Характеристика и состав стоков
На предприятиях крахмалопаточного производства образуются сточные воды с высоким содержанием органических загрязнений. Применение в технологическом процессе производства картофельного крахмала консервантов SO₂ или H₂SO₃, а также действие веществ, содержащихся в самом картофеле дают в стоках минеральные загрязнения. В сточных водах также наблюдается высокое содержание крахмала.
При производстве крахмала из кукурузных зерен используют сернистую кислоту, в результате чего образуется экстракт, содержащий азотистые вещества, жир, золу, растворимые углеводы, молочную кислоту.
При производстве патоки используют уже готовый картофельный или кукурузный крахмал, а также соляную кислоту. В целом, содержание загрязнений всех крахмалопаточных производств имеет схожий состав (табл.1).
В целом, сточные воды крахмало-паточных предприятий характеризуются:
- кислой и слабокислой реакцией;
- высоким содержанием растворенных веществ;
- преобладанием солей кальция: CaCl₂, Ca(NO₃)₂, дигидроортофосфата, дихромата;
- наличием легкоокисляемых углеводов.
Состав сточных вод значительно меняется в течение суток, а также по сезонам.
На крахмалопаточных заводах сточные воды образуются в результате следующих технологических процессов:
- мойка и транспортировка картофеля;
- промывка мезги и крахмала;
- промывка технологического оборудования, в том числе фильтр-прессов;
- выпаривание и уваривание сиропа (в виде конденсата вторичного пара);
- охлаждение сырья, сырьевых заготовок, машин.
В технологическом процессе производства крахмала и патоки выделяют два типа сточных вод:
- Транспортерно-моечные.
- Соково-промывные.
Часто такие воды объединяют в общий сток.
Часть образующихся стоков на промежуточных этапах технологического процесса крахмало-паточного производства используются в качестве вторичного или сопутствующего сырья. Остальные сточные воды подвергаются очистке.
Методы очистки стоков
Специфика производства картофельного крахмала и патоки предполагает применение следующих методов очистки сточных вод:
- механические;
Механические методы очистки
Механическая очистка сточных вод является предварительным этапом перед физико-химической и биологической очисткой. При механической очистке из стоков удаляются нерастворимые минеральные и органические загрязнители. Содержание в стоках взвешенных веществ снижается до 90%, а органических - до 20%.
Процесс механической очистки стоков крахмало-паточных предприятий состоит из трех этапов:
- Удаление крупных примесей, таких как ботва, камни, обрывки мешков и веревок, который осуществляется на механических решётках и ситах.
- Осаждение тяжелых минеральных примесей в виде песка в песколовках.
- Седиментация тонкодисперсных взвесей в отстойниках.
Механическая очистка стоков на крахмалопаточном производстве осуществляется преимущественно для транспортерно-моечных вод.
Использование гидроциклонов для очистки транспортерно-моечных вод от примесей значительно снижает затраты и исключает из процесса очистки песколовки и отстойники. Под действием центробежной силы частицы примесей отбрасываются к стенкам фильтра, затем стекают вниз благодаря силе гравитации и собираются в нижней камере. По мере заполнения нижняя камера освобождается от осадка. Осветленная вода через верхний патрубок перетекает наружу.
Физико-химические методы очистки
Физико-химические методы позволяют очистить сточные воды крахмало-паточных предприятий от коллоидных соединений, которыми являются раствор крахмала и мелкодисперсных частиц.
Наиболее предпочтительным методом физико-химической очистки является флотация с нейтрализацией и добавлением реагентов.
В принципе работы флотационной установки лежит способность гидрофобных частиц присоединяться к пузырькам воздуха, непрерывно поступающим в установку. Для лучшего слипания в раствор сточных вод добавляют флокулянты и коагулянты. Пузырьки с налипшими на них загрязнениями поднимаются к поверхности раздела фаз. Образовавшаяся пена удаляется специальными скребками.
Флотационная обработка стоков позволяет сильно уменьшить концентрацию загрязняющих веществ и органических соединений.
