Правила приема на обучение по образовательным программам;docx

Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г.
УДК: 664.95:628.3:681.5(06)
ВЫБОР МЕТОДА ОЧИСТКИ СТОЧНОЙ ВОДЫ РЫБООБРАБАТЫВАЮЩЕГО
ПРЕДПРИЯТИЯ
А.А. Паршилкина
ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»,
Россия, 236022, г. Калининград, Советский проспект, 1
E-mail: [email protected]
Проведен анализ методов очистки воды, выявлены методы, эффективные для очистки
сточных вод рыбообрабатывающих производств, приведены данные обследования предприятия
рыбной промышленности, на основе чего составлена обобщенная схема очистных сооружений.
стоки рыбообрабатывающих предприятий, флотация, коагуляция-флокуляция, мембранный
метод
ВВЕДЕНИЕ
Предприятия рыбообрабатывающей промышленности являются крупными
источниками сточных вод, которые образуются в результате таких видов деятельности, как разгрузка рыбы, работа оборудования, уборка помещений, технологический процесс приготовления. Количество производственных стоков одного из
обследованных рыбообрабатывающих заводов, поступающих на очистные сооружения, составляет 571,75 м3/сут. Состав загрязнений в сточных водах, направляемых на очистные сооружения, следующий:
взвешенные вещества – 1200 мг/л;
ХПК – 2000 мг/л;
БПК – 1300 мг/л;
жиры – 800 мг/л;
общий фосфор – 30 мг/л;
хлориды < 500 мг/л.
Главными особенностями сточных вод являются:
– неравномерность поступления;
– колебание состава загрязнений и их концентраций;
– присутствие быстроразлагающейся органики.
Для очистки воды до показателей, позволяющих сбрасывать её в канализацию, необходима многостадийная очистка с применением совокупности методов.
Существующие методы очистки можно разделить на механические (процеживание, отстаивание, фильтрование), физико-химические (коагуляция, окисление,
сорбция, экстракция, электролиз и т. д.), химические (нейтрализация, аэрация),
биологические (биологическое разложение), также известны способы очистки
мембранным фильтрованием и с помощью ультразвука, озона. Общим принципом
последовательности расположения оборудования очистных сооружений является
удаление загрязнений по их уменьшающейся крупности. Сначала из сточных вод
путем фильтрации удаляются механические примеси. В зависимости от размеров
они улавливаются решетками, ситами, песколовками, септиками различных кон156
Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г.
струкций. Затем отделяют грубодисперсные взвешенные частицы отстаиванием в
отстойных камерах. Предварительно очищенную сточную воду после отстаивания
подвергают очистке одним или совокупностью физико-химических методов для
удаления тонкодисперсных и растворенных примесей. После этого воду нейтрализуют и обеззараживают озоном, ультразвуком, хлорированием или проводят
фильтрацию на мембранном аппарате (нанофильтрацию, ультрафильтрацию, обратный осмос). Далее воду доочищают в биологических прудах. Выбор метода
зависит от требований к степени очистки стоков, физико-химических свойств содержащихся в ней загрязнений, условий эксплуатации.
МЕТОДЫ
Рассмотрим поэтапно стадии очистки воды рыбообрабатывающего производства.
1. Отделение крупных отходов
Крупные отходы представляют собой головы, хвосты, кости, молоки, чешую и пр. Присутствие быстро загнивающей органики требует предварительной
очистки стоков и скорой утилизации отходов. Для отделения отходов от потока
жидкости, подаваемой на очистные сооружения, в цеху устанавливают решетки.
По конструкции решетки бывают: со стержнями прямоугольной формы (неподвижные решётки, представляют собой ряд параллельных металлических стержней прямоугольной формы, закреплённых в раме), решётки-дробилки, ступенчатые самоочищающиеся, шнековые. Чаще всего используются неподвижные решётки (рис.1), расположенные на пути следования раствора под углом α =60-75°.
