STUDY OF EFFICIENCY OF PRE-REAGENT TREATMENT OF WASTE WATER FROM BREWERY

Full Text

Введение Пиво - это безалкогольный напиток, полученный путем алкогольного брожения с использованием отобранных дрожжей рода Saccharomyces из сусла, приготовленного из солодовых злаков, в основном ячменя, а также другого сырья, к которому были добавлены хмелевые цветы или их производные и надлежащим образом подготовленная вода. Местами образования сточных вод выступают все технологические участки и этапы производства. Состав и концентрация загрязнений на различных производственных этапах отличаются. Основные этапы производства и соответственно места образования загрязнений - это мытье и замачивание сырья, его проращивание, мойка оборудования, варочных котлов, бродильных чанов, сброса кизельгура. Также сточные воды образуются в результате процесса розлива и охлаждения сусла и пива и от других технологических процессов. Наиболее загрязненными считаются сточные воды, образующиеся при подготовке зерна, сбросе отработанного хмеля и промывке пивных дрожжей перед введением в сусло. Их концентрация составляет: pH=6,0-7,0, взвешенные вещества - 100-400 мг/л, БПКполн 400-1000 мг/л, ХПК 600-1200 мг/л [1]. Однако результаты, полученные автором в ходе работы по исследованию эффективности предварительной реагентной обработки сточных вод пивоваренного завода г. Самары, отличаются от известных литературных данных (табл. 1). При высоких показателях органических загрязнений наблюдается дефицит азота и фосфора для проведения глубокой биологической очистки. В табл. 1 приведены данные по концентрациям сточных вод некоторых зарубежных и российских пивоваренных производств. Как можно видеть из приведенных в табл. 1 данных, сточные воды пивоваренных производств имеют очень высокую концентрацию органических веществ при недостатке азота и фосфора. В случае аварийного сброса ХПК может превышать 11000 мг/л. Одной из проблем являются колебания pH ввиду различных технологи- Е. Ю. Тукташева 57 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 ческих процессов, в том числе и CIP-мойки (Clean In Place). Тенденция современных производств - это повторное использование сточных вод и снижение негативного воздействия на окружающую среду [2-4]. Однако не всегда есть возможность 100 % повторного использования сточных вод и часть из них направляется на сброс. В случае с пивзаводами это, как правило, сброс на городские очистные сооружения. В соответствии с нормативами приема сточных вод требуется очистка в первую очередь от органических загрязнений. Целью настоящей работы являлось исследование эффективности предварительной реагентной обработки сточных вод пивоваренных заводов. Для этого автором были поставлены и решены следующие задачи: определение зависимости эффективности снижения ХПК от дозы реагента с использованием различных коагулянтов; определение целесообразности использования предварительного коагулирования на сточных водах пивзавода. Объектом исследования являлись сточные воды пивоваренного завода г. Самары. Коагулянты подразделяются на органические и неорганические. Группа органических коагулянтов включает в себя низкомолекулярные водорастворимые полимеры, такие как полиамины, дициандиамидные и меламиноформальдегидные смолы, полиДАДМАХ. Эти коагулянты очень эффективны, практически не изменяют рН, однако при этом они имеют высокую стоимость и круг их производителей весьма ограничен. Неорганические коагулянты более распространены, что обусловлено их универсальностью в применении и относительно низкой стоимостью. Данная группа коагулянтов представлена солями алюминия, железа и их смесями, значительно реже используются соли магния, титана, цинка [5, 6]. Материалы и методы В ходе настоящего исследования было использовано шесть коагулянтов. Данные по примененным реагентам приведены в табл. 2. Таблица 1 Данные по загрязнениям Показатель «Городцовское пиво», пос. Городцовка, СО, Россия «Первый пивоваренный завод», г. Алма-Аты, Казахстан «Шымкент-пиво», г. Шымкент, Казахстан ХПК, мгО/л 5150 4893 3456 БПКполн, мгО/л 3020 3527 1988 Взвешенные вещества, мг/л 1768 1592 566 Фосфаты, мг/л 56,9 43 11 Азот аммонийный, мг/л 16,6 19 28 Из железосодержащих коагулянтов применяют в основном