Практический опыт использования биологических методов очистки сточных вод, образующихся в индустрии напитков.

Т. Вейсер, В. Хелльманн, М. Чеботаева

Индустрия напитков использует свежую воду в больших количествах для предварительной обработки исходного сырья, в производстве, для различных промывок, а также как составную часть производимых продуктов.

Очистные сооружения сточных вод в индустрии напитков должны быть особенно надежны, так как образующаяся здесь вода зачастую сильно загрязнена и состав загрязнений отличается особым разнообразием: белки, органические кислоты, спирты, углеводы, щелочи, красители и т.д.

Требования к качеству воды также различны и зависят от того, что произойдет со сточной водой дальше, будет ли она использована повторно, предназначается ли она для сброса на городские очистные сооружения или в поверхностные водоемы.

Можно выделить две основные группы биологических методов очистки предлагаемые для такого типа сточных вод: анаэробные и аэробные.

Особенностью анаэробных методов очистки является получение в качестве конечных продуктов при разложении органических углеводородных соединений - метана и диоксида углерода. При использовании этих методов не требуется аэрация воды кислородом и образуется незначительное количество избыточного ила.

Особенностью аэробных методов очистки является обеспечение водных биоценозов кислородом. Кислород используется для окисления содержащихся в воде загрязнений путем получения минеральных соединений и биомассы.

Для России характерно использование аэробных методов очистки сточных вод, загрязненных органическими соединениями, анаэробные методы очистки применяются в основном для переработки избыточного активного ила или биологических отходов.

Мировой опыт использования анаэробных методов очистки сточных вод не раз подтверждал эффективность данных методов очистки для сточных вод пищевой промышленности. Разработанные фирмой Еnviro Chemie Wasser- und Abwassertechnik GmbH очистные сооружения серии Биомар Т являются дополнительным тому подтверждением.

Сооружения серии BIOMAR^® включают в себя широкий спектр биологических методов, используемых для очистки сточных вод и систем повторного использования воды. Данные методы подходят для промышленных сточных вод с органическими загрязнениями и прекрасно оправдывают себя в последние годы.

Особенности анаэробных процессов, происходящих при биологической очистке

Биологическое разложение сложных органических соединений происходит в течении нескольких фаз, следующих друг за другом, в результате воздействия различных групп бактерий. В это время постоянно образуются и разлагаются различные промежуточные продукты. Очень укрупненно можно выделить четыре основные стадии (смотри схему 1).

Детали этих процессов широко известны и о них можно осведомиться в специальной литературе. Для практики эксплуатации очистных сооружений прежде всего очень важен тот факт, что все эти различные фазы должны протекать в сточной воде одновременно. Разложение сложных органических веществ до метана будет происходить настолько быстро, насколько быстро в сточной воде будут образовываться вещества, пригодные для питания метанообразующих бактерий. Метанообразующие бактерии могут использовать в качестве питательного субстрата уксусную кислоту, водород (Н2), оксид углерода (СО2) или метанол (для очистных сооружений несущественно). Процессы гидролиза и солюбилизации нерастворимых в воде веществ (полимеры, эмульсии…) протекают медленно и требуют создания системы с длительностью пребывания в течении многих дней.

Однако в большинстве своем лимитирующей фазой по скорости протекания реакций является ацетогенная фаза (процесс образования уксусной кислоты). При пуско-наладочных работах, особенно при нештатных ситуациях или при превышении проектной нагрузки на анаэробные очистные сооружения, концентрация органических кислот, особенно пропионовой и уксусной, может сильно повыситься. Высокая концентрация органических кислот в комбинации с вытекающим из этого низким значением Рн тормозит протекание ацетогенных и метаногенных процессов. В экстренных случаях очень низкое значение Рн может привести к подавлению жизнедеятельности биоценоза очистных сооружений.

Расчет выхода биогаза при применении анаэробного метода очистки

В закрытых, анаэробных системах органические соединения в отсутствии кислорода разлагаются и превращаются в друг в друга без окислительных реакций. Общее значение ХПК (химическое потребление кислорода) остается в системе в течении всего времени постоянно. Однако значение ХПК в сточной воде, содержащей органические соединения, которые благодаря метановому брожению превращаются в биогаз, тем не менее снижается, за счет удаления из воды ХПК-метана, образующегося в процессе очистки. Этот процесс может быть описан следующей формулой:

                                CH₄ + 2O₂        CO₂ + 2H₂O
молекулярная масса    16    2х32

1 молярный объем метана (= 22,4 л) соответствует таким образом 64 г кислорода (потребности):

Органические вещества, в процессе очистки на анаэробных очистных сооружениях, не полностью превращаются в биогаз. Меньшая часть образует биомассу (избыточный активный ил) - от 5 до 15% от общего количества загрязнений . Некоторая часть биогаза ( от 0 до 5%) теряется или остается растворенной в воде, вытекающей из реактора ( от 30 до 50 мл/л). Поэтому для очистных сооружений правильнее рассчитывать выход биогаза из соотношения нетто от 0,30 до 0,33 Nm3 метана на кг снижения значения ХПК.

Так как биогаз содержит зачастую примерно 60 - 70% метана и около 30% оксида углерода, выход биогаза можно рассчитывать по следующей формуле:

Зависимость выхода биогаза от величины ХПК сточных вод отражена на приведенном графике 1:

Сравнение анаэробных и аэробных методов.

Cточные воды индустрии напитков, образующиеся либо непосредственно в процессе производства, либо при мойке технологического оборудования, имеют различную степень загрязненности. Загрязненность сточной воды органическими соединениями, выраженная в величине ХПК, представляет собой остатки или потери исходного сырья, либо остатки произведенного продукта и поэтому такие загрязнения хорошо разлагаются биологическим путем. Для очистки такой сточной воды , как и для любых других сточных вод, необходимо выбрать оптимальную обработку. При использовании биологических методов прежде всего требуется рассмотреть, какие преимущества и недостатки, в том числе и с точки зрения экономической эффективности, имеют анаэробный и аэробный методы очистки сточных вод. Ниже мы приводим короткий перечень особенностей обоих методов, который мы составили, исходя из многолетнего опыта применения фирмой Еnviro Chemie Wasser- und Abwassertechnik GmbH биологических очистных сооружений серии Биомар Т. Надеемся, что данный опыт поможет специалистам сделать хороший выбор.

Приведенное сравнение особенно ясно показывает, что в пищевой промышленности и при производстве напитков, где высока загрязненность сточных вод органическими соединениями, применение анаэробных методов очистки сточных вод особенно выгодно. Если же образующийся на очистных сооружениях биогаз эффективно использовать, например, для получения горячей воды или пара, то очистные сооружения могут функционировать с прибылью.

BIOMAR^® анаэробные установки особенно подходят для сточных вод с высоким значением ХПК И БПК. При особо жестких российских требованиях к качеству очищенных сточных вод, особенно при сбросе очищенных сточных вод в поверхностные водоемы, возможно сочетание анаэробной и аэробной очистки. Такие очистные сооружения надежно фукционируют в различных климатических условиях, в том числе и в России, подтверждением чему являются очистные сооружения от Энвиро Хеми Вассер унд Абвассертехник.

Авторы:
Дипломир.инж. Томас Вайсер, проектировщик, ENVIRO-CHEMIE GmbH, Роздорф, Германия
Дипломир.инж. Вернер Хелльманн, руководитель строительства, ENVIRO-CHEMIE GmbH, Роздорф, Германия
Дипломир. биолог Марина Чеботаева, представитель ENVIRO-CHEMIE GmbH в России, Екатеринбург.