Размер поперечного сечения стержня решетки выбирается из условия минимальных потерь давления на решетке. Решетка очищается вручную, если количество
уловленных загрязнений не превышает 0,1 м3/сут, или специальными механическими устройствами.
Рис. 1. Решетка с ручной очисткой: 1 – решетка
Fig. 1. Lattice with manual cleaning: 1 – lattice
Задержанные загрязнения подвергаются дроблению на специальных дробилках, а затем сбрасываются в поток воды или транспортируются в метантенки.
Решетки позволяют удалить из воды до 95 % крупных отходов.
157
Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г.
2. Удаление крупнодисперсных примесей (взвешенные вещества)
Взвешенные вещества в сточных водах рыбообрабатывающих производств
представляют собой высококонцентрированные полидисперсные системы эмульгированных органических веществ. Стадию отделения крупных коллоидных соединений можно выполнить коагулированием-флокулированием, экстракцией,
флотацией, сорбцией.
Флотация
Флотация – это процесс молекулярного прилипания загрязняющего вещества к поверхности раздела двух фаз – газ-жидкость. Процесс флотации заключается в образовании комплекса частица-пузырёк газа, всплывании этого комплекса
на поверхность и удалении образующейся пены различными способами. С помощью представленного метода сточные воды очищаются от поверхностноактивных веществ, масла и волокнистых материалов. Существуют следующие
конструктивные схемы флотации: с выделением газа из раствора механическими
методами, с механическим добавлением газа, электрохимическая флотация (газ
выделяется на одном или обоих электродах электролизера), химическая флотация
(газ выделяется в результате химических реакций), биохимическая флотация (газ
выделяется в результате деятельности микроорганизмов). Общая схема флотатора
изображена на рис. 2.
Рис. 2. Схема радиального флотатора: 1 – подача сточной воды; 2 – отвод
обработанной жидкости; 3 – опорожнение флотатора и отвод осадка; 4 – отвод
пены
Fig. 2. Scheme of a radial flotator: 1 – supply of sewage; 2 – removal of the processed
liquid; 3 – emptying of a flotator and branch of a deposit; 4 – removal of foam
Очистка сточных вод флотацией имеет широкое применение в рыбообрабатывающей промышленности, является эффективным, но не самостоятельным
методом очистки.
Сорбция
Сорбция – выделение из сточной воды растворенных в ней органических
веществ и газов путем концентрации их на поверхности твердого тела (адсорбция)
либо путем поглощения вещества из раствора, или смеси газов твердыми телами
или жидкостями (абсорбция), или, наконец, путем химического взаимодействия
растворенных веществ с твердым телом (хемосорбция). Сорбенты целесообразно
158
Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г.
применять для удаления из воды недиссоциируемых или слабодиссоциируемых
веществ неорганического происхождения. Недостатком сорбционной очистки
сточной воды является ее относительно высокая стоимость и громоздкость сооружений. Сорбционный метод может применяться для очистки органических
примесей, но существуют более эффективные и экономически целесообразные
методы. Как следствие, данный метод редко применяется в очистке сточных вод
рыбообрабатывающих производств.
Экстракция
Экстракция – выделение растворенных органических примесей, находящихся в сточных водах, путем обработки последних каким-либо не смешивающимся с водой растворителем (экстрагентом), в котором примеси растворяются
лучше, чем в воде. После достижения равновесия концентрация экстрагируемого
вещества в экстрагенте значительно выше, чем в сточной воде. Сконцентрированное в эктстрагенте вещество отделяется от растворителя и может быть утилизировано. Экстрагент после этого вновь используется в технологическом процессе
очистки.
Наиболее широко методы экстракции применяются для очистки сточных
вод предприятий по термической переработке твердых топлив (каменного и бурых углей, сланцев, торфа), содержащих значительное количество фенолов. Для
пищевых производств применяется редко.
