СПОСОБ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
METHOD OF EFFLUENTS TREATMENT

Изобретение относится к регенеративным способам очистки сточных вод, содержащих вещества белковой природы, и может быть использовано при очистке сточных вод предприятий пищевой и рыбной промышленности с утилизацией выделенного продукта.
Проблеме очистки сточных вод пищевых и рыбообрабатывающих предприятий по-прежнему уделяют большое внимание, т.к. эти предприятия являются источниками загрязнения водоемов. В настоящее время при очистке сточных вод широко используются современные полимерные коагулянты и флокулянты. Они обладают существенными преимуществами: экономичны, надежны и эффективны (Водное хозяйство промышленных предприятий: Справочное издание: Книга 6 / Под редакцией В.И.Аксенова. - М.: Теплотехник, 2010. - 256 с.; Гетманцев С.В., Нечаев И.А., Гандурина Л.В. Очистка производственных сточных вод коагулянтами и флокулянтами. - М.: Издательство АСВ, 2008, 272 с.).
Однако, несмотря на все их преимущества, они обладают и недостатками:
- вторичное загрязнение воды продуктами гидролиза коагулянтов и остаточным количеством исходных мономеров флокулянтов, что неблагоприятно сказывается на качестве очищенной воды;
- невозможность дальнейшего использования выделенных ценных компонентов сточных вод пищевых производств на кормовые цели для животных и птиц вследствие довольно немалого остаточного содержания мономеров;
- необходимость создания специальных производств по получению товарных реагентов.
На рыбообрабатывающих предприятиях в основном обработку сточных вод ведут электрофлотацией, электрокоагуляцией с использованием коагулянтов и флокулянтов, природных сорбентов, позволяющих утилизировать выделенный продукт (А.с. СССР №524776, опубл. 18.11.1976; А.с. СССР №747824, опубл. 15.07.1980; А.с. СССР №1474100, опубл. 23.04.1989; А.с. СССР №1680636, опубл. 30.09.1991; Патент РФ №2134659, опубл. 20.08.1999). Во всех способах очистки сточных вод по указанным изобретениям очень высокая степень очистки, составляющая от 90% до 99%. Но всем этим способам присущ недостаток, заключающийся в трудоемкости, длительности, сложности и дороговизне процесса, что в итоге приводит к удорожанию утилизированного продукта. Кроме того, существенным недостатком является остаточное содержание не только металлов, выделяемых из растворимых электродов в процессе электрофлотации, электрокоагуляции, а также остатков коагулянтов и флокулянтов (мономеров), переходящих в утилизированный продукт. Все это существенно снижает ценность выделенного продукта для использования в качестве корма животным и птицам. (Воюцкий С.С. Курс коллоидной химии. - М.: Химия, 1976, с.289; Шефтель В.О., Дышиневич Н.Е., Сова Р.Е. Токсикология полимерных материалов. - Киев: Здоровья, 1988. - 216 с., DeSerres F.J., Hollaender A. // Chemical mutagens. - 1983. - Vol.8. - P.302.)
Наиболее близким техническим решением является способ очистки воды (А.с. РФ №1756283, опубл. 23.08.1992), заключающийся в том, что обрабатываемую сточную воду делят на два потока, в один из которых, составляющий 40-60% от общего потока, вводят 3-5% дозы флокулянта и известь, после перемешивания в течение 0,1-0,3 ч от общей продолжительности смешивают со вторым потоком и вводят остальное количество флокулянта, отделяют образующийся осадок. Степень очистки составляет 81%. Способ прост, однако использование флокулянта при очистке не является его достоинством по выше указанным причинам. Задачей предлагаемого изобретения является создание способа, позволяющего
1) избежать вторичного загрязнения очищаемой воды токсичными бионеразлагаемыми мономерами флокулянтов;
2) улучшить качество выделяемого продукта с целью его дальнейшего использования в качестве корма для с/х животных и птиц;
3) избежать затрат, связанных с приобретением (созданием) новых синтетических флокулянтов и коагулянтов;
4) внедрить безотходный технологический процесс в область очистки сточных вод.
Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, состоит в удешевлении как самого способа очистки при сохранении его простоты, так и в удешевлении утилизированного продукта с сохранением его гигиенической и пищевой ценности.
Для достижения указанного технического результата в способе очистки сточных вод, включающем деление сточных вод на 2 потока, смешивание их, отстаивание и отделение осадка, до смешивания потоков один из них нагревают до температуры денатурации белка, после смешивания общий поток сточных вод нагревают до 90-100°C, а затем охлаждают. При этом деление сточных вод на 2 потока осуществляют в соотношении 1:1, охлаждение нагретых сточных вод производят до 10-15°C.
Отличительными признаками предложенного способа очистки сточных вод (СВ) являются нагревание одного из потоков до температуры денатурации белка и нагревание общего потока после смешивания обоих потоков до 90-100°C, а затем охлаждение его до 10-15°C.
