Меню Рубрики

Анализ сточных вод пищевой промышленности

ХАРАКТЕРИСТИКА ЗАГРЯЗНЕНИЙ СТОЧНЫХ ВОД ПРЕДПРИЯТИЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Сточные воды различных пищевых заводов представляют собой сложную физико-химическую систему. В ней задерживаются не только растворимые частицы, но и частицы различной степени дисперсности (от 10 -9 до 10 -2 м).

В сточных водах кроме взвешенных частиц содержится значительное количество загрязнителей — растворенных веществ органического и неорганического происхождения. В стоках не содержатся ксенобиотики, т. е. вещества, чуждые жизни, но это не исключает наличия в стоках опасных для жизни тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов и канцерогенов.

О содержании органических веществ в воде судят по такому показателю, как окисляемость. Наиболее полное окисление загрязнителей в кислой среде достигается при использовании бихромата калия. Окисляемость бихромата калия, называемая также химическим потреблением кислорода ХПК (мг О2/Л воды), — один из главных показателей степени загрязнения сточных вод. ХПК — это количество кислорода, эквивалентное количеству расходуемого окислителя, необходимого для окисления всех восстановителей сточных вод. Чем выше этот показатель, тем грязнее вода.

Показатель ВПК (биологическое потребление кислорода, мг 02/л) дает представление о кислороде, необходимом для окисления за1рязнителей органического происхождения биохимическим путем. При этом определяют значение БПК5 или БПКп, т. е. учитывают потребление кислорода за 5 сут и полное (за 20 сут). Соотношение БПКп : БПК5 1,5 : 1,8. На практике в сточных водах наиболее часто определяют ХПК и БПК5.

Для более полной характеристики в сточных водах определяют температуру, активную кислотность (pH), количество взвешенных веществ, сухой осадок, наличие сульфатов, хлоридов и сероводорода, а также цветность, степень прозрачности сточных вод и их запах, содержание азота и фосфора.

Значение pH характеризует степень агрессивности сточных вод. К неагрессивным водам относят воды со значением pH

6.5. 8.0, к слабоагрессивным — воды с pH 6,0. 6,5 и 8,0. 9,0; сильноагрессивные воды имеют рН 9,0.

По концентрации взвешенных веществ (мг/л) сточные воды делят на четыре группы: 1-я — 500, 2-я — 500. 5000, 3-я —

5000. 30 000, 4-я — более 30 000.

В настоящее время применяют механические, химические, физико-химические и биологические способы очистки сточных вод. Выбор способа очистки зависит от количества стоков, вида и концентрации загрязнителей, требуемой степени очистки, местонахождения предприятия, наличия городских канализационных систем, а также размера водоема и его типа.

Выбрав оптимальный вариант схемы очистки, можно очистить сточные воды от органических загрязнений на 85. 98 %, от механических — на 95—98 %.

Механические способы очистки. На первом этапе очистки сточных вод применяют механические способы, основанные на удалении из них взвешенных и плавающих частиц. В промышленности широко используют песколовушки, решетки, отстойники и жироловушки.

Крупные примеси удаляют через стационарные решетки с просветом между прутьями до 40 мм. Для удаления мелких частиц используют стационарные и другие сита. Для удаления нерастворимых минеральных соединений сточных вод используют песколовушки с различными фильтрующими материалами. Продолжительность осаждения взвешенных частиц в отстойниках не должна превышать 2 ч во избежание гнилостного разложения органических веществ. Жироловушки — это сборники жировых загрязнений сточных вод, обеспечивающие небольшую скорость истечения сточных вод. Жировые загрязнения всплывают на поверхность, и их удаляют из аппаратов.

Химические способы очистки. Основаны на взаимодействиях химических реагентов с загрязняющими веществами. В результате химических процессов повышается уровень безопасности воды, снижается цветность и исчезают неприятные запахи. Химические процессы в ряде случаев способствуют удалению из сточных вод взвесей, коллоидных и растворенных соединений. Химическую очистку обычно проводят вместе с механической или биологической очисткой.

Для обеззараживания сточные воды хлорируют или обрабатывают озоном; для нейтрализации сточных вод бутылкомоечных машин используют кислоты или их соли. Для удаления взвешенных частиц применяют сульфит алюминия. В ряде случаев прибегают к аэрированию сточных вод перед спуском их в прямоточные водоемы. Это способствует окислению сточных вод и служит биологической очисткой благодаря обогащению воды кислородом, необходимым для жизнедеятельности микроорганизмов активного ила.

Физико-химические способы очистки. Основаны на процессах адсорбции, дистилляции, ионного обмена, осмоса и др. Для очистки стоков от органических веществ применяют активированный уголь. Этот способ эффективный, но дорогостоящий. Перспективны, хотя и энергоемки, электрокоагуляционные и электрофлотационные способы очистки сточных вод, прежде всего от загрязнителей микробного происхождения. В пищевой промышленности эти способы очистки пока распространения не получили.

Биологические способы очистки. Широко распространены в пищевой промышленности. К ним относят аэробное и анаэробное брожение сточных вод в заводских условиях, орошение почвы сточными водами, очистку сточных вод в биологических прудах и фильтрах. При анаэробной очистке, которую применяют для очистки промышленных высокозагрязненных вод органическими веществами (БПКп>10 000 мг О2/л), используют метановое брожение. Как правило, это предварительная ступень перед аэробной очисткой, в основе которой лежат процессы, обусловленные присутствием микроорганизмов активного ила. Наиболее часто очистку сточных вод проводят по схеме механическая очистка — биологическая очистка — химическая очистка с целью обеззараживания стоков перед спуском в водоем.

Под биологической очисткой сточных вод понимают очистку, осуществляемую специальными микроорганизмами, способными окислить загрязнители стоков до минеральных веществ. Загрязнители стоков в этом случае служат для микроорганизмов легкоусвояемыми источниками питания и энергии. При аэробной очистке, происходящей при продувании воздуха, используют активный ил — смешанную культуру различных систематических групп — бактерий, актиномицетов, грибов, водорослей и членистоногих. Основу биомассы составляют бактерии. Благодаря тому что общая поверхность 1 г сухой биомассы составляет около 100 м2, очистка стоков биохимическим путем идет быстро.

При решении вопроса о биологической очистке воды (аэробной или анаэробной) необходимо знать состав стоков и степень их загрязнения. Важно, чтобы в биореактор поступали сточные воды с наличием С, N и Р в усвояемой форме, а соотношение компонентов субстрата имело вид: БПКп : N : Р = 100 : 5 : 1. Кроме того, необходимо соблюдать неравенство БПКП : ХПК > 0,75, а также условия, при которых содержание взвешенных частиц в сточных водах было не более 10 г/л. Диапазон pH вод должен находиться в пределах 6,5. 8,5. Это значение pH должно быть стабильным для воды, поступающей в биореактор.

Сточные воды по характеру загрязнения делят на категории. Например, сточные воды спиртовых заводов, перерабатывающих зерно и картофель, делят на три категории: 1 -я — условно чистые (теплообменные воды), 2-я — транспортерно-моечные, 3-я —производственно-бытовые. На заводах, перерабатывающих зерно, сточные воды, как правило, только 1-й и 3-й категорий. Теплообменные воды характеризуются следующими показателями: температура 30. 60 °С, pH 7,0. 8,0, запах 0. 3 балла, прозрачность 10. 30 см, содержание сухого остатка 300. 1000 мг/л, БПКп=5. 15 мг О2/Л, ХПК=5. 40 мг 02/л. Такая вода очистке не подлежит и используется в производстве многократно.

Состав транспортерно-моечной воды II категории при переработке картофеля иной. Ее температура 10. 15 °С, pH 6,5. 7,5, взвешенные вещества — 12. 14 r/л, БПКп=200. 400 мг 02/л, ХПК=400. 600 мг О3/л.