Электрохимические методы
Для очистки сточных вод от различных растворимых и диспергированных
примесей применяют процессы анодного окисления и катодного восстановления,
электрокоагуляции, электрофлокуляции и электродиализа. Все эти процессы протекают на электродах при пропускании через сточную воду постоянного электрического тока. Для очистки промышленных сточных вод, содержащих высокоустойчивые загрязнения, проводят электролиз с использованием растворимых
стальных или алюминиевых анодов. Под действием тока происходит растворение
металла, в результате чего в воду переходят катионы железа или алюминия, которые, встречаясь с гидроксидными группами, образуют гидроксиды металлов в виде хлопьев. Наступает интенсивная коагуляция.
Технологическая схема очистки сточных вод электрокоагуляцией показана
на рис. 3.
Рис. 3. Схема электрокоагуляционной установки: 1 – усреднитель; 2 – бак
для приготовления раствора; 3 – источник постоянного тока; 4 – электрокоагулятор;
5 – отстойник; 6 – аппарат для обезвоживания осадка
159
Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г.
Fig. 3. Scheme of elektrokoagulyatsionny installation: 1 – an usrednitel;
2 – a tank for solution preparation; 3 – a source of a direct current; 4 – an electrocoagulator;
5 – a settler; 6 – the device for deposit dehydration
Достоинства метода электрокоагуляции: компактность установок и простота управления, отсутствие потребности в реагентах, малая чувствительность к изменениям условий проведения процесса очистки (температура, рН среды, присутствие токсичных веществ), получение шлама с хорошими структурно-механическими свойствами. Недостатком метода является повышенный расход металла
и электроэнергии. Электрокоагуляция находит применение в пищевой, химической и целлюлозно-бумажной промышленности.
Коагулирование-флокулирование
Данный метод имеет широкое применение при очистке сточных вод рыбообрабатывающих производств, поэтому рассмотрим его подробнее. Способ коагулирования-флокулирования основан на последовательном добавлении в очищаемую воду коагулянта и флокулянта. В качестве коагулянта в воду вводят соли
алюминия или железа, которые адсорбируют гидрозоли и некоторые растворимые
вещества и выпадают в осадок (доза коагулянта зависит от рН воды, количества
взвешенных веществ, а также от времени отстаивания и колеблется в пределах
25-125 мг/л). Затем добавляют флокулянт, макромолекулы которого связывают
большое количество скоагулировавших частиц и, взаимодействуя друг с другом,
образуют крупные быстрорастущие хлопья, содержащиеся в воде взвешенные
вещества, которые под действием силы тяжести осаждаются. Процесс очистки
сточных вод коагуляцией и флокуляцией состоит из следующих стадий: приготовление растворов коагулянтов и флокулянтов в воде, дозирование их в сточную
воду, смешение реагентов со сточной водой; хлопьеобразование и осаждение
хлопьев. Для основной массы полидисперсных частиц с размером 1-1000 мкм
определяющей является флокуляция, обусловленная столкновением частиц разного диаметра. Добавление коагулянта и флокулянта происходит в камерах смешения, откуда вода подается во флотатор. Кинетика этого процесса в дифференциальном виде выражается так (1):
,
(1)
где n1nхл – соответственно, количество мелких частиц и хлопьев в единице
объема воды; – коэффициент эффективности столкновения частиц, обусловленный их адгезионными свойствами; dхл – эквивалентный диаметр хлопьев;
G – градиент скорости, характеризующий условия столкновении.
Время проведения процесса оценивается по формуле (2)
,
(2)
где δкр(t) – критическое значение частицы; h – высота осаждения; t – время
осаждения;
, где μ – динамическая вязкость жидкости; g – ускорение сво-
бодного падения; ∆ = ρт – ρж > 0.
Таким методом проводится очистка воды на исследуемом заводе. Ниже
приведены показатели воды после проведенной очистки:
160
Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г.
