Комплексна технологія очистки стічних вод м’ясопереробної промисловості

Размещено на http://www.allbest.ru/

Стаття з теми:

Комплексна технологія очистки стічних вод м'ясопереробної промисловості

Ковальчук В.А., доцент (Національний університет водного господарства та природокористування)

Запропонована комплексна технологія очистки висококонцентрованих стічних вод м'ясопереробних підприємств. Наведені результати досліджень розробленої технології на діючих м'ясопереробних підприємствах.

The complex technology of purification high strength wastewater of meat processing plants is offered. The results of research of the offered technology on acting meat processing plants are instanced.

Річне виробництво м'яса в Україні становить близько 1,6 млн. т м'яса свиней та великої рогатої худоби і 0,5 млн. т м'яса птиці. Витрата стічних вод, які утворюються при цьому, становить біля 40 млн. м3 у рік, що за кількістю забруднень відповідає приблизно 400 млн. м3 міських стічних вод. Існуючі вітчизняні технології очистки стічних вод м'ясопереробних підприємств (МПП) не забезпечують ступінь очистки стічних вод, достатній для скиду стічних вод у міські каналізації або ж у відкриті водойми, а через менш жорсткі вимоги до якості очищених стічних вод не можуть застосовуватись аналогічні закордонні технології, що створює значну загрозу навколишньому середовищу.

Виробництво м'яса свиней та ВРХ нині зосереджене на старих, а також на нових, збудованих за останні десять років, підприємствах, які відрізняються виробничими програмами і кількістю здійснюваних технологічних процесів, чим зумовлюється відмінність рівнів забруднення утворюваних стічних вод і доцільність поділу підприємств у зв'язку з цим на групи.

До першої групи можна віднести старі м'ясокомбінати, які працюють за технологіями з повною переробкою м'яса, субпродуктів і конфіскатів. Через скорочення сировинної бази значна кількість таких підприємств збанкрутувала або ж продовжує працювати зі значно меншою продуктивністю. Дослідження складу стічних вод м'ясокомбінатів показало, що концентрації забруднень утворюваних стічних вод для них дещо менші, ніж прийняті в нормативній літературі [1] (мг/л): завислі речовини - 1670-1820, ХПК - 2660-3430, БПКповн - 1790-2570, жири - 400-500, амонійний азот - 130-180, фосфати (РО43-) - 90-290; рН - 6,5-6,9.

Підприємства другої групи - це м'ясокомбінати, які одночасно із зменшенням продуктивності перейшли на часткову переробку субпродуктів, а переробку конфіскатів здійснюють на ветсанзаводах, а також старі м'ясопереробні заводи, ковбасні фабрики та птахо-м'ясокомбінати. Їх стічним водам властиві наступні концентрації забруднюючих речовин (мг/л): завислі речовини - 190-1740, ХПК - 1140-4000, БПКповн - 730-2200, жири - 90-600, амонійний азот - 30-75, фосфати (РО43-) - 15-65; рН - 6,1-7,9.

Сьогодні на перший план виходять підприємства третьої групи - а саме невеликі МПП різних форм власності з витратою стічних вод 50-500 м3/добу, збудовані, головним чином, за іноземними технологіями. У нового типу МПП зазвичай відсутні цехи технічних фабрикатів, канижні відділення, бази передзабійного утримання худоби, а, у деяких випадках, при роботі на привізній м'ясній сировині, - і забійні цехи, вони мають невелику продуктивність і працюють в одну-, півтори-, або в дві зміни. Встановлено, що концентрації забруднень стічних вод таких підприємств менші, ніж у підприємств двох попередніх груп, і становлять (мг/л): завислі речовини - 200-750, ХПК - 940-1800, БПКповн - 730-1050, жири - 180-210, амонійний азот - 35-90, фосфати (РО43-) - 5-160; рН - 6,6-7,0.

Четверту групу складають забійні цехи птахофабрик, концентрації забруднень стічних вод яких коливаються в досить широких межах, що визначається питомою кількістю води у розрахунку на одного птаха, і становлять: завислі речовини - 880-6230, ХПК - 2470-6690, БПКповн - 1510-4680, жири - 170-1340, амонійний азот - 30-80, фосфати (РО43-) - 110-175; рН - 6,7-7,0.

