Физико-химические методы очистки сточных вод

УДК 541.183.628515

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД С.А. Каткова; О.А. Апанасенко; Н.Н. Жамская; Л.С. Бянкина; И.Г. Хальченко, Дальрыбвтуз, Владивосток

Представлен комплексный метод очистки сточных вод (СВ) пищевых производств, содержащих белковые и жировые вещества. Впервые исследована возможность и эффективность применения морской воды в качестве коагулятора белков и использования окисно-рутениевого титанового анода (ОРТА) при электрофлотации СВ. Рассмотрена эффективность применения для очистки СВ природных модифицированных сорбентов.

Актуальной экологической проблемой ряда промышленных производств остается очистка и утилизация сточных вод, образующихся на различных стадиях процессов.

Выбор схемы очистки СВ любого предприятия зависит от многих факторов: количества СВ, возможности и экономической

целесообразности извлечения примесей из СВ, требований к качеству очищенной воды с целью использования ее в системах повторного и оборотного водоснабжения.

Современные пищевые предприятия потребляют большое количество воды, 95 % которой удаляется из производственных цехов в виде сильно загрязненных промышленных стоков. Так, объемы сточных вод после обработки сырья в несколько раз превышают количество самого обрабатываемого сырья. В результате состав сточных вод представляет собой сложные полидисперсные системы: белковые и небелковые вещества, жир, минеральные вещества (соли фосфора, калия, марганца и др.), витамины А, С, Д, В, В2 и ферменты. По данным исследований, количество белка, например в сточных водах рыбных предприятий, составляет 1,5-2г/л.

В результате безвозвратно теряется ценный продукт питания, неочищенные или недостаточно очищенные от белковых и жировых веществ воды сбрасываются в водоемы, что кроме потери белка наносит еще и большой ущерб окружающей среде, специфические свойства жиров (прежде всего, их нерастворимость в воде) ведет к осложнениям эксплуатации водоотводящей системы, появлению специфических запахов.

В последние годы наметилась тенденция развития физикохимических методов очистки сточных вод пищевых предприятий от белковых веществ с целью утилизации их в качестве ценных добавок к корму животных, птиц, рыб.

В Дальрыбвтузе накоплен обширный материал по очистке и утилизации Св пищевых предприятий и гальванических производств [1].

Объектом исследований являлись СВ производства фарша минтая, мясокомбината, хладокомбината, пивзавода и гальваностоки.

Сточные воды, образующиеся при технологической промывке фарша минтая, имеют высокую окисляемость (ХПК и БПК) и подлежат обязательной очистке. В более ранних работах нами был предложен электрохимический метод очистки СВ пищевых производств на установке с угольно-железными электродами. В результате в очищаемых водах было достигнуто снижение ХПК на 40-50 % [2].

В данной работе нами предложен комплексный метод очистки СВ, заключающийся в предварительном добавлении к СВ определенных объемов морской воды в качестве коагулятора и дальнейшей электрофлотации на установке с окисно-рутениевым титановым анодом (ОРТА) и железным катодом.

Электрофлотатор, который использовался нами в настоящей работе, был изготовлен с горизонтальными ОРТА-железными электродами, расстояние между которыми установлено 10 мм. Рабочий объем электрофлотационной камеры 0,003 м3, площадь ячейки катода, выполненной из железной проволоки диаметром 0,5 мм, составляет 500 см2. Основой окисно-рутениевого титанового анода является титан. При его изготовлении на специально подготовленную поверхность титана наносятся растворы хлоридов рутения и титана. После термохимической обработки поверхность титана получается покрытой смесью оксидов рутения и титана. Слой покрытия нужной толщины получают путем многократного повторения указанных выше операций. ОРТА изготавливаются в виде просечных сеток прямоугольной формы из титанового листа, покрытых тонким слоем активной массы. Для придания жесткости и в целях лучшего распределения тока по поверхности анода сетка армирована деталями из титана.

Очистку СВ, получаемых при промывании фарша минтая, начинали с предварительной коагуляции белков, содержащихся в воде. Для этой цели к сточной воде мы добавляли определенные объемы морской воды. После 30 мин коагуляции морской водой сточную воду подвергали электрофлотации, которую проводили при следующих условиях: напряжение 12 В, плотность тока меняли в интервале 20-30 мА/см, время обработки 90 мин. Контроль степени очистки СВ проводили методом ХПК. Для оптимизации условий очистки белковых растворов с ОРТА мы сравнили величины ХПК этих растворов на разных стадиях очистки и с разной концентрацией морской воды (таблицы 1, 2).

