Очистка сточных вод

В процессе получения продуктов микробиологического синтеза потребля­ется большое количество воды, которая загрязняется вредными микроорганиз­мами, минеральными и органическими компонентами. Загрязняющие вещества находятся в растворенном и нерастворенном состояниях. С целью предотвраще­ния вредного влияния сточных вод на состояние водоемов в нашей стране дейст­вуют «Правила охраны поверхностных вод». Очищенные сточные воды не должны содержать возбудителей заболеваний, а также запахов и привкусов, спо­собных передаться рыбе. В сточных водах ограничивается содержание окисляе­мых микроорганизмами токсических веществ и взвешенных частиц.

Из общего количества органических веществ, содержащихся в исходных, питательных средах, в процессе производства используется 75-80%, остальное уходит с отработанными сточными водами.

1.1. Промышленные стоки.В производственных процессах получения белковых препаратов амино­кислот, липидов и биотоплива промышленные стоки делятся на условно чистые и загрязненные.

К условно чистым относятся воды, прошедшие теплообменные аппара­ты, в них не происходит изменения состава, а только температуры. Остальные производственные стоки относятся к загрязненным. Загрязненные промыш­ленные стоки характеризуются присутствием органических и неорганических веществ.

Загрязненность промышленных стоков и расход кислорода на процесс бактериального окисления органических веществ характеризуются биологиче­ским потреблением кислорода (БПК), выражаемым в миллиграммах О2 на 1 л анализируемой жидкости: БПК; (при выдерживании пробы в течение пяти су­ток), БПК₂о (при выдерживании пробы в течение 20 суток; БПК_2П часто назы­вают полным).

Зная количество содержащихся веществ и их характеристики по БПК, можно вычислить БПК смеси. Но когда в смеси присутствует большое количест­во веществ или точно не известен ее состав, определить БПК невозможно. По­этому обычно проводят аналитическое определение БПК, дающее суммарное его значение, и тогда не требуется уточнения химического состава смеси.

В большинстве случаев на заводах по производству кормовых дрожжей, аминокислот, липидов и биотоплива количество загрязнений по БПК₅ и взве­шенным веществам в 1,5-2 раза превышает нормально допустимые величины. Качественный состав и загрязненность сточных вод. Основным загряз­нителем при производстве кормовых дрожжей и липидов является культуральная жидкость после отделения дрожжей. На нее приходится 30-35% общего объема стоков завода и 70-90% общего количества загрязнений. Качественный состав сточных вод изменяется в зависимости от перерабатываемого сырья, вида вырабатываемой продукции, технологических режимов работы, расхода свежей воды.

Сточные воды гидролизно-дрожжевых заводов имеют коричневый цвет, обусловленный присутствием в них гуминоволигниновых веществ. Эти стоки отличаются большим содержанием органических веществ, часть которых со­ставляют сахара и органические кислоты, в основном пентозы (ксилоза и арабиноза) и уксусная кислота. В стоках присутствуют и ядовитые примеси - фурфурол, оксиметилфурфурол, формальде­гид, гуминово-лигниновые коллоидные вещества, терпены. Помимо них в стоках находятся в небольшом количестве азотистые и фосфорные соединения, а также продукты обмена веществ микроорганизмов - аминокислоты, янтарная, молочная и другие кислоты. Значительная загрязненность, повышенная кислотность и ток­сичность, высокое биохимическое потребление кислорода характерны для гид­ролизно-дрожжевых и дрожжевых заводов.

Сточные воды заводов по производству кормовых дрожжей на углеводо­родах нефти содержат остаточное количество н-парафинов. При работе по тех­нологической схеме с рециркуляцией в них содержатся также повышенные ко­личества ароматических углеводородов, накапливаемых при возврате отработан­ной культуральной жидкости в ферментер.

Объем и загрязненность сточных вод. Общее количество загрязненных промышленных стоков для дрожжевых заводов производительностью 80 тыс. т дрожжей в год составляет в среднем в зависимости от времени года 45-55 тыс. м³ в сутки. Основное количество загрязненных стоков составляет отработанная культуральная жидкость - 120-140 м³ на 1 т сухой массы дрожжей, объем общих стоков - 170-220 м³ на такую же массу дрожжей. Но в сбрасываемой культураль­ной жидкости содержатся основные загрязнения: по взвешенным веществам - до 75%, по БПК₅ - до 93-94%.