К 3-й категории относятся воды после мойки, замачивания и транспортирования зерна, мойки и дезинфекции оборудования, воды от продувания паровых котлов, от рыхления и промывки реакторов химводоочистки, мойки производственных помещений. Суммарный сток вод 3-й категории спиртовых заводов, перерабатывающих зерно и картофель, характеризуется такими усредненными данными: температура 30 °С, pH 6,0, концентрация взвешенных веществ 550 мг/л, БПКп=500. 700 мг О 2/л и ХПК=700. 1200 мг О3/л.

Сточные воды мелассно-спиртовых заводов делятся на четыре категории: 1-я — условно чистые, 2-я — воды от продувания котлов и регенерации реакторов химводоочистки, 3-я — лютерная вода, барометрические воды и конденсаты, полученные при упаривании барды, и 4-я — воды после мойки оборудования и хо-зяйственно-бытовые стоки, а также послеспиртовая и послеме-лассная барда.

Воды 1-й и 2-й категорий близки по своему составу аналогичным водам спиртовых заводов, перерабатывающих зерно и картофель. Лишь БПКп конденсатов вторичных паров достигает 2500 мг О3/л.

Очень высокой степенью загрязнения отличаются воды 4-й категории и мелассная барда как послеспиртовая, так и после-дрожжевая.

Показатели воды 4-й категории: pH 5,5. 6,2, содержание сухого остатка 750 мг/л, БПКп=1000. 4500 и ХПК=1000. 4000 мг 02/л. В мелассной послеспиртовой барде эти показатели достигают следующих значений: pH 5,0, содержание сухого остатка

62. S2 г/л, БПКП=45. 60 г О3/л, ХПК=50. 67 г О3/л, а в пос-ледрожжевой мелассной барде pH 4,5. 5,0, концентрация взвешенных веществ 1. 5,6 г/л, БПКп=18. 42 г О3/л и ХПК=20. 48 г О3/л. Усредненный сток из цеха хлебопекарных дрожжей при спиртзаводе имеет БПКп=11 г О3/л.

Сточные воды сахарных заводов также условно разбиты на три категории: 1-я — конденсаты и вода от охлаждающих установок, 2-я — транспортерно-моечные воды и 3-я — производствен-

ные воды (осадки транспортерно-моечных и жомопрессовых вод, моечные воды после обработки оборудования, стоки ТЭЦ и др.).

Воды 3-й категории сильно загрязнены, состав их непостоянен и зависит от качества сырья и системы водоотведения. В качестве примера приведем состав жомопрессовой воды: температура 48 °С, концентрация взвешенных веществ 5 г/л, pH 6,8, БПКп=1,5. 3,5 г О2/Л и ХПК=2. 5 г О2/Л. К воде 3-й категории относят и хозяйственно-бытовые воды. Их подвергают биологической очистке.

В состав промышленных стоков специализированных дрожжевых заводов входят последрожжевая мелассная бражка, моечные воды после обработки оборудования. Они содержат минеральные и органические загрязнители. Цвет вод от кофейного и темно-желтого до грязно-серого, pH 6,5, БПКп=1,5. 6,5 г О3/л, ХПК=0,67. 2,3 г О2/Л, концентрация взвешенных веществ

Стоки пивоваренных заводов разнородны. Различают стоки солодовенных цехов, основного производства и стоки цехов розлива. Общий усредненный сток имеет такие показатели: pH

6.0. 7.0, концентрация взвешенных веществ 100. 400 мг/л, БПКп=400. 1000 мг О3/л и ХПК=600. 1200 мг О3/л.

Состав общих стоков заводов безалкогольных напитков: pH 6,8, концентрация взвешенных веществ 200 мг/л, БПКп=400 мг О3/л и ХПК=600 мг О3/л. Эти стоки бедны азотом, фосфором и должны подвергаться аэробной очистке вместе с хозяйственно-бытовыми водами.

Воды первичного и вторичного виноделия также подвергают биологической очистке.

Стоки хлебозаводов и кондитерских фабрик — богатая среда для микроорганизмов активного ила. Стоки первых характеризуются наличием взвешенных частиц (150 мг/л), pH 6,0. 7,0, БПКп=500. 700 г О3/л и ХПК=600. 800 мг О3/л. Стоки кондитерских фабрик содержат лишь большое количество взвешенных частиц и небольшое — азотсодержащих веществ, жира. Остальные показатели почти идентичны.

При расположении промышленного предприятия в черте города или вблизи него сточные воды может принять по договору на комбинированную очистку (механическую, биологическую — аэробную и химическую) городской водоканал. При этом заводу необходимо знать следующие правила: производственные стоки завода не должны нарушать работу канализационных сетей и сооружений, способствуя коррозии или отложению осадков; концентрация взвешенных частиц вод не должна превышать 500 мг/л, pH не должно быть ниже 6,5 и выше 8,5, температура стоков должна быть не выше 40 °С. В таких водах не должно быть веществ в концентрациях, препятствующих биологической

очистке стоков города, опасных бактериальных и токсических загрязнений, смол, мазута и бензина.

При необходимости в стоках контролируют также значение ПДК (мг/л) и других загрязнителей с учетом их лимитирующих показателей вредности: санитарно-токсикологических, общесанитарных и органолептических.

При отведении сточных вод (очищенных и слабозагрязнен-ных) в водоемы необходимо указывать гигиенические требования к составу и свойствам водных объектов в пунктах хозяйст-венно-питьевого (1) и культурно-бытового (2) водоиспользова-ния; степень возможного смешивания и разбавления сточных вод водного объекта на участке от места спуска сточных вод до расчетных (контрольных) створов ближайших пунктов забора воды на хозяйственно-питьевые (1), культурно-бытовые (2) нужды населения; фоновые показатели качества воды водного объекта.

Реальный сброс очищенных сточных вод ПДС’ (м3/ч) не должен превышать предельно допустимого сброса ПДС (м3/ч), при котором качество воды в створе реки должно быть не ниже показателей, оговоренных Правилами охраны проточных вод для водоемов 1-й и 2-й категорий.

Ниже приведены показатели промышленных сточных вод, лимитирующие их сброс в открытые водоемы.

Концентрация взвешенных веществ в воде водоема после спуска сточных вод не должна увеличиваться более чем на 0,25 и 0,75 мг/л соответственно для 1-й и 2-й категорий водоемов. В сточных водах не должны присутствовать минеральные масла и другие плавающие вещества. Вода водоема не должна приобретать несвойственные ей запах, привкус и окраску. Температура воды водоема в результате спуска стоков не должна возрастать более чем на 3 °С в сутки по сравнению со среднемесячной температурой самого жаркого месяца за последние 10 лет. Реакция воды должна быть в пределах 6,5 2/л). В воде водоема после смешивания с ней сточных вод растворенного кислорода должно быть менее 4 мг/л в любое время года (в пробе, отобранной до 12 ч дня).

Эти категории вод предназначены также и для водоснабжения пищевых предприятий.

Таким образом, строгие правила к сбросу сточных вод промышленных предприятий в водоемы предъявляют высокие требования к степени очистки загрязненных сточных вод с учетом их состава и свойств. Канализационные городские системы также требуют определенной подготовки сточных вод промышленных предприятий. Сточные воды хлебозаводов и кондитерских фабрик, только пройдя механическую очистку через сита,

направляют на биологическую очистку в систему городской канализации. Иногда возникает необходимость улавливания жировых веществ.

Пивоваренные, ликеро-водочные заводы и заводы по производству безалкогольных напитков, заводы вторичного виноделия, шампанских вин располагают локальными очистными установками для механической очистки и нейтрализации стоков после БММ (pH 10,0. 12,0) с последующим отстаиванием. Предварительно очищенные сточные воды направляют в канализацию. Ряд дрожжевых заводов также пользуется услугами городских канализационных систем.

Сахарные, спиртовые и солодовенные заводы расположены в сельской местности. Стоки их сильно загрязнены. Такие заводы, как правило, располагают собственными очистными сооружениями для биологической очистки стоков в естественных или искусственных условиях.

