Системы для водоотведения и очистки стоков пищевых предприятий

В данном контексте ниже представлена классификация и описание основных видов загрязнений, характерных для стоков пищевой промышленности, с анализом их источников, состава и конкретного влияния на состояние водных объектов. Этот анализ служит необходимой базой для последующего проектирования технологических решений, направленных на минимизацию экологического ущерба и переход к принципам циркулярной экономики в отрасли.

1. Органические вещества – углеродсодержащие соединения природного или антропогенного происхождения (остатки пищи, растительности, продукты жизнедеятельности, химические соединения). Измеряются в виде БПК (биохимическое потребление кислорода), ХПК (химическое потребление кислорода) и общего органического углерода. Превышение органических веществ в стоке предприятие приводит к повышению количества микроорганизмов и, следовательно, повышению потребления растворенного в воде кислорода, в следствии чего нарушается биоценоз/экосистема водного объекта, в который производится водоотведение.

Примеры: Белки, углеводы, лигнин, фенолы, поверхностно-активные вещества (ПАВ), нефтепродукты.

2. Минеральные соли - неорганические ионные соединения (хлориды, сульфаты, фосфаты, карбонаты, нитраты, соли жесткости и т.д.). Измеряются как концентрация отдельных ионов (Cl⁻, SO₄²⁻, PO₄³⁻, CO3²⁻, NO₃⁻, Ca2+, Mg2+), общее солесодержание (минерализация) и жесткость (суммарная концентрация ионов Ca2+ и Mg2+). Превышение концентрации минеральных солей в стоке приводит к различным последствиям, в зависимости от концентрации отдельных ионов: от ухудшения вкуса, до полного отравления воды.

Примеры: NaCl (хлорид натрия/поваренная соль), CaSO₄ (сульфат кальция), Na₃PO₄ (ортофосфат натрия), NH₄NO₃ (нитрат аммония).

3. Металлы - химические элементы с характерными металлическими свойствами, в воде часто присутствуют в виде ионов или комплексных соединений. Измеряются в концентрациях отдельных ионов металлов (Pb, Cd, Hg, Cu, Zn, Cr, Ni, Fe, Al). Превышение металлов в стоке приводит к повышению цветности и токсичности воды.

Пример: Ртуть (Hg) от химических производств, свинец (Pb) от стоков с автодорог, медь (Cu) от гальванических процессов, железо (Fe) от износа оборудования и трубопровода.

4. Микроорганизмы и патогены – различные бактерии, вирусы, простейшие, гельминты, поступающие преимущественно с хозяйственно-бытовыми стоками. Измеряются как количество бактерий отдельной группы патогена (коли-индекс), коли-титр, общее микробное число, наличие конкретных патогенов.

5. Подкислители и щелочи - продукт регулирования кислотности (показателя рН) среды. Измеряются в рН. При рН ниже 6-6,5 единиц рН среда является кислотной, соответственно имеется переизбыток кислотных соединений. При рН выше 8,5-9 среда является щелочной, соответственно имеется переизбыток щелочных соединений. Избыток кислотных или щелочных соединений вызывают отклонение щелочно-кислотного баланса стока от нормы, в следствии чего возможно множество вариантов. При избытке кислот – повышенная коррозия труб и сооружений, образование токсичных соединений на базе тяжелых металлов. При избытке щелочей – щелочной гидролиз органических веществ, образование токсичных соединений на базе аммония.

Примеры: Серная (H₂SO₄), соляная (HCl) кислоты и гидроксид натрия (NaOH), кальцинированная сода (Na₂CO₃).

Таким образом, отходы пищевой промышленности требуют тщательной предварительной очистки перед сбросом стоков в окружающую среду, чтобы минимизировать экологический ущерб и сохранить качество природных ресурсов.

НПЦ “ПромВодОчистка” имеет опыт и готова предложить Вам комплексные решения по очистке сточных вод для пищевых предприятий для сброса в канализацию или водный объект(река, озеро, водохранилище и тд).