Для очистки стоков крахмальных и паточных заводов также эффективны баромембранные методы, такие как обратный осмос и ультрафильтрация, но из-за высоких экономических затрат применение подобных методов не рационально.
Биологические методы очистки
Из биологических методов очистки сточных вод на крахмало-паточных производствах целесообразно использовать метантенки и аэотенки-смесители, а в качестве заключительного этапа - утилизацию на полях фильтрации и полях орошения.
В метантенках при помощи анаэробной микрофлоры сточные воды очищаются от органических соединений.
В аэротенке-смесителе поступающие сточные воды равномерно распределяются по всему объему и эффективно перемешиваются с активным илом. Такая технологическая особенность позволяет поддерживать постоянство состава иловой смеси и увеличивать скорость процесса окисления.
Аэротенки-смесители используют для высококонцентрированных растворов с высоким БПК (более 1000 мг/л). При нахождении очищаемой воды в аэротенке-смесителе в течение 6-8 часов и концентрации активного ила 4 г/дм3 происходит снижение БПК до 95%, при этом изменение рН не наблюдается. В составе активного ила должны быть предусмотрены микроорганизмы, вырабатывающие ферменты, которые способны разрушать крахмал.
На полях фильтрации сточные воды просачиваются через фильтрующий слой грунта, тем самым осуществляя естественную очистку стоков.
Для утилизации на полях орошения требуется разбавлять сточные воды транспортерно-моечными или обеспечить подвод речной воды. Перед сбросом на поля орошения сточные воды усредняют и нейтрализуют. Наилучшим составом для полей орошения является общий сток крахмальных и паточных заводов.
Технологическая схема очистных сооружений
При выборе технологической схемы очистных сооружений следует ориентироваться на требования к качеству очистки и возможности оборотного водоснабжения. Стоит обратить внимание на условия выпуска очищенных сточных вод в водный объект или в городскую канализационную сеть, а также на нормативы качества оборотной воды.
На первом этапе очистки стоков крахмало-паточного производства сточные воды направляются на станцию механической очистки. Это, как правило, транспортерно-моечные воды, которые содержат большое количество крупных минеральных загрязнений и песка.
Проходя через решетки и сита, сточные воды освобождаются от крупных примесей и затем поступают на пескоуловители. На пескоуловителях в течение 3-5 минут воды осветляются и поступают в отстойник, где происходит осаждение мелких взвесей.
Осветленные воды могут использоваться повторно при мойке картофеля. Часть таких вод поступает на дальнейшую очистку и смешивается со стоками от технологического процесса производства крахмала.
На установках обратного осмоса сточные воды разделяются на пермеат и концентрат. Пермеат поступает на доочистку и, после хлорирования, повторно используется в производстве крахмала и патоки. Концентрат направляется на биологическую очистку.
Для очистки сточных вод крахмало-паточного производства, которые имеют высокое содержание органических соединений, наиболее подходящим является метод двухстадийной анаэробно-аэробной очистки.
Анаэробные биологические очистные сооружения имеют ряд преимуществ:
- низкие затраты на электроэнергию;
- образование биогаза - ценного энергетического ресурса;
- меньший прирост избыточного ила;
- отсутствие сложного оборудования для подачи и диспергирования воздуха;
- устойчивость к залповым выбросам стоков, а также к длительным перерывам подачи сточных вод.
Анаэробная очистка является только подготовительной стадией перед аэробной.
В аэротенках-смесителях сточные воды с помощью активного ила очищаются от остатков крахмала и других органических загрязнителей. Аэрация смеси стоков и активного ила продолжается 6-8 часов, после чего очищенные воды после биологических очистных сооружений могут быть направлены в городскую канализацию или на поля фильтрации или поля орошения.
Перед сбросом на поля орошения сток крахмало-паточных предприятий усредняется, затем направляется в специальные емкости-смесители с установкой для нейтрализации. Далее стоки разбавляются транспортерно-моечными или речными водами.
Стоки крахмало-паточных производств в виду большого количества ценных питательных веществ применяют для производства кормов животных, а также в качестве жидких органических удобрений на полях орошения после предварительной очистки на локальных очистных сооружениях.