Сточные воды спиртовых заводов, перерабатывающих зерно и картофель, проходят очистку по следующей схеме. Сначала из сточной воды удаляют механические примеси, далее осветленная вода проходит двухступенчатую аэробную очистку при температуре 30 °С, pH 6,5. 8,5 и расходе воздуха 40. 60 м3/(м3 • ч) в специальных аппаратах — аэраторах с активной системой подачи воздуха в присутствии активного ила. В среде должно быть не менее 2 мг Ог/л в растворенном виде.

Читайте также:  Расшифровка анализа воды из колодца

После первого аэротенка в очищаемой воде содержание активного ила возрастает до 3. 4 г/л, поэтому этот ил удаляют в биокоагуляторе перед второй ступенью очистки. После второй очистки воду направляют в отстойник, а затем для доочистки или в биологические пруды большой площади с естественной или искусственной аэрацией, или на гравийно-песчаный фильтр. Очищенная на таких фильтрах вода обеззараживается хлором, выдерживается в контактном резервуаре, насыщается кислородом и направляется в водоем. Активный ил, содержащий белок и аминокислоты, используют в качестве добавки на корм скоту.

Разработаны и реализованы различные варианты биологической очистки сильно загрязненных сточных вод, например вод мелассно-спиртовых заводов. Сначала проводят анаэробное сбраживание барды в метантенках с последующим смешиванием образовавшейся «метановой» бражки с производственно-загряз-ненными стоками, а затем двухступенчатую аэробную биологическую очистку. В необходимых случаях среду обогащают азотом и фосфором. Кроме этого существует и другой вариант охраны окружающей среды. Последрожжевую мелассную барду концентрируют до 65. 70 % СВ в вакуум-выпарных установках, а затем концентрат используют в качестве добавки — пластификата в строительных материалах. Другие производственно-загрязненные воды рассматриваемого производства очищают путем биологи-

ческой очистки. Биологическую очистку проводят в установках различных типов и конструкций (биофильтры, загруженные щебнем и гравием, капельные биофильтры, дисковые биофильтры, аэротенки с системой воздухораспределения и др.). Для этой цели используют также фильтрационные поля на песчаных и других легких грунтах. Особенно часто их используют для доочистки стоков на сахарных и мелассно-спиртовых заводах. В начале процесса создается естественная микробиологическая пленка в порах грунта. Наличие кислорода обеспечивает окисление загрязнителей воды и их минерализацию. Во избежание заиливания полей фильтрации сточные воды предварительно проходят песколовушки. Кроме того, на таких полях имеются дренажные устройства для отвода гуминовых веществ. При площади одной карты 1,5 га отношение ширины к длине 1:2 или 1:4. Для удобства эксплуатации карты разделяют валиками.

Использование земель связано с их отчуждением в качестве сельскохозяйственных угодий. Поэтому наметилась тенденция к широкому внедрению способов биоочистки в аэротенках-смеси-телях, аэротенках-вытеснителях и аэротенках с рассредоточенным добавлением очищаемой воды (для слабозагрязненных вод с БПКп до 500 мг 02/л).

Значительно усилен санитарно-гигиенический контроль качества пищевых продуктов. Разработаны и включены в соответствующие нормативные документы критерии микробиологической, биохимической, химической и радиационной безопасности пищевых продуктов. Эти критерии отражают допустимый уровень тяжелых металлов, афлатоксинов, нитратов, пестицидов и радионуклидов в сырье и товарных пищевых продуктах.

1. Какие воды производства относят к сточным? Назовите основные категории сточных вод пищевых предприятий.

2. Какие показатели характеризуют уровень загрязненности сточных вод? Приведите примеры из пищевой промышленности.

3. Какие способы очистки сточных вод применяют на пищевых предприятиях?

4. Какие следует соблюдать правила спуска сточных вод в систему городской канализации и в проточные водоемы?

5. Что такое локальная очистка сточных вод и на каких предприятиях она используется?

6. Укажите основные технологические параметры биологической очистки сточных вод пищевых предприятий.

7. В каких случаях используют комбинированную анаэробную и аэробную биологическую очистку сточных вод?

источник

По степени интенсивности отрицательного воздействия предприятий пищевой промышлен-ности на объекты окружающей среды первое место занимают водные ресурсы.

По расходу воды на единицу выпускаемой продукции пищевая промышленность занимает одно из первых мест среди отраслей народно-го хозяйства. Высокий уровень потребления обуславливает большой объем образования сточных вод на предприятиях, при этом они име-ют высокую степень загрязненности и представ-ляют опасность для окружающей среды. Сброс сточных вод в водоемы быстро истощает запа-сы кислорода, что вызывает гибель обитателей этих водоемов. (таблица 1.1)

Таблица 1.1 Состав сточных вод различных пищевых производств

Состав сточных вод различных производств

Взвешенные вещества, мг/дм3

Таким образом, сточные воды мясной, молочной и пивоваренной промышленности занимают по загрязнениям одно из первых мест среди других видов пищевой промышленности. [12]

1.1.1 Сточные воды мясной промышленности

Все количество воды, потребляемое на различные технологические процессы, отводится из предприятий в виде сильно загрязненных сочных вод. Количество воды, расходуемой на отдельных предприятиях, колеблется в довольно широких пределах. Оно зависит от мощности предприятия, его производственного профиля, технического оборудования и размеров призаводской территории. Большое влияние на величину расхода воды оказывает также вид и возраст животных подвергающихся забою и переработке.

Сточные воды мясоперерабатывающего предприятия образуются в основном при мойке мясного сырья, водяном душировании колбас и мытье оборудования, инвентаря, тары и полов.

В производственный сток попадают жир, частицы мяса, кровь, белки, соль, фосфаты.

В мясной промышленности образуются два основных потока сточных вод — производственные и бытовые. Производственные стоки подразделятся на содержащие жир (стоки цехов первичной переработки, кишечного, пищевых жиров, субпродуктного, колбасного, технических полуфабрикатов) и на не содержащие жир (стоки остальных цехов, а также часть сточных вод кишечного цеха, незагрязненные условно- чистые воды от теплообменных аппаратов, вакуум-насосов, силовой и котельной установок). Из общего объема сточных вод объем производственных стоков составляет 70-75 %, не содержащих жир 4-8 %, а условно чистых 14-18 %. Объем сточных вод 8-12 %. [9]

В пробе общего стока мясоперерабатывающего предприятия содержится, мг/л: 526 взвешенных веществ, 46,5 жиров, 320 эфироизвлекаемых, 1,7 алюминия, 2,3 нефтепродуктов, 2,9 железа, 56 кальция, 0,15 меди, 94 натрия, 0,12 никеля, 0,2 стронция, 1,9 цинка, 1020 плотного осадка, 2,4 сероводорода и сульфидов, 1600 сухого остатка, 2,7 фосфатов, 35 фосфора общего, 1,4 фторидов, 95 хлоридов, 9,7 азота аммонийных солей, 2,1 азота нитратов. ХПК и БПК пробы составляют соответственно 2450 и 1020 мг/л, рН = 7,4.

Сточные воды предприятий мясной промышленности имеют высокую степень бактериальной обсемененности. Особую опасность представляют содержащиеся в них патогенные микроорганизмы — кишечная палочка, яйца глистов, сибирская язва и другие. Поэтому перед сбросом в водоемы или на земляные площадки сточных вод предприятий мясной промышленности их необходимо подвергать механической и биологической очистке и обеззараживанию. В случае присоединения системы канализации к городскому коллектору, сточные воды перед сбросом необходимо очищать от жира и животных отбросов. [13]

1.1.2 Сточные воды молочной промышленности

Сточные воды, сбрасываемые предприятиями молочной промышленности, можно разделить на четыре вида: производственные, хозяйственно-бытовые, теплообменные, ливневые.

Соотношение количеств отдельных видов сточных вод складывается на каждом молочном предприятии по-разному, и состав их меняется в зависимости от времени года. Самое большое количество загрязнений содержится в сточных водах в летние месяцы.

Производственные сточные воды являются наиболее загрязненными. Они образуются в результате различных технологических операций, а также при мойке емкостей и уборке производственных помещений. Их нагрузка по БПК5 зависит от ряда факторов и при экономном хозяйствовании (без спуска побочных продуктов в канализацию) колеблется в пределах от 500 до 2000 г О2 на 1 м 3 .

