Скосырева, Екатерина Владимировна. Разработка технологии очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях : Скосирьова, Катерина Володимирівна. Розробка технології очищення стічних вод кондитерських підприємств від полідисперсних забруднень в аеробних умовах

Краткое описание

Скосырева, Екатерина Владимировна. Разработка технологии очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях : диссертация ... кандидата технических наук : 05.23.04 / Скосырева Екатерина Владимировна; [Место защиты: Волгогр. гос. архитектурно-строит. ун-т].- Волгоград, 2013.- 128 с.: ил. РГБ ОД, 61 14-5/823

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ
УНИВЕРСИТЕТ
04201452814
На правах рукописи
СКОСЫРЕВА ЕКАТЕРИНА ВЛАДИМИРОВНА
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД
КОНДИТЕРСКИХ ПРЕДПРИЯТИЙ ОТ ПОЛИДИСПЕРСНЫХ
ЗАГРЯЗНЕНИЙ В АЭРОБНЫХ УСЛОВИЯХ
05.23.4 - Водоснабжение, канализация, строительные системы охраны водных ресурсов
ДИССЕРТАЦИЯ
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Саинова Виктория Николаевна
Волгоград - 2013 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение 5
ГЛАВА 1 Аналитический обзор теоретических основ и современных технологий процесса очистки сточных вод пищевых произ¬водств 9
1Л Оценка современного состояния проблемы очистки производствен¬ных сточных вод кондитерских предприятий 9
1.2 Существующие технологии очистки сточных вод кондитерских
предприятий 11
1.2 Л Способы очистки сточных вод 12
1.2.2 Сооружения для комплексной очистки сточных вод 25
1.2.3 Существующие схемы очистки сточных вод кондитерских
предприятий от полидисперсных загрязнений 32
1.2.3.1 Схема I очистки сточных вод 33
1.2.3.2 Схема II очистки сточных вод 35
1.2.3.3 Схема III очистки сточных вод 36
1.3 Теоретические представления и основные направления исследова¬ния процесса очистки сточных вод активным илом 40
1.3.1 Теоретические представления о повышении эффективности
метода очистки сточных вод в аэробных и анаэробных усло¬виях 40
1.3.2 Кинетика процесса очистки сточных вод активным илом 41
1.3.2.1 Использование кинетики процесса для интенсифика¬ции технологии очистки сточных вод активным илом.. 41
1.3.2.2 Перспективность применения многоступенчатых схем комплексной очистки сточных вод для интенсифика¬ции процесса удаления полидисперсных загрязнений.. 44
1.3.3 Методика определения кинетических параметров биологиче¬ской очистки сточных вод 46
з
1.4 Выводы 48
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследования процесса очистки сточных
вод кондитерских предприятий в аэробных условиях 50
2.1 Основные цели и задачи экспериментальных исследований и реше¬ние их на основе теоретических предпосылок 50
2.2 Объекты и методики исследований 51
2.2.1 Характеристика производственных сточных вод ООО «Кон¬дитерская фабрика “Карон”» 51
2.2.1Л Характеристика производственного процесса 51
2.2.1.2 Характеристика качества и источники образования
сточных вод ООО «Кондитерская фабрика “Карон”»... 53
2.2.2 Методики анализа состава воды 56
2.3 Патентные исследования по разработке способа очистки сточных
вод 57
2.4 Выводы 61
ГЛАВА 3 Исследование технологических схем очистки сточных вод
кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях 62
3.1 Исследование процесса очистки сточных вод кондитерского пред¬приятия в аэробных условиях 62
3.1.1 Исследование одноступенчатой схемы очистки 62
3.1.2 Исследование двухступенчатой схемы очистки 66
3.2 Определение видового состава микроорганизмов активного ила 71
3.3 Определение констант уравнений ферментативных реакций для
процесса очистки сточных вод кондитерских предприятий в аэроб¬ных условиях 73
3.3.1 Одноступенчатая схема 74
3.3.2 Двухступенчатая схема 78
