Разложение водно-жировых эмульсий в сточных водах молочного производства с использованием коагулянтов

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Экономические науки


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

ВЕСТНИК УДМУРТСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
27
УДК: 628. 492:620. 4
В. Г. Петров, М. А. Шумилова, В.В. Столов
РАЗЛОЖЕНИЕ ВОДНО-ЖИРОВЫХ ЭМУЛЬСИЙ В СТОЧНЫХ ВОДАХ МОЛОЧНОГО ПРОИЗВОДСТВА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОАГУЛЯНТОВ
Разработан способ разложения устойчивых водно-жировых эмульсий в сточных водах молочного производства с использованием коагулянтов. Наблюдается высокая степень очистки от загрязнений, блокирующих работу очистных сооружений. Обработанные стоки после удаления осадка могут быть направлены на биологическую очистку.
Ключевые слова: предприятия молочной отрасли, сточные воды, водно-жировые эмульсии, разложение.
Молочное производство в настоящее время значительно развито в Удмуртской Республике. По производству молока Удмуртия находится на 3 месте в Приволжском федеральном округе и на 6 месте — в Российской Федерации [1]. Из предприятий, производящих молочную продукцию, можно назвать следующие: ОАО «Глазов-молоко», ОАО «Кезский сырзавод», ОАО «Милком», ОАО «Можга-сыр», ООО «Ува-молоко» и др. Намечается тенденция к увеличению числа предприятий молочной промышленности, что имеет положительный экономический эффект, так как существует постоянный высокий спрос на молочную продукцию, однако в этом случае возникают экологические проблемы, связанные с необходимостью обезвреживания загрязненных стоков предприятий. Создаваемые предприятия, как правило, небольшие цеха и производства, находятся в удалении от муниципальной инфраструктуры, связанной с обезвреживанием сточных вод. Поэтому таким предприятиям необходимо решать вопросы, связанные с обезвреживанием стоков до природоохранных норм, что зачастую бывает сложно сделать из-за специфических особенностей образующихся стоков [2]. Одной из проблем таких стоков является то, что они представляют собой устойчивую водно-жировую эмульсию, в состав которой входят смывы с оборудования, специального автотранспорта, рабочих помещений, хозяйственно-бытовые стоки [3- 4]. Удельный расход стоков составляет 5−7 м3 на тонну перерабатываемого молока [5]. Если выводить эти стоки на биологическую очистку, то возникает необходимость удаления из стоков жиров и разложения водно-жировой эмульсии. Наличие жиров в стоках делает невозможной работу бактерий в аэробных условиях из-за блокировки жирами необходимого для дыхания бактерий кислорода воздуха. При постоянном сбросе жиров с превышением допустимых норм системы биологической очистки утрачивают работоспособность. При залповых выбросах жиросо-держащих стоков работа систем биологической очистки может быть остановлена до 20 суток (до восстановления работоспособности бактерий). Кроме этого, жиры откладываются на поверхности трубопроводов и оборудования, что осложняет работу очистных сооружений [6]. Нами рассмотрена возможность разложения водно-жировых эмульсий молочного производства с использованием недефицитных и недорогих коагулянтов, что ранее нами было применено к водно-масляным и водно-нефтяным промышленным эмульсиям [7−9].
Материалы и методика исследований
В ходе работы было изучено разложение водно-жировых эмульсий ООО «Молпром» (г. Ижевск). Были проведены исследования для различных видов эмульсий: смывы с оборудования утренних и вечерних смен молочного цеха, образцы из усреднителя сточных вод и др. Были проведены лабораторные и производственные исследования способа разложения эмульсий. Общий объем обработанных стоков составил около 250 литров. Для разложения эмульсий применялись коагулянты: FeSO4•7H2O, ГОСТ 4148–78- FeClз•6H2O, ГОСТ 4147–74- АЬ^О^^^О, ГОСТ 3758–80 [10]. В ходе работы использовались растворы отдельных веществ, а также их смесей в соотношении 1: 1, что расширило диапазон рН для работы растворов коагулянтов [11]. Значение рН в системе регулировалось добавлением различных кислотных и щелочных реагентов.
Анализ содержания загрязняющих веществ в стоках до и после обработки с помощью коагулянтов проводился в сертифицированной лаборатории физико-химических исследований АУ «Управление охраны окружающей среды и природопользования Минприроды Удмуртской Республики».
