ТА ОЧИСТКИ СТІЧНИХ ВОД У СПИРТОВІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ
Інтенсивний розвиток спиртової промисловості, який передбачається в найближчі роки, спричиняє значне зростання використання чистої питної і технічної води, призводить до збільшення кількості забруднених різними домішками відпрацьованих стічних
вод. Скидання таких вод у різні водойми зумовлює ступінь їх забруднення і тим самим зменшує ресурси чистої прісної води, погіршує стан навколишнього середовища.
Уряд України неодноразово приймав рішення про підвищення ефективності заходів щодо охорони природи, більш раціональне використання водних ресурсів. Втілення цих рішень у життя характеризується розробленням і широким впровадження замкнутих циклів водоспоживання, яке тісно пов'язане з необхідністю очистки стічних вод від забруднень і наступним поверненням їх у технологічний процес. Важливим у цьому є перероблення стічних вод, тобто перетворення забруднюючих домішок на корисні продукти.
На жаль, недостатні знання фахівців спиртової промисловості з теоретичних фізико-хімічних основ водопїдготовки й очистки стічних вод у своїй галузі утруднює науково-обгрунтований вибір раціональних способів та оптимальних параметрів відповідних технологічних процесів, а також організації замкнених циклів водопостачання й охорони довкілля.
Сьогодні вода в річках, озерах, морях не встигає самоочищатися, як це було 50-100 років тому. Багато річок перетворилося на стічні канави, так що воду без попереднього очищення використовувати для потреб харчової промисловості не можна. Ось чому сьогодні все більшого значення набуває проблема розумного, раціонального використання прісної води і особливо очистки все зростаючих об'ємів стічних вод, а також одночасна організація замкнених систем зворотного водоспоживання у спиртовій промисловості і сільському господарстві.
У результаті проведених теоретичних і експериментальних робіт щодо захисту водних об'єктів від забруднень І раціонального використання води в спиртовій промисловості країни створено й освоєно нові високоефективні процеси та конструкції споруд, обладнання і реагенти для очистки стічних вод. На деяких підприємствах це дало змогу скоротити забір води з природних водойм, зменшити об'єм стічних вод і створити нормальні умови для навколишнього середовища.
Природна вода, яка використовується в спиртовій промисловості для технологічних потреб - це розбавлений розчин солей, що містить неорганічні та органічні речовини й мікроорганізми. Солі у воді знаходяться у вигляді іонів.
Вода звичайного складу містить переважно такі іони: катіони Н+, Na+, K+, NH3+, Са2+, Mg2+, Mn2+, Fe2+, А13+, аніони ОН~, СГ, НСО3", SO42~, NO2~,SiO32~, НР042~таінші.
Вода, яку використовують у виробництві, повинна бути прозорою, приємною на смак, без запаху. Мутність визначають, порівнюючи зразки води зі стандартними суспензіями з каоліну; значення мутностІ - згідно зі стандартною шкалою не повинна перевищувати 1 мг/дм3.
З газів, що містяться у воді, частіше виявляють діоксид вуглецю (IV), кисень і азот. Діоксид вуглецю при розчиненні у воді утворює вугільну кислоту. При проходженні такої води через вапнисті породи підвищується її тимчасова жорсткість. Кисень, розчинений у воді, змінює її окисно-відновний потенціал, зумовлює окисні процеси окремих компонентів харчових продуктів і напоїв.
Важливими критеріями оцінки якості води є жорсткість і сухий залишок. Масу сухої речовини, тобто сумарний вміст нелетких неорганічних і органічних речовин в 1 л води, які залишаються після випаровування та висушування залишку при температурі 105...110° С, називають сухим залишком.
Розчинені у воді солі кальцію і магнію характеризують її жорсткість (вміст розчинених солей), яку виражають у міліграм-еквівалентах Са і Mg, що містяться в 1 л води. Один мг- екв/л жорсткості відповідає 20,04 мг Са2+ або 12,16 мг Mg2+ в 1 л води.
За жорсткістю (у мг-екв/л) воду класифікують так: дуже м'яка-до 1,5; м'яка -від 1,5 до 3; помірно жорстка - від 3 до 6; жорстка - від 6 до 9, дуже жорстка -більше 9.
Розрізняють жорсткість тимчасову, постійну й загальну. Тимчасова (карбонатна) жорсткість зумовлена присутністю розчинених бікарбонатів Са(НС03)2 і Mg 
Під час кип'ятіння в результаті взаємодії Са та Mg2+ із НСОз" утво-
рюються нерозчинні у воді карбонати. Постійна жорсткість (некарбонатна) характеризується вмістом сульфатів, хлоридів, нітратів та інших (крім бікарбонатів) солей, кальцію І магнію.
При кип'ятінні вони залишаються у розчині. Загальна жорсткість води складається з тимчасової та постійної.
Для знезараження води (видалення хвороботворних бактерій, що містяться у воді) проводять фільтрування через мембранні фільтри, керамічні знезаражуючі фільтри, хлорування, озонування, обробку ультрафіолетовими променями та іонами срібла.
Стічні води в спиртовій промисловості поділяють на три основні групи:
1. Промислові води, що утворюються безпосередньо при використанні води в
технологічних операціях. Ці води забруднені усіма речовинами, які використову
ються в технологічних процесах даного виробництва.
2. Промислові води від допоміжних операцій та процесів, які утворюються
під час поверхневого охолодження технологічної апаратури та енергетичних агре
гатів. Такі води в основному характеризуються підвищеною температурою.
3. Промислові води після санітарно-гігієнічної дезинфекції приміщень, тру
бопроводів, машин і апаратів. Такі стічні води забруднені лугами та іншими токси
чними сполуками.
Такі промислові води бажано відводити кількома самостійними потоками, але на більшості спиртових підприємствах відводять їх загальним потоком.
Об'єднуючи забруднені стічні води на підприємствах спиртової промисловості, слід враховувати можливість взаємодії компонентів різних вод з виділенням значної кількості газоподібних речовин (вибухонебезпечних та інших), а також утворенням осадів, токсичних, канцерогенних речовин тощо.
Стічні води спиртової промисловості забруднені переважно органічними і мінеральними домішками. За концентрацією органічних домішок промислові стічні води поділяють на 4 категорії (за величиною біохімічного споживання кисню, мг О2/л):
І-до 500;
II - 500-5000;
III-5000-30000;
IV - понад 30000.
За ступенем мінералізації стічні води поділяють на 3 групи:
I - стічні води з мінералізацією до 3 кг/м3 (знесолюються методом іонного обміну);
II - стічні води з мінералізацією від 3 до 10-15 кг/м3 (знесолення мембранним методом);
III - стічні води з мінералізацією понад 15 кг/м3 (знесолення термічними методами).
За ступенем агресивності стічні води теж поділяють на 3 групи:
I - неагресивні (рН 6,5...8);
II - слабоагресивні (рН 6,0...6,5 та рН 8...9);
III - сильноагресивні (рН < 6 та рН > 9).
Вимоги до стічних вод, які скидають у природні водойми, зумовлені Законом України "Про охорону навколишнього природного середовища" і регламентуються "Правилами охорони поверхневих вод від забруднення стічними водами" та "Правилами санітарної охорони прибережних районів морів". Відповідно до цих правил встановлені нормативи якості води для водойм за двома категоріями водокористування. До першої категорії відносять ділянки водойм, які використовуються для господарсько-питного водопостачання, а також для водопостачання підприємств харчової промисловості. До другої - для купання, занять спортом і відпочинку населення. Встановлені також більш жорсткі нормативи якості стічних вод, що скидаються у водойми, які використовують з рибогосподарською метою.
До загальних показників якості промислових вод, що скидаються у відкриті водойми господарсько-питного і культурно-побутового призначення, відносяться:
• розчинений кисень: не менш 4 мг/л (у воді водойми відібраний до 12 годин дня);
• біохімічне споживання кисню (БСК): повна потреба води в кисні при біохімі
чному окисленні домішок при 20° С не повинна перевищувати 3 мг/л для во
дойм 1 та 2-ої категорії, а також для морів;
• завислі речовини: вміст завислих речовин у воді водойми після скидання стіч
них вод не повинен зростати більш ніж на 0,25 І 0,75 мг/л відповідно для водойм
першої і другої категорій (стічні води, які містять завислі речовини зі швидкі
стю осідання понад 0,4 - 0,2 м/с, скидати забороняється);
• запахи та присмаки: вода не повинна мати сторонніх запахів і присмаків як
для водойм першої категорії, так і для водойм другої категорії;
• кольорність: вода, яку скидають, не повинна виявлятися в стопчику води зав
вишки 20 см для водойм першої категорії і 10 см - для водойм другої категорії
та морів;
• значення рН (водневий показник): після змішування стічних вод з водами во
дойми цей показник повинен бути в межах 6,5 < рН< 8,5;
• спливаючі речовини: стічні води підприємства не повинні містити мінераль
них масел та інших спливаючих речовин у таких кількостях, які здатні утво
рювати на поверхні водойми плівку, плями і нагромадження;
• мінеральний склад: для водойм першої категорії вміст неорганічних речовин
не повинен перевищувати за сухим залишком 1000 мг/л, у тім числі хлоридів -
350 мг/л і сульфатів - 500 мг/л;
• збудники захворювань: не допускаються стічні води зі збудниками захворю
вань; їх потрібно знезаражувати після попереднього очищення. Методи біоло
гічної очистки стічних вод повинні забезпечувати колі-індекс не більше 3-х
при вмісті залишкового хлору не менше, як 1,5 мг/л;
• температура: внаслідок скидання стічних вод у водойми температура води не
повинна перевищувати влітку більше, як на 3° С порівняно з найтеплішим
місяцем року за останні 10 років;
• отруйні речовини: вони повинні міститися в стічних водах у концентраціях,
які не можуть чинити прямий шкідливий вплив на здоров'я населення;
• нормативи якості води водойм рибогосподарського призначення: у разі скидання стічних вод у рибогосподарські водойми до них ставлять жорсткіші вимоги, ніж до стоків у водойми, що використовуються для господарське-питних і культурно-побутових потреб населення.
Гранично-допустимі концентрації (ГДК) шкідливих речовин у воді водойми господарського питного та культур но-по бутового призначення в мг/л подані в підручнику "Фізико-хімічні основи технології очищення стічних вод " під редакцією проф. Запольського А.К. (Київ: "Лібра", 2000).
Скидання стічних вод у водойми повинно здійснюватись за умови виконання спеціальних вимог, встановлених для цих водойм. Основним показником кількості органічних забрудників, що надходять у водойми зі стічними водами є величина БСК, яка характеризує кількість кисню, що витрачається на біохімічні процеси окислення внесених забруднень. При скиданні промислових вод необхідно враховувати сумарну забрудненість виробничих вод. Для цього вводиться ще один показник -хімічне споживання кисню ХСК, тобто кількість кисню, необхідного для повного окислення органічних речовин, що містяться в 1 л стічної води, за допомогою біхромату калію.
Крім БСК і ХСК при визначенні необхідного ступеня очищення промислових стічних вод необхідно враховувати інші нормативні показники: ідентифікованих у стічних водах, вміст завислих речовин, реакцію рН води водойми, температуру води, кольоровість, запах і мінеральний склад тощо.
Дотримання науково обгрунтованих норм скидання стічних вод у водойми повинно забезпечити ефективне самоочищення води, яке характеризується повною ліквідацією у воді водойми органічних речовин, що потрапили в неї, під впливом мікроорганізмів. Але цього недостатньо для самоочищення води. Під самоочищенням слід розуміти сукупність біохімічних, фізико-хімічних та гідродинамічних (розбавлення) процесів, які зумовлюють зниження концентрації забруднюючих речовин у воді водойми до нормативних показників.
Для визначення і вилучення із стічної води різноманітних домішок, які забруднюють навколишнє середовище, потрібна перш за все обґрунтована їх класифікація. Таку класифікацію запропонував і поклав в основу розробки різноманітних ефективних способів очищення природних'і стічних вод акад. Кульський Л.А..
Суть класифікації полягає в тому, що всі домішки води поділяють на 4 групи (табл. 16.1). Дві групи належать до гетерогенних систем (суспензії, колоїди, емульсії, піни) І дві - до гомогенних (це речовини, що утворюють з водою молекулярні або іонні розчини).
Згідно з фазово-дисперсним станом домішок пропонується класифікація процесів, що використовується для очищення стічних вод підприємств спиртової промисловості (табл. 16.2).
Методи очистки стічних вод розподіляються на такі групи: механічні, фізико-хімічні, хімічні та біологічні.
Для стічних вод, що містять переважно завислі, плаваючі та грубоемульговані тверді і рідкі нерозчинні забруднюючі речовини, застосовують механічну очистку, яка грунтується на використанні гравітаційних і відцентрових сил, а також проціджуванні і фільтруванні. Іони важких металів та інші токсичні речовини при механічній очистці не затримуються.
Табл. 16.1 Класифікація домішок води
| Група | Ступінь дисперсності домішок Дсм-1 | Розмір часточок, см | Характеристика домішок |
| Гетерогенні системи 1 -завислі речовини | <105 | <ю-5 | Суспензії й емульсії, які зумовлюють каламутність води, а також мікроорганізми і планктон. Це глинисті часточки, карбонатні породи, мул, дрібний пісок, завислі часточки органічних речовин, волокна, пластмаси тощо. Загалом цс кі-нетично нестійкі системи. |
| 2 - колоїдні розчини | 10s- 106 | ю-5 - ю-6 | Колоїди і в и со комо л е кул яр ні сполуки, які зумовлюють окислювальність і ко-льорність води, а також віруси й інші організми. Це переважно мінеральні та органо-мінеральні часточки грунтів, гумусні речовини, які утворюють з водою стійкі колоїдні системи, руйнування яких є головним завданням під час очищення води від цих забрудників. |
| Гомогенні системи: 3 - молекулярні розчини | 106- 107 | Ю-"- ю-7 | Органічні речовини і розчинні у воді гази, що надають їй присмаку і запаху. До них належать продукти життєдіяльності та відживання пліснявих грибів, бактерій, актиноміцетів, водоростей, а також феноли, спирти, альдегіди та інші органічні речовини. Деякі домішки є токсичними. |
| 4 - іонні розчини | > 107 | <ю-7 | Солі, луги, кислоти, що зумовлюють мінералізацію, жорсткість, лужність або кислотність води, з якою утворюють розчини електролітів. |
Коли виділення забруднень із стічних вод можливе тільки внаслідок хімічних реакцій між забруднюючими речовинами і реагентами, які вносять у стічні води, застосовують хімічне очищення, що грунтується на використанні хімічних або електрохімічних окисно-відновних процесів, у результаті яких забруднення перетворюються на нові нешкідливі сполуки, які частково чи повністю випадають в осад або виділяються у вигляді газів.
Фізико-хімічне очищення (ФХО) стічних вод характеризується такими процесами як сорбція, екстракція, коагуляція, електрокоагуляція, флотація, іонний обмін, кристалізація, електродіаліз, випарювання, ректифікація, мембранна технологія, спалювання тощо. Методи ФХО виробничих стічних вод в основному передба-
чають вилучення з них цінних речовин і тому належать до регенеративних або ре-купераційних методів.
Табл. 16.2 Класифікація процесів вилучення домішок з води згідно з їх фазово-дисперсним станом
| Гетерогенні системи | Гомогенні системи | ||
| групи | групи | ||
| а) Механічне безреагентне розділення | Діаліз, ультрафільтру-вання | Аерування, десорбція газів і летких органічних сполук під час аерування | Гіпер-фільтрування |
| б) Окислення хлором, озоном та ін. | Окислення хлором та іншими окисниками | Окислення хлором, оксидом хлору, озоном , перманганатом калію | Переведення іонів у мал оди соці йова-ні сполуки |
| в) Флотація суспензій і емульсій | Коагуляція колоїдних систем | Екстракція органічними розчинниками | Сепарація іонів |
| г) Бактерицидний вплив на патогенні мікроорганізми і спори | Віруліцидний вплив | Біохімічне розкладання | Вилучення іонів металів мікроорганізмами |
| д) Електрофільт-рування І елект-роутримання мікроорганізмів | Електрофорез і електродіаліз | Поляризація молекул в електричному полі | Використання рухливості іонів в електричному полі |
Біохімічне або біологічне очищення стічних вод застосовують для очищення слабоконцентрованих вод, які містять переважно органічні речовини.
Здійснюють очистку стічних вод на очисних установках, спорудах і станціях, які можуть бути цеховими, заводськими, загально-заводськими, районними або міськими.
На підприємствах спиртової промисловості в основному здійснюють очищення всіх стічних вод на заводських очисних спорудах (станціях). Методи очищення стічних вод такі, які цього потребують перед передаванням їх до районних або міських станцій біохімічного очищення, або перед скиданням у водойми, або перед поверненням у систему оборотного водопостачання підприємства.
Особливої уваги на підприємствах спиртової промисловості заслуговують біологічні методи очищення від органічних речовин. Ґрунтуються ці методи на застосуванні мікроорганізмів, які використовують органічні сполуки як поживні речовини і джерело енергії. Органічні сполуки при цьому зазнають деструктивного розкладання внаслідок окислення при аеробному і відновних процесах з утворенням метану при анаеробному очищенні.
Біологічні очисні споруди для аеробного очищення стічних вод складаються з аеротенків, де стоки перемішуються і насичуються повітрям, або з біофільтрів, де стоки фільтруються крізь шар щебеню, який аерується. У першому варіанті комплекс мікроорганізмів, що розвиваються, утворює пластівці, які осідають у вигляді активного мулу; у другому - щебінь обростає мікроорганізмами, які утворюють біологічну плівку.
Анаеробне очищення стічних вод у метантенках широко використовується на підприємствах харчової промисловості з одержанням енергетичного біогазу і біоорганічних добрив (активного мулу).
Очищення стічних вод відстоюванням здійснюється шляхом осідання завислих часточок під дією сили гравітації. При цьому спостерігається поступове збільшення концентрації дисперсної фази в апараті в напряму згори вниз. На дно відстійника осідає шар осаду шламу, який періодично або безперервно видаляється.
Швидкість руху часточок у рідкому середовищі при відстоюванні залежить від розміру часточок, їх густини і форми, а також від властивостей дисперсного середовища, його в'язкості і в кінцевому рахунку від режиму руху часточок.
Щоб збільшити швидкість осідання завислих часточок і потужність очисних споруд, слід прагнути до збільшення їх розміру і густини, а також до зменшення в'язкості і густини дисперсійного середовища. Досягти цього можна коагуляцією за допомогою коагулянтів, у результаті чого утворюються пластівці з вищою густиною. А зменшення густини і в'язкості водної суспензії досягають її розбавленням.
Для проектування відстійників користуються методом технологічного моделювання процесу осідання. Горизонтальні відстійники - це прямокутні резервуари, виготовлені із залізобетону. Вони обладнані пристроями для водозабору та водо-розподілу, а також для виділення осаду. Продуктивність відстійника становить 30-50 тис. м /добу. Вертикальні відстійники застосовують у реагентному методі очищення води продуктивністю 3000 м3/добу і каламутності вихідної води не більше як 2500 мг/дм'. Це круглі або квадратні в перерізі залізобетонні резервуари з центральною циліндричною трубою і конічною нижньою частиною. Вода із змішувача надходить через центральну трубу зверху вниз, а у самому відстійнику вода рухається знизу вгору зі швидкістю 0,5-0,6 мм/с. Завислі речовини осідають під дією сили гравітації.
На підприємствах спиртової промисловості при розділенні стічних вод ефективним способом їх очистки є флотація, яка грунтується на різній змочуваності мінералів водою. Процес полягає у специфічній взаємодії завислих речовин з бульбашками тонкодиспергованого у воді повітря з подальшим утворенням на поверхні води шару піни з речовинами, які вилучають. Оптимальні розміри часточок знаходяться в межах від 10"5до 10° м.
Очищувати воду флотацією можна від твердих завислих часточок, нафтопродуктів, масел та інших емульгованих рідких речовин і окремих іонів розчинених речовин. Щоб прискорити флотацію твердих часточок, крізь водну суспензію пропускають дрібні бульбашки повітря, які підіймаючись угору, захоплюють із собою гідрофобні тверді часточки. У результаті такого очищення на поверхні води утворюється шар піни, наповнений твердими часточками.
Щоб збільшити стійкість бульбашок і утворення стабільної піни, в суспензію додають піноутворювачі - поверхнево-активні речовини, які знижують поверхне-
вий натяг води і утворюють адсорбційні плівки на поверхні бульбашок. До активних піноутворювачів слід віднести деякі фракції кам'яновугільної смоли, соснову олію, деревний дьоготь тощо.
Сьогодні існує декілька методів насичення води бульбашками повітря: вакуумні, коли повітря виділяється з розчину; напірні та ерліфтні установки; імпелерні, коли флотація реалізується механічним диспергуванням повітря; безнапірні і пневматичні установки; флотація з поданням повітря крізь пористі матеріали; електро-флотація, суть якої полягає в тому, що в нижній частині флотатора розміщується електродна система.
Найбільш перспективним способом очистки стічних вод підприємств спиртової промисловості є біологічне очищення, суть якого полягає у застосування гідробіонтів (мікроорганізмів) для звільнення води від небажаних домішок.
Досягнення останніх десятиліть мікробіологи, гідробіології та біотехнології дають змогу зтверджувати, що сучасні біологічні методи можна успішно використовувати для очищення стічної води від усіх без винятку розчинених у ній органічних сполук у будь-яких концентраціях, від іонів важких металів, нітратів, сульфатів, хроматів, а також від хвороботворних бактерій, вірусів тощо. Завдяки біологічному очищенню стічних вод можна не тільки знешкодити стічні води, а й відтворити якість води, використаної в промисловому виробництві. З точки зору відносної дешевизни, прибутковості, надійності та екологічної бездоганності біологічне очищення стічної води підприємств харчової промисловості має безсумнівну перспективу закріпній свою чільну роль в охороні водного басейну від забруднень.
До промислових методів біотехнології очищення належить обробка стічних вод аеробними (у біофільтрах, аеротенках тощо) та анаеробними (у метантенках, біореакторах тощо) організмами.
Природне і штучне біологічне очищення води було, є і буде основним методом охорони природних вод від хімічного та біологічного забруднення.
БІотехнологічне очищення води у всіх високорозвинених країнах - найбільш великотоннажне серед біотехнологій підприємств харчової промисловості.
Біологічні методи очищення води грунтуються на використанні тих чи інших істот та їхніх комплексів-біоценозів. В очищенні стічної води таких біоценозів нині відомо п'ять: біоплівка, активний мул, анаеробні мікроорганізми, селекціоновані мікроорганізми - деструктори певних забруднень, гідробіоценози, що становлять просторовий біоконвеєр.
На рис. 16.1 показана принципова технологічна схема найефективнішого ме-хано-бІологічного очищення промислово-побутових стічних вод - на чисту екологічно безпечну, біологічно повноцінну воду.
Для механічного очищення стічна вода 3 проходить через решітки 4, де затримуються грубі механічні домішки, потім через пісковловлювач 5, де відокремлюється пісок, І нарешті потрапляє у первинні відстійники 6, де під силою гравітації все, що важче за воду, осідає на дно.
Після цього вода перекачується в метантенки 1 на зброджування, з виділенням газу-метану, а через повний проміжок часу випускається на мулові майданчики з дренажем 2, а все, що легше за воду, піднімається на поверхню води, де збирається спеціальними пристроями в бункер і теж спрямовується в метантанк.
На всіх етапах проходження води крізь очисні споруди в ній відбуваються біологічні процеси. Але найбільш помітне біологічне очищення стічних вод відбува-
ється на другій біологічній стадії. У біореакторі з біоплівкою біомасу гідробіонтів 7, яка наростає під час очищення води, відділяють у вторинних відстійниках 8, звідси її подають або в метантенки 1 або на мулові майданчики 2.
Очищення води полягає в її повному знезараженні, тобто в знищенні в воді епідемічне небезпечних організмів та вібріонів. Для цього використовують хлорування, опромінювання ультрафіолетовим світлом та рідше - озонування.
При обробці очищених стічних вод хлором їх витримують протягом 20-30 хв у контактних резервуарах 10, а потім скидають у відкриті водойми.
Деякі вчені вважають хлорування стічних вод абсолютно неприпустимим. А тому розроблена надійна схема, яка включає процеси обробки флокулянтами і коагулянтами в апараті 11, відстоювання 12, фільтрування крізь пісок 13 і нарешті крізь активне вугілля 14. Осади при цій схемі згущують на фільтрах 15 і відправляють на звалище.
Рис. 16.1 Принципова схема механо-біолого-хімічної очистки стічних вод. 1 - метантенк; 2 - мулові майданчики; 3 - стічна вода; 4 - решітки; 5 - пісковлов-
лювач; 6 - первинний відстійник; 7 - біореактор (аеротенк з біоплівкою); 8 - вторинний відстійник; 9 - ємність для хлорування; 10 - контактний резервуар; 11 -ємність для флокуляції-коагуляцїї; 12 - відстійник; 13 -піщаний фільтр; 14 - фільтр з активним вугіллям; 15 - згущувач осаду
Своєрідним різновидом фільтра є новий тип очисних споруд, що набуває популярності в США, Великій Британії та Інших країнах світу, а саме мочари.
Мочари - це горизонтальний біофільтр, який моделює природні процеси очи-щення води (рис. 16.2). Інженерна горизонтальна спроруда в землі з гравійним завантаженням 2, розміщеним невеликою товщиною (до 1 м) на надійній гідроізоляції 1 з синтетичної плівки. Стічна вода 4 після механічного очищення розподіляється по ширині мочари перфорованою трубою 3 і дуже повільно просочується впродовж (1-3 діб) крізь обросле біоплівкою завантаження 2, на якому ще й щільно ростуть водяні рослини 5 - рогіз, очерет, водяний перець, череда, аїр тощо, що сприяють аерації води, яка очищається. Крім того, вони вилучають з води біогенні елементи, зокрема фосфор, калій, азот, а також важкі метали і завдяки своїй розгалуженій кореневій системі збільшують поверхню обростання біоплівкою. Природно очищена вода збирається перфорованою трубою 6 і відводиться в збірник чистої води.
Очисна споруда мочари не потребує ніяких енергетичних затрат на аерацію і переміщення води, вона проста в обслуговуванні, екологічно бездоганна І повинна зайняти гідне місце в системах очищення стічних вод харчової промисловості України.
|
| Рис. 16.2 Мочари. 1 - гідроізоляція; 2 - гравійне завантаження; З - розподільна труба; 4 - стічна вода; 5 - водяні рослини; 6 - труба збору очищеної води |
Біоплівка є основою для проектування ще одного типу очисних споруд типу біоконтакторів. Це напівзанурені у стічну воду пластмасові або металеві диски, барабани у вигляді склеєних між собою під різними кутами волокнистих йоржів, які інтенсивно обростають біоплівкою. Барабани чи диски прикріплені до вала, що повільно (біля 2 обертів за хвилину) обертається і біоплівка, яка наростає на розвиненій поверхні біоконтакторів, постійно то занурюється у стічну воду, сорбуючи з неї розчинні органічні речовини, де добре аерується й окислює (розкладає, мінералізує) різні забруднення. Частина біомаси змивається водою і виноситься з нею у вторинний відстійник, де й осідає.
|
Велику ефективність в очищенні стічних вод мають аєротенки з активним мулом. На рис. 16.3 показана схема залізобетонного аеротенка (висота 4-5 м, ширина 3-11 м, довжина 50-150).
Стічну воду подають з одного або декількох місць, вона контактує з регенерованим активним мулом, переміщується й аерується повітрям 3, яке подається в пристрій 5. Після біологічного очищення, яке триває 40...48 год, вода перетікає у відстійник 10, в якому активний мул 9 осідає. Зворотний мул 7 за допомогою насоса 6 подається в регенератор 1 аеротенка 4, де за рахунок аерації відбувається відновлення якості активного мулу. Надлишок активного мулу 8 спрямовується для одер-
жання біогазу.
Рис. 16.3 Схема аеротенка з активним мулом:
1 - регенератор; 2 - стічна вода; 3 - повітря; 4 - аеротенк;
5 - пристрій для розпилювання повітря; 6 - насос; 7 - зворотний мул;
8 - надлишковий мул; 9 - осад активного мулу; 10 - відстійник
В очищенні води за біологічним методом велику роль відіграють анаеробні бактерії, які в результаті своєї життєдіяльності створюють нестерпний запах стоків. Особливого поширення набули процеси анаеробного метанового зброджування осадів у спеціальних закритих герметичних залізобетонних спорудах - метанте-нках. У цих спорудах відбувається складні процеси перетворення різноманітних органічних речовин на кінцеві продукти метаболізму анаеробних бактерій: газ-ме-тан, діоксид вуглецю, водень, аміак, сірководень. Процеси зброджування стічних вод проводять в оптимальних режимах: мезофільний режим при температурі 30-35° С; термофільний режим при температурі 50-55° С. Горючі гази, що утворюються при бродінні (метан, водень) використовують як'енергоносії.
Внаслідок зброджування надлишкового активного мулу гідробіонти автолізу-ються, гідролізують усі складні високомолекулярні сполуки (білки, ліпіди, поліцукриди, нуклеїнові кислоти тощо), з яких складається біомаса, до простих речовин (амінокислот, вуглеводів, низькомолекулярних кислот та інше), які можуть засвоювати анаеробні бактерії.
Під час очищення висококонцентрованих стічних вод (понад 1000 мг О2/л за БСК), зокрема спиртових, крох мал е-патоко в их та інших заводів харчової промис-
ловості, а також свиноферм, птахофабрик, почали використовувати анаеробні мікроорганізми. При цьому зменшились експлуатаційні витрати на процес очищення стічних вод, з'явилась можливість одержання горючого біогазу, кормових концентратів (з вітаміном В12) та органо-мінеральних добрив.
Потужність очисних споруд з використанням анаеробних бактерій можна збільшити, а якість очищення стічних вод підвищити, якщо мікроорганізми в середовищі активного мулу Іммобілізувати (закріпити) на різних носіях. Анаеробний гранульований мул сьогодні швидко набуває популярності, його досить широко стали використовувати для очищення стічних вод переважно харчової промисловості. Слід також відзначити, що анаеробний гранульований мул є великим досягненням в очищенні стічних вод. Він має незаперечні переваги над аеробним активним мулом, оскільки не потребує енергетичних затрат на аерацію І перемішування стічних вод, а навпаки, виділяє високоенергетичне паливо - біогаз. Навантаження за органічними забрудненнями, що їх вилучають у деяких типах анаеробних біореакторів з високо концентрованих стічних вод харчових виробництв надзвичайно велике: до 60 кг ХСК/м3 за добу, так як споруди з біоплівкого мають окислювальну здатність 0,5 кг ХСК/м3 за добу, а з активним аеробним мулом - 2,5 кг ХСК/м3 за добу. Крім того, анаеробні бїореактори не викидають у повітря мікробних аерозолів і тому екологічно прийнятніші, ніж аеротенки. На жаль, анаеробний мул не спроможній очистити воду до кондицій, щоб скидати її у природні водні об'єкти, тому після анаеробної обробки стічну воду слід доочищати біологічно в аеробних умовах або фізико-хІмічними методами, наприклад, за допомогою мембранної технології.
Високоефективну технологію біогазу на стічних водах спиртових заводів розробили фахівці УкрНДІспиртбіопроду. Спиртова промисловість України, яка переробляє мелясу на спирт, скидає у відстійники біля 3,0...4,5 млн. м3/рік концентрованих стічних вод або 200...300 тис. т забруднюючих речовин за БСК. Таким чином під полями фільтрування зайнято 1500 га родючих земель. Це приводить до забруднення водоймищ і навіть питної води стоками, а також атмосфери сполуками з неприємними запахами, які утворюються при гнитті органічних речовин стічних вод.
Ученими Інституту розроблена технологія одержання біогазу та біологічної очистки стічних вод спиртзаводів.
Технологія характеризується використанням самих нових анаеробних біореакторів з адаптованим гранульованим активним мулом, що дозволяє в 10 раз зменшити об'єм метантенкІв. Доочистка води здійснюється спеціально підібраною асоціацією мікроорганізмів в аеробних умовах.
Промислові дослідження показали, що запропонована технологія дозволяє:
• досягти ефективності очистки БСК 99,9 %;
• одержати на одному заводі середньої потужності біля 5,5 млн. м3 біогазу на
рік, що відповідає 4 млн. м3 природного газу;
• очистити стічні води з будь-якою концентрацією забруднень до показників, які
дозволяють їх передачу у відкриті водоймища;
• скоротити час анаеробно-аеробної енергії, порівнюючи з комунальними очис
ними спорудами;
• зекономити паливо на виробництво спирту від спалювання біогазу на 50 %.
Інвестиції на будівництво установки окуплюються протягом 1 року.