3.4 Анализ зависимости контролируемых параметров от регулирующих
для одноступенчатой и двухступенчатой схем очистки методом ли¬нейной регрессии 82
3.5 Выводы 90
ГЛАВА 4 Совершенствование процесса очистки сточных вод кондитер¬ских предприятий и технико-экономическая оценка реко¬мендуемой схемы очистки сточных вод 92
4.1 Совершенствование двухступенчатой схемы очистки сточных вод... 92
4.2 Технико-экономическая оценка рекомендуемой схемы очистки
сточных вод кондитерских предприятий 98
4.2.1 Экологическое обоснование проектируемых мероприятий 98
4.2.2 Экономическое обоснование проектируемых мероприятий 99
4.2.2.1 Обоснование необходимого объема инвестиций 99
4.2.2.2 Расчет издержек при эксплуатации установки очистки
сточных вод на ООО «Кондитерская фабрика “Ка¬рон”» 102
4.2.2.3 Расчет финансовых показателей 104
4.2.3 Расчет общей экономической эффективности проектируемых
мероприятий 106
4.3 Выводы 109
Общие выводы 110
Список литературы 112
Приложения 126
Приложение 1 127
Приложение 2 128
ВВЕДЕНИЕ
В Водной стратегии России до 2020 г., утвержденной распоряжением Правительства РФ от 17 ноября 2008 г. № 1662-р (с изменениями и дополнения¬ми от 8 августа 2009 г.), определены основные направления развития водохозяй¬ственного комплекса, обеспечивающего устойчивое водопользование, охрану водных объектов и защиту от негативного воздействия вод [36]. В качестве ос¬новной меры предусмотрено экономическое стимулирование сокращения сбро¬са загрязнений в составе сточных вод, предполагающее усиление ответственно¬сти за сверхнормативные сбросы и поддержку внедрения современных отече¬ственных промышленных технологий очистки [65].
В настоящее время пищевая индустрия занимает одно из ведущих мест среди активно развивающихся отраслей промышленности России, что выра¬жается в техническом переоснащении заводов [34]. Прежде всего, это затра¬гивает процессы производства продуктов питания. Предприятия приобретают новые технологические линии, покупателям предлагается широкий спектр новых продуктов. Стремление соответствовать высшему потребительскому уровню приводит к изменению технологии и качества производства, что вле¬чет за собой изменение состава формирующихся промышленных сточных вод. Основная часть сточных вод образуется в процессе мойки и гидротранс¬портировки сырья, мытья оборудования и от систем охлаждения. Поэтому сточные воды загрязнены в основном остатками сырья, полуфабрикатов, го¬товой продукции, моющими средствами [121]. В результате сточные воды за¬водов становятся более концентрированными по органическим загрязнениям.
На сегодняшний день не все действующие предприятия оборудованы со-временными очистными сооружениями. К ним относятся кондитерские и хле-бопекарные предприятия, производство на которых ранее считалось экологи¬чески безопасным, а нормами проектирования таких предприятий предусмат¬ривался сброс сточных вод в городскую канализацию практически без очистки, лишь рекомендовалась установка секционных жироуловителей в цехах [14].
Экономическое давление со стороны водоканалов и контролирующих органов все чаще ставят перед специалистами предприятий проблемы скри¬нинга надежных в эксплуатации и эффективных сооружений, гарантирующих стабильное и высокое качество очистки, либо реконструкции, модернизации или расширения уже имеющихся комплексов очистки сточных вод.
Отечественные и зарубежные ученые активно занимаются разработкой технологий очистки сточных вод от органических загрязнений, однако, не¬смотря на то, что перспективность применения многоступенчатых технологий комплексной очистки сточных вод для пищевых производств доказана, необ¬ходима разработка эффективной технологии комплексной очистки сточных вод непосредственно для кондитерских предприятий [77, 134-151].