Хозяйственно- бытовые сточные воды составляют большую часть общего количество сточных вод. Их нагрузка зависит исключительно от количества людей на производстве и живущих на территории предприятии, а также от степени обеспечения предприятия санитарным и хозяйственным оборудованием и, выраженная в БПК5, составляет в среднем 400 г О2 на 1 м 3 .

Теплообменные сточные воды относятся к группе так называемых условно чистых вод. Они образуются при охлаждении молочного оборудования (пастеризаторов, охладителей, емкостей), а также холодильной аппаратуры и чаще всего благодаря небольшой степени загрязнений направляются в сборник оборотных вод. Оттуда часть воды идет на мойку помещений, а часть сбрасывается через чересной перелив в канализацию. Нагрузка теплообменных вод по БПК5 около 20 г О2 на 1 м 3 .

Ливневые сточные воды образуются из атмосферных осадков, которые, проходя через околоземные слои воздуха, улавливают пыль, газы, продукты неполного сгорания топлива. Их нагрузка зависит от состояния территории предприятия, покрытия кровли, вида колесного транспорта и его интенсивности, степени загрязнения воздуха, интенсивности и длительности дождя. Нагрузка по БПК5 колеблется в пределах от 30 до 100 г О2 на 1 м 3 .

В зависимости от системы канализационной сети сточные воды отводятся в водоем либо по одному общему коллектору, либо по нескольким. При общей сточной канализации производственные, хозяйственно-бытовые, ливневые и теплообменные сточные воды попадают в один канализационный водовод и направляются к ближайшему водоему. При раздельной канализации сбрасываются вместе производственные и хозяйственно бытовые воды, а в ливневую канализацию направляются также теплообменные воды.[5]

Производственные сточные воды молочных предприятий относятся к группе стоков с органическими загрязнениями. Загрязнения этих вод состоят главным образом из органических веществ в виде водных растворов, коллоидных суспензий (таблица 1.2).

Таблица 1.2 Состав сточных вод молочных предприятий

источник

Стр.1. Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности, характеристика загрязнений стоков, пригодность сточной воды для биологической очистки, сточные воды спиртовых и дрожжевых заводов, предприятий пивобезалкогольной и винодельческой промышленности

Сточные воды предприятий пищевой промышленности разнообразны как по компонентному составу, так и по концентрации, и представляют собой сложную физико-химическую систему, в которой наряду с растворенными веществами содержатся частицы различной степени дисперсности. Размер частиц колеблется в широких пределах (от 10 -9 до 10 -2 м).

Дисперсная фаза стоков предприятий пищевой промышленности определяется понятием «взвешенные вещества», которые делятся на

· оседающие взвешенные вещества (рч > рс),

· неоседающие взвешенные вещества (рч = рс)

· всплывающие взвешенные вещества (рч

где рч и рс соответственно плотность частиц (дисперсной фазы) и сплошной среды (дисперсионной фазы).

Твердые взвешенные частицы отделяют отстаиванием или фильтрованием в гравитационном или в центробежном поле, жидкие — отстаиванием в гравитационном и центробежном поле. Возможно выделение взвешенных частиц также флотированием.

Помимо взвешенных веществ, стоки предприятий содержат значительное количество растворенных веществ, удаление которых возможно только химическим или биохимическим путем.

Скорость биологического разложения загрязняющего компонента содержащегося в сточных водах предприятий в немалой степени зависит не только от его природы, но и от дисперсности, поскольку микроорганизмы могут ассимилировать твердые субстраты только с поверхности частиц.

Как правило, для биологического разложения крупных частиц органического вещества требуется гораздо больше времени, чем времени пребывания очищаемой жидкости в реальном аппарате. В этом случае какая-то доля органических веществ стоков биологически не разлагается и их принято считать биологически инертными. Для уменьшения этой доли достаточно подвергнуть частицы загрязнений измельчению до размеров 10 -6 — 10 — 7 м.

Помимо фазово-дисперсного состава сточной воды и общего содержания примесей важнейшей ее характеристикой является химическая природа и концентрация компонентов-загрязнителей. Подавляющее большинство сточных вод пищевых предприятий в качестве основных загрязнителей содержит органические вещества. Органические загрязнители имеют, как правило, естественное происхождение, т.е. не являются продуктами искусственного органического синтеза, а образуются в результате жизнедеятельности микроорганизмов, высших животных и растений. В технологии пищевых производств действующим законодательством запрещено применение веществ, попадание которых в продукты недопустимо, поэтому сточные воды пищевых предприятий не содержат ксенобиотиков (веществ, чуждых жизни). Отсутствует или крайне ограничено содержание и стоках тяжелых металлов, радионуклидов, пестицидов и других опасных веществ.

Содержание органических веществ в сточной воде обусловлено таким показателем, как окисляемость. В зависимости от загрязненности сточные воды содержат определенное количество веществ, способных взаимодействовать с сильными окислителями — перманганатами, бихроматами, пероксидами и т. д. Одна и та же вода, будучи обработана различными окислителями, потребует различное эквивалентное количество кислорода из-за неодинаковой степени окисления загряз­няющих веществ. Это зависит не только от окислителя, но и от усло­вий выполнения анализа. Считается, что наиболее полное окисление присутствующих в воде загрязнений достигается бихроматами в кис­лой среде (серная кислота). Бихроматная окисляемость, называемая химическим потреблением кислорода (ХПК), является одним из главных показателей загрязненности сточной воды. ХПК коррелирует с содержанием в сточной воде общего углерода. Для сточных вод предприятий по переработке животноводческой продукции связь между ХПК (в г О2/л) и общим углеродом С (в %) может быть оценена зависимостью

После аэробной биологической очистки воды соотношение ХПК и С изменяется:

Для приблизительных расчетов можно принять, что отношение ХПК / С = 40 в не подвергавшихся очистке сточных водах.

Для характеристики природных и сточных вод, их экологической оценки важнейшим показателем является биохимическое потребление кислорода (БПК). Существуют два основных метода определения БПК. Один из них заключается в учете интегрального потребления кислорода в течение 5 сут — БПК5, другой — в течение времени, необ­ходимого для образования нитритов в количестве 0,1 мг/л (БПКПОЛН). На практике чаще применяют метод определения БПК5, реже — БПК3 или БПК7 (время инкубации пробы 3 сут и 7 сут соответственно). Обычно полагают, что инкубация пробы в течение 20 сут позволяет опреде­лить полное биохимическое потребление кислорода, т. е. БПКПОЛН = БПК20.

Отношение БПКПОЛН / БПК5 составляет приблизительно 1,5—1,8. Для приблизительных расчетов принято, что ХПК = 1,43 БПКПОЛН.

Для сточных вод молочных и сыроваренных заводов установлена зависимость

Для нефильтрованной про­бы сточных вод молочных заводов

для фильтрованной про­бы сточных вод молочных заводов

Отношение БПКПОЛН / БПК 7 составляет 1,1 —1,32.

Для производственных сточных вод сахарных заводов принимают, что БПКПОЛН = 1,6 БПК5.

Необходимо отметить, что показатель БПК в значительной мере зависит от дисперсности органических примесей сточной воды. Если размеры частиц органического вещества близки к размерам микроор­ганизмов или меньше, биохимическое окисление протекает довольно полно в течение 5 суток. В противном случае требуется увеличение вре­мени инкубации пробы и более достоверным показателем является БПКПОЛН. Полное биохимическое потребление кислорода определяют и в тех случаях, когда сточные воды содержат трудноокисляемые суб­страты, требующие длительной адаптации микроорганизмов.

Поскольку сточные воды пищевых предприятий содержат глазным образом органические вещества естественного происхождения, в них обязательно присутствует азот. В практике анализа сточных вод азот аминокислот, пептидов, белков и других естественных органических соединений определяется как органический азот. Понятие «общий азот» обозначает содержание азота всех степеней окисления в составе мине­ральных и органических соединений сточных вод.

