MODERN METHODS FOR CLEANING FAT-AND-OIL WASTE WATERS

Full Text

Загрязненные сточные воды подвергают очистке совместно с бытовыми сточными водами населенных пунктов или других предприятий. Самостоятельная очистка производится только при отсутствии технической возможности или экономической целесообразности подачи стоков на общие очистные сооружения. Методы очистки сточных вод масложировой промышленности Особое внимание при очистке сточных вод следует уделять выделению из сточных вод ценных пищевых компонентов, которые при попадании в канализацию и в водоемы на стадии разложения выделяют высокотоксичные продукты. Современные предприятия масложировой промышленности, как правило, оборудованы станциями безразборной CIP-мойки для очистки технологических трубопроводов и оборудования на предприятии. Отработанные щелочные и кислотные моющие растворы от CIP-станции рекомендуется очищать с помощью нанофильтрации и возвращать в систему для повторного использования на CIP и на технологические нужды. На территории предприятия перед сбросом стоков в канализационную сеть, как правило, располагают следующие сооружения: усреднители расхода отработавших моечных растворов, обеспечивающие прием залпового сброса с последующим равномерным выпуском его; грязеотстойники с маслоловушками у площадок мойки автомобилей. Для механической очистки сточных вод предприятий масложировой промышленности предусматривают установку решеток, песколовок, жироловок, осветлителей с естественной аэрацией, осветлителей-перегнивателей, вертикальных отстойников [1]. Опыт применения флотационных способов очистки стоков предприятий масложировой промышленности показал, что флотация Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 4 62 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ без добавки коагулянтов малоэффективна, так как позволяет снизить концентрацию жиров только на 50-60 %, ХПК - на 35-45 %, а взвешенных веществ - на 40-50 %. При применении в качестве коагулянтов сернокислого алюминия или хлорного железа дозой 100 мг/л (по безводной соли) на 1000 мг/л загрязнений по ХПК при рН = 6,7 эффективность очистки по взвешенным веществам составляет 75-80 %, по жирам - 80-90 %, по БПКполн - 60-70%. Однако из-за высокой дозы реагента, сложности реагентного хозяйства и большого объема образующегося осадка (до 10 % количества сточных вод) реагентная напорная флотация, по мнению авторов справочника [1], нецелесообразна. Кроме того, флотошлам после реагентной обработки содержит значительное количество ионов металла, что может ингибировать последующий процесс аэробной стабилизации, соответственно усложняя обезвоживание флотошлама и увеличивая затраты на вывоз жидких отходов. Поэтому отдается предпочтение безреагентной флотации. Также экспериментально доказано, что в схемах с дальнейшей биологической очисткой применение реагентной флотации приводит к резкому снижению фосфатов в сточных водах, что препятствует нормальному течению процессов биологической очистки. Тем не менее реагентная предварительная обработка сточных вод масложировых производств широко используется, а исследования направлены на выбор оптимальных реагентов и их доз. В практике эксплуатации сооружений очистки сточных вод масложировых производств также применяется их обработка алюмокремниевыми коагулянтами-флокулянтами, модифицированными и немодифицированными флокулянтами, бифлокулянтами и коагулянтами на основе отходов сельскохозяйственных производств [2]. Биологические методы удаления органических загрязнений считаются наиболее экономически эффективными и экологически приемлемыми. На практике нашли применение различные варианты схем, основанных на биологическом методе очистки сточных вод масложировых заводов. Существуют схемы с окислительными каналами, включающие в себя: решетки, песколовки, окислительные каналы, вторичные отстойники. Сточные воды в каналах циркулируют постоянно. Устройство каналов с двумя парами параллельно расположенных рукавов позволяет осуществить непрерывную работу станции без первичного отстойника [3]. Во многих странах для очистки сточных вод масложировых заводов применяются сооружения, в которых главную роль играют биологические фильтры различных конструкций [4]. В состав таких сооружений чаще всего входят решетки, песколовки, первичные отстойники, биологические фильтры, вторичные отстойники, камеры для ферментации ила и площадки для его обезвоживания. В последнее время на многих очистных сооружениях, работающих по схеме с активным илом, не предусматриваются первичные отстойники. Сточные воды после решеток и песколовок направляются в аэротенки. Выбор биологических методов очистки также обусловлен наличием в сточных водах биогенных элементов, удаление которых с применением биологической очистки наиболее рационально. Технология анаэробной очистки высококонцентрированных сточных вод масложировых заводов широко распространена за рубежом. В России этот метод менее применим по сравнению с другими, так как отсутствует потребность получения коммерческого биогаза. Анаэробные процессы характеризуются гораздо более низким приростом биомассы и позволяют получать биогаз как энергоноситель. Поэтому анаэробную ступень рекомендуется применять в качестве первой ступени очистки высококонцентрированных сточных вод масложировой промышленности с ХПК от 2500-3000 мг/л [5]. В мировой практике на масложировое производство приходится лишь 2 % анаэробных сооружений. Использование биомембраной технологии для очистки сточных вод масложировой промышленности Перспективным техническим решением для биологической очистки сточных вод масложировых заводов является технология мембранного биореактора (МБР), объединяющая преимущества биологического и мембранного процессов. В сточных водах после предварительной механической и физико-химической очистки преобладают вторичные загрязнения, которые впоследствии попадают в биореактор с активным илом [6]. Мембраны могут быть погружены внутрь аэротенка или вынесены в отдельное помещение. Разделение ила происходит за счет использования микро- и ультрафильтрационных мембран с размером пор 0,04-0,5 мкм, что меньше размера хлопьев активного ила. Невозможность выноса ила из системы