взвешенные вещества – 300 мг/л (300 мг/л);
ХПК – 700 мг/л (норма – 1200 мг/л);
БПК – 340 мг/л (норма – 500-1000 мг/л);
жиры – 25 мг/л (норма –15 мг/л);
общий фосфор – 10 мг/л (норма – 5 мг/л);
хлориды < 500 мг/л (норма – 500 мг/л).
Данные результаты позволяют сделать вывод об эффективности представленного метода, если применять его с последующей доочисткой. К минусам можно отнести большой расход реагента, необходимость точного расчета его дозировки, что затруднительно в условиях быстро изменяющейся концентрации, состава жидкости и её температуры.
3. Удаление мелкодисперсных примесей
Его можно выполнить методом мембранного фильтрования (ультрафильтрации, нанофильтрации, обратный осмос). Этот способ не требует затрат на расходные материалы, в связи с чем приобретает все большую популярность в промышленности. Мембранные процессы разделения жидких пищевых сред (обратный осмос, нанофильтрация, ультрафильтрация) обеспечивают высокую эффективность удаления из воды взвешенных и коллоидных веществ. Однако они сопровождаются явлением концентрационной поляризации, которое связано с образованием у поверхности мембраны повышенной концентрации задерживаемого
компонента. Для очистки поверхности мембраны используют различные решения: гидравлические и химические промывки, системы глубокой предочистки
перед мембранными установками, ультрозвуковое воздействие на мембрану.
Движущей силой мембранного фильтрования является градиент (перепад, разность) давлений до и после мембраны.
М.Г. Ахмадиев, Ф.Ф. Шакиров, И.Г. Шайхиев был исследован процесс
мембранной очистки сточной жидкости, образующейся при промывке технологического оборудования в производстве молока из соевого концентрата. В частности, была исследована сточная вода, предварительно очищенная от механических
примесей посредством фильтрации. Исследуемые стоки имеют значение ХПК в
интервале 10000-30000 мг О2/л (ХПК сточных вод рыбообрабатывающего производства 2000 мг О2/л).
С помощью интерполяционных многочленов Лагранжа были построены
аналитические выражения, описывающие зависимость изменения физикохимических параметров сточной жидкости от времени фильтрования и пропускной способности мембраны. Изменения значений ХПК в зависимости от времени
фильтрования приведены на рис. 4. Результат эксперимента показывает, что значение ХПК остаётся практически неизменным в течение всего времени фильтрования и составляет 270 мг О2/л.
Такие показатели очистки воды по параметру ПХК говорят об эффективности применения мембранного метода очистки и для рыбообрабатывающих
предприятий. Мембранные технологии применимы для извлечения мелких коллоидных частиц, а также растворенных соединений, однако для успешного применения мембран при очистке сточных вод необходимы эффективные системы
предочистки. Капитальные затраты на предочистку зачастую превышают затраты
на мембранную очистку.
161
Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г.
Рис. 4. Кривая изменения значения ХПК в зависимости от времени фильтрования
Fig. 4. The Curve of change of value of HPK depending on filtering time
ВЫВОДЫ
На основании проведенного обследования двух предприятий рыбообрабатывающей промышленности в Калининградской области, анализа технической
литературы и патентных документов была определена базовая схема очистки
сточных вод (рис. 5). Схема включается в себя: установленные в цеху фильтрующие решетки (1), усреднитель (2), отстойник (3), две реакционные камеры (4, 5),
две камеры приготовления раствора (6, 7), флотатор (8), перфорированный шнек
(9), емкость приема обезвоженных отходов (10), емкость приема жидкости (11),
насосы (12, 13, 16, 17), низкоскоростные мешалки (14, 15, 18), датчики уровня
(LE), датчик расхода (FE), датчик кислотности (pH), блок управления (БУ).
Описание работы системы приведено ниже.
