, посетителями, на уборку помещений и т.п.).

2. Расход воды на холодильные установки в норматив не включен и должен приниматься по техническим характеристикам конкретных холодильных установок.

Таблица 5 – Расчетные секундные расходы воды оборудованием

Наименование оборудования

Расход воды, л/с

Одновременность действия, %

Моечные ванны

0,3

40

Раковины производственные

0,2

40

Картофелечистки и кипятильники

0,2

100

Машины посудомоечные

0,2

100

Льдогенераторы

0,2

60

Котлы варочные

0,1

50



Таблица 6 – Расчетные секундные расходы воды оборудованием в ресторане с кафетерием.

Наименование оборудования

Количество

Расход воды, л/с

Моечные ванны

5

0,6

Раковины производственные

12

0,96

Картофелечистки 

1

0,2

Кипятильники

2

0,4

Машины посудомоечные

2

0,6

Льдогенераторы

2

0,1

Итого

24

2,86



На проектируемом предприятии будет производиться 2290 блюд в день. Тогда, водопотребление на данном предприятии при известной величине суточного выпуска Gсут, м3, продукции (за 12 часов) находится по формуле:



,	(3)

где go – норма расхода воды (холодная и горячая), л;

Qблюд – количество блюд реализуемых на предприятии в день;

 м3

Годовое водопотребление на предприятии будет равно 13373,6 м3.

Расход воды предприятием представлен в таблице 7.

Таблица 7 – Расход сточной воды предприятием

Обслуживаемый объект

Расходы сточной воды



Среднесуточный, м3/сут

Максимальный часовой, м3/сут

Максимальный секундный, м3/сут

Ресторан с кафетерием

36,64

3,05

0,848



Состав сточной воды предприятия представлен в таблице 5. 

Эффективность очистки сточных вод определяем по формуле:

,

где Сдо – концентрация загрязнителя до очистки, мг/л;

СПДК – концентрация загрязнителя до очистки, мг/л.



1.4.2 Расчет эффективности очитки

На проектируемом предприятии применяются хозяйственно-бытовая и производственная системы канализации. Первая отводит сточные воды от санитарно-технических приборов, вторая - производственные стоки. Эти системы канализации в обязательном порядке выполняются раздельными, с самостоятельными выпусками в городскую канализационную сеть.

Сток дождевых и талых вод с крыш зданий осуществляется неорганизованным свободным сбросом воды по уклону кровли. Наружные водостоки, как и неорганизованный сброс, отводят воды на отмостку - и далее на рельеф местности. Внутренние водостоки (дождевая канализация) собирают воды с поверхности крыши в водосточные воронки, и по стоякам, расположенным внутри здания, воды отводятся в наружные сети дождевой канализации.

Подключения к системе производственной канализации оборудования для приготовления пищи и мойки посуды должны выполняются с разрывом струи не менее 20 мм.

Таблица 5 – Состав сточной воды ресторана с кафетерием

Показатели

Значение показателей сточной воды предприятия

Взвешенные вещества, мг/л

305

Жиры, мг/л

10

БПКполн, мгО2/л

180

pH

7

Хлориды, мг/л

70

Сульфаты, мг/л

62

Пестициды, мг/л

0,1

Нитраты, мг/л

0.04

ХПК, мгО2/л 

263



Очистка воды предназначена для доведения всех параметров, характеризующих ее качество, до нормативных показателей. Существенно отличается очистка воды для питьевых нужд, в технологических целях (как из поверхностных водоемов, так и подземных вод) и очистка сточных вод.

Причем даже для промышленных стоков, сбрасываемых в водоемы или на грунт и сливаемых в систему канализации, нормативы и требования к очистке различные. И они постоянно ужесточаются. Считается, что суммарные затраты на очистку сточных вод современных предприятий в среднем составляют от 15 до 40% их общей стоимости.

Методы очистки воды при всем их многообразии можно подразделить на три группы: механические, физико-химические и биологические.

Механическая очистка применяется, прежде всего, для отделения твердых и взвешенных веществ. Наиболее типичными в этой группе являются способы процеживания, отстаивания, инерционного разделения, фильтрования и нефтеулавливания (как разновидность отстаивания), — справедливо для обработки сточных вод. Для водоподготовки из этой группы наиболее широко применяются отстаивание и фильтрование.