Стічні води МПП містять кров, м'язові і жирові тканини, гній, землю, пісок, бруд і залишки внутрішностей, спеції і дезинфікуючі речовини, які використовуються у виробництві. Вони висококонцентровані за вмістом органічних забруднень, завислих речовин і жирів, мають достатній для біологічної очистки вміст біогенних елементів, нейтральні значення рН, температуру в межах 20-30 оС, в них відсутні токсичні домішки, а забруднення знаходяться у грубодисперсній, колоїдній і розчинній формах. Жири в стічних водах МПП знаходяться в переважно в грубодисперсному та емульсованому стані, вміст розчинних жирів становить лише декілька міліграмів на літр. Переважна кількість грубодисперсних жирів легко видаляється із стічних вод простим відстоюванням. Наявність емульсованих жирів в стічних водах виводить з ладу біофільтри і значно ускладнює роботу аеротенків: суттєво зменшуються швидкості окислення забруднень активним мулом, спостерігається підвищене спінювання мулової суміші, спливання активного мулу у вторинних відстійниках, має місце підвищений вміст жиру в активному мулі та в очищених стічних водах. Зменшення швидкостей біохімічного окислення при цьому відбувається через малі швидкості ферментативного гідролізу жирів, продукти якого, однак, добре окислюються мікроорганізмами. Стічні води МПП можуть бути очищені біологічними методами тільки за умови ефективного попереднього видалення із них завислих речовин і жирів.

Для глибокої очистки стічних вод МПП запропонована технологія, яка передбачає попереднє гравітаційно-флотаційне вилучення завислих речовин і жирів у відстійниках-флотаторах, біологічну очистку стічних вод у двоступінчастих аеротенках-відстійниках підвищеної гідравлічної висоти із струминною аерацією і доочистку стічних вод на фільтрах із плаваючим завантаженням [2-9]. У випадку скиду стічних вод у міську каналізацію здійснюється лише попередня і неповна біологічна очистка стічних вод. Враховуючі труднощі масштабного переходу дослідження запропонованої технології здійснювали безпосередньо на діючих очисних спорудах Чернігівського м'ясокомбінату „Ритм”, Ніжинського та Новгород-Сіверського м'ясокомбінатів, м'ясопереробного комплексу „Росана” та Білоцерківського м'ясокомбінату „Поліс” (рис. 1), забійних цехів птахофабрики „Оріль-Лідер” та Морозівської птахофабрики.

Рис. 1 - Споруди попередньої очистки стічних вод Білоцерківського м'ясокомбінату „Поліс”

Теоретичні дослідження флотації, як одного із найбільш ефективних процесів видалення завислих речовин і жирів із стічних вод, показують, що розміри частинок і бульбашок мають вирішальний вплив на процес флотації взагалі і на його субпроцеси. Методом оптичного мікроскопування експериментально встановлено, що діаметри частинок забруднень м'ясокомбінатів мають розмір 1-80 мкм, а діаметри частинок забруднень птахофабрик знаходяться в діапазоні 1-100 мкм. При цьому їх медіанні діаметри становлять, відповідно, 26,7-42,9 і 27,4-32,4 мкм, а логарифми середньоквадратичного відхилення діаметрів знаходиться в досить вузьких межах - 0,37-0,44 мкм. На основі дослідження дисперсного складу стічних вод МПП теоретично встановлена логарифмічно нормальна функція пофракційної ефективності очистки стічних вод у досліджуваному відстійнику-флотаторі діаметром 7,2 м, значення медіанного діаметра якої становить 3,6 мкм, а логарифм середньоквадратичного відхилення - 0,6 мкм. Аналіз ефективності флотаційної очистки стічних вод МПП, а також флотаційної очистки стічних вод різних виробництв підтвердив теоретично передбачену лінійну залежність між кількістю завислих речовин, які надходять у флотаційну камеру, і кількістю завислих речовин, знятих у ній. На основі встановленої залежності отримані практично цінні залежності між основними технологічними параметрами флотаційного процесу.

Для попередньої очистки передбачається застосовувати відстійники-флотатори, у яких стічні води спочатку піддаються короткотривалому відстоюванню, що забезпечує осадження найбільш крупних частинок, які погано флотуються, а вже потім здійснюється напірна флотація за схемою із рециркуляцією робочої рідини. Експериментально встановлено, що для забезпечення мінімальних залишкових концентрацій в очищених стічних водах завислих речовин і жирів навантаження на поверхню зони флотації за сухою речовиною не повинно перевищувати 2,2-2,6 кг/(м2.год) [10], а тиск і тривалість насичення робочої рідини, питома витрата повітря і коефіцієнт рециркуляції можуть визначатися на основі експериментально отриманої залежності, наведеної на рисунку 2.