Крупные отходы (хвосты, головы, плавники и др.) задерживаются фильтрующей решеткой (1), установленной на пути следования потока загрязненной
воды. Задержанные отходы удаляются ручным или механическим способом. По
единому трубопроводу стоки подаются в усреднитель (2), оснащенный низкоскоростной мешалкой для усреднения концентрации. Затем жидкость попадает в отстойник (3), где происходит отделение от нее грубодисперсных примесей. Осветленная вода погружным насосом (12) подается в реакционные камеры (4, 5), где
перемешивается с растворами коагулянта и флокулянта, приготовленными в камере приготовления раствора (6, 7), соответственно. Затем вода самотеком поступает во флотатор (8), в который обратной связью с помощью насоса (16) подается
вода, обогащенная воздухом. Во флотаторе скоагулированные частицы образуют
флотокомплекс «частица – пузырек газа», который поднимается на поверхность,
образуя слой пены. Пена и осадок со дна флотатора удаляются в перфорированный шнек (9), где проходят стадию обезвоживания. Обезвоженные отходы поступают в емкость приема обезвоженных отходов (10), а выжатая вода с помощью
162
Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г.
насосов (13, 17) транспортируется из емкости приема жидкости (11) в отстойник
(3) на доочистку. Очищенная вода из флотатора подается на биологическую
очистку. Блок управления по сигналу датчиков уровня, расхода, кислотности
осуществляет управление исполнительными механизмами (клапанами, насосами,
приводами мешалок).
флокулянт
коагулянт
1
воздух
7
Сточная
вода
15
14
6
SY
LE
LE
pH
LE
FE
18
4
5
8
На
биологическ
ую очистку
LE
SY
3
2
10
МЕ
12
Вода на
доочистку
17
16
9
13
11
На
утилизацию
Рис. 5. Обобщенная схема очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий
Fig. 5. The generalized scheme of sewage treatment of the fish-processing enterprises
Для сброса сточных вод в канализацию не требуется глубокая очистка, но
если вода сбрасывается в водоемы, то она необходима. Её обеспечит схема, дополненная мембранной доочисткой и озонированием (рис. 5).
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ
1. Мацнев, А.И. Очистка сточных вод флотацией / А.И. Мацнев. – Киев,
«Будивельник», 1976. – 144 с.
2. Новрузов, К.М. Основы экстракционной очистки высококонцентрированных сточных вод / К.М. Новрузов // Вода: химия и экология. – 2009. – №12,
декабрь. – С. 35-39.
3. Ахмадиев, М.Г. Математическое моделирование процессов мембранной
очистки сточных вод / М.Г. Ахмадиев, Ф.Ф. Шакиров, И.Г. Шайхиев // Вестник
Казанского технологического университета. – 2011. – № 10. – С. 217-222.
4. Ущенко, В.П. Озонирование как процесс в очистке сточных вод /
В.П. Ущенко [и др.] // Интернет-Вестник ВолгГАСУ. – 2011. – С. 3(17).
5. Проскуряков, В.А. Очистка сточных вод в химической промышленности
/ В.А. Проскуряков, Л.И. Шмидт. – Ленинград: Химия, 1977. – 464 с.
163
Научный журнал «Известия КГТУ», №34, 2014 г.
6. Волощук, В.М. Процессы коагуляции в дисперсных системах / В.М. Волощук, Ю.С. Седунов. – Ленинград: Гидрометеоиздат, 1975. – 320 с.
7. Гудков, А.Г. Механическая очистка сточных вод / А.Г. Гудков. –
Москва, 2003. – 152 с.
CHOICE OF THE METHOD OF PURIFICATION OF SEWAGE
OF THE FISH-PROCESSING ENTERPRISE
A.A. Parshilkina
Kaliningrad State Technical University, Russia, 236022, Kaliningrad,
Sovietsky prospect, 1; E-mail: [email protected]
The analysis of methods of water purification is carried out, methods effective for sewage treatment of fish-processing productions are revealed, these inspections of the enterprise of fishing industry on
the basis of what are given the generalized scheme of treatment facilities is made.
sewage of the fish-processing enterprises, flotation, coagulation-flokulyatsiya, membrane method
164