Результаты и обсуждение
В ходе работы для всех видов коагулянтов удалось подобрать условия, при которых наблюдается эффективное разложение водно-жировых эмульсий молочного производства. Общая схема обработки стоков молочного производства с использованием коагулянтов может быть представлена следующим образом (рис. 1). Сточные воды поступают в усреднитель стоков, где происходит улавливание сгустившихся жировых агломератов. Далее стоки, представляющие из себя устойчивую водно-жировую эмульсию, направляются в смеситель, где к ним добавляется раствор коагулянта и проводится корректирование значения рН до разложения эмульсии и образования хлопьев осадка. Обработанные стоки направляются в отстойник, где происходит уплотнение осадка и осветление раствора. Осветленную жидкость из отстойника отправляют на биологическую очистку в аэробных условиях. Сгустившийся осадок фильтруют и направляют на захоронение или утилизацию. Фильтрат снова направляют в отстойник.
Сточные воды молочного призводства
I
Раствор коагулянта
Жировые ловушки
Щелочные и кислотные реагенты
Фильтрат
I
Обработка сточных вод при контроле рН. Разложение водно-жировой эмульсии
I
Отстаивание
Сгущенный осадок
Осветленная жидкость
Осадок
1
На захоронение или утилизацию На биологическую очистку Рис. 1. Схема обработки сточных вод с использованием коагулянтов
На рис. 2 представлен вид сточных вод молочного производства после разложения водно-жировой эмульсии и уплотнения осадка. В табл. 1 приведены определенные расходы для А1204)3−18Н20 по обработке различных видов сточных вод ООО «Молпром». Из табл. 1 видно, что расход коагулянта составляет примерно 2−3 г/дм3 для разных видов сточных вод. Снижение расхода ведет к ухудшению коагуляции осадка, увеличение расхода — к увеличению затрат производства.
В табл. 2 приведены показатели по загрязнениям в сточных водах до и после обработки коагулянтами. Из данной таблицы видно, что в результате обработки коагулянтами значительно снизились такие показатели, как содержание жиров, БПК5, ХПК, содержание фосфатов и взвешенных веществ. Увеличение содержания хлоридов и сульфатов связано с тем, что они входят в состав вносимых коагулянтов.
Рис. 2. Вид осветленной жидкости и уплотненного осадка после разложения водно-жировой эмульсии в сточных водах ООО «Молпром» с использованием коагулянтов при проведении лабораторных исследований
Таблица 1
Рассчитанный расход Al2(SO4)3¦18H2O для обработки сточных вод (СВ) ООО «Молпром» по результатам лабораторных исследований, г/дм3 стоков. Исходная рН сточных вод составляла 7−8
№ п/п Время отбора сточных вод (СВ) А12№)3 18Н2О, г/дм3 стоков Примечание
1 Ночная смена (1-й вид СВ) 2,42 Разложение эмульсии, хорошее уплотнение осадка
2 Ночная смена (1-й вид СВ) 3,45 Разложение эмульсии, хорошее уплотнение осадка
3 Ночная смена (2-й вид СВ) 1,91 Разложение эмульсии, осадок плохо уплотнялся
4 Ночная смена (2-й вид СВ) 2,92 Разложение эмульсии, хорошее уплотнение осадка
5 Ночная смена (2-й вид СВ) 4,30 Разложение эмульсии, хорошее уплотнение осадка
6 Утренняя смена 2,70 Разложение эмульсии, хорошее уплотнение осадка
7 Утренняя смена 2,01 Разложение эмульсии, хорошее уплотнение осадка
Несмотря на достигнутый положительный эффект использования коагулянтов, следует дать оценку, насколько содержание загрязнителей в стоках приемлемо для возможностей биологической очистки. В табл. 3 приведены показатели сточных вод по загрязнениям, которые необходимы для обеспечения биологической очистки до природоохранных норм.