В органических веществах естественного происхождения азот на­ходится главным образом в восстановленной форме. Аминогруппы белковых веществ, аминокислот, мочевины легко отщепляются соот­ветствующими ферментами и превращаются в ион NH4 + , поэтому для сточных вод предприятий пищевой промышленности важным показа­телем является содержание аммонийного азота. Для отдельных пищевых производств, где технологией предусмотрено использование соедине­ний окисленного азота (нитритов, нитратов), необходим контроль стоков и по этим показателям.

Читайте также:  Расшифровка анализа воды из скважины

При глубоком биологическом окислении органических веществ восстановленный азот переходит в окисленные формы и появляется необходимость контролировать содержать нитритов и нитратов в очищенных водах. Наличие азота в сточных водах играет исключительно важную роль для искусственной биологической очистки, поскольку он наряду с углеродом относится к так называемым биогенным эле­ментам.

К биогенным элементам относится также фосфор, поскольку он необходим для роста и нормальной жизнедеятельности микроорганиз­мов. Соединения фосфора в сточных водах предприятий пищевой промышленности содержатся, как правило, в гораздо меньших концентра­циях, чем соединения азота. Фосфор входит в состав макроэргических соединений клеток, фосфолипидов, фосфопротеидов. При переработке растительного и животного сырья органические соединения фосфора попадают в сточные воды предприятий. Компонентами фосфорных загрязнений являются также полифосфаты, входящие в состав моющих средств. Последние гидролизуются до ортофосфатов, дающих с ионами большинства металлов металлорастворимые соли. Вместе с органическими фосфорсодержащими соединениями они образуют в сточной воде дисперсную фазу.

Взвешенные вещества — это осадки, остающиеся на фильтре после фильтрования определенного объема сточной воды. Обычно применяют бумажные фильтры «белая лента», которые затем высушивают и взве­шивают. Понятие «растворенные вещества» относится к веществам, остающимся в фильтрате. Для определения содержания — растворенных веществ определенный объем фильтрата высушивают и взвешивают сухой остаток.

В настоящее время разработаны инструментальные методы, конт­роля концентрации и распределения по размерам взвешенных веществ независимо от вида дисперсной фазы. Фотометрический счетный анали­затор гранулометрического состава примесей в жидких средах типа ФС-112 разработан НПО «Аналитприбор». Фирма Coultronics (Фран­ция) выпускает приборы типа «Автосорб 2100», способные автоматичес­ки анализировать полидисперсные вещества, определяя их удельную поверхность, пористость и некоторые другие физико-химические ха­рактеристики. Анализ взвешенных веществ сточной воды, выполнен­ный на этой аппаратуре, показал, что для частиц размерами 0,25—1 мм удельная поверхность составляет около 0,58 м 2 /г., а для более 1 мм — 0,04 м 2 /г.

Для характеристики общей загрязненности применяется показа­тель «общее содержание примесей», который определяется как сумма растворенных и взвешенных веществ, получаемая путем высушивания до постоянной массы пробы сточной жидкости. Наличие в сточной воде минеральных примесей определяется как «зола» или «остаток после прокаливания», который остается от высушенной пробы сточной воды после сжигания и прокаливания при температуре 600 °С до постоян­ной массы.

«Потери при прокаливании» обычно относят за счет сгоревших ор­ганических веществ сточной воды.

Бихроматную окисляемость рекомендуется определять при кон­центрации загрязнений свыше 100 мг О2/л ХПК. Дтя вод с меньшим содержанием окисляемых веществ применяется нерманганатный метод Кубеля, основанный на использовании в качестве окислителя перманганата калия в кислой среде. Мешающими выполнению анализов для определения (ХПК) являются хлориды концентрацией 500 мг/л. Для определения перманганатной окисляемости мешающее влияние оказы­вают сероводород ионы NO2 — , Cl — , F е 2+ .

При проведении анализа одной и той же пробы на окисляемость бихроматным и перманганатным методами результаты второго обыч­но оказываются ниже. Отношение значений бихроматного и перманганатного методов равно приблизительно 1,2 : 1. Бихроматный метод (ХПК) в настоящее время получил большее, распространение в связи с разработкой ускоренных способов определения. На результаты анали­за ХПК, не оказывает влияния степень дисперсности органических загрязнений.

Определение общего углерода в сточных водах традиционными методами весьма трудоемко, поэтому практически гораздо чаще при­меняются методы определения окисляемости. При использовании современных инструментальных методов анализа определение общего углерода и стоках может быть значительно ускорено. Специально для ана­лиза сточных вод на содержание органического углерода разработаны приборы У-101 и У-111. Для аналогичных определений успешно приме­няется Экспресс-анализатор АН-7529, позволяющий определять содержа­ние углерода быстрее и с большей точностью. Прибор АН-7529 рассчи­тан на работу с использованием технического кислорода и специаль­ной высокотемпературной печи, что для анализа органических соеди­нений не является необходимым. С целью упрощения эксплуатации прибора можно применять в качестве питающего газа воздух, очищенный от примесей аммиака. Для обеспечения полного сжигания углеро­да и дожигания оксида углерода использовалась трубка, снабженная фильтрами из асбестовой ткани и катализатором (гранулированным оксидом меди). Трубка помещалась в печь СУОЛ 04.4/12-М2-У42. Сжигание навески производилось при температуре 950 °С. На рис. 1.1 приведена схема расположения фильтров и катализатора в трубке для сжигания, снабженной затвором из комплекта анализатора. Трубка длиной 850 мм изготовлена из кварцевого стекла. При сжигании навески в фарфоровой либо кварцевой лодочке, помещенной в трубку, сгорание может происходить не полностью.

Рис. 1.1. Трубка для сжигания пробы:

1 — затвор; 2 — кварцевая трубка; 3 — асбестовый фильтр; 4 — гранулирован­ный оксид меди; 5 — лодочка для навески пробы

В результате образуется оксид углерода, который, двигаясь через слой нагретого катализато­ра, окисляется до диоксида, а оксид меди восстанавливается. На ас­бестовом фильтре задерживаются несгоревшие частицы сажи и проис­ходит их дожигание. В период после окончания горения до ввода новой пробы оксид меди вновь окисляется.

На рис. 1.2 показана схема газового тракта прибора. Воздух от компрессора поступает через редуктор в поглотитель аммиака, запол­ненный раствором ортофосфорной кислоты, затем попадает в блок газоподготовки прибора, где очищается от диоксида углерода. Далее воздух поступает в трубку для сжигания, через фильтр и поглотитель серы подается в измерительную ячейку анализатора.

Рис. 1.2. Схема илового тракта углеродомера:

/ — компрессор; 2 — редуктор; 3 — поглотитель аммиака; 4 — поглотитель диоксида углерода; 5 — трубка для сжигания пробы; 6 — фильтр; 7 — погло­титель диоксида серы; 8 -датчик количостиа диоксида углерода

Рассчитанное значение сходимости результатов анализов составило 0,0236% С. Допустимое максимальное значение сходимости 0,2008 %С.

Таким образом, значение сходимости показаний прибора при определении углерода в органическом веществе на порядок ниже максимально допустимого. Для определения содержания углерода в жидких материалах берут навеску жидкости в кварцевой лодочке, а затем высушивают при температуре 105°С. Лодочку с высушенной навеской помещают в трубку для сжигания и выполняют анализ, предварительно установив значение навески жидкости на регистрирующем блоке, прибора.

Метод позволяет выполнять анализы вод на карбонаты, для чего определяют содержание углерода сначала в жидкости с рН 7, затем в подкисленной до рН 4 (ортофосфорная кислота). Из первого результата определения вычитают значение второго результата и пол процентное содержание углерода карбонатов в жидкости.

Фосфор определяют по двум основным показателям — «Общий фосфор» и «растворимые фосфаты». Для контроля биологической очистки сточных вод пищевых предприятий в подавляющем большинстве случаев достаточно определять содержание общего фосфора.

Для облегчения выполнения анализов сточной воды по БПК разработаны автоматические и полуавтоматические устройства.

Для сточных вод предприятий пищевой промышленности характерно наличие таких загрязнений, которые представляют собой полноценные, легко усвояемые микроорганизмами источники питания и энергии.