Благодаря наличию этих признаков возможно достижение указанного технического результата.
Выбор в качестве флокулянта белоксодержащих сточных вод (известно применение в качестве флокулянта белоксодержащих сточных вод на танниды, склонные к образованию ассоциатов и представляющие собой высокомолекулярные фенольные соединения растительного происхождения, содержащие большое количество групп ОН - заявка РФ №94039993, опубл. 20.08.1996), прогретых до температуры денатурации белка, обусловлен следующими обстоятельствами. Устойчивость коллоидной системы сточных вод объясняется тем, что частицы дисперсной фазы обладают одинаковым электрическим зарядом и испытывают силы взаимного отталкивания, что препятствует сближению их на такие расстояния, где уже могут действовать силы сцепления, приводящие к образованию агрегатов.
При повышении температуры денатурация белка приводит к образованию развернутого конформационного его состояния и, следовательно, обнажению множества внутренних функциональных групп, скрытых в нативном белке. Смешивание двух потоков сточных вод: с нативным белком и с денатурированным белком приводит к взаимодействию функциональных групп сточных вод с функциональными группами, обнаженными вследствие денатурации белка. Происходит сближение, а затем и сшивание частиц дисперсной фазы, образование микрофлокул, которые затем объединяются в более крупные макрофлокулы, поддающиеся отстаиванию.
После смешивания обоих потоков СВ производят нагревание общего потока СВ до температуры 90-100°C, а затем его охлаждение до 10-15°C. В результате нагрева смеси происходит изменение эмульгирующей способности белков сточных вод, трансформация матрицы белково-жировой эмульсии и, как следствие, деэмульгация системы. Последующее охлаждение приводит к быстрому формированию осадка и осветлению надосадочной части жидкости.
Выбор и использование такого "ступенчатого" режима: нагрев, а затем охлаждение не позволяет функциональным группам белков принять участие в построении вторичного структурированного белка (каркаса эмульсии). Процесс потери системой агрегативной устойчивости становится необратимым, происходит интенсивная усадка системы и выделение хорошо сформированного белкового осадка, пригодного для использования в качестве корма животным.
Предлагаемый способ очистки сточных вод иллюстрируется чертежом, котором представлены графики, иллюстрирующие изменения показателей оптической плотности и БПК5 сточных вод в зависимости от времени флокуляции.
Способ осуществляется следующим образом.
Сточные воды рыбообрабатывающего предприятия делят на 2 потока в соотношении 1:1. Один поток СВ нагревают до температуры денатурации белка 95°C. Затем оба потока сточных вод смешивают и нагревают общий поток до температуры 90-100°C. После этого нагретый общий поток СВ охлаждают до температуры 10-15°C. Образовавшийся осадок отделяют отстаиванием в течение 30-50 минут.
Примеры осуществления способа
Пример 1.
2
2
Берут 500 мл сточной воды рыбообрабатывающего предприятия с показателями БПК5 2538,4 мгO/л и 925,7 мг/л по взвешенным веществам, вводят 500 мл сточной воды с такими же показателями, но предварительно прогретой до температуры денатурации белка (95°C), затем общий поток СВ нагревают до температуры 95-98°C и затем охлаждают. Образовавшийся в результате осадок отделяют отстаиванием в течение 30-50 минут. БПК5 очищенной воды составляет 789,0 мгO/л и 431 мг/л по взвешенным веществам, т.е. степень очистки составила 68,9% по БПК5 и 53,4% по взвешенным веществам.
Пример 2.
2
2
В условиях примера 1 обрабатывают сточную воду с БПК5 1180,20 мгO/л денатурированной нагретой сточной водой с такими же показателями БПК. Очищенная вода характеризуется БПК5 311,62 мгO/л. Степень очистки составляет 73,6% по БПК5.
Данные по очистке сточных вод предлагаемым способом представлены в таблице:
Показатели
Исходные значения показателей до очистки
Значения показателей после очистки
Степень очистки, %
БПК5, мгO<sub>2</sub>/л
2526,02±1341,94
717,71±92,04
71,6±4,9
Взвешенные вещества, мг/л
925,0±46,96
456,6±109,11
50,6±11,8
Степень очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий предлагаемым способом составляет в среднем по БПК5 71,6±4,9%, по показателю содержания взвешенных веществ 50,6±11,8.
Изменения показателей оптической плотности и БПК5 очищаемой воды в зависимости от времени флокуляции приведены на чертеже. Анализ приведенной зависимости показывает, что существенное снижение показателя БПК5 происходит в первые 25-30 минут с момента начала флокуляции, но с учетом достижения максимального снижения показателя оптической плотности осветляемой сточной воды отстаивание осуществляют в течение 30-50 минут.
Предлагаемый способ очистки сточных вод прост и не требует переоборудования существующих технологических линий очистки сточных вод. Кроме того, исключение из процесса очистки синтетических коагулянтов и флокулянтов не только удешевляет сам процесс очистки и утилизированный продукт, но и повышает его качество.