Локальная очистка сточных вод пивоваренных предприятий

УДК 628.3

ЛОКАЛЬНАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПИВОВАРЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

© А.Ф. Колова1, Т.Я. Пазенко2, Е.М. Чудинова3

Сибирский федеральный университет,

Инженерно-строительный институт,

660041, Россия, г. Красноярск, пр. Свободный, 82.

Исследована эффективность очистки загрязненных сточных вод пивоваренных предприятий различными методами (физическими, физико-химическими и биологическими) и выполнен анализ экологических платежей за сброс недостаточно очищенных сточных вод в городскую канализацию. Показано, что внедрение локальной очистки сточных вод в отстойниках и анаэробных метан-реакторах позволит уменьшить платежи за сверхлимитный сброс загрязнений в 11,4 раза. Табл. 4. Библиогр. 4 назв.

Ключевые слова: сточные воды; пивоваренные предприятия; биологическая очистка; анаэробные условия; экологические платежи; локальные очистные сооружения.

BREWERY WASTEWATER LOCAL TREATMENT A.F. Kolova, T.Ya. Pazenko, EM Chudinova

Siberian Federal University,

Institute of Civil Engineering,

82 Svobodny Av., Krasnoyarsk, Russia, 660041.

The paper studies the treatment efficiency of contaminated brewery wastewaters by different methods (physical, physico-chemical and biological) and analyzes environmental charges for the discharge of insufficiently treated wastewaters into a municipal sewerage system. It is shown that the introduction of local wastewater treatment in sediment tanks and anaerobic methane reactors would reduce payments for excessive discharge of pollutants by 11.4 times. 4 tables. 4 sources.

Key words: wastewater; breweries; biological treatment; anaerobic conditions; environmental charges; local treatment facilities.

Сточные воды пивоваренных заводов, как правило, отводятся тремя потоками:

- грязные, образующиеся в результате использования воды в основном производстве;

- условно чистые от вспомогательных операций и процессов, получающиеся при поверхностном охлаждении аппаратуры;

- мало загрязненные от подсобных помещений и вспомогательных цехов [1].

За очистку загрязнений, сбрасываемых со сточными водами в городскую канализацию, с предприятий взимаются значительные платы, что влияет на себестоимость продукции.

Для экономии средств требуется снижение количества этих загрязнений за счет строительства локальных очистных сооружений и перехода на оборотное водоснабжение.

По мнению немецких специалистов, наиболее приемлемой для очистки сточных вод пивоваренных

предприятий является технологическая схема, основанная на анаэробно-аэробном методе биологической очистки [2-4]. Двухступенчатый анаэробно-аэробный метод биологической очистки особенно подходит для предприятий, на которых образуются сильно загрязненные органикой сточные воды и где требуется высокоэффективная очистка сточных вод до норм ПДС на сброс в поверхностные водоемы. Анаэробная стадия очистки может быть достаточной, если сточную воду предполагается сбрасывать в канализационную систему города.

Исследования по подбору технологической схемы локальной очистки проводились на натурных стоках пивоваренного завода, сточные воды которого сбрасываются в канализационный городской коллектор тремя потоками. Первый поток образуют сточные воды от столовой, механического цеха и линии разлива продукции в полиэтиленовую тару (ПЭТ); второй поток образуют сточные воды варочного цеха и аммиачно-

1 Колова Алевтина Фаизовна, кандидат химических наук, доцент кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89504257337, e-mail: alevtina.kolova@yandex.ru

Kolova Alevtina, Candidate of Chemistry, Associate Professor of the Department of Engineering Systems, Buildings and Structures, tel.: 89504257337, e-mail: alevtina.kolova@yandex.ru

2Пазенко Татьяна Яковлевна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89069737450, e-mail: pazenkotat@yandex.ru

Pazenko Tatyana, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Engineering Systems, Buildings and Structures, tel.: 89069737450, e-mail: pazenkotat@yandex.ru

3Чудинова Екатерина Михайловна, магистрант кафедры инженерных систем, зданий и сооружений, тел.: 89029169879, e-mail: pazenkotat@yandex.ru

Chudinova Ekaterina, Undergraduate of the Department of Engineering Systems, Buildings and Structures, tel.: 89029169879, e-mail: pazenkotat@yandex.ru

холодильного цеха; третий поток - сточные воды фильтровального отделения, отделения ферментации, брожения и дображивания, цеха разлива продукции в стеклянную тару и ПЭТ - бутылки, а также бытовые сточные воды. Количество сточных вод по потокам распределяется следующим образом: первый поток 13%; второй - 25%; третий - 62% от общего расхода.