Распространено мнение, что для биологической очистки подходит вода при соотношении БПКПОЛН /ХПК >= 0,75. При таком соотношении показателей загрязненности достигается наиболее полная очистка биологическими методами. Этот показатель, однако, весьма приближенно характеризует качество сточных вод как питательной среды для микроорганизмов по следующим причинам. Во-первых, значение БПК зависит от степени дисперсности органических загрязнений. Во-вторых, БПК учитывает разложение субстрата в аэробных условиях, а понятие «биологическая очистка» подразумевает применение и анаэробных микробиологических процессов. Следовательно, помимо отношения БПКПОЛН/ХПК при решении вопроса о применении технологии искусственной биологической очистки исходят и из значений других показателей, определяющих сточную воду как субстрат для сообществ микроорганизмов.

Эффективность очистки определяется достаточным поступлением в биохимический реактор (аэротенк, метантенк) необходимых для микроорганизмов биогенных элементов (углерода, азота, фосфора) в усвояемой форме. Установлено, что наиболее приемлемое соотношение компонентов субстрата следующее: БПКПОЛН : N : Р= 100 : 5 : I ,

Кроме основных биогенных элементов, для нормального роста микроорганизмов необходимы и другие элементы, обычно присутствующие в сточных водах в достаточном количестве.

Предельное содержание солей в воде, поступающей в биохимический реактор на очистку, не должно превышать 10 г/л. При более высоком солесодержании следует использовать специальные материалы биологической очистки с применением галофильных микроорганизмов. Предельная концентрация некоторых органических веществ (в мг/л), тормозящих биохимические процессы, приведена ниже.

Определяющим фактором высокой эффективности любого про­цесса ферментации, в том числе биологической очистки, осуществляемой с целью максимального истощения субстрата, является состав питательной среды. Существующие биологические методы очистки бактериальным активным илом (аэробный и анаэробный), а также очистку культивированием микроводорослей следует применять в оптимальной последовательности и сочетании для каждого вида сточных вод. Однако нет четких критериев, позволяющих определить наилучшие сочетания указанных методов обработки с целью наиболее полкой и быстрой очистки.

Учитывая увеличение объемов сброса концентрированных сточных вод и разнообразие их состава, рекомендуется дополнительный способ оценки пригодности воды для биологической очистки.

Биомасса активного ила имеет более или менее постоянное соотношение концентраций углерода и азота. Потребление этих элементов из субстрата происходит по-разному. Азот расходуется главным образом на конструктивные цели, довольно значительная же часть углерода используется на энергетические нужды клеток и эвакуируется из среды в виде диоксида углерода или переходит в карбонаты.

Расход компонента субстрата связан с удельной скоростью роста культуры следующей зависимостью:

Используя уравнение (1.3), можно представить отношение потреб­ленных компонентов субстрата следующим образом:

Таблица 1.1. Значение констант для различных биоценозов

источник

Сточные воды, образующиеся при работе предприятий пищевой промышленности, по органическим загрязнителям относятся к категории высококонцентрированных стоков.
Они могут содержать различные виды загрязнений:
• молоко;
• жир;
• шерсть;
• чешую;
• кровь;
• минеральные примеси;
• фекалии;
• соли;
• моющие средства и т.д.
Эти стоки характеризуются высокими показателями ХПК, БПК, жиров, взвешенных веществ и др.

Для безопасного сброса подобных стоков в канализационную сеть потребуется наличие на территории предприятия локальных очистных сооружений, обеспечивающих очистку сточных вод от жира и взвесей, и других загрязнений.
При этом сложность очистки обусловлена разнообразием состава стоков, сложностью биологических и физико-химических процессов, которые лежат в основе их очистки, а также большими затратами на сооружение отдельных очистных установок или очистных комплексов.
Большая опасность промышленных стоков образуемых пищевыми предприятиями состоит в очень высокой биологической активности загрязняющих веществ, и находящихся в них микроорганизмов. В связи с этим процесс обеззараживания должен находится под контролем и быть максимально эффективным.

Необходимо выделить тот факт, что в некоторых случаях применение очистки канализационных стоков обусловлено целью извлечения полезных веществ содержащихся в стоке, так например при использовании раздельной системы внутренней промышленной канализации на мясоперерабатывающих заводах и комплексах, позволяет извлекать жиры — для косметической и других промышленностей, частицы костей — для производства удобрений и биодобавок.

Требования к составу стоков, сбрасываемых в канализацию, диктуют необходимость проведения разработок новых схем очистки, а также интенсификации работы очистных сооружений на предприятиях. Последняя обеспечивается путем совершенствования конструкций, либо дополнительным включением в существующую схему очистки новых высокоэффективных узлов.

Сложный состав стоков предприятий пищевой сферы обуславливает комплексность и многостадийность технологических схем очистки. На сегодняшний день технологические схемы оборудования большинства российских и зарубежных разработчиков включают ряд последовательных стадий:
• грубую механическую очистку с применением решеток-процеживателей;
• удаление при помощи жироловушек свободных жиров и масел;
• удаление эмульгированных жиров, коллоидных примесей на флотационных установках или же в метантенках (анаэробных биореакторах), в последнем случае из очищаемых вод удаляется и большая часть растворенной органики;
• сбор, обработку и обезвоживание флотошлама и осадка.

Кроме того, практически все системы очистки, включают стадию отстаивания стоков для их осветления и узлы реагентной обработки с применением флокулянтов и коагулянтов.

При помощи механической очистки проводится выделение из сточных вод частично коллоидных и нерастворенных примесей. К механической очистке относятся следующие методы:
• процеживание;
• фильтрование;
• отстаивание;
• удаление примесей на центрифугах и в гидроциклонах.

Процеживание применяется для выделения из стоков крупных плавающих веществ (при помощи решеток), либо мелких (при помощи сеток). Наличие решеток для предварительной очистки предусматривается на всех очистных станциях.

Отстаиванием из сточных вод выделяют частично коллоидные и нерастворенные загрязнения органического и минерального происхождения. Для выделения тонущих нерастворенных примесей используются горизонтальные и радиальные отстойники.

На молочных заводах, мясокомбинатах и других предприятиях пищевой промышленности в сточные воды попадает большое количество жиров, вызывающих не только засоры и аварийные ситуации на канализационных сетях, но служащие очагами распространения бактериологической опасности.
Для их выделения устанавливаются жироловки, представляющие собой резервуар, в котором за время прохождения жидкости жиры всплывают наверх и отделяются от сточной жидкости. На практике, ускорить этот процесс возможно только правильностью подбора жироуловителя, а так-же соблюдения условий эксплуатации — в первую очередь это температурный режим поступающего стока, чем ниже температура сточной жидкости тем быстрей происходит разделение жидкостей.

Жироловки разделяются на общие и цеховые. Общие жироловки устанавливаются на общем стоке жиросодержащих вод, а цеховые — у отдельных цехов, в сточных водах которых содержание жира особенно велико. Удаляется жир из жироловок с помощью вакуумных установок или насосов, в исключительных случаях, для полной санации применяют прогрев оборудования с помощью водяного пара, подогревая весь объем сооружения до температуры приблизительно до 50°С

К наиболее распространенным физико-химическим способам очистки относятся сорбционный и флотационный методы, а также коагуляционный метод.
При очистке методом флотации пузырьки воздуха, объединяются с гидрофобными частицами и поднимаются вместе сними вверх к границе раздела фаз, где происходит удаление с поверхности воды образовавшегося пенного слоя.
При очистке стоков применяются пневматический, механический и компрессионный (напорный) виды флотации, которые отличаются способом введения пузырьков воздуха в жидкость.

Также для очистки стоков применяют метод коагуляции — укрупнения под воздействием коагулянта мелких частиц загрязнителя. Для интенсификации процесса применяют флокулянты, которые повышают плотность образующихся агрегатов и уменьшают расход коагулянтов.

Очистка стоков в метантенках происходит за счет переработки в анаэробных условиях органических осадков. В результате чего происходит распад органических веществ с образованием метана. Получаемый при этом осадок может использоваться в качестве удобрения.