Процеживание — первичная стадия очистки сточных вод — вода пропускается через специальные металлические решетки с шагом 5—25 мм, установленные наклонно. Периодически они очищаются от осадка с помощью специальных поворотных приспособлений.

Отстаивание происходит в специальных емкостях, которые по направлению движения воды делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные и комбинированные. Общими для них являются, выход очищенной воды в верхней части отстойника и гравитационный принцип осаждения частиц, которые собираются внизу. Разновидностью отстойника являются песколовки, применяющиеся для выделения частиц песка в стоках литейных цехов* окалины — в стоках кузнечно-прессовых и прокатных цехов и т. д. Как правило, время нахождения воды в песколовках намного меньше, чем в отстойниках, где оно доходит до 1,5 часов (для сточных вод).

Инерционное разделение осуществляется в гидроциклонах, принцип действия которых аналогичен циклонам для очистки газов. Различают открытые и напорные гидроциклоны, причем первые имеют большую производительность и малые потери напора, но проигрывают в эффективности очистки (особенно от мелких частиц).

Фильтрование осуществляется чаще всего через пористые связанные или несвязанные материалы. Как правило, фильтры очищают воду от тонкодисперсных примесей даже при небольших концентрациях. Фильтроматериалы достаточно разнообразны: кварцевый песок, гравий, антрацит, частички металлов и др. Песчаные фильтры — основные очистители при водоподготовке. Эффективный фильтр из связанных специальными смолами песчано-гравийных фракций.

Нефтеловушки в самом простом исполнении представляют собой отстойники, в которых выход очищенной воды происходит снизу, а нефтяная пленка собирается сверху.

Физико-химическая очистка обеспечивает отделение как твердых и взвешенных частиц, так и растворенных примесей. Она включает множество разных способов, важнейшими из которых являются экстракция, флотация, нейтрализация, окисление, сорбция, коагуляция, ионообменные методы и др.

Экстракция — процесс разделения примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды). Например, в специальных колонках (пустотелых или заполненных насадками) стоки смешиваются с экстрагентом, отбирающим вредные вещества: так бензолом удаляется фенол.

Флотация — процесс всплывания примесей (чаще всего маслопродуктов) при обволакивании их пузырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. В некоторых случаях между пузырьками и примесями происходит реакция. Разновидность метода — электрофлотация, при которой вода дополнительно обеззараживается за счет окислительно-восстановительных процессов у электродов.

Нейтрализация — обработка воды щелочами или кислотами, известью, содой, аммиаком и т. п. с целью обеспечения заданной величины водородного показателя рН. Самый простой способ нейтрализации сточных вод — смешение кислых и щелочных стоков, если они имеются на предприятии.

Окисление — применяется как при водоподготовке, так и при обработке сточных вод для обеззараживания воды и уничтожения токсичных биологических примесей. Наиболее распространенный способ — хлорирование — чреват, как указывалось ранее, появлением диоксинов (особенно при вынужденном повышении дозы хлора летом или в период паводка, так называемом перехлорировании). Необходимо постепенно переходить на другие способы, например, на комбинацию — озонирование и хлорирование. Озонирование — дорого и более кратковременного действия, но оно перспективнее. В настоящее время отрабатываются комбинации реагентов с ультрафиолетовой обработкой воды. Во всяком случае, вода, применяемая для питья и содержащая характерный залах хлора, перед употреблением должна отстаиваться и кипятиться, как минимум.

Сорбция, как и при обработке газовых выбросов, способна обеспечивать эффективную очистку воды от солей тяжелых металлов, непредельных углеводородов, частичек красящих веществ и т. п. Лучшим сорбентом и здесь является активированный уголь, это относится и к различным минералам (шунгиту, цеолиту и др.), специально обработанным опилкам, саже, частичкам титана и др. На этих сорбентах работают многие бытовые фильтры для воды: «Родничок», «Роса» и др.

Коагуляция — обработка воды специальными реагентами с целью удаления нежелательных растворенных примесей. Широко распространена при водоподготовке. Обработка ведется соединениями алюминия или железа, при этом образуются твердые нерастворимые примеси, отделяемые обычными способами. Для сточных вод широко применяется электрокоагуляция, при которой вблизи электродов образуются ионы {результат анодного растворения материала электродов), реагирующие с примесями. Так отделяют тяжелые металлы, пианы и др.