Качество сточных вод предприятия не всегда соответствует нормам, установленным на сброс в городской канализационный коллектор. Наибольшее превышение наблюдается по содержанию взвешенных веществ (до 5900 мг/дм3) и БПК5 (до 8600 мг/дм3).

Исследована возможность очистки сточных вод третьего потока от органических загрязнений физико-химическими и биологическими методами. Исходная сточная вода имела желтое окрашивание и содержала осадок в количестве 11-12% от общего объема. Обработку воды вышеперечисленными методами проводили после отделения осадка отстаиванием в течение 2-х часов. Эффективность удаления взвешенных веществ достигала 93,5 %. Загрязненность воды органическими веществами характеризовали показателем перманганатной окисляемости, который при отстаивании снижался на 46%. Из физико-химических методов были опробованы реагентный метод, термическая обработка, обработка кислотами и щелочами, флотация и фильтрование через зернистые и сорбционные загрузки.

Во всех случаях сточную воду перед обработкой предварительно отстаивали и отделяли осадок.

Реагентный метод

В качестве реагента использовали оксихлорид алюминия (ОХА), %. В сточную воду дозировали раствор, содержащий 1мг А1_ в мл.

Сточную воду с показателем перманганатной окисляемости 676,9 мг О2/л обрабатывали следующими дозами: 20 мг А1_/л; 40 мг А1_/л; 100 мг А1_/л воды.

Об эффективности действия коагулянта судили визуально по времени появления хлопьев, объему образовавшегося осадка, качеству осветления и анализу окисляемости.

Результаты эксперимента представлены в табл. 1.

* Перманганатная окисляемость исходной воды 7520 мгО2/л

Таким образом, реагентная обработка не дает снижения органических загрязнений, определяемых анализом перманганатной окисляемости, а образовавшийся осадок состоит главным образом из гидроокиси алюминия А1_(ОН)3. Поэтому реагентный метод не может быть рекомендован.

Термическая обработка

С целью снижения вязкости воды и разрушения коллоидной структуры загрязнений пробу сточной воды прокипятили в течение 30 сек. После 12 часового отстаивания отделили образовавшийся осадок и определили окисляемость, которая снизилась с 717 мгО2/л до 230 мгО2/л, то есть на 68%. Полученную воду обрабатывали оксихлоридом алюминия (доза 100мг/л). За счет реагентной обработки загрязненность снизилась незначительно (с 230 мгО2/л до 206 мгО2/л).

Это еще раз подтвердило ранее сделанный вывод о нецелесообразности применения реагентного метода для исследуемой воды.

Обработка кислотами и щелочами

Поскольку загрязнителем сточной воды являются дрожжи, состоящие в основном из белка, для денатурации белка можно применять кислоты и щелочи.

В исходную воду с рН 7,5 добавили раствор извести до рН = 10-11. После отстаивания в течение 2,5 часов отделили выпавший осадок, нейтрализовали воду серной кислотой и определили окисляемость. Окисляемость снизилась с 720 мгО2/л до 192 мгО2/л, то есть на 73,3%.

Аналогично проводили обработку соляной кислотой до рН = 1, что позволило снизить окисляемость с 720 мгО2/л до 285 мгО2/л (на 60%).

Фильтрационный метод

Фильтрование сточной воды проводили на фильтрационной колонке диаметром 6 см при высоте слоя загрузки 10 см. Площадь фильтрации 28,26 см2. Скорость фильтрации 2,55 м/час, время контакта 2,4 мин. Очистку воды проводили в две ступени. На первой ступени сточную воду пропускали через фильтр, загруженный кварцевым песком, на второй ступени -через активированный уголь. Результаты исследований представлены в табл. 2.