Центрифугах и гидроциклонах происходит осаждение взвешенных частиц под действием центробежной силы, отбрасывающей тяжелые частицы к периферии потока. Гидроциклоны и центрифуги просты по своему устройству, компактны, нетребовательны в обслуживании.

Осадки, образующиеся при очистке сточных вод, являются трудно фильтруемыми суспензиями коллоидного типа. Их обработку осложняют неоднородность свойств и состава, большие объемы, наличие органических веществ, бактериальная зараженность, способность быстро загнивать. Обработка и утилизация осадков сточных вод производится путем механического обезвоживания и обеззараживания.

Читайте также:  Раз в год анализ сточных вод

Описанные методы применяются для очистки стоков, с учетом характеристики сточных вод. Конкретный выбор ряда технологических решений очистки сточных вод мясо-, рыбо-, молокоперерабатывающих предприятий, которые имеют свои особенности. Он будет в первую очередь зависеть от непосредственной организации производственного процесса, нормативных требований к очищенной воде, возможности обеспечить очистку до требований ПДК для слива в водоемы, в горколлектор или же для доочистки на биоочистных сооружениях.

источник

Дата публикации: 01.09.2013 2013-09-01

Статья просмотрена: 14775 раз

Кутковский К. А. Виды сточных вод и основные методы анализа загрязнителей // Молодой ученый. — 2013. — №9. — С. 119-122. — URL https://moluch.ru/archive/56/7745/ (дата обращения: 21.10.2019).

Воды и атмосферные осадки, которые поступают в естественные водоемы с территорий населенных пунктов и предприятий, принято называть сточными водами. Отвод данных вод осуществляется посредством канализации или естественным путем.

Сточные воды это в большей или меньшей степени загрязненные в результате использования бытовые, промысловые и производственные воды, содержащие отбросы или отработанное тепло, а также отличающиеся изменившимися в отрицательную сторону физическими и биологическими свойствами [1, с. 1287]. Из этого можно сделать вывод о, безусловно, антропогенном происхождении и неоднородности стоков, а также о сложности очистки или утилизации данного продукта антропогенной деятельности.

Из-за ухудшившихся биологических и физических свойств, сточные воды пагубно влияют на развитие всей биосферы. Сточные воды провоцируют и ускоряют эвтрофикацию водоемов из обильного содержания в них фосфора и азота, а также приводят к изменению естественных биоценозов и, как следствие, гибели биологических видов, загрязнению объектов водопользования, используемые человеком в качестве источника питьевой воды. Так же происходит обильное воздействие на артезианские бассейны: их биологическая чистота несопоставима с их состоянием до научно-технической революции, обусловившей эру активного антропогенного воздействия на природу.

Вследствие научно-технической мысли, ее развитии и повсеместном внедрение, источниками сточных вод являются практически любые антропогенные объекты: жилые дома, образовательные учреждения, медицинские объекты, торговые склады и точки реализаций товаров, различные сервисные организации, АЗС, металлургическая промышленность, пищевая промышленность, фармацевтической промышленность, сельхозяйственные угодья и т. д.

Для контроля качества и объема поступления сточных вод разрабатываются законы и подзаконные акты, происходит внедрение и разработка как новых, так и уже зарекомендованных себя методов очистки. Формируется всесторонний анализ сточных вод, позволяющий разработать оптимальный алгоритм очистки (с учетом характера загрязнителей) для каждого промышленного объекта и оценить качество воды, покидающей очистные сооружения. Любые нарушения влекут за собой штрафы и санкции, прописанные как в Водном кодексе РФ, так и в Уголовном кодексе РФ.

Определим, какими характеристиками обладают сточные воды, и как загрязнители влияют на процесс очистки. Для начала определим классификацию сточных вод и особенности отдельных их типов.

Виды сточных вод

1) Хозяйственно-бытовые. Этот тип стоков в основном поступает из жилых домов, а так же объектов социального пользования(больницы, образовательные учреждения, торговые центры и т. д.). Отведение происходит посредством хозяйственно-бытовой и общесплавной канализации. Состав загрязнителей: 58 % — органика, 42 % — минеральные вещества. Особенность — высокое содержание азотсодержащих соединений и фосфатов, значительная степень фекального загрязнения.

2) Промышленные сточные воды. Основной загрязнитель — объекты промышленности и предприятия различного рода деятельности. Отведение происходит посредством промышленной канализации. Спектр загрязнителей характеризуется видом промышленной деятельности. Содержат органические и неорганические элементы. Наибольшую опасность для гидросферы и человека представляют нефтепродукты, органические красители, фенолы, поверхностно-активные вещества, сульфаты, хлориды и тяжелые металлы.

3) Поверхностные сточные воды. Основное поступление из дождевых и талых вод, формирующихся из атмосферных осадков, проникающих в почву и стекающих в водоемы посредством ливневой канализации с территории промышленных предприятий и населенных пунктов. Спектр возможных загрязнителей широк и определяется особенностями территории и видом антропогенной деятельности, преобладающей в районе стока.

Анализ сточных вод

Рассмотрим основные источники поступления сточных вод в экосистемы: промышленные и бытовые объекты, на них приходится основная доля поступающих на очистные сооружения стоков. [2, с. 59] Анализ именно этих источников позволяет понять специфику оценки качества сточных вод и спектр загрязнителей. На выходе из очистных сооружений не должно быть примесей, содержишихся в характерной для той или иной природы стоков, либо их количество должно быть минимальным (определяется нормативами).

Для анализа качества вод используются следующие параметры: температура, цветность, запах и прозрачность. Физические показатели качества воды малоинформативные и понятны на интуитивном уровне. Для всех типов сточных вод характерна повышенная температура, специфический запах и сниженная прозрачность (определяется по шрифту). Изменение цветности (измеряется в градусах платинокобальтовой шкалы) присущи промышленным сточным водам и зависят от вида производственной деятельности.

Так же важным методом анализа качества вод является химический анализ. Реакция (рН) коммунальных сточных вод, как правило, нейтральна (6,5–8), а реакция промышленных стоков подвержена изменениям от сильнокислой (рН менее 3) до сильнощелочной (рН более 11) в зависимости от источника поступления. В процессе очистки реакция сточных вод должна стать нейтральной.

Для определения доли примесей как сухих, так и растворенных, используется такой параметр как «сухой остаток», отражающий степень загрязненности воды примесями. Данный параметр берется из нефильтрованной пробы. Он указывает на количество в воде примесей, как взвешенных (руда, окалина, известняк, кокс и т. д.), так и растворенных. В зависимости от содержания примесей сточные воды принято делить на четыре категории: первая — сухой остаток менее 500 мг/л (коммунальные сточные воды), четвертая — выше 30 000 мг/л. Отметка 5000 мг/л разделяет вторую и третью категорию. [4, с. 76]

Процесс очистки сточных вод от взвешенных примесей происходит путем механических методов очистки, самым распространенным из которых является метод отстаивания. Для прогнозирования эффективности этого метода используется показатель «оседающие вещества». Проба воды помещается в цилиндр, после чего оценивается, какое количество взвешенных веществ осядет за 2 часа. Измеряется в мг/л и процентах от сухого остатка. Оседающие вещества в городских сточных водах, как правило, составляют 65–75 %.

Необходимость вычисления сухого остатка обусловлена дальнейшей обработкой промышленных и коммунальных стоков при помощи биологических методов (бактерии), и на этой стадии количество взвешенных веществ не должно превышать 10 г/л.

Следующим важным параметром сточных вод является зольность твердых примесей. Прокаливание сухого остатка проводят при температуре «красного» каления (500–600°С), в результате чего часть химических соединений сгорает и улетучиваются в виде оксидов, углерода, водорода, азота, серы и других примесей, вес пробы уменьшается. Массу остатка, называемого золой, делят на первоначальную массу образца и получают зольность, выраженную в процентах. Для городских сточных вод характерна зольность 25–35 %.

Еще одним показателем является окисляемость. Данный показатель является санитарным, сфера его актуальности распространяется также не только на сточные воды. Окисляемость указывает на степень загрязнения воды органическими и неорганическими веществами, но также он используется для оценки степени органического загрязнения. Окисляемость определяется при помощи аэробных гетеротрофных бактерий (биохимическая окисляемость) и посредством химических реакций (химическая окисляемость — бихроматная, иодатная и т. д.).

Единицами измерения окисляемости является потребление кислорода: БПК и ХПК — биохимическое и химическое потребление кислорода, выраженное в миллиграммах О2 на литр. Большое значение имеет соотношение БПК к ХПК, которое позволяет прогнозировать, какое количество загрязнителей может быть удалено при помощи биологических методов очистки. [3, с. 141]

Химическая окисляемость определяет общее содержание в воде восстановителей — органических и неорганических, реагирующих с окислителями. В сточных водах преобладают органические восстановители, поэтому, как правило, всю величину окисляемости относят к органическим примесям воды.

Важнейшими показателям для сохранности гидросферы и эффективности биологической очистки является содержание фосфора и азотистых соединений. В сточных водах определяется содержание общего, нитратного, нитритного и аммонийного азота. От количества соединений азота зависит степень эффективности биологической очистки. При малом содержание азота в производственных сточных водах на стадии биологической очистки добавляют в воду хлористый аммоний. В хозяйственных стоках концентрация соединений азота всегда высока, из-за обилия поступающих веществ, связанных с процессом человеческой жизнедеятельности.

Концентрация фосфора в сточных водах всегда превышает ПДК. Основой поступления фосфатов в сточные воды служат фосфатные компоненты синтетических моющих средств и фекальные стоки, поступающие как из хозяйственной, так и из промышленной сферы. Избыток фосфорсодержащих соединений является одной из главных причин эвтрофикации водоемов.

Следующими показателями состояния сточных вод являются сульфаты и хлориды. Концентрация сульфатов в городских сточных водах обычно находится на уровне 100- 150 мг/л, хлоридов — 150–300 мг/л. В промышленных стоках (в частности, на металлургических заводах) уровень хлоридов и сульфатов значительно выше, к тому же к ним добавляются цианиды, аммиак и роданистые соединения.

Представленные выше показатели важны для оценки загрязненности стоков, так же их следует учитывать и в процессе трактовки данных, полученных в ходе иных анализов. Концентрацию хлоридов важно знать при определении ХПК, так как хлориды окисляются бихроматом калия до молекулярного хлора. Поэтому при концентрации хлоридов более 200 мг/л требуется их предварительное осаждение или введение поправки к результату анализа ХПК. Синтетические поверхностно-активные вещества, или СПАВ, так же являются серьезными загрязнителями естественных водоемов. Воздействие СПАВ напрямую влияет на эвтрофикацию рек и озер, угнетение процессов самоочищения гидросферы, торможение биохимических процессов в водоемах, вызывая другие губительные для биоценоза процессы.

Большинство СПАВ — органические вещества, состоящие из двух частей: гидрофобной и гидрофильной. Гидрофобная часть СПАВ соединена обычно с одной гидрофильной группой. В зависимости от физико-химических свойств гидрофильной части СПАВ делятся на три основных типа: анионактивные, катионоактивные, неионогенные. Каждый тип в свою очередь делится на классы в зависимости от химического состава гидрофобной части.

Примерно 75–80 % всех СПАВ, применяемых в быту и промышленности, составляют анионактивные. Важнейшим из них являются: алкилсульфаты с общей формулой R—O—SO3Na (где R — углеводородный радикал с числом углеродных атомов от 10 до 20); алкилсульфонаты R—SO3Na (с числом углеродных атомов 12–15) и алкиларилсульфонаты R—C6Н4—SO3Na (с числом углеродных атомов в радикале 5–18).

Так же присутствие СПАВ резко отрицательно сказывается на работе очистных сооружений, во время очистки сточных вод поверхностно-активные вещества замедляют процессы осаждения твердых взвешенных частиц, провоцируют появление пены в очистных сооружениях и препятствуют биологической очистке. Для предотвращения данных процессов содержание СПАВ в стоках, поступающих на стадию биологической очистки, не должно превышать 20 мг/л. Некоторые фракции (в частности, жесткие СПАВ) предварительно должны быть полностью удалены химическими и физико-химическими методами.

Поверхностно-активные вещества присутствуют во всех сточных водах, в том числе и хозяйственно-бытовых. Источниками СПАВ в сточных водах является результат широкого применения их в быту и промышленности в качестве моющих средств, а также смачивающих, эмульгирующих, выравнивающих, дезинфицирующих препаратов.

Наиболее высокая концентрация токсических веществ определяется в промышленных сточных водах и классифицируются на две категории — неорганические и органические. К органическим токсическим веществам относятся нефтепродукты, смолы, карбоциклические соединения, пестициды, красители, кетоны, фенолы, спирты и СПАВ. Неорганические компоненты представлены солями, щелочами, кислотами и различными химическими элементами (хром, алюминий, свинец, никель, фтор, бор, железо, ванадий и т. д.).

В хозяйственно-бытовых и сельскохозяйственных сточных водах основными биологическим загрязнителями являются бактерии, вирусы, патогенные простейшие и яйца гельминтов, источником которых являются люди и животные.

Для оценки фекальной загрязненности сточных вод используются микробиологические анализы — определение общего микробного числа и количества общих колиформ (коли-тест). Основная задача данных анализов оценить степень фекального загрязнения воды, а не выявление самого факта наличия патогенных микроорганизмов. Вывод делается на основе степени загрязнения сточных вод фекалиями: чем выше уровень загрязнения, тем выше вероятность присутствия патогенных организмов в воде.

Бактериологический анализ сточных вод необходим для оценки эффективности работы очистных сооружений и дает представление о необходимых корректировках процесса очистки сточных вод. Дезинфекция проводится хлором, который оказывает негативное воздействие на качество воды.

Последним показателем является растворенный кислород. Содержание растворенного кислорода (РК) в воде характеризует кислородный режим водоема и имеет важнейшее значение для оценки его экологического и санитарного состояния. Он также необходим для самоочищения водоемов, т. к. участвует в процессах окисления органических и других примесей, разложения отмерших организмов. Снижение концентрации РК свидетельствует об изменении биологических процессов в водоеме, о загрязнении водоема биохимически интенсивно окисляющимися веществами (в первую очередь органическими). Потребление кислорода обусловлено также химическими процессами окисления содержащихся в воде примесей, а также дыханием водных организмов. Поэтому важным фактором является соблюдение качества очищенной воды, поступающей в естественные водоемы. [5, с. 49]

Оценка качественного и количественного состава загрязнителей сточных вод необходима не только для составления плана очистных мероприятий, но и для повышения их эффективности, а так же для мониторинга и последующего прогнозирования негативного антропогенного воздействия на гидросферу и экосистему в целом. Проблемы загрязненности сточных вод, методов очистки и возвращения в естественные источники или их повторное использование, давно перестали быть чем то далеким и несбыточным. За последние 150 лет качество наземных и подземных источников воды резко ухудшилось и требует не только использования современных норм и стандартов, но так же и поиск, разработку и внедрение новых идей и подходов, как к контролю поступающих загрязняющих веществ, так и к методам очистки сточных вод.

1. Советский энциклопедический словарь/Научно-редакционный совет: А. М. Прохоров (пред.).- М.: «Советская энциклопедия», 1981.- 1287 с.

2. Водоотведение и очистка сточных вод: Учебник для вузов/С. В. Яковлев, Я. А. Карелин, Ю. М. Ласков, В. И. Калицун.- М.:Стройиздат, 1996.- 59 с.

3. Комплексное использование и охрана водных ресурсов. Под редакцией О. А. Юшманова М.: Агропромиздат 1985.- 141 с.

4. Евилович А. З. Утилизация осадков сточных вод М.: Стройиздат 1989.- 76 с.

5. Методы охраны внутренних вод от загрязнения и истощения Под редакцией И. К. Гавич М.: Агропромиздат 1985.- 49 с.

источник