позволяет повысить концентрацию ила в аэротенках в два-три раза, соответственно увеличить окислительную мощность биореактора, а также отказаться от вторичных отстойников и фильтров доочистки, так как пермеат А. К. Стрелков, С. Ю. Теплых, А. О. Быстранова 63 Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 4 практически не содержит взвешенных веществ и, кроме того, размер пор мембраны меньше размера бактерий, что позволяет физическое обеззараживание. Для обеспечения постоянной эффективной работы мембран установки оборудованы системами аэрации, реагентным хозяйством для химической очистки. В мембранном биореакторе применяют в основном погруженные в иловую смесь блоки половолоконных или плоскорамных микроили ультрафильтрационных мембран, обеспечивающих отведение пермеата под вакуумом. Их промывка осуществляется путем периодической химической обратной промывки (лимонная кислота, гипохлорит, сода, щелочь и др.), которая производится непосредственно в реакторе, а для половолоконных мембран предусматривается частая обратная промывка потоком очищенной воды [7, 8]. Применяемые в МБР мембраны изготавливаются в основном из полимеров (полиэтилена, полисульфона, полиэтиленсульфона, полиакриланитрила, поливинилиденфторида, поливинилхлорида и др.), а в ряде случаев из неорганических материалов (оксиды Al, Ti, Zr и др.). По своей геометрии применяемые в МБР мембраны делятся на трубчатые, плоскорамные и половолоконные. Наиболее распространены в практике очистки сточных вод плоскорамные и половолоконные мембраны. Рост количества МБР и производительности промышленных установок начался с середины 1990-х гг. Использование биомембранных технологий стимулирует, несмотря на более высокую стоимость по сравнению с традиционными сооружениями, строгое природоохранное законодательство, повышение стоимости услуг водоотведения, необходимость очистки производственных сточных вод, международный стандарт по созданию экологического менеджмента ISO 14001, наличие устаревших очистных сооружений, обеспокоенность общественности экологическими проблемами и интерес инженерного сообщества. Важным свидетельством востребованности технологии МБР является постоянно возрастающее количество вводимых в эксплуатацию установок по очистке сточных вод с использованием данной технологии. Уже к 2010 г. было отмечено успешное ее применение на более 7000 сооружений очистки и доочистки сточных вод по всему миру. По обобщенной информации на 2014 г., 60 % сооружений очистки с МБР очищают хозяйственно-бытовые сточные воды и 40 % используются для обработки производственных стоков. Более 99 % всех МБР-установок оснащены мембранными модулями погружного типа, так как они позволяют устойчиво работать в жестких условиях с концентрацией ила до 15 г/л и отличаются более низкими энергозатратами и простотой обслуживания [9]. Особенно следует отметить широкое применение технологии МБР для очистки производственных сточных вод, концентрации загрязняющих веществ которых значительно превышают аналогичные значения для хозяйственно-бытовых стоков и классические схемы очистки зачастую не способны обеспечить достижение нормативных требований к качеству очищенных сточных вод. Применение МБР для очистки производственных сточных вод также обосновано при наличии трудноокисляемых загрязнений, ограниченной территории для размещения очистных сооружений, повторного использования очищенных сточных вод. Ключевой проблемой эффективной эксплуатации биологических очистных сооружений производственных сточных вод является повышенный иловый индекс. Загрязнение мембран является общей проблемой в любых мембранных процессах, однако из-за крайне гетерогенной природы иловой смеси в биореакторах, в частности присутствия микроорганизмов, предсказывать и управлять загрязнением мембран в МБР сложно. Микроорганизмы производят внеклеточные высокомолекулярные полимеры с высокой способностью к загрязнению мембран. На загрязнение также влияет структура и размер хлопка активного ила. Характеристики процесса загрязнения еще более усложняются при изменении физических, химических и физиологических параметров иловой смеси и качества очищаемой воды во времени. Работа с высокими дозами ила имеет ряд достоинств, так как при этом сокращается прирост ила и снижаются объемы сооружений, но слишком высокие дозы ила обусловливают увеличение вязкости иловой смеси, что снижает массопередачу. Основные закономерности взаимосвязи темпов забивания мембран с параметрами работы биореактора и условиями фильтрования описаны в литературе и выпускаются в качестве рекомендаций для расчета производителями мембран. Тем не менее опубликованные данные требуют корректировки для каждого вида сточных вод в ходе эксплуатации[10]. Выводы. 1. Наибольшее распространение на территории Российской Федерации получила схема очистки сточных вод, включающая жироловки, усреднители, установки напорной реагентной флотации, биологические очистные сооружения с аэротенками или биофильтрами. Частыми проблемами, выявленными Градостроительство и архитектура | 2019 | Т. 9, № 4 64 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ на подобных станциях, являются нестабильная работа установки физико-химической очистки в связи с отсутствием автоматизированных систем корректировки рН и дозирования коагулянта, а также неэффективная работа сооружений биологической очистки, требующая их модернизации для полного окисления органических веществ, нитрификации, денитрификации. 2. Основной проблемой эксплуатации мембранного биореактора является повышенный иловый индекс, который в дальнейшем приводит к загрязнению мембран, что инициирует большой процент расхода воды на их промывку. При использовании данной технологии происходит потеря жировых компонентов как вторичного сырья для косметической промышленности . Биомембранные технологии имеют высокую стоимость по сравнению с традиционными сооружениями.

About the authors

Alexander K. STRELKOV

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Svetlana Yu. TEPLYKH

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

Anastasya O. BYSTRANOVA

Samara State Technical University

Email: vestniksgasu@yandex.ru

References

Supplementary files