Количество взвешенных веществ в промышленных сточных водах обычно составляет 100-125 кг на 1 т сухой биомассы, из них только 25 кг приходится на долю минеральных веществ. Основное количество минеральных веществ прихо­дится на гипс, органических - на лигнин.

Шламосодержащие стоки удаляют с территории завода на специально от­веденные для этой цели площадки (шламоотвалы), горючие фракции подлежат сжиганию.

Снижения количества загрязнений можно достигнуть при внедрении но­вых технологических приемов и процессов, например при введении циклов по­вторного использования сточных вод, в частности использования отработанной культуральной жидкости на разбавление сусла перед выращиванием дрожжей с рециркуляцией на процесс гидролиза, на приготовление растворов питательных солей и известкового молока. В результате количество отработанной культураль­ной жидкости уменьшается вдвое.

1.2. Способы очистки сточных вод.После сброса очищенных сточных вод содержание взвешенных веществ в водоеме не должно увеличиваться более чем на 0,25-0,75 г/м³, а содержание ор­ганических веществ (по БПК₂о) не должно превышать 3-6 г/м³ в водоемах для питьевого и культурно-бытового водопользования и 2 г/м³ в водоемах рыбохозяйственного значения, в которых, кроме того, содержание растворенного кисло­рода не должно падать ниже 4-6 мг/л.

Способы очистки сточных вод разделяются на механические, физико-химические, биохимические, термические (тепловые).

Механическую очистку осуществляют в песколовках, отстойниках, цен­трифугах, флотаторах и фильтрах.

Физико-химические методы (коагуляция, флокуляция, электрокоагуля­ция и сорбция) применяют для очистки сточных вод от коллоидных и растворен­ных соединений, количество которых в воде после сооружений механической очистки остается практически неизменным.

В качестве коагулянтов наиболее широко используются сульфат алюминия и хлорид железа. При введении коагулянтов в воду они обволакивают взвешенные частицы, полностью меняя их поверхност­ные свойства и нейтрализуя заряд. Коагулянты вызывают укрупнение частиц загрязнений и образуют хлопья.

В настоящее время минеральные коагулянты заменяют высокомолекуляр­ными флокулянтами органического и неорганического происхождения. Сущ­ность флокуляции заключается в агрегации частиц, при которой контакт частиц происходит через молекулы адсорбированного флокулянта.

Электрохимические методы очистки обладают рядом существенных преимуществ перед реагентными: не увеличивается солевой состав сточных вод, образуется меньшее количество осадка, упрощается технологическая схема очи­стки, обеспечивается автоматизация производственных установок, для размеще­ния установок требуются незначительные производственные площади. Недоста­ток метода - высокие капитальные и эксплуатационные затраты на электродные системы и, образование отложений на них и возникновение взрывоопасных сме­сей газов. Электрокоагуляцию применяют для удаления из сточных вод тонко диспергированных примесей, для удаления истинно растворенных веществ этот метод не используется.

Очистка с помощью сорбентов. Сорбция - это процесс поглощения твер­дым телом или жидкостью какого-либо вещества из окружающей среды. В очи­стке сточных вод чаще используется ее разновидность - адсорбция - поглощение вещества из воды на поверхности или в объеме твердых тел (сорбентов). Сор­бентами могут быть частицы углей, почвы и остатки растений. Если солесодержащие сточные воды не допускается выпускать в водоем, то их подвергают тер­мическому обезвреживанию. Но термическое обезвреживание осуществляется на установках, работающих под давлением или вакуумом. Получаемый конденсат направляют в системы производственного водоснабжения, а солевые отходы вы­возят для захоронения.

Биохимическая очистка является одним из основных методов очистки сточных вод заводов микробиологической промышленности как перед сбросом их в водоем, так и перед повторным использованием в системах оборотного во­доснабжения. Считается, что микроорганизмы способны окислять все органиче­ские вещества, за исключением тех искусственно синтезированных, которым нет аналогов в природе. Наименее доступными источниками углерода являются ве­щества, не содержащие атомов кислорода - углеводороды, но они также расщеп­ляются микроорганизмами активного ила. В том числе - входящие в состав ила.