1

Таблица 2

Эффективность очистки сточной воды фильтрованием

Фильтрат Перманганатная окисляемость, мгО2/л Эффект очистки, %

1-й ступени 1840 54,3

2-й ступени 840 75,5

Таблица

Влияние дозы коагулянта на эффективность очистки

Исходная вода, перманганатная окисляемость, мг О2/л Обработанная вода

доза реагента, мг А1_ /л перманганатная окисляемость, мг О2/л объем осадка от объема сточной воды при времени отстаивания, %

1 час 17 часов

676,9 20 675,7 4 3

40 673,1 12,5 9

100 562,6 появилась муть 16

Общий эффект очистки двухступенчатым фильтрованием составил 88,8%

Флотация

Пробу сточной воды, прошедшей стадию биологической очистки в анаэробных условиях с показателем перманганатной окисляемости 1000 мгО2/л, продували в течение 1,5 ч воздухом. При этом перманганатная окисляемость снизилась до 880 мгО2/л, то есть на 12%.

Биологическая очистка

Исследования по биологической очистке сточных вод проводились в анаэробных условиях на опытной установке проточного типа, представляющей собой реактор с прикрепленной биомассой и восходящим потоком жидкости. Для иммобилизации микроорганизмов использовалась плоскостная пластмассовая загрузка. Объем загрузки 0,5 л. Процесс проводился при нормальной температуре. Для выращивания культуры анаэробных микроорганизмов в биореактор была внесена затравка в виде активного ила, отобранного из аэротенка городских очистных сооружений. В пусковой период в биореактор периодически добавляли сточную воду 3 потока предприятия по 100 мл с ин-

тервалом в 2-3 дня. В рабочем режиме в реактор ежедневно добавляли по 100 мл воды и столько же сливали из него. Время обработки сточной воды - 5 суток. В этом режиме реактор работал в течение 2,5 месяцев. Средняя эффективность снижения показателя перманганатной окисляемости составила 73,4%. Расчетная окислительная мощность биореактора 12 г О2/м3ч.

Необходимо отметить, что сточная вода третьего потока отличалась большой неравномерностью по качеству. Показатель перманганатной окисляемости колебался от 3600 до 2400 мг О2/дм3 за период исследований 5 месяцев.

Сравнительные результаты эффективности использования различных методов очистки приведены в табл. 3.

Таким образом, из опробованных методов максимальная эффективность очистки была достигнута при двухступенчатом фильтровании и биологической очистке в анаэробных условиях. Проведенные исследования подтвердили эффективность использования биологического метода очистки сточных вод, что согласуется с литературными данными [2].

Таблица3

Сравнительная эффективность физико-химических методов очистки_

Метод Режим Окисляемость, мгО2/л Эффективность очистки,% Примечание

обработки обработки исходная вода обработанная вода

Отстаивание продолжительность отстаивания 2 ч 8000 4320 46 эффективность удаления взвешенных веществ 93,5%

Флотационный метод отдувка воздухом 2 ч 1000 880 12

Реагентный доза реагента: 20 мг А1/л 676,9 675,7 0 отстаивание в тече-

реагент ОХА 40 мг А1/л 100 мг А1/л 673,1 562,6 0 16,9 ние 2-х ч

Термообработка кипячение - 30 с, отстаивание - 2 ч 717,0 230,0 68,0

кипячение - 30 с;

отстаивание - 2 ч; кипячение с после-

Комбинированный реагентная обра- 717,0 230,0 71,3 дующей обработкой

метод ботка (доза реагента 100мг А1/л) 230,0 206,0 оксихлоридом алюминия

Обработка отстаивание

соляной кислотой рН = 1 720,0 285,0 60,0 в течение 2,5 ч

Обработка известью рН = 10,5 720,0 192,0 73,3 отстаивание в течение 2,5 ч

Двухступенчатое фильтрование загрузка кварцевый песок и активированный уголь 7520 840 88,8 скорость фильтрования 2,55 м/ч

Биологическая очистка в анаэробных условиях температура комнатная, время анаэробной обработки - 5 суток 1981 526,6 73,4

Таблица 4

Сравнительная величина экологических платежей за сверхлимитный сброс загрязняющих веществ

Ингредиент Величина платежей по предлагаемым технологиям, %

Сток без предварительной очистки Схема 1

БПК 5 24,84 37,83 67,54 67,43

Взвешенные вещества 68,34 39,41 0,00 0,00

Азот аммонийный 0,00 1,42 0,00 3,44

Нитраты (по N1) 0,00 0,00 0,00 0,00

Фосфаты (0,33) 2,32 13,89 5,71 11,27

Фенолы 1,63 6,24 15,70 15,07

Нефтепродукты 0,09 0,1 1,12 0,24

Остальные загрязнения 3,11 31,41 9,93 2,55

Итого 100,00 100,00 100,00 100,00

Проведен анализ структуры экологических платежей за сверхлимитный выброс сточных вод (табл. 4), при этом полный размер платежей принят за 100%. Рассмотрено три варианта схем очистки сточных вод с точки зрения возможности сокращения экологических платежей:

• отстаивание и биологическая очистка в анаэробных условиях (схема 1);

• отстаивание и двухступенчатое фильтрование (схема 2);

• отстаивание, анаэробная биологическая очистка и двухступенчатое фильтрование (схема 3).

Если принять размер экологических платежей за сверхлимитный выброс неочищенных сточных вод за 100%, то доля платежей за сброс взвешенных веществ составляет 68,34%, за БПКполн - 24,84%.

Применение технологической схемы очистки, которая включает предварительную обработку воды отстаиванием и последующей анаэробной обработкой (схема 1), снижает величину суточных платежей в 11,4 раза. Причем структура платежей меняется, основная доля платежей приходится на БПКполн 37,83%, взвешенные вещества - 39,4%, фосфаты - 13,89%, фенолы - 6,24%.

Обработка осветленной воды двухступенчатым фильтрованием через песок и активированный уголь (схема 2) снижает величину платежей в 12 раз. Основная доля платежей приходится на БПКполн -67,54%; фосфаты - 5,71%; фенолы - 5,7%.

Очистка стоков, прошедших предварительное от-

стаивание, анаэробное сбраживание и доочистку фильтрованием через песок и активированный уголь (схема 3) снижает величину экологических платежей в 27,5 раз. В этом случае основная доля платежей приходится на БПКполн - 64,43%, фосфаты - 11,27% , фенолы - 2,8%.

На основании результатов проведенных экспериментальных исследований и анализа экологических платежей можно сделать следующие выводы:

1. Сточные воды третьего потока содержат большое количество взвешенных веществ, которые легко могут быть удалены отстаиванием (на 93,5%).

2. Максимальный эффект очистки стоков от органических загрязнений был получен при биологической очистке в анаэробных условиях.

3. Из рассмотренных вариантов схем очистки сточных вод только применение 3-й схемы, включающей отстаивание, анаэробную биологическую очистку и двухступенчатое фильтрование, позволит предприятию уложиться во временно согласованные нормы. Однако внедрение этой схемы потребует значительных затрат на строительство и эксплуатацию очистных сооружений.

4. Считаем, что наиболее рациональным является локальная очистка сточных вод перед сбросом в городской канализационный коллектор в отстойниках и анаэробных метан-реакторах. Внедрение этой технологии позволит уменьшить платежи за сверхлимитный сброс загрязнений со сточными водами третьего потока в 11,4 раза.

Библиографический список

1. Тихомиров В.Г. Технология пивоваренного и безалкогольного производств. М.: Колос, 1998. 448 с.

2. Вайсер Т., Хелльманн В., Чеботаева М. Очистка сточных вод пивоваренных предприятий // Пиво и напитки. 2001. № 4. С. 24-25.

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

4. Вайсер Т. Очистные сооружения в пивобезалкогольной отрасли // Пиво и напитки. 2005. № 2. С. 44-45.