Таблица 2
Содержание загрязнителей в сточных водах ООО «Молпром» до и после обработки коагулянтами для лабораторных исследований
Показатели До обработки, мг/дм3 После обработки, мг/дм3
БПК5 2471 509
ХПК 3430 1270
Взвешенные вещества 4170 260,0
Нитрит-ион 1,01 —
Нитрат-ион 0,58 —
Аммоний-ион 23,6 19,0
Хлориды 49,8 472
Сульфаты 74,0 1760
Железо 1,36 0,370
Фосфаты 50,5 0,061
Жиры не менее 12,0 0,61
Таблица 3
Показатели загрязнений в сточных водах для обеспечения биологической очистки стоков
до природоохранных норм
Показатели Данные [12], мг/дм3 Данные [13], мг/дм3
БПК5 129,0 90
ХПК 360,0 —
Взвешенные вещества 584,0 200
Нитрит-ион 1,2 —
Нитрат-ион 10,6 —
Аммоний-ион 15,1 14
Хлориды 168,0 60
Сульфаты 183,6 —
Железо 0,4 —
Фосфаты — 1
Жиры не более 10 5
Из сравнения табл. 2 и 3 видно, что после обработки коагулянтами хорошее снижение содержания загрязнителей для условий биологической очистки происходит по таким загрязняющим веществам, как жиры, фосфаты, взвешенные вещества. Значения ХПК и БПК5, несмотря на достигнутое снижение за счет уменьшения жировой составляющей, все же остаются высокими. Высокие показатели БПК5 и ХПК после удаления жиров, прежде всего, связаны с наличием в сточных водах хорошо растворимых органических соединений, таких как лактоза и синтетические устойчивые ПАВ [14]. По растворенным сахарам показатели БПК5 и ХПК стоков молочных предприятий близки к значениям этих показателей для сточных вод предприятий сахарной промышленности [15]. Удаление хорошо растворимых органических соединений с использованием коагулянтов не представляется возможным. Необходимо применение других способов, таких, например, как химическое окисление. Вместе с тем требования к сточным водам, приведенные в табл. 3 по значениям БПК5 и ХПК, по-видимому, следует считать завышенными. Так, по имеющимся данным [16] значение ХПК для городских сточных вод колеблется в пределах 200−700 мг/дм3 для неочищенных и 50−250 мг/дм3 — для очищенных на станциях аэрации, после доочистки и хлорирования — 20−40 мг/дм3. Обычно для городских сточных вод БПКдолн составляет около 80% ХПК.
Таким образом, можно сделать заключение, что после обработки коагулянтами сточных вод молочного производства из них удаляются нежелательные примеси, которые блокируют работу системы биологической очистки предприятия — это, прежде всего, жиры, фосфаты и взвешенные вещества. Наличие повышенного количества растворимых органических соединений, а также вносимых с коагулянтами хлоридов и сульфатов может сказаться на эффективности биологической очистки от этого вида загрязняющих веществ, но блокирования системы биологической очистки не произойдет.
Разложение водно-жировых эмульсий в сточных водах.
31
Поскольку в результате исследований был достигнут хороший эффект по разложению водно-жировой эмульсии доступными, недорогими коагулянтами и их смесями, то использование других методов, таких как электрокоагуляция или применение, кроме коагуляции, флокулянта с последующей флотацией [2- 4], может быть в данном случае более затратным, так как повлиять на удаление растворимых органических веществ эти методы также не смогут. Стоимость обработки коагулянтами по нашим оценкам для различных видов сточных вод колебалась в диапазоне 60−100 рублей за 1 м³ стоков [10].
Полученная после коагуляции и отделения осадка жидкость, несмотря на повышенное количество растворенной органики, имеет хорошие органолептические показатели. Она прозрачна, не имеет неприятного запаха. Для сокращения количества сточных вод производства ее можно использовать, на наш взгляд, для каких-то хозяйственно-бытовых нужд производства: мойки автотранспорта, мойки помещений. Использование для производственных целей вряд ли возможно, так как содержание примесей в такой воде жестко регламентируется [3]. Полученный после фильтрации осадок, вероятно, может быть утилизирован, поскольку в нем содержатся животные жиры, что требует дальнейшего изучения.
Выводы
Разработан эффективный способ разложения водно-жировых эмульсий в сточных водах молочного производства с использованием доступных недорогих коагулянтов. В ходе обработки коагулянтами наблюдается высокая степень очистки от загрязнителей, которые блокируют работу системы биологической очистки — это жиры, фосфаты, взвешенные вещества. Наличие в сточных водах хорошо растворимых органических соединений, таких, например, как сахар, не позволяет получить хорошие показатели по содержанию органических загрязнений. Эти показатели могут быть улучшены после биологической очистки или при химическом окислении.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Презентация Удмуртской Республики. Агропромышленный комплекс. URL: http: //www. udminvest. ru/ the_presentation_of_the_udmurt_republic/agro_industrial_complex/ (дата обращения 01. 10. 2013).
2. Бейгельдруд Г. М. Очистка сточных вод молокозаводов // Рекомендации и способы снижения техногенного воздействия промышленных предприятий, экологически чистые и ресурсосберегающие технологии: сб. науч. тр. 2010 URL: http: //www. eco-oos. ru/biblio/sbornikinauchnyh-trudov/ekologicheski-ustoichivoe-razvitie-racionalnoe-ispolzovanie-prirodnyh-resursov/66/.