Токсичными для микроорганизмов активного ила могут оказаться ионы тяжелых металлов и некоторые органические вещества. В концентрациях ниже ПДК последние могут усваиваться бактериями и служить источником углерода и энергии. Биологическую очистку проводят в аэротенках или в биоокислителях с интенсивной аэрацией среды. При этом снижается ВПК, за счет окисления орга­нических веществ и нарастает биомасса микроорганизмов. Очищенные и освет­ленные сточные воды поступают в водоем и на рециркуляцию в производство, а активный ил, например, производства БВК, являясь источником белка и витами­нов, упаковывается в бумажные мешки и направляется к потребителю.

1.3. Принципиальная технологическая схема очистки сточных вод.Наиболее распространенная схема включает первичную и вторичную очи­стку. Первичная очистка заключается в механическом отделении загрязнений. Вторичная очистка предусматривает очистку сточных вод в системе очистных сооружений (биоокислителях), либо очистку сточных вод в естественных усло­виях на полях орошения.

Для повышения эффективности действия и снижения ВПК сточных вод вводится биокоагуляция (предварительная аэрация с добавлением ила из вторич­ных отстойников). Конструктивно предаэратор представляет собой аэротенк- резервуар прямоугольной формы, в котором временно пребывает сточная вода (10-20 минут). При их использовании снижается количество органических ве­ществ в стоках, поступающих на аэротенки, до 15%. Первичные отстойники устанавливаются перед аэротенками, где вода пре­бывает 1-2 часа. В них накапливается избыточный активный ил, который потом извлекается насосами и подсушивается на иловых площадках до влажности 70-80%. Далее вода поступает в аэротенки..

Аэротенки предназначены для биологической очистки сточных вод, кото­рые попадают в них после первичных отстойников. Работа аэротенков основана на использовании биохимического окисления органических веществ аэробными микроорганизмами, колонии которых образуют так называемый активный ил.

Аэротенк-смеситель представляет собой прямоугольный железобетонный резервуар, состоящий из одной или нескольких секций, с рабочей глубиной от 3 до 6 м. Секции разделены на коридоры, по которым проходит сточная вода. Время пребывания сточных вод в аэротенке зависит от скорости окисления и составляет 8-20 часов.

Вторичные радиальные отстойники служат для осаждения и осветления сточных вод после биологической очистки. Далее воду хлорируют.

Ершовый смеситель предназначен для интенсивного перемешивания воды, прошедшей очистку, с хлорной водой, которая поступает из хлораторной.

Для сгущения активного ила, поступающего со вторичных отстойников, используют гравитационные илоуплотнители. За 10-20 часов активный ил с влажностью 99-99,2% уплотняется до влажности около 97%. Вследствие дли­тельного уплотнения часть ила может загнивать, всплывать и уноситься в водо­емы. Необходимо соблюдать режим илоуплотнения.

Сушка уплотненного ила с получением товарного продукта является ко­нечным этапом очистки сточных вод. Для сушки активного ила могут быть ис­пользованы барабанные, вальцовые, ленточные и распылительные сушилки.

Для снижения загрязнений в стоках, оставшихся после аэротенков и вто­ричных отстойников, служат биологические пруды. Продолжительность пребы­вания в них сточных вод может превышать 10 суток. Глубина прудов составляет 2-3 м. Они занимают большие площади. В биологических прудах развиваются одноклеточные водоросли, которые выделяют метаболиты, обладающие бакте­рицидным действием по отношению к патогенной микрофлоре. Аналогичные метаболиты выделяются и высшей водной растительностью. Поэтому летом во­да, выходящая из биопрудов, не требует хлорирования.

Степень очистки сточных вод в биологических прудах по БПК, изменяется в пределах 78,9%.

Утилизация последрожжевой бражки. 1 кг отработанных культуральных сред содержит 0,3-0,6 кг ценных кормовых дрожжей и других продуктов (в пере­счете на СВ). Проводится предварительная биологическая утилизация отрабо­танных кулыуральных сред до их смешения с общими отходами, что увеличива­ет на 10% основную производительность предприятий.