ANALYSIS AND TREATMENT OF WASTE WATER FROM FISH PROCESSING ENTERPRISES

Full Text

В связи с утверждением Стратегии развития рыбохозяйственного комплекса Российской Федерации до 2030 года планируется строительство новых и реконструкция существующих рыбоперерабатывающих предприятий, существование которых без современных канализационных очистных сооружений невозможно. Качественный и количественный состав сточных вод, образующихся на рыбоперерабатывающих предприятиях, зависит от перерабатываемой рыбы, ассортимента выпускаемой продукции, технологического процесса (количество сточных вод на единицу продукции, виды переработки продукции, применяемого оборудования), режима работы, объёма производства, используемых добавок (рассол, масло для процесса консервирования и др.), морской или пресной воды [1-3]. Белки, жиры, небелковые азотистые загрязнения, поваренная соль и моющие средства являются отличительной особенностью сточных вод рыбоперерабатывающей промышленности. Чаще всего загрязнения присутствуют в виде суспензий, взвешенных частиц, коллоидных систем, эмульсий, растворенных веществ в молекулярной и ионной формах. В табл. 1 представлены обобщённые сведения о характеристике сточных вод различных предприятий рыбоперерабатывающей промышленности. Значения pH сточных вод от рыбоперерабатывающих заводов обычно нейтральные. Исключениями являются производства рыбной муки и жиромучные комбинаты, где pH составляет 9-10 и 12,4 соответственно [9]. В целом сточные воды, образующиеся при переработке рыбы, содержат большое количество взвешенных веществ. В основном это чешуя, остатки внутренностей (печень, кишки, ястыки), белки и липиды. Поэтому при разработке технологии очистки необходимо уделять повышенное внимание механической и физико-химической предочистке стоков. Наибольшие концентрации взвеси встречаются в сточных водах пресервных цехов - до 5730 мг/дм3, а наименьшие - при замораживании рыбы - от 330-650 мг/дм3. Органические загрязнения находятся в растворимой, коллоидной и дисперсной формах, которые сильно различаются в зависимости от типа переработки и вида рыбы [10]. Большое количество органических веществ по- Таблица 1 Характеристика сточных вод различных предприятий рыбоперерабатывающей промышленности, мг/дм3 Производство ХПК БПКполн Взвешенные вещества Жиры Nобщ. NNH4 Фосфаты Источник Рыбообрабатывающие, сбытовые 2940 2000 1430 1800 121 61 14 [4] Рыбокомбинат, сбыт 1650 1170 850 500 60 20 10 [5] Рыбоконсервный завод 1130-2160 820-1570 640-2500 98-880 31,1-75 3,4-31 8,9-9 [4-9] Коптильновылочный цех 1800 110-1300 1100-1350 375-400 23-91 10-12 13-23 [4-6] Цех посола 1060-1100 660-670 480-2500 120-218 96-210 10 - [4-6] Рыбомучное производство 3300 2220 2800 1900 224 31 72 [4, 5] Пресервный цех 620-3500 510-2750 400-5730 62-500 6-240 15 - [6] Жиромучное производство 3265-3295 220-2250 2800 1900-1940 217-224 25,8-31 72-72,7 [6, 8] Жироперерабатывающие - - 800 800 9,6-60 0,2-0,5 - [4] Кулинарное производство 1180-2000 820-1350 500-1350 200-650 33-38 3,5-14 16,8-17 [5-8] Мороженая рыба 789-2300 - 300-980 27-70 86 5 53 [4] Холодильник 560-1800 370-1650 330-650 27-14430 32-54 - - [6] Общий сток производства солёной, вяленой и копчёной продукции 600-3400 512-2860 170-2630 80-320 24-120 8-14 - [6] Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 32 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ падает в сточную воду при разделке рыбы и с водой, поступающей из трюма кораблей при выгрузке рыбы. Самые большие концентрации ХПК и БПК5 приходятся на производство рыбной муки и жиромучные комбинаты. Известно, что сточные воды, образующиеся при производстве рыбной муки, несут чрезвычайно высокую органическую нагрузку. Важным параметром является отношение БПКполн:ХПК. В соответствии с табл. 1 данное соотношение для всех видов производств лежит в диапазоне 0,68-0,83, что свидетельствует о целесообразности применения биологической очистки. Жиры, масло. Отличительной особенностью промышленных сточных вод рыбообрабатывающей отрасли является высокое содержание жировых загрязнений. Жиры рыб и морских животных отличаются присутствием сильно насыщенных жирных кислот с четырьмя-шестью двойными связями. При проведении различных технологических операций жир подвергается действию тепла, воды, кислорода, что приводит к