Перспективы использования биофильтра в очистке сточных вод пивоваренной отрасли

ТЕХНОЛОГИЯ

УДК 628.353.153

Перспективы использования биофильтра в очистке сточных вод пивоваренной отрасли

Л. И. Сейтвапова; О. Б. Иванченко,

канд. биол. наук, доцент ИХиБТ (НИУ ИТМО), Санкт-Петербург

Ключевые слова:

биофильтр; биофильтрация; качество воды; очистка сточных вод; пивоваренная промышленность. Keywords:

biofilter; biofiltration; water quality; waste water treatment; brewing industry.

Реферат

В статье обоснована возможность использования установки на базе посекционного биофильтра для очистки сточных вод пивоваренных предприятий малой мощности.

Abstracts

The article justifies the possibility of using plant based on Multiple Feature Select biofilter for wastewater treatment of brewing enterprises of low power.

Пивоваренная промышленность по расходу воды на единицу выпускаемой продукции занимает ведущее место, оказывая негативное воздействие на водные ресурсы. Основные загрязняющие компоненты сточных вод — остатки готовой продукции, дрожжей, дробины, солодовые ростки. Наибольшую загрязненность имеют стоки от замачивания зерна, экстракции хмеля, мойки фильтров, промывки дрожжей и др. [1, 2].

Большинство пивоваренных заводов России сбрасывает сточные воды на муниципальные очистные сооружения. По законодательству предприятие должно сбрасывать воду с показателями, удовлетворяющими требованиям водоканала, либо оплачивать штрафы, зачастую превышающие стоимость потребляемой воды. Для соответствия качества сточных вод пивоваренные компании начинают оснащать производства локальными очистными сооружениями. Перед началом их строительства необходимо внедрить мероприятия по уменьшению водопотребления — водоотведения на пивзаводе. Цель внутрипроизводственных мероприятий — уменьшение объемов сточных вод с более высокой концентрацией загрязняющих веществ и более высокой температурой, что упрощает процесс очистки и снижает стоимость очистных сооружений [3].

Методы очистки сточных вод можно разделить на механические, химические, физико-химические и биологические. Наиболее часто применяются комбинированная очистка и обезвреживание сточных вод. Использование того или иного метода в каждом конкретном случае определяется характе-

ром загрязнения и степенью опасности примесей.

Сущность механического метода состоит в том, что из сточных вод путем отстаивания и фильтрации удаляются механические примеси. В зависимости от размеров грубодисперсные частицы улавливаются решетками, ситами. Механическая очистка позволяет выделять из бытовых сточных вод до 60-75% нерастворимых примесей, а из промышленных — до 95%, многие из которых как ценные примеси применяют в производстве.

Химический метод заключается в осаждении нерастворимых осадков, образующихся при добавлении в сточные воды химических реагентов. Химической очисткой достигается уменьшение нерастворимых примесей до 95% и растворимых до 25 %.

При физико-химическом методе обработки из сточных вод удаляются тонкодисперсные и растворенные неорганические примеси и разрушаются органические и плохо окисляемые вещества, чаще всего из физико-химических методов применяются коагуляция, окисление, сорбция, экстракция и т. д.

Среди методов очистки сточных вод большую роль играет биологический метод, включающий аэробный и анаэробный способы [4].

Выбор метода очистки диктуется требованиями к качеству очищенных сточных вод, которые зависят от условий их отведения. Относительно «мягкие» нормы для условий отведения в городскую канализацию резко контрастируют с нормами для условий отведения в природные водоемы.

Подавляющее большинство загрязнений пивоваренных заводов — биоген-

36 ПИВО и НАПИТКИ

2013

ные элементы, используемые различными группами микроорганизмов в качестве эффективных источников энергии и материала для построения своей структуры. Помимо высокой интенсивности метаболизма микроорганизмы отличаются высокой приспосабливаемо-стью к условиям окружающей среды. Направленность биохимических процессов, скорость метаболизма, видовой состав и количество микроорганизмов находятся в прямой зависимости от наличия органических веществ в среде, а также от содержания растворенного кислорода, концентрации ионов водорода, температуры и других факторов.