хлорид железа, сульфат железа (III). Реагент FeCl3 представляет собой мелкие кристаллы фиолетового цвета с темно-зеленым оттенком с металлическим блеском. Данное вещество очень гигроскопично и поэтому чаще встречается в форме кристаллогидрата FeCl3·6H2O. Соли железа обеспечивают наилучшую коагуляцию при рН 3,5-6,5 или 8,0-11,0, что является их преимуществом. Коагулянт хорошо работает даже при низких температурах воды. Минусом данного реагента можно считать необходимость точной дозировки, так как избыток коагулянта способен приводить к значительному росту концентраций катионов и соединений железа в очищенной воде [5]. Сульфат алюминия выпускается трех сортов. Сульфат алюминия высшего сорта - это белое сыпучее вещество с содержанием Al2O3 не менее 16 %. Данный коагулянт хорошо работает при рН 5-7,5. Однако он чувствителен к изменению рН и температуры воды. При этом коагулянт имеет невысокую стоимость, достаточно прост в обращении, имеет практически неограниченный срок хранения и хорошо растворим, что особенно важно при промышленной эксплуатации. На сегодняшний день это один из самых популярных коагулянтов [7]. Оксихлорид алюминия (ОХА) (другие названия - полиалюминий гидрохлорид, хлоргидроксид алюминия, основной хлорид Таблица 2 Сведения по примененным реагентам Реагент Основное вещество по Me2O3, % Al2(SO4)3 17 Аква-Аурат 10М 10 Аква-Аурат 14 12 FeCl3* 6H20 19,5 ЭПОХА Марка 4 23,5 Аква-Аурат 30 30 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 58 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ алюминия) можно представить в виде общей формулы Aln(OH)mCl3n-m, наиболее частый вид Al2(OH)5Cl·6H2O. Такой тип коагулянтов на сегодняшний день является одним из наиболее эффективных, может применяться при низких температурах, обладает различной, в т. ч. низкой кислотностью и широким диапазоном рН. Содержание остаточного алюминия после обработки вод ОХА значительно ниже, чем при использовании сульфата алюминия [8]. Коагулянты - ОХА торговой марки АК- ВА-АУРАТ™ 10М, АКВА-АУРАТ™ 13М, АК- ВА-АУРАТ™ 14М, АКВА-АУРАТ™ 15М, АК- ВА-АУРАТ™ 18М, АКВА-АУРАТ™ 102М, АКВА-АУРАТ™ 105М, АКВА-АУРАТ™ 110М, содержат сульфат алюминия, полиоксихлорид алюминия Аква-Аурат™-18 и флокулянт полидиаллилдиметиламмоний хлорид (ПолиДАД- МАХ) [9]. Оксихлорид алюминия производства Аква-Аурат отличается, прежде всего, по физико-химическим свойствам и, в первую очередь, по основности. Основность реагентов производства Аква-Аурат в зависимости от типа и формы выпуска (жидкий или твердый) находится в диапазоне от 25 до 83 %. Диапазон доз различных коагулянтов был выбран от 10 до 175 мг/л по Ме2О3. Коагулянты в виде 5 %-го раствора вводились в исходные сточные воды после корректировки pH исходной воды до значения 7,4. Исследования проводились на исходной сточной воде при значениях ХПК=4475 мг/л. При проведении пробного коагулирования с использованием кристаллических реагентов приготавливали раствор 100 г/л по товарному Зависимость результатов пробного коагулирования от дозы используемого коагулянта продукту с использованием дистиллированной воды. Жидкие реагенты дозировали в виде товарных растворов. В цилиндры объёмом 1000 мл добавляли 500 мл сточной воды. После добавления коагулянта сточную воду сначала интенсивно перемешивали в течение 10 с со скоростью 300 об/мин, затем медленно перемешивали в течение 60 с со скоростью 100 об/ мин. Далее сточная вода отстаивалась в течение 30 мин и отбиралась для проведения анализов. Результаты и обсуждение Результаты пробного коагулирования на исходных сточных водах пивоваренного завода и исследование эффективности работы коагулянтов приведены на рисунке и в табл. 3. В ходе эксперимента было выполнено 50 опытов с различными дозами коагулянтов. Таким образом, в ходе эксперимента были определены оптимальные дозы каждого из коагулянтов и максимально возможное снижение ХПК сточных вод. Как видно из таблицы, наиболее эффективными оказались следующие дозы реагентов: Al2(SO4)3 при дозе 100 мг/л (здесь и далее дозы по Ме2О3) -снижение ХПК составило 21,79 %; Аква-Аурат 10М при дозе 150 мг/л - снижение ХПК 34,08 %; Аква-Аурат 14 при дозе 175 мг/л снижение ХПК 33,52 %; FeCl3 при дозе 150 мг/л снижение ХПК 29,61 %; ЭПОХА Марка 4 при дозе 