Подбор очистных сооружений для кондитерской предприятия

Систем  биологической очистки  сточных вод предприятий пищевой  промышленности, включающая следующие  последовательно установленные  аппараты очистки фирмы ИНСТЭБ: усреднитель, решетку и песколовку, напорный флотатор, биореактор, фильтры (первый – с  плавающей загрузкой из гранул пенополистирола, второй – с загрузкой из смеси  шунгита и цеолита), установку  обеззараживания. В биореакторе  очищаемая сточная вода последовательно  проходит биосорбер, зону осветления со взвешенным слоем осадка, биофильтр  с плавающей загрузкой из гранул полиэтилена. Накапливающийся в  осадкоуплотнителе осадок подвергается анаэробному сбраживанию. Достоинствами  данной системы являются высокая  степень очистки сточных вод  от жиров, нефтепродуктов и СПАВ; малые  габариты установок. Недостатки системы  – высокие стоимость и эксплуатационные затраты, большой расход энергии, недостатки аэробных методов очистки. В представлена похожая на предыдущую технологическая  схема очистки производственных сточных вод, включающая следующие  последовательно установленные  аппараты очистки компании «Nijhuis Water Technology B.V.» (Голландия) (рис.2). Достоинства и недостатки данной системы очистки как у предыдущей схемы. В 2004 г фирмой DHV был закончен монтаж оборудования сооружений анаэробной-аэробной кондитерской фабрики "Perfetti van Melle" (расход сточных вод 125 м³/сут).

1.2.1.3. Методы физико-химической  очисти производственных сточных  вод кондитерских фабрик

К физико-химическим методам очистки  сточных вод, применяемых на предприятиях пищевой промышленности, относятся  флотация, коагуляция и флокуляция, сорбция, электрохимические методы (электрофлотация, электрокоагуляция). Физико-химические методы универсальны, технологически и экономически обоснованны, хорошо апробированы. В отличие от биологических методов физико-химические методы очистки не зависят от изменения  температуры жидкости, гидравлических и органических нагрузок, режима поступления  сточных вод; имеют меньшие размеры  сооружений, требуют для очистки 1 м³ сточных вод не более 3 – 4ч (при биологической очистке до 18 – 36ч); позволяют заменять реагенты более эффективными без изменения технологии очистки сточных вод; процесс очистки легко автоматизируется и управляется.

Флотация – один из видов адсорбционно-пузырькового разделения, основанный на формировании всплывающих агрегатов (флотокомплексов) загрязнений с диспергированной газовой фазой (ДГФ) и последующим  их отделением в виде концентрированного пенного продукта (флотошлама). Флотационные установки применяют для удаления из сточных вод масел, жиров, нефтепродуктов, СПАВ, тонкодиспергированных взвешенных веществ, имеющих гидравлическую крупность  до 0,01 мм/с, некоторых эмульгированных  жидкостей. Флотация частиц к поверхности  осуществляется пузырьками тонкодиспергированного в воде воздуха или газа. Этот процесс зависит от размеров и  смачиваемости поверхности частиц, частоты столкновения и сил взаимного  притяжения и отталкивания частиц и  пузырьков. Наиболее эффективное удаление загрязняющих веществ флотационным методом достигается при равномерном  распределении пузырьков воздуха  во всем объеме жидкости, достаточной  стабильности флотокомплексов и  малом размере воздушных пузырьков (15-30 мкм). Флотаторы эффективнее  работают при непрерывной подаче в них сточной воды.

По способу получения ДГФ  флотаторы классифицируются на барботажные, импеллерные, гидродинамические, компрессионные и вакуумные, химические, электрохимические. Флотационная очистка сточных вод  в значительной степени зависит  от расхода диспергируемого воздуха и размера образующихся газовых пузырьков. Наибольшую устойчивость проявляет структура газово-молекулярного флотокомплекса, а наименьшую – газово-дисперсного.

Структура газово-дисперсного флотокомплекса состоит из малого числа относительно крупных пузырьков. Он характерен для  флотационных установок с пневматической, гидромеханической и механической системой получения ДГФ. Дисперсно-газовый  флотокомплекс наблюдается при  выделении газа из обрабатываемой жидкости в условиях уменьшения его растворимости. В присутствии в воде ПАВ дисперсно-газовый  флотокомплекс достаточно устойчив. Флотокомплексы этого типа преобладают  в компрессионных, вакуумных, электрохимических  и других установках. Наличие газово-млекулярного флотокомплекса в структуре флотационной пульпы обуславливается, главным образом, физико-химическими свойствами системы  и мало зависит от вида флотационного  сооружения.