Рис. 2 - Залежність питомої витрати повітря від початкової концентрації завислих речовин

При попередній очистці стічних м'ясокомбінатів у відстійниках-флотаторах ефективність вилучення завислих речовин і жирів становить відповідно 35,5-85,8 і 65,6-87,8 %, а при очистці стічних вод забійних цехів птахофабрик - 76,8-95,7 і 76,8-93,0 %. Середні залишкові концентрації завислих речовин і жирів при цьому не перевищують відповідно 246 і 74 мг/л. Одночасно флотаційна очистка забезпечує зниження ХПК стічних вод на 39,5-76,0 % (у середньому на 57,8 %), БПК5 - на 43,7-63,8 % (52,8 %), БПКповн - на 41,8-74,2 % (53,3 %).

Як показали дослідження процесу біологічної очистки стічних вод МПП, при навантаженнях на активний мул за БПКповн менших від 500 мг/(г.добу), ефективність біологічної очистки становить 95-97 %, при навантаженнях в межах 500-1100 мг/(г.добу) - зменшується до 70-95 %, а при подальшому збільшенні - зростає до 90-95 % (рис. 3). Граничне навантаження на активний мул за БПКповн, за якого досягаються показники повної біологічної очистки стічних вод, становить 260 мг/(г.добу). При збільшенні навантаження за БПКповн вище 400 мг/(г.добу) і зменшення нижче 150 мг/(г.добу) муловий індекс зростає, не перевищуючи при цьому значення 131 см3/г, що свідчить про його задовільні седиментаційні властивості (рис. 4). 

Рис. 3 - Залежність ефективності біологічної очистки стічних вод МПП від навантаження на активний мул

Рис. 4 - Залежність мулового індексу від навантаження на активний мул

Для математичного моделювання процесу біологічної очистки стічних вод у виробничих умовах використовували модель Еккенфельдера, яка найточніше описує експериментальні дані

де - концентрації забруднень в стічних водах, які надходять на біологічну очистку, мг/л; - концентрації забруднень в біологічно очищених стічних водах, мг/л; - концентрація беззольної речовини активного мулу, г/л; - тривалість аерації стічних вод в аеротенку, год; - константа Еккенфельдера, л/(г.год).

Графічна інтерпретація експериментальних даних показала (рис. 5), що значення змінюються із зміною ефективності очистки стічних вод. Значення при цьому можна визначати за рівнянням

де - ефективність біологічної очистки, частка одиниці; і - емпіричні коефіцієнти.

Рис. 5 - Зміна значень константи К в залежності від ефективності очистки стічних вод в аеротенках очисних споруд різних МПП. Концентрації забруднень стічних вод визначені в одиницях БПК5

Таблиця 1 - Отримані значення коефіцієнтів і наведені у таблиці

Дослідження процесу біологічної очистки стічних вод, виконані на Чернігівському м'ясокомбінаті „Ритм”, підтвердило зроблені раніше припущення про можливість здійснення процесу нітрифікації-денітрифікації в аеротенках підвищеної гідравлічної висоти із струминною аерацією внаслідок створення оптимальних умов для здійснення денітрифікації у верхній і денітрифікації - у нижній зоні споруди. Як показали результати досліджень, нітрифікація амонійного азоту розпочинається вже задовго до досягнення показників повної біологічної очистки стічних вод при значеннях БПКповн до 104 мг/л [11]. Розрахунки матеріального балансу сполук азоту у формі амонію, нітритів і нітратів до і після біологічної очистки дозволили встановити, що досягнуте зменшення концентрацій азоту не може бути забезпечене лише його асиміляцією активним мулом і вказує на те, що одночасно із нітрифікацією в аеротенках відбувається ще й денітрифікація. Спеціальними лабораторними дослідами встановлено, що для практично повного видалення нітратного азоту шляхом денітрифікації співвідношення між вмістом органічних речовин і концентрацією нітратного азоту повинно перевищувати 3,5:1 при визначенні концентрацій органічних речовин одиницях БПКповн та БПК5, та 6,2:1 - при визначенні концентрацій органічних речовин одиницях ХПК.

Доочистка біологічно очищених стічних вод на фільтрах із плаваючим пінополістирольним завантаженням із швидкістю фільтрування 4,1-7,0 м/год забезпечує зменшення ХПК стічних вод на 33 %, БПКповн - на 44 %, концентрацій завислих речовин - на 77 %, амонійного азоту - на 10 %, нітритного та нітратного азоту - на 33 і 18 %. Попередня обробка стічних вод сульфатом алюмінію збільшує ефективність доочистки до 45 % - за ХПК, до 58 % - за БПКповн, а за початкової концентрації фосфатів не більше 28 мг/л дозволяє повністю видалити їх із стічних вод [12].