Каждое очистное сооружение биологической очистки представляет собой специфическую техногенную экологическую систему, определяющую формирование биоценозов. По характеру используемых биоценозов все очистные сооружения можно классифицировать на системы с активным илом и с биопленкой. В зависимости от потребления кислорода различают системы аэробной и анаэробной биологической очистки. Аэротенки — основные сооружения аэробной биологической очистки с активным илом. Из систем аэробной очистки с биопленкой чаще всего применяют биофильтры — сооружения с загрузкой, на поверхности которой развивается биопленка микроорганизмов. В процессе очистки стоков используют три группы микроорганизмов [5]: • анаэробные бактерии для разложения органических веществ и выработки метана;

• для дальнейшего удаления органики, азота и фосфора;

• нитрифицирующие бактерии для окисления азотсодержащих компонентов.

Наиболее распространенное решение очистки сточных вод пивоваренных производств — биологическая очистка в аэробно-анаэробных условиях (табл. 1). Широкое применение нашла немецкая система водоочистки ВЮМА^ Система реакторов BЮMAR включает все варианты очистки: аэробный, анаэробный, аэробно-анаэробный [3].

Для небольших производств применение анаэробных конструкций является не только затратным, но и опасным из-за образования биогаза и необходимости его сжигания. Аэробный же процесс позволяет очистить сточные воды до установленных нормативов (ХПК, БПК) и возвратить большое количество воды в технологический цикл.

Поддержание качества воды связано и с глубокой очисткой сточных вод от соединений азота и фосфора. Оно определяется, с одной стороны, развитием новых технологических решений, с другой — исследованием биотрансформации комплекса соединений азота. Иммобилизация микроорганизмов с целью направленной селекции специалистов-деструкторов соединений азота и фосфора позволяет значительно интенсифицировать удаление этих компонентов из сточных вод и снизить их содержание до уров-

Таблица 1

Анаэробная система Б1ОМД|} ДББ Аэробная система БЮМДК ОББ

Используется только при высокой концентрации загрязнений в сточных водах (ХПК 1500 мг/дм3) Используется при меньших объемах загрязнений в сточных водах

Используется при наличии относительно теплой воды (Т = 25 °С) Может использоваться при наличии холодной воды

Не допускается наличие токсичных веществ в сточных водах При определенных условиях допускается наличие токсичных веществ

Для щелочных сточных вод требуется предварительная нейтрализация Для щелочных сточных вод не требуется предварительная нейтрализация

Активный ил может сохранять жизнеспособность без поступления «свежих» сточных вод Активный ил не может сохранять жизнеспособность без поступления «свежих» сточных вод

Необходима последующая аэробная доочистка для достижения ПДК Необходимы две-три стадии аэробной очистки для достижения ПДК

Нет значительного удаления азота и фосфора Возможна интеграция удаления азота и фосфора

Небольшое количество избыточного ила Большое количество избыточного ила, необходимо обезвоживание и обезвреживание ила

Небольшая потребность в электроэнергии, возможность использования биогаза Высокая потребность в электроэнергии, в том числе на аэрацию

Требуются большие площади Очистные сооружения компактны

Большие капиталовложения Меньшие капиталовложения

Более низкие эксплуатационные расходы Более высокие эксплуатационные расходы

ня ПДК [6]. Благодаря последователь- I ной смене биоценозов по длине (высоте) биореактора и по периоду аэрации (так называемой пространственной сукцессии) сточная вода подвергается глубокой биологической очистке от растворенных и коллоидных веществ [7]. В биофильтрах, длительно работающих в системах очистки сточных вод постоянного состава, наблюдается концентрационное распределение субстрата и реализуется концепция пространственной сукцессии [8]. Высокая селективность биологического процесса окисления каждого компонента сточных вод и большая концентрация адаптированных микроорганизмов обеспечивают высокую скорость биоокисления и соответственно высокую производительность процесса очистки пивных стоков.