3. Шифрин С. М., Иванов Г. В., Мишуков Б. Г., Феофанов Ю. А. Очистка сточных вод предприятий мясной и молочной промышленности. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. 272с.
4. Чернова О. К., Саинова В. Н. Поиск эффективной технологии очистки сточных вод молочной промышленности // Современные проблемы науки и образования, 2010. URL: http: //online. rae. ru/670.
5. Литманова Н. Л. Совершенствование технологии локальной очистки сточных вод молокоперерабатывающих предприятий: дис. … канд. техн. наук. СПб., 2006. 165 с.
6. Локальные очистные сооружения / Группа компаний Агро-3 Экология. 2006. URL: http: //www. agro3-ecology. ru/ statyi/cel-ohistki-stochnyh-vod. html (дата обращения 01. 10. 2013).
7. Чечина А. А., Петров В. Г., Меркушев Ю. Н. Разложение и утилизация водомасляных и водонефтяных эмульсий // Интеллектуальные системы в производстве. 2008. № 1 (11). С. 122−124.
8. Шумилова М. А., Петров В. Г., Харалдина Е. А. Комплексный метод обезвреживания и утилизации отходов бурения // Технадзор. 2011. № 7 (56). С. 30−31.
9. Петров В. Г., Харалдина Е. А., Шумилова М. А. Комплексное обезвреживание и утилизация отходов бурения // Вестн. Удм. ун-та. Сер. Физика и химия. 2011. Вып. 2. С. 77−79.
10. Петров В. Г. Исследование способов жироудаления из сточных вод молочного цеха в с. Бабино Завьяловско-го района УР и разработка технического задания для внесения изменений в проект очистных сооружений: отчет по НИР. Ижевск: ИМ УрО РАН, 2013. 21 с.
11. Лурье Ю. Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1989. 448 с.
12. Исходные концентрации загрязнений в сточной воде // Технологические параметры поставляемого оборудования. Приложение № 3 к договору № 411 от 29. 03. 2011. ООО «Торос ЛТД», 2011. 1 с.
13. Осадчая О. С., Полетаева М. А. Очистка сточных вод молочных предприятий. URL: http: //edu. secna. ru/media /f/htie. pdf.
14. Химия. Большой энциклопедический словарь / гл. ред. И. Л. Кнунянц. М.: Большая Российская энциклопедия, 2000. 792 с.
15. Методические указания по санитарной охране водоемов от загрязнения сточными водами предприятий сахарной промышленности, № 310−59. URL: http: //www. derev-grad. ru/zakon-stroitelstvo/zakonodatelstvo-o-stroitelstve-sssr4/metodicheskie-ukazaniya-po-sanitarnoi-ohrane-vodoemov-ot-zag. pdf.
16. Приказ Министерства жилищно-коммунального хозяйства Республики Беларусь от 06. 04. 1994 № 23 «О правилах технической эксплуатации систем водоснабжения и водоотведения населенных мест», текст документа по состоянию на октябрь 2009 г. URL: http: //pravoby. info/docum09/part34/akt34511/page9. htm.
Поступила в редакцию 09. 10. 13
V.G. Petrov, V.F. Shumilova, V.V. Stolov
DECOMPOSITION OF FAT -WATER EMULSIONS IN WASTEWATER FROM MILK PRODUCTION WITH THE USE OF COAGULANTS
We developed the method of decomposition of sustainable fat-water emulsions in wastewater from milk production with the use of coagulants. We observed a high degree of cleansing which removes the impurities interfering with the operation of treatment plants. After sludge removal the treated wastewater can be sent to biological treatment.
Keywords: enterprises of the dairy industry, waste water, fat-water emulsion, decomposition.
Петров Вадим Генрихович, Petrov V.G. ,
доктор химических наук, заведующий лабораторией doctor of chemistry, head of laboratory
Шумилова Марина Анатольевна, Shumilova M.A. ,
кандидат химических наук, старший научный сотрудник candidate of chemistry, associate professor
Столов Вячеслав Вадимович, зам. директора Stolov V.V., deputy director on technical safety
по технической безопасности ООО «Молпром» of company «Molprom»
ФГБУН Институт механики УрО РАН 426 067, Россия, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, 34 E-mail: petrov@udman. ru
Institute of Mechanics UB RAS
426 067, Russia, Izhevsk, T. Baramzinoy st., 34
E-mail: petrov@udman. ru

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой