Статьи

В.Б.Смирнов. Пути организации обработки сточных вод молочных предприятий.

                                                                                

В соответствии с требованием законодательства РФ (№ 416-ФЗ «О водоснабжении и водоотведении») предприятия, в результате функционирования которых образуются жидкие отходы, должны обеспечивать их приемлемую очистку. Для очистки жидких отходов, где основную часть составляет вода, практикуют два варианта:

  • доочистку на локальных очистных сооружениях до норм сброса в городскую канализацию;
  • очистку сточных вод на собственных очистных сооружениях или совместно с другими предприятиями со схожими стоками до норм сброса в водоем.

 

Как правило, осуществляют сброс в водоем, имеющий рыбохозяйственное значение, так как в России таких водоемов большинство. Требования к качеству сбрасываемых сточных вод установлены в приказе Федерального агентства по рыболовству от 18.01.2010 г. № 20 «Об утверждении нормативов качества воды водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения». Для водоема, не имеющего рыбохо зяйственного значения, действуют другие охранные режимы. Какой вариант выбрать – зависит прежде всего от состава и объема стоков и существующего положения дел по их очистке на предприятии. Большинство предприятий предпочитают вариант с локальными очистными сооружениями (ЛОС) из-за того, что они обходятся дешевле. За скобками остаются качество очистки и реорганизация сбора сточных вод в основной технологии. Для сравнения, стоимость сооружений для локальной очистки стоков на 1–2 порядка ниже соответствующих сооружений для комплексной очистки. На фоне выигрыша в деньгах и «спокойной жизни» руководителя ЛОС ста новится панацеей. При выборе схемы очистки следует оценивать не только текущие затраты по оплате штрафов за ненормативный сброс. Ограничившись ЛОС, штрафы скорее всего предприятие пла тить не будет, но при функционировании локальных очистных сооружений образуются объемные отходы, за размещение которых придется тоже заплатить.

Под давлением законодательства предприятия вынуждены задумы ваться об очистке генериру емых ими технологических сточных вод. При этом, как правило, во главу угла ставится технология основного производства, которая по замыслу инженерного корпуса предприятия не подлежит никакой коррекции для целей оптимизации очистки сточных вод. Это – первая ошибка, которую совершает предприятие, разрубив связь основной технологии и технологии очистки стоков, превратив единый технологический цикл в два плохо стыкующихся и даже мешающих друг другу процесса. Понятно, так проще решать задачу, тем более, что очистку сточных вод предприятие может передать специализированной компании, предоставив сведения об объеме стоков, их составе, неравномерности поступления, пиковых значениях концентраций загрязнителей и расписание моек. Все, дело вроде бы сделано, проект готов, возможно, даже реализован. А по факту очистные сооружения эксплуатируются «для галочки», все сливается в городскую канализацию в лучшем случае, а в худшем – в канаву в овраге, и ни о какой эффективности очистки речи не идет. Такова реальность, однако не следует заблуждаться в отношении намерений законодателя и оставлять этот вопрос без внимания, не говоря уже о рисках, возникающих со стороны конкурентов, прессы и общественных организаций, для которых такие истории весьма аппетитны.

Таким образом, одной из ключевых предпосылок успеха предприятия, его устойчивости в будущем является увязанная и контролируемая технология, включающая все процессы, происходящие с сырьем и ресурсами внутри производства. Должен быть найден некий оптимум между основной технологией в части образования стоков и возможностями их очистки, так как в итоге все затраты несет предприятие. Часто незначительное изменение целевой производственной технологии позволяет существенно упростить или облегчить очистку стоков. Основные приемы, позволяющие снизить затраты на очистку стоков, давно известны: разделение стоков по составу, ориентация на повторное использование воды, извлечение ценных продуктов из отходов перед их сбросом. Некоторые подходы могут быть присущи только конкретному предприятию в связи с его локальными особенностями, например, использовать стабилизированные стоки для обработки силоса, а сгущенный анаэробный ил – для удобрения почвы.

Для того чтобы полнее представить возможности организации оптимальной работы со сточными водами и увязку с основной технологией, следует рассмотреть источники сточных вод и их состав на молокоперерабатывающих предприятиях, а также существующие методы обработки сточных вод. Нормативное водоотведение составляет 3–4 м3 на 1 т перерабатываемого молока [1], по другим сведениям – 5– 7 м3/т [2], а на практике водоотведение может достигать 15 м3/т. Основной объем сточных вод на молокоперерабатывающих предприятиях образуется после мойки основного технологического оборудования (емкостей, трубопроводов, тары). Предприятия, работающие на свежем молоке (прежде всего, сыродельные и маслодельные, а также низовые молочные заводы), характеризуются выраженной сезонной неравномерностью по производительности. Это приводит к сезонным максимумам и минимумам часового и суточного расходов сточных вод: в летний период продолжительность рабочего дня на предприятии больше и выше среднечасовой расход сточных вод. Объемы сточных вод, генерируемые на молочном заводе, подлежат анализу на предмет их сокращения, для чего следует рассмотреть, каким образом организована мойка оборудования, возможно ли повторное использование промывных вод и моющих растворов, целесообразно ли это, как соблюдаются нормы расхода воды и есть ли возможность их сократить без ущерба для целевой производственной технологии.

Таблица 1. Состав сточных вод основных типов молокоперерабатывающих предприятий.

Показатель Городские молочные заводы Молоко-приемные пункты низовые Маслодельные
заводы
Заводы по производству
сухих молочных продуктов
Сыродельные
заводы
Молочно- консервные комбинаты
[2] [3] [2] [2] [3] [2] [2] [3] [2]
Взвешенные вещества, мг/л 300 300 300 400 300 300 500 500 300
ХПК, мг/л О2 1400 1400 900 1500 1200 1200 3000 3000 1200
БПКполн, мг/л О2 1100 1100 700 1200 1000 1000 2400 2400 1000
Жиры, мг/л 100 100 100 100 100 100 100 100
Азот общий, мг/л 60 60 30 60 40 50 90 90 50
Фосфор общий Р2О5 (мг/л) 8 8 3 8 6 7 16 16 7
рН 6–8 6–8 6–8 5,5–8 6–8


В табл. 1 обобщены показатели загрязненности сточных вод для различных типов молокоперерабатывающих предприятий. Основными компонентами сточных вод являются молочные белки, жиры и лактоза. Фазово-дисперсный состав загрязнений неоднороден. Взвешенные вещества представлены частицами творога и жира, сырным зерном, молочными пленками. На взвешенные вещества приходится до 45 % всех органических загрязнений (ХПК). Минеральная часть взвешенных веществ представлена преимущественно частицами грунта, песка, попадающими в стоки при мойке помещений. До 30 % всей органики (ХПК) приходится на гидратированные частицы молочного жира и белка. В растворенном состоянии (25 % всего ХПК) находятся лактоза и органические кислоты. Довольно много в стоках может быть хлоридов, их содержание для сыродельных заводов достигает 800– 1000 мг/л [1].Наиболее загрязненный сток (при одинаковом удельном водоотведении) генерируют предприятия с низкой глубиной переработки молока (сброс сыворотки) и неконтролируемыми потерями (сброс некачественного сырья, вынос белка).

Таблица 2. Жидкие отходы и пути их утилизации

Вид отходов Процесс Тип мембранных
элементов
Продукт
Молочная сыворотка Ультрафильтрация Полимер/рулон Концентрат сывороточных
белков (КСБ 35-85)
Микрофильтрация +
ультрафильтрация
Керамика/трубка Изолят сывороточных белков (ИСБ-90)

Полимер/полое
волокно
Полимер/рулон
Нанофильтрация +
диафильтрация
Полимер/рулон Концентрированная частично деминерализованная сыворотка
Нанофильтрация +
электродиализ
Полимер/рулон Концентрированная деминерализованная сыворотка
Полимер/лист
«Белая вода» от промывки оборудования и трубопроводов Обратный осмос Полимер/рулон Близкий по составу к обезжиренному молоку или с более высоким содержанием белка
Отработанный рассол от
посолки сыров
Микрофильтрация Полимер/полое
волокно
Рассол для посолки сыров на повторное использование
Полимер/рулон
Отработанный щелочной/кислотный моющий раствор от CIP-станции
Нанофильтрация Керамика/трубка Щелочной/кислотный моющий раствор на
повторное использование
Конденсат выпарных
установок
Обратный осмос +
УФ-стерилизация
Полимер/рулон Вода для CIP и технологиче ских нужд

В табл. 2 показаны основные виды жидких отходов с молокоперерабатывающих предприятий и способы их утилизации. Жидкие отходы, перед тем как их объединят между собой, возможно утилизировать, добившись почти 100 %-ной глубины переработки молока, одновременно решив проблему сточных вод. Теоретически это так, но стоимость технологии полного цикла в настоящее время, вероятнее всего, делает ее недоступной. Однако методы, представленные в табл. 2, и основанные на них технологии развиваются и со временем становятся доступными. Например, в середине 1980-х годов метод ультрафильтрации был показан как эффективный способ создания замкнутой системы мойки молоковозов и цистерн, однако считался бесперспективным в связи с высокой стоимостью мембран и необходимостью их регенерации [4–6]. Прошло 18 лет, и сегодня ультрафильтрация успешно используется для очистки бытовых стоков, эксплуатируются биореакторы, где ключевым элементом являются ультрафильтрационные мембраны. Поэтому следует критически относиться к ограниченному набору технологий водоочистки, который в каждой отрасли промышленности традиционно свой.

Рассмотрим кратко традиционные технологии очистки сточных вод на молокоперерабатывающих заводах. Как правило, это механические, физико-химические и (или) биологические методы. Физико-химическим методы обработки формируются следующим пуломтехнологий: коагуляция, фильтрование, флотация, отстаивание, адсорбционные процессы, реагентная обработка, баромембранные процессы. Самой доступной и достаточно эффективной из перечисленных технологий является флотация с предварительной обработкой стока коагулянтом, которая наиболее востребована при проектировании локальных очистных сооружений. Реагентная флотация, будучи эффективной в отношении жировых загрязнений, не может решить проблему очистки от растворенных загрязнений (углеводов). Кроме того, в процессе работы флотатора образуется поток концентрированных сточных вод (до 10 % объ ема исходного стока), который требует стабилизации и обезвоживания. Биологические методы удаления органических загрязнений из сточных вод считаются наиболее экономически эффективными и экологически приемлемыми – и одновременно трудноорганизуемыми. Наиболее широкое распространение получила очистка с помощью аэробных микроорганизмов, осуществляемая в аэротенках. Однако применительно к высококонцентрированным сточным водам молочной промышленности традиционные технологии аэробной биологической очистки в аэротенках обладают существенными недостатками:

  • высокий расход электроэнергии на аэрацию;
  • высокий прирост избыточной биомассы с плохими водоотдающими свойствами и требующей стабилизации;
  • неустойчивость к залповым сбросам легкоокисляемых загрязнений, перерывам в подаче сточных вод.

Частично с этими недостатками удалось справиться благодаря технологии удаления биогенных элементов из стока. Наряду с эффективным удалением азота снижено потребление кислорода воздуха, а за счет встраивания мембран в аэротенк удалось увеличить концентрацию активного ила в биореакторе в 2– 4 раза, а следовательно, при прочих равных условиях сильно уменьшился размер сооружений и капитальных затрат. Следует упомянуть о технологии очистки сточных вод с использованием биофильтров с различными загрузками, которые тоже получили значительное распространение. Однако биофильтры быстро дестабилизируются при залповых выбросах жира и выносе белковых частиц, что приводит к срыву режима и загниванию фильтра. Особняком стоящей технологией биологической очистки сточных вод считается предварительное анаэробное сбраживание, позволяющее в отличие от традиционного аэробного метода обеспечить минимальный прирост активного ила, в качестве побочного продукта образуется газообразный метан. Преимуществами анаэробного предварительного сбраживания можно считать: формирование минимального объема ила – до 80–95 г сухого вещества осадка на 1000 г удаленного ХПК, приблизительно в 10 раз ниже, чем в аэробном реакторе; ил, образуемый в анаэробных условиях, хорошо подвергается дальнейшему обезвоживанию; выделение метана (300 л на 1000 г удаленного ХПК) [7]. Однако трудность организации данной технологии в рамках молокоперерабатывающего предприятия тормозит внедрение этого метода. Лучшая практика состоит в том, чтобы комплексно подойти к проблеме обработки стоков, с замахом на получение прибыли от этого участка производства. То есть, чтобы обработка стоков трансформировалась в переработку стоков, а на выходе этой технологии был хотя бы один полезный продукт, использование которого приносило если не прибыль, то хотя бы не вело к убыткам. Редкий руководитель возьмется за столь масштабный и рискованный проект, но если все же у него хватит доводов для инвесторов и он сможет собрать грамотную мотивированную команду, успех и удовлетворение от работы гарантированы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Шифрин С.М. и др. Очистка сточных вод предприятий мясной и молочной промышленности. – М.: Легкая и пищевая промыш- ленность, 1981.

2. Канализация населенных мест и промышленных предприятий: справочник про- ектировщика. – М.: Стройиздат, 1981.

3. Нормы технологического проектирования предприятий молочной промыш- ленности (ВНТП 645/1347–92). – М., 1992.

4.Машенков A.A.Очистка сточных вод молокоперерабатывающей промышленности методом ультрафильтрации // Исследования сетей, аппаратов и сооружений водоснабжения и водоотведения / Казан. гос. архит.- строит. акад. – Казань, 1997. С. 72–74.

5. Сухарев Ю.И. и др. Очистка сточных вод предприятий масложировой промышленности: обзорная информация. – Челябинск.: Южно-Урал. гос. ун-т, 1998. – 44 с.

6. Рабилизоров М.Н. Современные методы извлечения ценных компонентов из вторичного сырья и сточных вод молочной промышленности: обзорная информация. – М.: ЦНИИТЭИмясомолпром, 1986. – 32 с.

7. Данилович Д.А. Интенсификация очистки сточных вод предприятий молочной промышленности в анаэробных условиях: дис. … канд. техн. наук. – М., 2005.

Проектирование         Строительство под ключ      Дилерам        Обследование очистных сооружений     Статьи

тел.:   (495)660-0771 (многоканальный) факс: (495)660-0772

г. Москва, ул. Ткацкая, 1

Rambler's Top100