Целью настоящей работы является теоретическое обоснование, разра¬ботка и исследование эффективной технологии очистки сточных вод конди¬терских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1) Проведение экспериментальных исследований:
- уточнение особенностей физико-химического состава сточных вод кондитерских производств на примере ООО «Кондитерская фабрика “Карон”» г. Астрахань;
- обоснование выбора метода очистки сточных вод;
- идентификация видового состава микроорганизмов активного ила по ступеням процесса биологической очистки сточных вод.
2) Отработка параметров аэробной биологической очистки сточных вод для оценки эффективности различных технологических схем на лабораторной установке сооружений комплексной очистки.
3) Разработка технологии очистки сточных вод кондитерских предприя¬тий, позволяющей использовать очищенные сточные воды повторно или осу¬ществлять их сброс в водоем, и технико-экономическая оценка ее эффективно¬сти.
Исследования проводились на базе кафедры Инженерной экологии и природообустройства Астраханского государственного технического универ¬ситета.
В работе представлены аналитические, экспериментальные и технологи¬ческие исследования по научному обоснованию технологии очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях.
Результатами выполненной работы являются рекомендуемые к внедре¬нию технология очистки и конструкция очистных сооружений, основанные на полном учете специфики аэробных процессов в многоступенчатых схемах.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1) на основе теоретических предпосылок и экспериментальных иссле¬дований выявлены особенности физико-химического состава загрязняющих веществ сточных вод кондитерских предприятий, служащие основанием для проведения экспериментальных исследований;
2) отработана в лабораторных условиях технология процесса очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях;
3) выявлены параметры режима работы комплексных сооружений очистки реальных сточных вод ООО «Кондитерская фабрика “Карон”»: в аэротенке первой ступени время аэрации 1,17 суток и доза активного ила
3,5 г/л; в аэротенке второй ступени время аэрации 0,73 суток и доза активного ила 2 г/л, для обеспечения максимальной производительности при заданном качестве исходной и очищенной воды;
4) впервые получены данные по кинетике процесса для двух ступеней комплексной очистки сточных вод кондитерских предприятий, необходимые для полной и глубокой биологической очистки, что позволит удовлетворить требования к сбросу очищенных сточных вод в водоём рыбохозяйственного назначения или повторному их использованию для технических целей и на благоустройство территории: для первой ступени максимальная удельная
скорость очистки - 357 мгБПК/г-ч, коэффициент ингибирования - 1,6 л/г, константа полунасыщения субстрата - ІЗОмгБПК/л; для второй ступени максимальная удельная скорость очистки - 90 мгБПК/гч, коэффициент инги¬бирования - 6,2 л/г, константа полунасыщения субстрата - 6,5 мгБПК/л.
Практическое значение работы. В лабораторных условиях получены и экспериментально подтверждены оптимальные параметры процесса очист¬ки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений.
Анализ научно-технической литературы и результаты эксперименталь¬ных исследований показали целесообразность и необходимость разделения процесса на стадии для формирования специфичного активного ила на каж¬дой ступени, что интенсифицирует работу сооружений в целом.
Результаты выполненных исследований рекомендуется применять для комплексной очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности (в частности для кондитерских предприятий) от полидисперсных загрязнений.
Разработанная технология очистки с оптимальными параметрами рабо¬ты сооружений подтверждена материалами теоретических и эксперименталь¬ных работ, показавших высокую степень сходимости, что обеспечило воз¬можность их использования в производственных условиях с учетом техноло¬гических особенностей предприятия.
На защиту выносятся следующие основные положения:
— константы уравнений ферментативных реакций, использование кото¬рых дает возможность усовершенствовать процесс очистки сточных вод в аэробных условиях и позволяет установить размеры сооружений в многосту¬пенчатых схемах, а также оптимальный режим их работы;
— исследованные многоступенчатые схемы очистки сточных вод конди¬терских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях;
— разработанная технология очистки сточных вод, позволяющая 80% очищенной воды использовать повторно для технических целей и на благо¬устройство территории или осуществлять сброс в водоем рыбохозяйственно¬го назначения в соответствии с действующими нормативами.