Ионообменные методы достаточно эффективны для очистки от многих растворов и даже от тяжелых металлов. Очистка производится синтетической ионообменной смолой и, если ей предшествует механическая очистка, позволяет получить выделенные из воды металлы в виде сравнительно чистых концентрированных солей.

В последнее время за рубежом (особенно для водоподготовки) используют установки обратного осмоса. В них вода продавливается через набор специальных микропленок при высоком давлении (до 30 МПа). Эти установки чрезвычайно эффективны в качестве последних ступеней (т. е. для тонкой очистки). Но они достаточно дороги и энергоемки.

Биологическая очистка возможна в естественных условиях и в искусственных сооружениях. И в том, и в другом случае органические примеси обрабатываются редуцентами (бактериями, простейшими, водорослями и т. п.) и превращаются в минеральные вещества. В естественных условиях очистка производится на полях фильтрации или орошения (через почву) или в биологических прудах. Последние могут быть с поддувом воздуха (с искусственной аэрацией).

Расчет эффективности очистки сточной воды предприятия представлен в таблице 6.

Таблица 6 – Расчет сточной воды

Показатели

ПДК, мг/л

Эффективность очистки

Взвешенные вещества, мг/л

246

24

Жиры, мг/л

5,65

77

БПКполн, мгО2/л

177

2

pH

7





Таблица 6 - Усредненные величины технологической эффективности различных методов очистки, %, не менее



Способы очистки сточной воды





Характеристика сточной воды, мг/дм3



Взвешенные вещества

БПК

ХПК

СПАВ

Сухой остаток

Сульфаты

Хлориды

Азот аммонийный

Фосфаты

Железо

Механическая очистка

60

40

0

15

0

0

0

0

0

30

Полная биологическая очистка (ПБО)

95

95

85

80

5

5

10

50

30

50

ПБО, коагулирование, отстаивание, фильтрование

99

99

98

85

10

10

15

50

95

65

ПБО, коагулирование, отстаивание, фильтрование, адсорбция на активированном угле

99,5

99,5

99

98

90

88

90

75

97

95

То же и электродиализ

99,5

99,5

99

99,5

98

90

98

97

98

98



Анализируя, полученные данные можно сделать вывод, что количество жира в сточной воде превышает ПДК практически в два раза. Избыточное количество жира негативно сказывается на системе водоотведения. Жир адгезируясь на стенках труб препятствует нормальному удалению сточной воды, также способствует развитию микроорганизмов, вследствие гидролиза жир начинает образовывать неприятно пахнущие вещества (НПВ). Поэтому, требуется установить жироуловитель. 

Помимо жира в сточной воде предприятия присутствуют, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). Присутствие, СПАВ в сточной воде, ухудшает процесс седиментации взвешенных частиц, образуют большое количество пены, что тормозит биохимические процессы в биоокислителях. СПАВ попадая с очищенной водой в водоем, они серьезно усложняют дальнейшее использование его для бытовых и промышленных целей.

Для очистки производственных сточных вод (до поступления в наружную канализационную сеть) от жиров, крахмала, мезги и грязи следует установить на выпусках из соответствующих помещении:

Жироуловитель для предприятий на полуфабрикатах с количеством мест в залах 500 и более, а также для предприятий на сырье с количеством мест в залах 200 и более;

Грязеотстойники и мезгоуловители - для предприятий с овощными цехами производительностью более 2 т в смену (установки для очистки сточных вод) предусматриваются в составе технологического оборудования этих цехов.

Стояки канализационных систем прокладываются строго вертикально с выводом вентиляционной части стояка выше кровли. Прокладка отводных горизонтальных трубопроводов может выполняться как над полом данного этажа, так и ниже перекрытия этажа, в том числе и в подвале, и в грунте; отводные трубопроводы от трапов всегда прокладываются под перекрытием данного этажа. На поворотах трубопроводов, в начальных точках подключений трех и более приборов и на стояках предусматриваются прочистки и ревизии.

Проектируемый объект с числом мест в залах ресторана и кафетерия в сумме 100. Поэтому, он не требует установления, грязеотстойников, жироуловителей, по нормативу, но по проведенным расчетам мы рекомендуем установить жироуловитель, и  в овощном цехе на выходе рекомендуем установить песколовки.

Для экономии воды, особенно горячей, нужно провести мероприятия по уменьшению расхода воды, а именно - установка стабилизаторов давления, автоматизация подачи воды, установка счетчиков.