Решетки – устройства механической очистки стока, предназначенные для сепарации и удаления твердых отходов и загрязнений из сточных вод за счет удержания их на перфорированной, сетчатой или решетчатой структуре фильтрующей поверхности. Задержанные на фильтрующей поверхности загрязнения удаляются как автоматически, так и вручную. Очистка происходит за счет удаления загрязнений противоточным потоком, сканерной очистки (“водяной пылесос”), щеточной очистки (“водяной веник”). Они играют важную роль в процессе предварительной очистки воды перед дальнейшей обработкой и очисткой в очистных сооружениях.

Сита для очистки сточных вод – устройства, предназначенные для удаления твердых отходов и загрязнений за счет удержания их на внутренней поверхности цилиндрического сита.

Отстойники и песколовки - устройства механической очистки, предназначенные для сепарации и удаления твердых отходов и загрязнений из сточных вод за их счет осаждения под действием силы тяжести. Принцип работы основан на том, что тяжелые примеси оседают на дно резервуара, а очищенная вода поступает дальше на следующую стадию обработки или отводится в водоем. Загрязнения удаляются за счет гидравлической промывки при открытии запорной арматуры. В зависимости от задачи отстойники и песколовки могут быть оборудованы дополнительными устройствами формируя комбинированную установку для очистки сточной воды.

Станции дозирования повсеместно используются для дозирования определенных реагентов в очищаемую воду, для повышения эффективности очистки воды. Самые часто применяемые реагенты - коагулянт, флокулянт, окислители и корректоры рН (кислоты и щелочи). В зависимости от задачи станция имеет различные конфигурации, в том числе объединение станции растаривания, приготовления и дозирования реагента в одной станции.

Флотаторы - устройства для очистки сточных вод, работа которых основана на процессе флотации. Флотация - процесс слипания частиц с пузырьком воздуха. это устройство, используемое в процессах очистки стока, основанное на принципе образования пузырьков газа, поднимающихся вверх вместе с частицами загрязнений, в результате чего на поверхности воды образуется пена, которая удаляется скребком.

Инообменный фильтр - подтип засыпных фильтров, использующий ионообменную загрузку. Основное назначение - обмен ионов солей жесткости на ионы натрия. В основном применяется для удаления из воды жесткости. Но может применяться и для так называемого химического обессоливания воды комбинации катионообменной и анионообменной загрузок.

Сорбционный фильтр - подтип засыпных фильтров, использующих сорбционную загрузку. Основное назначение - поглощение (адсорбция) загрязнений из воды поверхностью и порами засыпного материала. Основное назначение - очистка воды от тяжелых металлов, органики и запаха.

Биофильтр - вода фильтруется через загрузку (щебень, керамзит, пластмасса), покрытую биоплёнкой из микроорганизмов, которые окисляют органику. Окисление происходит за счёт кислорода воздуха, естественно поступающего через загрузку.

Аэротенк — резервуар, в котором очищаемые стоки смешиваются с активным илом (биоценоз микроорганизмов, также способных поглощать органику из стоков) в аэрируемом резервуаре.

Метатенк – это герметичный резервуар для анаэробного сбраживания (перегнивания) осадков сточных вод (первичного и избыточного активного ила) и других высококонцентрированных органических отходов без доступа кислорода. В результате сложных биохимических процессов, осуществляемых консорциумом анаэробных микроорганизмов, происходит распад органического вещества с образованием биогаза (смеси метана CH₄ и углекислого газа CO₂) и стабилизированного сброженного осадка.

Обратный осмос (RO — Reverse Osmosis) — это высокоэффективный мембранный процесс разделения растворов под действием внешнего давления, превышающего осмотическое давление. Вода под давлением продавливается через полупроницаемую мембрану, которая задерживает растворённые соли, ионы, микроорганизмы и органические молекулы с молекулярной массой > 100 Да.

Ультрафильтрация (УФ, UF) — это мембранный процесс разделения под действием давления, при котором разделение частиц происходит по размеру. Мембрана задерживает коллоидные частицы, макромолекулы, бактерии и вирусы (размером от ~0.001 до 0.1 мкм), но пропускает растворённые соли и низкомолекулярные органические соединения.

Нанофильтрация (НФ, NF) — это мембранный процесс разделения, занимающий промежуточное положение между ультрафильтрацией и обратным осмосом. Работает под давлением и использует мембраны с размером пор около 1 нанометра (0.001 мкм). НФ эффективно задерживает органические молекулы с молекулярной массой 200-1000 Да, многовалентные ионы и частично одновалентные ионы.