Ранее сотрудниками ООО ПКФ «ВЭКО» была разработана установка — секционный биофильтр, которая успешно прошла испытания и апробацию по очистке хозяйственно-бытовых сточных вод на базе Казанского государственного технологического университета (КГТУ). Конструкция представляет собой пятисекционный биофильтр, секции которого последовательно соединены между собой и снабжены системой аэрации. Первая, третья и пятая секция заполнены загрузочным материалом. Вода поступает снизу 1-й секции и проходит все секции поэтапно, покидая 5-ю секцию. Время пребывания воды в системе — 6-8 ч. В качестве загрузочного материала используется керамзит дренажный, средний диаметр частиц которого составлял 5-10 мм, выбранный на основании достаточно высокой удельной поверхности и высокого сродства к закреплению микроорганизмов. Помимо основной функции как носителя закрепленной биомассы керамзит в пятой финальной секции выполняет функцию механического фильтра.

Экспериментально было установлено [9], что в секционном биофильтре протекает успешная очистка сточных вод (до 90% по ХПК, до 90 % по аммонийному азоту, табл. 2) при характеристике воды, соответствующей табл. 3. При этом в объеме аэрируемого биофильтра существуют аноксические зоны без создания дополнительных условий, где могут протекать процесс денитрификации и создаваться условия для стрессирования биомассы с последующей эффективной дефосфо-тацией. Соблюдение температурного

2013 ПИВО и НАПИТКИ 37

* Максимальное и минимальное значение соответственно.

Таблица 2

Секции биофильтра Концентрация, мг/ дм3

ХПК Азота аммония Азота нитритов Азота нитратов Фосфат-ионов

Поступающая вода 340/116* 25,2/ 12,13 0,276/0,001 Не обнаружен 14/3,9

2-я секция 44/ 20 21,3/ 5,97 3,18/0,001 0,67/0,001 10/ 1,2

4-я секция — 12,7/ 0,47 6,4/0,07 6,2/ 1,3 8,8/ 1,6

Очищенная вода — 7,4/0,00 7,45/ 0,13 11,8/ 4,4 10,5/ 2,1

Таблица 3

Показатель Характеристика, значение

Органолептические показатели Мутная бесцветная жидкость с ярко выраженным неприятным запахом

ХПК, мг/дм3 100-340

БПК, мг/дм3 73-250

рН 6,8-7,5

Температура, °С 18-30

Таблица 4

Показатель Общие стоки пивоваренные бытовые

ХПК, мг/дм3 До 6000 (среднее 600-1500) 200-700

Взвешенные вещества, мг/дм3 До 1000 100-400

Азот (общ.), мг/дм3 Свыше 50 20-80

Фосфор (общ.), мг/дм3 Свыше 25 5-15

Температура, °С 18...38 10...17

рН 4,5-12 7-8

режима в диапазоне 24...30 °С и сочетание различных фракций керамзита для загрузки биофильтра также являются благоприятными факторами для комплексного удаления биогенных элементов и глубокого удаления всех форм азота [9].

Средняя загрязняемость пивоваренных стоков отличается от коммунально-бытовых вод и характеризуется следующими показателями: взвешенные вещества 72-322 мг/дм3, рН 5-9, БПК5 208-696мг/дм3; ХПК 600-1500мг/дм3. На отдельных стадиях производства, например в бутылочном отделении, образуется загрязненная вода с БПК5, достигающим 3100 мг О2/дм3 [2]. Эти показатели в 2-3, а в ряде случаев в 10 раз превышают значения бытовых стоков (табл. 4, [5]).

Таким образом, научный и практический интерес представляет исследование процессов очистки сточных вод пивоваренных производств от органических соединений с одновременным глубоким удалением соединений азота на базе посекционного биофильтра.

ЛИТЕРАТУРА

1. Кунце, В. Технология солода и пива: пер. с нем./В. Кунце, Г. Мит. — СПб.: Изд-во «Профессия». — 2008. — 1130 с.