Список литературы

4.2 Выводы
1. В результате исследований, выполненных экспериментально, и опти-мизационных расчетов показана перспективность многоступенчатых схем. Для очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных за¬грязнениями рациональна двухступенчатая схема с илоотделителями на каж¬дой ступени. Ее применение позволяет значительно сократить объемы соору¬жений по сравнению с одноступенчатой схемой.
2. Подтверждено, что процесс комплексной очистки сточных вод кон-дитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях описывается модифицированными уравнениями ферментативных реакций.
3. Использование уравнений ферментативных реакций позволяет усо-вершенствовать процесс очистки, выбрать рациональные соотношения объе¬мов сооружений в многоступенчатых схемах и другие технологические пара¬метры их работы.
4. Внедрение установки очистки сточных вод на ООО «Кондитерская фабрика “Карон”» является рентабельным, так как при капитальных вложе¬ниях 21192,9 тыс. руб. и текущих затратах 2457,4 тыс. руб. окупается на седьмой год с момента запуска очистных сооружений. Внедрение установки позволит значительно снизить и ликвидировать издержек на уплату штрафов от сбросов сточных вод ненадлежащего качества в водоем, что наверняка от¬разится на состоянии водоема, принимающего сточные вод от предприятия.
по
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
1. Сравнительный анализ сточных вод ряда кондитерских предприя¬тий с расходом от 50 до 500 м3/сут, показывающий, что диапазон изменения значений по основным нормируемым ингредиентам и соотношению БПК/ХПК более 0,5, подтверждает целесообразность применения для данного вида сточных вод биологической очистки, но недостаток азотного питания указывает на необходимость разделения процесса на стадии для формирова¬ния специфичного активного ила на каждой ступени.
2. Анализ усредненного состава сточных вод и компонентного со¬става белковых веществ в стоках кондитерских предприятий показал, что сточные воды являются многофазной системой, содержащей органические за¬грязнения, относящиеся к белкам, жирам, углеводам, имеющим разные ско¬рости окисления и при их совместном присутствии требующие оценки их свойств и отношения удельных скоростей окисления на ступенях очистки.
3. Экспериментально установлено, что процесс окисления полидис- персных загрязнений сточных вод кондитерских предприятий в аэробных условиях описывается модифицированными уравнениями ферментативных реакций, для которых на каждой ступени были определены константы и ко¬эффициенты: для первой ступени максимальная удельная скорость очистки 357 мгБПК/г'Ч, константа полунасыщения субстрата 130 мгБПК/л, коэффи¬циент ингибирования 1,6 л/г; для второй ступени максимальная удельная ско¬рость очистки 90 мгБПК/гч, константа полунасыщения субстрата
6,5 мгБПК/л, коэффициент ингибирования 6,2 л/г.
4. Экспериментально и математическими расчетами доказано пре-имущество использования для очистки сточных вод кондитерских предприя¬тий от полидисперсных загрязнений двухступенчатой схемы с илоотделите- лями на каждой ступени, применение которой позволяет сократить объемы сооружений по сравнению с одноступенчатой.
5. Полученные уравнения ферментативных реакций положены в ос¬нову совершенствования процесса очистки и расчета зависимостей для со¬оружений и технологических параметров. В аэротенке первой ступени время аэрации 1,166 суток и доза активного ила 3,5 г/л; в аэротенке второй ступени время аэрации 0,727 суток и доза активного ила 2 г/л.
6. Технико-экономическая оценка предполагаемых внедрений пока¬зала, что внедрение установки очистки сточных вод на ООО «Кондитерская фабрика “Карон”» можно считать рентабельным, так как при капитальных вложениях 21192,9 тыс. руб. и текущих затратах 2457,4 тыс. руб. окупается на седьмой год с момента запуска очистных сооружений.
Результаты исследований внедрены ООО «Кондитерская фабрика “Карон”» и ООО «АВС», что подтверждено актами внедрения результатов кандидатской диссертационной работы. Предложенные решения прошли производственную экспертизу и используются ООО ПСФ «ГЕОэкспресс» г. Астрахань в проектировании строящихся и реконструируемых кондитер¬ских предприятий.