1.     Механическая очистка – метод, основанный на удалении крупных нерастворенных частиц как органического, так и минерального происхождения

Основное оборудование механической очистки – различные решетки, сита, отстойники и песколовки. В решетках и ситах частицы накапливается на поверхности сита/решетки и потом удаляется гидравлически. В отстойниках и песколовках частицы благодаря силе тяжести скапливаются на дне оборудования, в специальных конусах, и далее механически или гидравлически удаляются.

2.     Усреднение стока – метод, основанный на выравнивание количественного состава загрязнений и расхода во времени. Его цель — преобразование неравномерного, залпового или импульсного потока загрязнённой воды в стабильный и однородный, что является критически важным условием для эффективной работы последующих ступеней очистки. Процесс происходит в специальных резервуарах — усреднителях. Принцип основан на смешивании сточных вод с разными характеристиками в одном объёме.

3.     Предварительная физико-химическая очистка – метод, основанный на удалении загрязнений из сточных вод при помощи различных физико-химических процессов, для снижения нагрузки на последующие ступени (чаще всего биологическую очистку). Основное оборудование предварительной физико-химической очистки – станции дозирования реагентов,флотаторы, нефтеловушки и жироловушки. Станции дозирования позволяют дозирования в сток реагенты, которые повышают эффективность очистки (корректоры рН, коагулянт, окислитель, флокулянт). Флотатор при помощи флотации (насыщение воды мелкими пузырьками воздуха, на поверхности которых скапливаются загрязнения) формируют пенный слой, удаляемый скребком. Нефтеловушки и жироловушки позволяют собирать эмульсии и пленки, образующиеся на поверхности стока при помощи скребков или скимеров.

4.     Биологическая очистка – метод, основанный на способности сообществ специфических микроорганизмов (бактерий, простейших, грибов, водорослей) использовать растворённые и коллоидные органические загрязнения, а также некоторые неорганические соединения (азот, фосфор), в качестве источника питания и энергии для своей жизнедеятельности. В результате загрязнения окисляются, минерализуются или превращаются в биомассу активного ила. Основное оборудование биологической очистки аэротенки, метатенки и биофильтры.

5.     Основная физико-химическая очистка – метод, основанный на удалении загрязнений из сточных вод при помощи различных физико-химических процессов, для очистки воды до необходимых параметров. Основное оборудование основной физико-химической очистки –иловые отстойники и флотаторы, засыпные фильтры (сорбция и ионный обмен) и мембранный технологии (обратный осмос, нано- и ультрафильтрации). Иловые отстойники и флотаторы используются для отделения активного ила, поступающего с биологической очистки, от очищаемой воды, при этом возвращая часть ила в биологическую очистку и оставшееся на сброс. Сорбционный фильтры работают за счёт поглощения (концентрирования) загрязнений на поверхности или в порах твёрдого тела — сорбента. Наиболее распространённый сорбент — активированный уголь (гранулированный или порошкообразный). Ионный обмен заключается в процессе замещения ионов в растворе на ионы, содержащиеся в твёрдой фазе — ионите (катионите или анионите). Иониты — синтетические смолы с высокой обменной ёмкостью. Мембранные технологии заключаются в Разделение под давлением на полупроницаемых мембранах, которые задерживают частицы, молекулы или ионы определённого размера.

a.      Ультрафильтрация — задерживает коллоиды, макромолекулы, бактерии.

b.      Нанофильтрация — задерживает многовалентные ионы, органические молекулы.

c.      Обратный осмос — задерживает практически все растворённые соли и органику.

6.     Обеззараживание стока – метод, основанный на химических, физических (безреагентных) и комбинированных способах сокращения числа микроорганизмов, содержащихся в стоке. К химическим в основном относятся хлорирование, озонирование и бромирование. Физические методы представлены ультрафиолетовым облучением и термической обработкой. Комбинированные состоят из комбинации химического и физического методов обеззараживания.

7.     Обезвоживание осадка – метод, основанный на дегидратации осадка, получаемого на различных этапах очистки сточных вод. Основа метода заключается в уменьшении влажности осадков, для дальнейшей их утилизации.

Основное оборудование – фильтр-прессы, шнековые дегидраторы, вакуум фильтры и выпарные установки.