Наибольшее распространение на предприятиях пищевой промышленности получил метод безреагентной  напорной флотации, проводимый во флотационных ваннах, размер которых определяется временем всплытия флотокомплексов. Воздух во флотационную камеру подается под  давлением 0,1-0,2 МПа через уложенные  на дне камеры фильтросные пластины, трубы, насадки с размером пор 50 – 200 мкм. Флотаторы оборудуются устройствами для сбора и удаления взвешенных веществ (пены), а также выпавших в осадок (нефлотируемых веществ). Продолжительность флотации составляет 20 – 40 мин, рабочая глубина камеры флотации 1,5 – 3 м [4]. Достоинством использования  барботажных флотационных ванн являются простота конструкции, достаточно устойчивый дисперсный состав воздушных пузырьков  и относительно малый расход энергии. Недостатком традиционных прямоугольных флотационных ванн являются:

• несовершенство установки с гидродинамической  точки зрения: уменьшение размеров пузырьков диспергируемого воздуха  приводит к увеличению размера ванны  из-за уменьшения скорости всплытия;

• низкая эффективность очистки  жиросодержащих сточных вод, обусловленная  возникновением застойных зон, неконтролируемого  вихреобразования и неоднородным перемешиванием очищаемой среды;

• необходимость в ручной регулировке  сатураторов и расходование избыточного  количества сжатого воздуха.

При импеллерной флотации диспергирование  воздуха осуществляется с помощью  импеллера, в зону действия которого из атмосферы подсасывается воздух и дробиться в мелкие пузырьки. При продолжительности обработки  сточных вод в течение 15 мин  эффект очистки сточной воды по взвешенным веществам составляет 64%. Преимуществом  импеллерного способа флотации перед  методом напорной флотации является меньшая продолжительность процесса за счет большего количества выделяющегося  воздуха. Однако при напорной флотации можно получить более мелкие пузырьки и достичь большей эффективности  очистки сточных вод, особенно от тонкодиспергированных примесей. Недостатком  импеллерных флотаторов является относительно высокая обводненность пены. Особенно существенным этот недостаток становится при извлечении растворенных ПАВ, так  как большой объем воды в пене заставляет создавать дополнительные установки для ее обработки, что  удорожает очистку в целом.

К недостаткам компрессионных флотаторов, которые не нашли широкого применения, относятся ограниченность удельного  расхода воздуха и сложность  эксплуатации вспомогательного оборудования для приготовления водовоздушной  смеси.

Интенсифицировать процесс флотационной очистки можно путем использования  флотаторов с усовершенствованными конструкциями, путем предварительной  обработки воды коагулянтами и флокулянтами, применением электромагнитных устройств, подогреванием сточной воды.

В настоящее время разработано  большое количество разных видов  флотационных установок, различающихся  по конструктивным особенностям. Флотатор, который в отличие от обычных  флотационных ванн обеспечивает более  высокую очистку вод от жировых веществ за счет равномерного насыщения всего объема очищаемой воды пузырьками воздуха описана установка напорной флотации «СЕЙМ»-УПФ-1/1.15 производительностью до 15 м³/ч. Повышение эффективности очистки сточных вод от жиров, нефтепродуктов, СПАВ в ней обусловлено применением фильтросных элементов с диаметром микропор 2-4 мкм, что при соответствующем воздушном напоре позволяет добиться выхода огромного количества мельчайших пузырьков воздуха. Описание флотационной машины для очистки сточных вод, включающей корпус, разделенный на две камеры, внутри которых установлены импеллерные блоки.

В первой по ходу движения сточной  воды камере установлены струйные аэраторы, а в последней – пластинчатый осветлитель. Дополнительно между  последней камерой и выходных патрубком установлен карман с фильтрующим  дисперсным материалом. Для подавления процессов жизнедеятельности микрофлоры в воде поверхность фильтрующего материала покрывается веществами, обладающими свойствами ингибиторов  микроорганизмов.

Эффективность флотационной машины заключается  в повышении степени очистки  сточных вод по жирам и нефтепродуктам. Использование машин целесообразно  для сточных вод, имеющих температуру 30…60°С, когда напорные флотационные аппараты применять неэффективно, так  как при этих условиях растворимость  газов в воде резко падает.

При использовании флотационной машины предварительная коагуляция и флокуляция нежелательна, так как из-за высокой  турбулентности потоков в камерах  агрегаты частиц разрушаются и эффективность  очистки резко снижается. Установка  напорной флотации, компактна и обеспечивает более высокую степень очистки  сточных вод от взвешенных веществ  по сравнению с аппаратами напорной флотации, состоящими только из флотационной ванны. Указанный результат достигается  введением цилиндрической флотационной трубы между входным патрубком  и флотационной ванной. К подводящему  патрубку может быть присоединена трубка подачи флокулянта. Смесь сточной  воды и флокулянта движется во флотационной трубе по спирали вверх, к флотационной ванне.