125 мг/л снижение ХПК 20,11 %; Аква-Аурат 30 при дозе 150 мг/л снижение ХПК 15,08 %. Максимальная эффективность снижения ХПК составила 34,08 % у Аква-Аурат 10М при достаточно высокой стоимости за 1м3 обрабо- Е. Ю. Тукташева 59 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 Таблица 3 Оптимальные дозы коагулянтов и снижение ХПК Реагент № Доза коагулянта, мг/л по Ме2О3 pH ХПК, мг/л Фосфор фосфатов Стоимость, руб./м3 Al2(SO4)3 1 25 6,32 4325 10,45 1,77 2 75 5,81 3750 0,02 5,30 3 100 5,47 3500 0,00 7,06 4 125 4,71 3500 0,00 8,83 5 175 3,83 3550 0,00 12,36 Аква-Аурат 10М 1 25 6,93 4325 13,10 3,75 2 50 6,84 4050 8,89 7,5 3 75 6,75 4125 6,76 11,25 4 100 6,65 3875 3,69 15 5 125 6,5 3150 1,46 18,75 6 150 6,35 2950 0,00 22,5 7 175 6,27 3025 0,00 26,25 Аква-Аурат 14 1 25 6,81 3800 13,50 1,87 2 50 6,46 4050 7,51 3,75 3 75 6,25 3475 3,03 5,62 4 100 5,94 3450 0,54 7,49 5 125 5,67 3250 0,44 9,36 6 150 5,37 3175 2,23 11,24 7 175 4,92 2975 1,92 13,11 FeCl3*6H2O 1 25 6,52 3750 11,35 0,51 2 50 6,28 3550 8,51 1,02 3 100 5,92 3300 1,65 2,03 4 125 5,71 3250 0,00 2,54 5 150 5,5 3150 0,00 3,05 6 175 5,09 3150 0,00 3,55 ЭПОХА Марка 4 1 25 5,18 4075 15,52 4,25 2 50 5,44 3825 12,31 8,50 3 75 5,25 3725 11,52 12,75 4 100 5,29 3625 7,59 17,00 5 125 5,16 3575 6,09 21,25 Аква-Аурат 30 1 50 5,12 3900 0,00 6,50 2 75 4,89 3925 0,00 9,75 3 100 4,5 3950 0,00 13,00 4 150 3,96 3800 0,00 19,50 Градостроительство и архитектура | 2021 | Т. 11, № 3 60 ВОДОСНАБЖЕНИЕ, КАНАЛИЗАЦИЯ, СТРОИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ОХРАНЫ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ танной сточной воды, равной 22,5 руб. Однако при этом применение данного реагента дает почти нейтральную среду. Аква-Аурат 14М показывает также неплохую эффективность снижения ХПК по сравнению с другими примененными реагентами - 33,52 %, однако при этом он значительно понижает pH обрабатываемого стока - до 4,92. Стоимость применения реагента Аква -Аурат 14М составляет 13,11 руб./м3. Наиболее экономичным оказался хлорид железа, стоимость обработки составила 3,05 руб./м3, но при этом pH снижается сильнее, чем при использовании Аква-Аурат 10М. Сульфат алюминия при эффективности очистки по ХПК 21,79 % оказался на четвертом месте и вторым после хлорида железа по стоимости за 1 м3 обработанного стока, равной 7,06 руб. Исходя из приведенных данных видно, что в ходе реагентной обработки происходит снижение pH воды и содержания фосфора, который необходим для последующего протекания процессов биологической очистки. Снижение pH сточных вод вызывает необходимость повторной корректировки pH для обеспечения последующего процесса биологической очистки. Из рисунка и табл. 3 видно, что повышение дозы реагента более оптимальных доз не приводит к существенному росту степени очистки. Исходя из вышеизложенного, целесообразность коагуляции перед проведением биологической очистки может быть установлена технико-экономическим расчетом. Выводы. 1.Эксперементальным путем установлено, что наиболее эффективными оказались Аква-Аурат 10М при дозе 150 мг/л - снижение ХПК 34,08% при стоимости 22,5 руб./м3; Аква-Аурат 14 при дозе 175 мг/л снижение ХПК 33,52 % при стоимости 13,11 руб./м3; FeCl3 при дозе 150 мг/л снижение ХПК 29,61 % при наиболее низкой стоимости по сравнению с другими реагентами, равной 3,05 руб./м3 обрабатываемого стока. 4. Увеличение дозы вводимого реагента более 150 мг/л по Ме2O3 не вызывало повышения эффективности снижения ХПК независимо от применяемого реагента. 5. Предварительное коагулирование требует корректировки pH для обеспечения протекания процессов последующей биологической очистки и приводит к росту капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с устройством дополнительного узла приготовления и дозирования реагента. 6. Применение реагентной обработки до биологической очистки приводило к снижению концентрации соединений фосфора, что при его недостатке в исходной воде, наряду с азотом, вызывает необходимость дополнительного дозирования фосфора при использовании на последующих этапах биологической очистки.

About the authors

Ekaterina Yu. TUKTASHEVA

Samara State Technical University

Author for correspondence.
Email: osv_samara@mail.ru

References

Supplementary files