2. Основные направления экологизации пивоваренной промышленности/С. С. Айвазян [и др.] // Российская академия сельскохозяйственных наук: аналитический обзор. — М., 2005. — 33 с.

3. Вайсер, Т. Очистка сточных вод на пивоваренных заводах/Т. Вайсер, М. В. Чеботаева // Пиво и напитки. — 2004. — № 4. — С. 40-42.

4. Свирщевский, С. Как сделать мертвую воду живой/С. Свирщевский // Индустрия напитков. — 2004. — № 6. — С. 20-36.

5. Соренсен, П. Современные технологии очистки сточных вод пивоваренных заво-дов/П. Соренсен, Б. Бучак // Пиво и напитки. — 2003. — № 5. — С. 22-25.

6. Кравцова, Н. В. Очистка сточных вод от соединений азота/Н. В. Кравцова // Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов: Обзорная информация. — 1977. — Вып. 3. — 56 с.

7. Жмур, Н. С. Технологические и биохимические процессы очистки сточных вод на сооружениях с аэротенками/Н. С. Жмур. — М.: Акварос, 2003. — 512 с.

8. Таубе, П. Р. Химия и микробиология во-ды/П. Р. Таубе, А. Г. Баранова. — М.: Высшая школа, 1983. — 280 с.

9. Кирилина, Т. В. Биофильтрация сточных вод для комплексного удаления органических веществ и аммонийного азота/Т. В. Кирилина [и др.] // Экология и промышленность России. — 2010. — С. 14-16. в

«Балтика» дает возможность лично поддержать будущих чемпионов

7 февраля, в день празднования года до Игр 2014, в России стартовала федеральная акция, организованная пивоваренной компанией «Балтика» — официальным поставщиком XXII Олимпийских зимних игр в Сочи в категории «пиво». В рамках акции «Вдохновим на победу в Сочи» каждый совершеннолетний житель России сможет оставить свои пожелания будущим чемпионам.

Съемочные группы будут работать в 12 городах — в Москве, Санкт-Петербурге, Сочи, Самаре, Ростове-на-Дону, Челябинске, Красноярске, Хабаровске, Туле, Воронеже, Ярославле, Новосибирске.

У жителей других городов тоже есть шанс оставить теплые слова для спортсменов Олимпийской сборной. Свои видеопожелания можно размещать в группе на сайте Вконтакте.

По окончании сбора лучшие пожелания будут смонтированы в единое видео для трансляции на стенде компании «Балтика» в Олимпийском парке в Сочи. Ролики для монтажа будут отбираться на основании числа «лайков», которые они соберут в группе. Проголосовать за понравившееся пожелания смогут не только те, кто дал интервью видео-корреспонденту, но и разместившие свое поздравление самостоятельно, а также их друзья. Автор ролика, получившего наибольшее количество голосов, отправится в Сочи.

Также в честь 1 года до Олимпиады в Сочи в этот день на заводе «Балтика» в Санкт-Петербурге состоялась уникальная варка подарочной партии пива «Балтика 7». Ее почетными участниками стали олимпийские чемпионы фигурист Алексей Урманов и гандболист Юрий Нестеров. В цехе пивопроизводства на уникальной мини-пивоварне, предназначенной для создания экспериментальных сортов и ограниченных некоммерческих партий пенного напитка, состоялась закладка ингредиентов пива «Балтика 7».

Для варки подарочной партии пиво «Балтика 7 Экспортное» было выбрано не случайно. Выпуск этого сорта был приурочен к Играм доброй воли в Санкт-Петербурге в 1994 г. С тех пор «Балтика 7» занимает прочные лидерские позиции на рынке, является одним из ключевых брендов компании. Это пиво популярно не только в нашей стране, но и в 52 странах, куда оно экспортируется. «Балтика 7» — символ качества и достойно представляет Россию за рубежом, именно на этом сорте «Балтика» делает акцент в рамках партнерства с Оргкомитетом «Сочи 2014».

38 ПИВО и НАПИТКИ 2013