Флотационная установка фирмы  «Acal» (Франция) производительностью 12 м³/ч, выполненная на базе описанной системы, установлена на фабрике быстрого питания Festein во Франции, подобные установки разной производительности выпускаются также предприятием «Волгонефтехиммонтаж-Экотех» (г.Нижний Новгород).

Установки напорной флотации, включающей в себя сатуратор для насыщения  воды воздухом,соединительный трубопровод, флотокамеру с входным и выходным патрубками, пеносъемным устройством  и расположенным внутри камеры блоком тонкослойного осветления и устройством  регулирования уровня очищаемой  воды, фильтр доочистки с расположенными внутри решетками и с входными и выходными патрубками. Флотаторы  такой конструкции выпускаются  фирмой фламинго (г. Ярославль), фирмой «Nijhuis Water Technology B.V.» (Голландия). Достоинством наличия блока тонкослойного осветления внутри флотационной камеры является то, что в стесненных условиях происходит коалисценция пузырьков воздуха и увеличение подъемной силы комплексов с малой подъемной силой. Эффективность установки по нефтепродуктам составляет 96 %. Схожая  по конструкции флотационная установка, отличительной особенностью которой является наличие на входе соединительного трубопровода источников неоднородного магнитного поля, а на выходе – теплообменника, при этом внутри флотокамеры дополнительно установлен второй по ходу движения очищаемой жидкости блок тонкослойного осветления. Эффективность флотационной установки при очистке сточных вод от гидрофобных примесей, например, по нефтепродуктам, составляет 98,0 – 99,7 %. Недостатки данной установки по сравнению с предыдущей – более высокая стоимость и больший расход энергии. Способ флотационной очистки сточных вод в реакторе-сепараторе (Пат. 221487 РФ), который, в отличие от напорного флотатора, можно применять в каскадных схемах. Для интенсификации очистки в реакторе-сепараторе предусмотрен ввод флокулянта. Для очистки жиросодержащих сточных вод предложен отработанный метод реагентной флотации с использованием в качестве коагулянта сернокислого алюминия, а в качестве флокулянта – «Праестола» различных марок. Применению неорганических реагентов свойственны следующие недостатки:

• невозможность во многих случаях  обеспечить в воде нормируемое количество остаточного алюминия или других токсичных катионов металлов;

• необходимость подщелачивания для  осуществления гидролиза коагулянта, так как коагулирующим действием  обладают прежде всего продукты гидролиза  последнего;

• значительный расход коагулянтов, в результате чего повышается коррозионная активность воды (увеличение скорости коррозии трубопроводов);

• отсутствует возможность дальнейшей утилизации жиро-белковых отходов в  качестве кормовых добавок, поэтому  для пищевых предприятий рекомендуется  использовать соли кальция как менее  токсичные.

На ЗАО «Крафт Фудс Рус» (г. Покров Владимирской обл., филиал американской компании «Крафт Фудс», г. Нью-Йорк) очистка  сточных вод кондитерского производства (шоколад, конфеты) до норм сброса в  горканализацию г.Покрова (расход сточных  вод составляет 240 м³/сут или 10 м³/час) производится на комплексе очистных сооружений фирмы «АГРО-3», включающем барабанную решетку, аэрируемый жироуловитель, двухступенчатую систему напорной флотации с реагентной обработкой стоков на второй ступени, вторичный отстойник и установку микрофильтрации для доочистки стоков. На ОАО «Липецкхлебмакаронпром» (г.Грязи Липецкой обл.) в 2003г. фирмой «АГРО-3» внедрен комплекс очистки сточных вод производств рафинации растительного масла и майонеза до норм сброса в горканализацию (140 м³/сут, 10 м³/час), который включает: цеховые автоматизированные жироуловители и общие очистные сооружения в составе аэрируемого жироуловителя, усреднителя, двухступенчатой напорной флотации с реагентной обработкой стоков на второй ступени и вторичным отстойником.Для более полного извлечения трудно окисляемых органических веществ на предприятиях пищевой промышленности особое внимание следует обратить на обратный осмос, ультрафильтрацию, электродиализ, ионный обмен. Однако данные методы физико-химической очистки в настоящее время используются для разделения растворов, извлечения тяжелых металлов из природной и сточной воды. Использование указанных методов для очистки сточных вод кондитерских фабрик вызывало бы постоянную забивку микропор фильтрующих элементов. Методы требуют глубокой предварительной очистки сточных вод, поэтому экономически неэффективны для кондитерских фабрик.

Список литературы

1. Волохова, Л.Т. Сточные воды  хлебопекарных предприятий –  источник загрязняющих веществ  [Текст] / Л.Т. Волохова, А.А. Никитин,  Р.Д. Поландова // Экология и  промышленность России. – 1998. –  № 12. – С. 28 - 30.