Таблица 1

ХПК белковосодержащей воды с 20 % морской воды в зависимости от стадии очистки

№ Стадия очистки Значение ХПК Значение ХПК

п/п

1 Исходный раствор без морской воды 5786 7439

2 Раствор с морской водой 6406 5993

3 30 мин коагуляции с морской водой 6612 6000

4 30 мин электрофлотации 2480 3700

5 60 мин электрофлотации 980 -

6 90 мин электрофлотации 950 -

Таблица 2

ХПК белковосодержащей воды с 27 % морской воды в зависимости от стадии очистки

№ п/п Стадия очистки Значение ХПК

1 Исходный раствор без морской воды 2893 2744

2 Раствор с морской водой 3306 2940

3 30 мин коагуляции с морской водой 3306 3136

4 30 мин электрофлотации 4130 1568

5 60 мин электрофлотации 413 980

6 90 мин электрофлотации 207 392

Результаты эксперимента представлены графическим изменением ХПК при различных стадиях очистки и различной концентрацией коагулятора.

Изменение ХПК на разных стадиях очистки

8000 7000 6000 5000 | 4000

3000

2000

1000

20% -Ж— 20% 27% 27%

стадия очистки

Проанализировав полученные данные, можно сделать вывод о целесообразности очистки белковосодержащих сточных вод пищевых предприятий смешением их с морской водой (концентрация 27 %) и последующей электрофлотацией с ОРТА-железными электродами в течение 90 мин. В результате ХПК снижается на 84-93 %.

Комплексная электрохимическая очистка СВ пищевых производств с использованием природных сорбентов позволяет снизить ХПК на 90-95 % от исходного. В результате найдено наиболее эффективное соотношение массы цеолита к массе сточных вод на последней стадии очистки.

Сточные воды пивзавода были достаточно неоднородными по фазовому составу и имели высокое содержание белка. В связи с этим использовали фильтрацию на природном цеолите, который, как известно, хорошо сорбирует белок в отсутствии жира. Было показано, что при фильтрации в динамическом режиме степень очистки составила 56 % по белку и 67 % по взвешенным частицам.

Стоки мясокомбината были более сложными по составу. И схема очистки включала стадии: а) отстаивание; б) электрофлотацию; в) фильтрацию. Сточная вода отстаивается в течение суток, затем подается в электрофлотатор и обрабатывается в течение 30 мин при напряжении 12 Ви плотности тока 250 А/м2 с последующей фильтрацией на природном цеолите. Было показано, что на первой стадии степень очистки составила 62 %, на второй - 85 %, после третьей - 98 %. Содержание микроорганизмов снизилось в 5000 раз.

Предложенные способы позволяют не только очистить и доочистить СВ пищевых предприятий, но и получить дополнительно высококачественный белковый продукт, который по пищевой ценности превосходит обычную рыбную муку и может быть реализован в качестве ценной добавки к корму животных и птиц (содержание белка -65-85 %, зольность - 3,5 %, влажность - 8 %).

Наиболее экономически выгодный вариант технологического решения - это смешение разных по природе СВ, состав которых подбирается таким образом, чтобы происходила реакция либо с нейтрализацией, либо с выпадением осадка. Исследованные нами выше СВ пищевых производств использовались в качестве осадителей для извлечения тяжелых металлов из гальваностоков. Для этой технологической схемы (коагуляция, электрофлотация, фильтрование) были взяты гальваностоки с высоким содержанием тяжелых металлов и цианид-ионов.

После стадии электрофлотации атомно-абсорбционным методом не обнаруживается кальций, магний, железо, а содержание меди уменьшается в 600 раз, хрома - в 100 раз, никеля - в 200 раз, цинка - в 13 раз, цианид-ионов - в 100 раз. Содержание натрия увеличилось за счет добавления хлорида натрия в качестве коагулянта.

Установлено, что наиболее высокая степень очистки гальваностоков достигается путем смешения их с пищевыми стоками (концентрация жира не менее 400 мг/л) методом коагуляции длительностью 1 ч с последующей электрофлотацией 15 мин. При увеличении времени очистки наблюдаются обратимые процессы. Выделяемый осадок с тяжелыми металлами предлагается использовать в строительном деле, очищенную воду - в промышленных целях.

Таким образом, экологические проблемы очистки СВ пищевых производств решаются с использованием технологической схемы: коагуляция, электрофлотация, адсорбция, а очистки гальваностоков -методом электрофлотации, где в качестве осадителя используется СВ пищевых производств. Разработанные технологии позволяют выделять и утилизировать ценные продукты: белковые вещества и тяжелые металлы.

Библиографический список

1. Шапкин Н.П., Бортин Н.Н., Жамская Н.Н. Фундаментальные технологические аспекты очистки сточных вод промышленных и пищевых производств цеолитами Дальнего Востока // Матер. международ. конгресса «Вода: экология и технология». М., 1994. Т. 3. С. 927.

2. Шапкин Н.П., Жамская Н.Н., Кондриков Н.Б., Боровик А.Г., Шапкина В.Я., Скобун А.С. Фундаментальные основы технологии очистки сточных вод // Матер. международ. экологического конгресса «Новое в экологии и безопасности жизнедеятельности». СПб., 2000.