Очистка сточных вод завода по производству картофельных хлопьев

Постановка задачи (краткая)

Заказчику необходимо уменьшить показатели загрязнений по БПК и ХПК до значений, соответствующих нормативам, установленным для отведения стоков завода в общегородскую канализационную сеть, и степени очистки, позволяющей повторно использовать их в технологических операциях подготовки сырья.

Описание задачи (подробное)

Продукция, производимая заказчиком, состоит из картофельных хлопьев. Источниками сточной воды фабрики являются стоки, образующиеся после технологических операций:

• промывки картофеля;
• очистки с помощью пара высокого давления;
• снятия кожуры скребками и окончательной промывкой картофеля в проточной воде;
• нарезки клубней с их промывкой от крахмала;
• бланширования и охлаждения картофельной массы;
• изготовления картофельного пюре с помощью парообработки;
• конденсата из систем охлаждения.

Подготовительный этап

Перед составлением программы очистки объединенных производственных сточных вод предприятия был проведен аудит основных потоков сточной воды, образующихся на предприятии в результате технологического процесса. Кроме того, были опрошены все специалисты, имеющие непосредственное отношение к производственной технологии, а так же проведению лабораторного и экологического контроля показателей отводимой в общегородскую сеть сточной воды. Кроме этого, соответствующими службами предприятия были предоставлены данные, касающиеся объемов и состава сточных вод производственных линий по выпуску картофельных хлопьев. На основании этих данных, а также размеров производственной площади, выделенной под установку новых, вновь вводимых систем очистки, которые так же были учтены в общем анализе.

Предложенное решение

Основными показателями, по которым выявлено превышение нормативов, установленных городским водоканалом, являются значения ХПК и БПК.

На основании данных анализа сточных вод завода по производству картофельных хлопьев, а также предельных концентраций, установленных городским водоканалом относительно основных загрязнениям сточных вод предприятия и с учетом имеющейся площади для размещения очистного оборудования, было предложено соответствующее комплексное решение:

• Система механической очистки сточных вод после мойки картофеля: шнековый сепаратор;
• Система механической очистки сточных вод, образующихся в прочих технологических процессах: установка седиментации;
• Система непрерывной аэробной биологической очистки: реактор MBBR с плавающей загрузкой, трубный флокулятор, установка напорной флотации;
• Система обезвоживания осадка избыточного активного ила: горизонтальная центрифуга-декантер.

Предложенная технологическая схема очистки сточных вод жирового комбината представлена на рисунке.

Поток «черной» сточной воды, образующийся в процессе первичной промывки картофеля, содержит в своем составе большое количество минеральных примесей, глину и песок. Отделение этих загрязнений, имеющих плотность, значительно превышающую плотность воды, производится с помощью компактного гравитационного разделителя, имеющего встроенный шнековый конвейер, предназначенный для обезвоживания и транспортирования осадка.

Прочие потоки сточной воды, основные механические загрязнения в которых представленны картофельной мезгой, картофельной обрезью, частицами вареного картофеля, объединяются в общий, «белый» поток. После этого они проходят ступень механической очистки с помощью установки седиментации, с конструкцией, использующей принцип гравитационного разделения. Эта система седиментации оборудована пакетом параллельных пластин, предназначенным для тонкослойного разделения твердой и жидкой фазы. В результате безреагентной обработки, из «белого» потока сточной воды извлекается ценные, крахмалосодержащие компоненты, которые отправляются затем на операцию обезвоживания и могут быть использованы в качестве вторичного сырья. В сточной воде, прошедшей стадию механической очистки, присутствует свободный и гидролизованный, или связанный, крахмал, удаляемый из сточной воды на стадии биологической очистки.

Прошедшие стадию механической очистки потоки сточной воды, поступают в селекторную емкость на стадию биологической очистки, где происходит их объединение и усреднение. Кроме того, в селекторную емкость биологической очистки направляется также поток, содержащий растворенный в воде «серый крахмал», полученный в результате обезвоживания осадка, отделенного на стадии механической очистки «белого потока». Так как в составе крахмалосодержащих сточных вод присутствуют в основном углеводосодержащие питательные субстраты, в селекторную емкость, с помощью специального дозирующего устройства, добавляется карбамид, или мочевина, представляющая собой азотосодержащее амидное соединение угольной кислоты. Эта добавка азотосодержащего питательного вещества необходима для того, чтобы ликвидировать дефицит азота, необходимого для обеспечения жизнедеятельности бактерий активного ила, который отсутствует в достаточном количестве в крахмалосодержащей сточной воде.

Бактерии и микроорганизмы активного ила, участвующие в процессе аэробного биологического окисления, растворенные органические вещества на воду и углекислый газ, эти процессы сопровождаются также выделением тепла и увеличением объема биомассы, за счет процессов биологической ферментации. В результате этих процессов образуются также ионы аммония, которые затем переводятся с помощью входящих в биоценоз активного ила нитрифицирующих бактерий, в нитриты и нитраты.

Для проведения процесса биологической очистки используется аэробный биореактор, в котором используется технология MBBR, при которой биомасса активного ила находится в закрепленном состоянии на специально сконструированных элементах, изготовленных из инертного пластического материала, свободно плавающих в пространстве емкости аэробного реактора. Такой тип реактора аэробной биологической очистки относится к числу наиболее эффективных и компактных установок для очистки сточных вод от растворенных органических веществ, так как при этом обеспечивается большая площадь поверхностного взаимодействия аэробной бактериальной массы и обрабатываемой методом биологического окисления сточной воды, с обеспечением прохождения стадии нитрификации. Это связано с тем, что закрепленная на инертных носителях биомасса обладает развитым видовым разнообразием, что способствует интенсификации процессов биологического окисления, а также развитию нитрифицирующих бактерий и подавлению развития нитчатых бактерий, снижающих эффективность процесса аэробной биологической очистки. Кроме того, избыточная биомасса активного ила, закрепленного на свободно передвигающихся плавающих носителях, удаляется естественным путем и выносится из емкости аэробного биореактора вместе с очищенной водой.