Виробничі дослідження технології очистки стічних вод підтвердили можливість досягнення показників якості очистки стічних вод м'ясопереробних підприємств, що відповідають вимогам до їх скиду в міські каналізації або в природні водойми. Розроблена технологія очистки стічних вод м'ясопереробних підприємств стійка і надійна в роботі [13-17].

Література

м'ясопереробний підприємство стічний очистка

1. Канализация населенных мест и промышленных предприятий/Н.И.Лихачев, И.И.Ларин, С.А.Хаскин и др.; Под общ. ред. В.Н.Самохина. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Стройиздат, 1981. - 639 с. - (Справочник проектировщика).

2. Ковальчук В.А. Технологія очистки стічних вод м'ясокомбінатів // Вісник РДТУ «Гідромеліорація та гідротехнічне будівництво»: Зб. наук. праць. Спецвипуск. - Рівне: РДТУ, 1999. - С. 262-266.

3. Ковальчук В.А. Очистка стічних вод м'ясокомбінатів // Качество воды и здоровье человека: Сб. научн. ст. - Одесса: ОЦНТЭИ, 1999. - С. 100-103.

4. Ковальчук В.А. Впровадження технології очистки стічних вод м'ясокомбінатів // Вісник РДТУ «Водне господарство: економіка, екологія, менеджмент»: Зб. наук. праць. - Вип. 4(6). - Рівне: РДТУ, 2000. - С. 133-139.

5. Ковальчук В.А. Споруди для очистки стічних вод м'ясокомбінатів // Вісник Українського державного університету водного господарства та природокористування: Зб. наук. праць. - Вип. 5 (18), ч. 4. - Рівне:УДУВГП, 2002. - С. 74-80.

6. Ковальчук В.А. Засади реконструкції споруд попередньої очистки стічних вод м'ясокомбінатів // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди: Зб. наук. праць. - Вип. 11. - Рівне: НУВГП, 2004. - С. 367-373.

7. Ковальчук В.А. Споруди для очищення стічних вод м'ясопереробних підприємств // “Ринок інсталяцій”. - 2004, № 1 - С. 17-18.

8. Ковальчук В.А. Очистка сточных вод пищевых предприятий // Материалы Первого международного симпозиума „Водное и коммунальное хазяйство Украины - пути решения проблем”. (28-29 сентября 2004 года). - Ровно: НУВХП, 2005. - С. 10-28.

9. Ковальчук В.А. Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности // Сотрудничество для решения проблемы отходов: Матер. IV Междунар. конф. (31 января - 1 февраля 2007 г., г. Харьков, Украина). - С. 248-252.

10. В.А.Ковальчук. Дослідження ефективності флотаційної очистки стічних вод Чернігівського м'ясокомбінату «Ритм» // Вісник РДТУ: Зб. наук. праць. - Вип. 2. - Рівне: РДТУ, 2000 - С. 112-116.

11. В.А.Ковальчук. Дослідження процесів нітрифікації-денітрифікації амонійного азоту в стічних водах м'ясокомбінату // Гідромеліорація і гідротехнічне будівництво: Зб. наук. праць. - Вип. 29. - Рівне: УДУВГП, 2004. - С. 127-132.

12. Ковальчук В.А. Дослідження процесу реагентної доочистки стічних вод м'ясопереробних підприємств // Гідромеліорація і гідротехнічне будівництво: Зб. наук. праць. - Вип. 28. - Рівне: УДУВГП, 2003. - С. 77-82.

13. Ковальчук В.А. Реконструкція очисних споруд м'ясокомбінату // Актуальні проблеми водного господарства: Зб. наук. праць. - Том 2. - Рівне: УДУВГ, 1997. - С. 33-35.

14. Ковальчук В.А. Реконструкція очисних споруд Ніжинського м'ясокомбінату // Вісник РДТУ: Збірник наукових праць. - Випуск 1 (3). - Рівне: РДТУ, 2000. - С. 143-148.

15. Ковальчук В.А. Очистка стічних вод м'ясопереробного комплексу „Росана” // Вісник Українського державного університету водного господарства та природокористування: Зб. наук. праць. - Вип. 1 (25). - Рівне: УДУВГП, 2004. - С. 119-124.

16. Ковальчук В.А. Попереднє очищення стічних вод забійного цеху птахофабрики // “Ринок інсталяцій”. - 2005. - № 1. - С. 11.

17. Ковальчук В.А. Реконструкція очисних споруд м'ясокомбінату та птахофабрики // “Ринок інсталяцій”. - 2007. - № 1. - С. 11.

Размещено на Allbest.ru