образованию новых веществ с изменёнными физическими, химическими свойствами и органолептическими признаками. Всё это следует учитывать при выборе способов очистки жиросодержащих сточных вод разных отраслей промышленности [11]. Около 60 % жира и масла поступает в сточные воды при разделке. Остальная часть масел и жиров вносится во время операций по консервированию и переработке рыбы. Соединения азота. Высокие концентрации азота обусловлены в основном большим содержанием белка в сточных водах (белок составляет 15-20 % от сырого веса рыб). В основном азотистые небелковые вещества присутствуют в клеточной плазме и межклеточной жидкости мышц рыб. К ним относятся также и продукты распада белков. В среднем количество небелкового азота у морских рыб составляет 9-18 % общего азота, например камбала и тресковые (пикша, треска) - 9-14 %, сельдеобразные - 14-18 % [12]. На ряде рыбоперерабатывающих заводов общая концентрация аммиака составляла от 0,7 до 69,7 мг/дм3. В рыбном конденсате, образующемся при производстве рыбной муки, общее содержание аммиака может достигать 2000 мг/дм3 [9]. Наибольшие концентрации общего азота наблюдаются в пресервных цехах - 240 мг/дм3 и рыбо-жиромучном производстве - 224 мг/дм3. Фосфор попадает в сточные воды при переработке рыбы, а также вместе с моющими и чистящими средствами [9, 10]. Концентрация зависит от перерабатываемой рыбы. Данные по содержанию фосфора в сточных водах представлены в табл. 1. Согласно табл. 1, соотношение БПКполн: N:P=100:5:1 выполняется не всегда. Например для рыбоконсервного завода БПКполн: N:P=100:3,79:1,08 и 100:4,77:0,57, что может потребовать искусственного внесения биогенных элементов, которое приведёт к увеличению эксплуатационных расходов. Для очистки сточных вод рыбоперерабатывающего завода «Русская треска» - совместное предприятие ООО «Русская Рыбопромышленная Компания» и группы компаний «Агама», г. Мурманск, была разработана технология очистки, изготовлено и запущено в эксплуатацию оборудование комплекса очистных сооружений. Данное предприятие производит около 15 т/сут филе трески и не менее 1 т/сут продукции из вторичного сырья рыбного производства. Разработка технологии, которая описана ниже, и поставка оборудования проводились специалистами ГК «ЭКОЛОС». Исходные сточные воды предприятия по переработке рыбы с максимальным расходом 181,0 м3/сут самотеком поступали в канализационную насосную станцию (КНС) горизонтального исполнения, откуда с помощью погружных насосных агрегатов подавались на тонкую механическую очистку. С целью усреднения пикового расхода сточных вод, образующегося при дефростации сырья, КНС рассчитана с регулирующим объемом V = 20 м3. Для удаления грубых примесей на входе в КНС была установлена корзина. Механическая очистка осуществлялась на решетках барабанного типа. Профиль барабана решетки обеспечивал его постоянную очистку в процессе работы: твердые включения задерживались на внутренней поверхности барабана, вода проходила через ячейки барабана наружу в нижней его части. Производительность барабанной решетки 20 м3/ч, размер прозоров 2,5 мм для удаления остатков внутренностей рыб (кишки, ястыки, печень), чешуи. Задержанные отходы сбрасываются в контейнер с последующей утилизацией. Далее механически очищенные сточные воды поступают в жироуловитель, который представляет собой цилиндрическую горизонтальную емкость из стеклопластика. Принцип действия заключается в разделении суспензий сточных вод отстаиванием. Конструкция жироуловителя предусматривает его деление с помощью перегородок на несколько технологических зон, общее время пребывания составляет 30 мин. В камере первичного отстаивания происходит накапливание всплывающего жира и осаждение взвешенных веществ. Из первого отделения стоки через перегородку с зубчатым С. В. Степанов, О. С. Пономаренко, П. П. Авдеенков, А. В. Беляков, А. С. Степанов, Ю. В. Рузанова 33 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 водосливом перетекают во второе основное отделение. Наличие зубчатого водослива успокаивает поток и обеспечивает его равномерное распределение по всему корпусу жироуловителя. Пройдя через рабочую зону, поток стоков проходит под полупогружной перегородкой, поднимается вверх и переливается через водослив в выходную камеру, откуда через отводящий патрубок поступает в усреднительную емкость. Усреднительная емкость представляет собой горизонтальный цилиндрический резервуар из стеклопластика 60 м3, предназначенный для усреднения расхода и концентраций сточной воды. Это необходимо для обеспечения стабильной и эффективной работы технологического оборудования, рассчитанного на среднечасовой круглосуточный режим работы. Во избежание выпадения осадка в усреднителе предусмотрено перемешивание при помощи системы рециркуляции стока от напорного патрубка. Из усреднительной емкости погружными насосными агрегатами (один рабочий, один резервный) сточные воды направлялись на физико-химическую очистку. Основным оборудованием физико-химического метода очистки является установка реагентной напорной флотации производительностью 10 м3/ч. Установка предназначена для улавливания и удаления эмульгированных жиров, масел и коллоидных взвешенных веществ. Конструкция флотатора включает в себя камеру флотации и две камеры сепарации равных объемов. Из камер сепарации очищенный сток (рециркуляционный поток) забирается подсосной трубой бустера, расположенного перед циркуляционным насосным агрегатом. Применение бустера позволяет создать подпор на входе насоса, который складывается с давлением (напором) насосного агрегата. Напор бустера складывается с напором, развиваемым насосным агрегатом. Таким образом, схема циркуляции работает по принципу гидравлического трансформатора, в котором относительно большой расход и малый напор циркуляционного насоса преобразуется в требуемые малый расход (30-50 % полезного расхода сточных вод) и большой напор (45-50 м вод.ст.) на ответвлении от циркуляционного кольца. Давление контролируется манометром. Одновременно в подсосную трубу бустера подается воздух от компрессора. При этом в стоке, циркулирующем по бустерному кольцу, включающему сатуратор, образуется водовоздушная смесь. Далее водовоздушная смесь поступает в камеру флотации, куда также поступает исходный сток. Происходит резкое снижение давления. При этом растворённый воздух выделяется в виде мелких пузырьков, которые задерживают на своей поверхности загрязнения, имеющиеся в стоке, образуя на зеркале (поверхности) флотатора пенный слой. Из камеры флотации сток перетекает в камеры сепарации с расположенными в них ламелями. В камерах сепарации происходит тонкослойное разделение воды и частиц загрязнений, налипших к пузырькам воздуха. Общее время очистки в установке составляет 20-30 мин. Образовавшийся на зеркале установки флотошлам удаляется в лоток механизмом шламоудаления. Из камеры сепарации часть очищенного стока поступает на рециркуляцию в бустер, другая часть - в камеру очищенного стока. Для повышения эффективности процесса очистки во флотаторе используется коагулянт полиоксихлорид алюминия Аква-Аурат 10М с дозой 52,8 мг/л. Подача коагулянта обеспечивается насосом-дозатором в трубчатый флокулятор, который снабжен трубным смесителем для смешения стоков с подающимися реагентами. После механической и физико-химической очисток сток по напорному коллектору из канализационной насосной станции подавался на сооружения биологической очистки. В рассматриваемом случае биологическая очистка реализована на мембранной технологии разделения активного ила от очищенной воды с применением ультрафильтрационных половолоконных мембранных кассет. Мембранный биореактор состоит из двух линий, в состав которых входят денитрификатор, аэротенк-нитрификатор и мембранный резервуар. В денитрификаторе органические загрязнения окисляются активным илом в аноксидных условиях с выделением свободного азота. Для предотвращения осаждения иловой смеси в денитрификаторе установлена погружная мешалка. Иловая смесь из денитрификатора через разделительную перегородку поступает в аэротенк-нитрификатор. В аэротенке расположена мелкопузырчатая система аэрации, которая обеспечивает концентрацию растворенного кислорода в пределах 2-3 мг/л, что необходимо для окисления органических веществ и обеспечения нитрификации. Далее из аэротенка-нитрификатора через разделительную перегородку сточные воды поступали в мембранный резервуар, где были установлены погружные мембранные кассеты. Модель кассеты GEMINI-2000X14, количество модулей - 14 шт., общая площадь одной кассеты - 434 м2, размер пор мембран - 0,02 мкм. Каждая мембранная кассета имеет подключение к коллектору пермеата, который Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 2 34 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ соединен со всасывающим патрубком центробежного насоса. Под действием разрежения, создаваемого насосом, очищенные сточные воды (пермеат) поступают сквозь поры через внешнюю сторону половолоконных мембран внутрь их. Далее по трубопроводу пермеата очищенная вода с помощью насоса отводится в резервуар чистой воды (РЧВ), имеющий перелив, через который она самотеком поступает на установку УФ-обеззараживания. Обеззараженные сточные воды по отводящему коллектору отводятся на сброс в отводящий канализационный коллектор. Иловая смесь с помощью погружного насосного агрегата перекачивается из конца аэротенка-нитрификатора в денитрификатор, кратность циркуляции иловой смеси составляет Rм = 3, при этом циркуляционный расход равен произведению кратности циркуляции на среднечасовой расход - 12 м3/ч для каждой линии. За счет рециркуляции обеспечивается денитрификация и однородность иловой смеси внутри установки. Доза ила ai - 8 г/л, зольность s - 0,3 г/г, иловый индекс Ji - 150 см3/г. Общий расход воздуха на аэрацию нитрификатора и мембранных кассет составляет Qвозд = 211 м3/ч. Качество сточной воды на выходе из очистных сооружений соответствует требованиям Нормативно-допустимого сброса, предоставленным ООО «Русская треска». Шлам от флотационной установки и избыточный активный ил отводятся в накопительную емкость - шламонакопитель. В шламонакопителе установлена мешалка для обеспечения однородности шлама и предотвращения его расслоения на жидкую и твердую фракции. По сигналу от ультразвукового датчика уровня шлам подается винтовыми насосами на шнековый обезвоживатель. Сначала осадок поступает в дозирующую емкость, где смешивается миксером с поступающим флокулянтом SUPERFLOC марки А-130 с дозой 6 г/кг до образования флоккул. Образующиеся флоккулы попадают в зону сгущения обезвоживающего барабана. Шнек перемещает сгущенный осадок в зону обезвоживания, давление в барабане возрастает, осадок отжимается. Таким образом, влажность осадка снижается до 85 %. Обезвоженный осадок собирается в контейнер с последующем вывозом на специализированные полигоны. Технико-экономические показатели работы локальных очистных сооружений представлены в табл. 2. Таблица 2 Технико-экономические показатели работы локальных очистных сооружений Показатель Ед. изм. Количество/сумма Максимальная суточная производительность м3/сут 181 Электропотребление кВт·ч/год 896 250,8 Электропотребление удельное кВт·ч/м3 13,6 Затраты на электроснабжение руб./год 2 700 000 Затраты на реагенты руб./год 1 700 000 Расходы на содержание штата руб./год 473 700 Прочие эксплуатационные затраты руб./год 448 300 Эксплуатационные затраты руб./год 5 322 000 Эксплуатационные затраты удельные руб./м3 80,6 Выводы. 1. Отличительной особенностью сточных вод предприятий переработки рыбы является высокое содержание органических веществ: ХПК - 620-3500 мг/дм3, БПКполн - 220-2860 мг/дм3. 2. Биологическая очистка для сточных вод переработки рыбы крайне эффективна, целесообразна, так как отношение БПКполн: ХПК=0,68-0,83. 3. Удаление биогенных элементов при помощи биологических методов может быть осложнено, например, для рыбоконсервного завода, так как отношение БПКполн:N :P=100:3,79:1,08 и 100:4,77:0,57. 4. Для очистки сточных вод рыбоперерабатывающего предприятия ООО «Русская треска» принята схема, включающая в себя механическую, физико-химическую, биологическую очистку на основе мембранных технологий и обеззараживание ультрафиолетовым облучением. 5. Обезвоживание осадков предусмотрено на шнековом обезвоживателе. Влажность обезвоженного шлама составляет 85 %. 6. Реализованная схема очистных сооружений позволяет достичь требований, предъявляемых к отведению очищенных сточных вод в водоемы рыбохозяйственного значения. 7. Удельные эксплуатационные затраты составили 80,6 руб./м3.

About the authors

Sergey V. STEPANOV

Samara State Technical University

Olga S. PONOMARENKO

Samara State Technical University

Pavel P. AVDEENKOV

Samara State Technical University

Andrey V. BELYAKOV

LLC «Trading House «ECOLOS»

Aleksandr S. STEPANOV

Samara State Technical University

Julia V. RUZANOVA

LLC «Trading House «ECOLOS»

References

Supplementary files