Для обеспечения необходимого уровня концентрации кислорода, растворенного в воде, и циркуляции носителя с закрепленной биопленкой активного ила по всему объему реактора, применяются две системы аэрации. К ним относятся, во-первых, аэрационная решетка, обеспечивающая образование воздушных пузырьков среднего размера, расположенная в донной части, а во-вторых - две, меняющие свое местоположение, воздуходувки. Работа этих систем аэрации контролируется и регулируется с помощью системы измерения кислорода, растворенного в водной среде, что позволяет обеспечить значительную оптимизацию эксплуатационных затрат.

Для предотвращения выноса вместе с очищенной водой инертных пластиковых носителей из емкости биореактора, применяется специальный экран.

Сточная вода, прошедшая стадию биологической очистки, в которой содержится вынесенный избыточный активный ил, представляющий собой микрочастицы с малой гидравлической крупностью, недостаточной для его отделения методами отстаивания, или напорной флотации, направляется в трубный флокулятор. В этой установке с непрерывной подачей сочной воды происходят процессы ее смешивания с флокулянтом и объединения микрочастиц в более крупные агрегатные образования. Для изготовления рабочего раствора необходимой концентрации используется станция приготовления флокулянта, а для его дозирования – специальное дозирующее устройство, обеспечивающее необходимую концентрацию реагента в потоке воды.

Интенсификация смешивания раствора флоккулирующего реагента со сточной водой и процессов хлопьеобразования происходит за счет особой конструкции трубного флокулятора, обеспечивающей необходимые режимы турбулентного и ламинарного движения водного потока.

Для отделения выделенной фазы хлопка избыточного активного ила используется установка напорной флотации, с поперечным движением потока воды, состоящая из двух секций, в первой и которых проходит процесс аэрации, а во второй тонкослойное разделение твердой и жидкой фаз, интенсифицирующее всплытие флотошлама, состоящего из избыточной биомассы. Насыщение воздухом при пониженном давлении в этой системе напорной флотации осуществляется для части очищенной рециркуляционной воды, соединяемой затем с основных потоком, поступающим на этап флотационного разделения фаз. Отделенный шлам, с помощью шламового насоса, перекачивается на стадию обезвоживания. Плотный осадок, включающий минеральную фазу, периодически, в автоматическом режиме, удаляется из донной части установки флотации, с помощью специальной клапанной системы.

Шлам, состоящий из отделенного на стадии напорной флотации активного ила, подается в усреднительную емкость, оборудованную перемешивающим миксером, что необходимо для предотвращения возникновения анаэробных аноксидных зон, что может привести к ухудшению его влагоотдающих свойств.

Для обезвоживания флотационного шлама, состоящего из отделенной от очищенной воды избыточной биомассы активного ила, используется работающая в непрерывном режиме центрифуга декантерного типа, в основе работы которой лежит принцип гравитационного разделения фаз. Для лучшего отделения свободной и частично связанной воды, используется предварительное кондиционирование осадка, с использованием флокулянта, вводимого в осадок непосредственно перед его подачей в декантер. За счет добавления флокулянта, происходит образование агрегатов, имеющих высокую прочность к усилию сдвига, что способствует повышению эффективности обезвоживания под действием центробежных сил.

Изготовление раствора флокулянта для кондиционирования осадка проводится на установке, которая представляет собой станцию его изготовления, а добавление на входе в декантер – с использованием специального дозирующего устройства. При этом условия смешивания осадка и реагента обеспечиваются конструкцией и режимом работы установки обезвоживания. Результатом работы центрифуги-декантера является обезвоженный осадок, или кек, отправляемый на утилизацию, и отделенная вода, или фугат, направляемая в селекторную емкость биологической очистки.

После прохождения стадии аэробной биологической очистки, достигается снижение показателей ХПК и БПК до нормативов, установленных городским водоканалом, для стоков, отводимых в общегородские канализационные сети. Кроме того, эта вода может быть использована повторно, на стадии предварительной подготовки картофельного сырья.

Установки гравитационного разделения, биологической очистки и напорной флотации, а также шламовые насосы оборудованы датчиками уровня, с помощью которых контролируется процесс их работы. Реактор аэробной биологической очистки оборудован системой измерения и контроля уровня кислорода, растворенного в воде. Все системы управления объединены в единую электронную панель, с сенсорным экраном. На ней, а так же мониторе компьютера оператора комплекса очистных сооружений, выводятся данные об общем состоянии системы, работе насосов, станций дозирования, систем аэрации, показания датчиков уровня, систем контроля концентрации кислорода в биореакторе, что позволяет проводить оперативный контроль работы установок очистки и всего комплекса в целом. В качестве материала, применяющегося для изготовления металлических частей установок очистки сточной воды, служит коррозионно-стойкая нержавеющая сталь.

Предложенное комплексное решение по очистке сточной воды полностью обеспечивает требования заказчика:

В локальных очистных сооружениях используются следующие химические реагенты:

В состав локальных очистных сооружений входит следующее оборудование:

Реализованное решение

Предложенное комплексное решение по очистке сточных вод завода по производству картофельных хлопьев было принято Заказчиком в полном объеме. В ходе запуска комплекса очистных сооружений были реализованы все проектные параметры его работы.