Проведенные исследования, обследование существующих локальных очистных сооружений мясоперерабатывающих предприятий и критический анализ источников в патентной и научно-технической литературе позволили разработать новую аппаратурно-технологическую схему очистки жиросодержащих сточных вод мясоперерабатывающих производств.
Предлагаемая схема выбрана с учетом недостатков, присущим методам, как с использованием напорных флотаторов (низкая степень аэрации), так и с применением флотационных колонн. При этом механическую очистку предполагается осуществлять с помощью механических фильтров, а флотационную очистку вести с применением механических флотомашин и флотационных колонн новой конструкции (рис. 1).
Жиросодержащие сточные воды мясоперерабатывающего предприятия поступают в канализационно-насосную станцию (КНС) с концентрацией жира 1500...2000 мг/л и взвешенных веществ 2000...2500 мг/л. Из КНС частично отстоявшиеся сточные воды при помощи насоса направляют в камеру предварительного фильтрования для задержания крупных взвешенных частиц, которые в виде осадка собирают в сборник 4.
Образовавшийся в канализационных водах верхний слой всплывшего жира с помощью насоса 2 подают в сборник 6, откуда жиромасса удаляйся по мере накопления. После фильтрования очищаемые сточные воды подают во флотационный жироуловитель, в которых происходит извлечение жира на 80...90% от его концентрации в исходных сточных водах и взвешенных веществ на 50...65%.
Извлекаемые в пену, образующиеся при флотации, частицы (капли) жира и взвешенных веществ в виде жиромассы с влажностью 85...90% поступают в сборник пенного продукта 6, откуда удаляются по мере накопления.
Осветленная вода из флотационной жироловушки поступает в сборник осветленной жидкости 7 и далее с помощью насосов 8 поступает на доочистку во флотационную машину 9, в которой содержание жира уменьшается до 20 мг/л, взвешенных веществ - до 500мг/л. Очищенная вода далее поступает в городскую канализацию. В случае небольшого расхода жиросодержащих сточных вод, например, небольшого мясокомбината, проводят локальную очистку сточных вод с использованием, в частности, жироловок флотационного типа, а также применяют коагулянты и флокулянты как природные, так и синтетические. В предлагаемом нами подходе рассматриваются различные варианты способов очистки сточных вод мясокомбината с применением реагентов и отделением образующихся хлопьев загрязнений флотацией, седиментацией или их комбинацией.
В качестве объекта исследования использовали сточные воды мясокомбината. При этом нам были предоставлены сточные воды двух видов с условными названиями «Мясокомбинат-1» и «Мясокомбинат-2».
Методика исследований состояла в обработке сточных вод реагентами с целью получения хлопьев, легко отделяемых от воды. В качестве реагентов использовали: коагулянты - финнферри, AI2(S04)314H20; H2S04 и флокулянты - феннопол, зетаг, полиэлектролит (Nokia), лигносульфонаты. Концентрация рабочих растворов А12(804)з14Н20 - 2% весовых, флокулянтов - 0,01% весовых. Перемешивание реагентов с водой проводили во флокуляторе с пятью мешалками. Отделение хлопьев от воды проводили тремя способами - седиментацией, напорной флотацией и электрофлотацией.
Особенность данного исследования заключалась в том, что после обработки реагентами сточная вода отстаивалась в течение 30 мин. После этого отбирали пробу осветленной жидкости и проводили напорную флотацию или электрофлотацию. Напорную флотацию проводили путем смешения 65... 70% сточной воды, обработанной реагентами, и 30...35% дисперсионной воды, в которой был растворен воздух под давлением 600кПа.
Введение использованных в данной работе реагентов в сточную воду проводилось по стандартной методике с применением типового флокулятора. Перемешивание осуществлялось сначала при интенсивности перемешивания 90 об/мин в течение 2мин, а дальнейший процесс хлопьеобразования происходил при интенсивности перемешивания 30 об/мин в течение 10 мин.
При перемешивании сточных вод с коагулянтом и флокулянтом последовательно вводили коагулянт при интенсивности перемешивания 90об/мин в течение 2мин, а затем аналогичную операцию проводили с флокулянтом и далее в течение 10 мин при интенсивности перемешивания 90об/мин осуществляли хлопьеобразование.
Проведенные исследования показали, что наибольший эффект очистки по ХПК и ВВ дает предварительная обработка сточных вод финнферри в количествах 0,3...0,4мл/л с последующей напорной флотацией в течение 10 мин. Важные результаты получены и при использовании других реагентных систем.
Весьма интересным является факт отличия ХПК общей ( нефильтрованной) пробы и ХПК фильтрованной пробы при флотации и седиментации. При этом в случае седиментации показатели ХПК общей нефильтрованной пробы (ХПКо) и ХПК фильтрованной пробы (ХПКр) выше, чем при напорной флотации, что указывает на флотационное извлечение из воды растворенных в ней молекул и ионов органических веществ. В этом случае наблюдался четкий эффект так называмой ионной флотации. Флотация растворенных органических молекул в данном случае, по-видимому, связана, в основном, с извлечением из воды веществ, обладающих хорошо выраженными поверхностно-активными свойствами. Известно, что поверхностно-активные вещества (ПАВ), в частности катионного типа, особенно эффективно удаляются при флотации тонкодисперсных частиц. Характер влияния катионных ПАВ на процесс флотационного выделения мелких частиц определяется, в основном, характером влияния этих реагентов на величину и знак заряда частиц и пузырьков. Следует, однако, иметь в виду, что ПАВ оказывают также влияние на дисперсность и скорость всплывания пузырьков, на характеристики пенного слоя и т.д.
При использовании такого реагента, как финнферри возможен также и другой механизм извлечения растворенных веществ, обладающих хорошо выраженными поверхностно-активными свойствами, в частности, путем взаимодействия соединений железа с Растворенными органическими веществами. В последнем варианте механизм взаимодействия между растворенным органическим Бегством и реагентом типа финнферри осуществляется преимущественно в режиме ионной флотации. каким путем легче всего достичь более полного извлечения растворенных органических веществ. Использование других реагентов, в частности лигносульфонатов в сочетании с H2SO4, дает также хороший эффект очистки: ХПКо и ХПКр уменьшаются в 6...7 раз. При этом способе обработки сточных вод образуются хотя и менее прочные хлопья, чем в случае использования финнферри, но обладающие хорошей флотируемостью. Возможно даже осуществление самофлотируемости этих хлопьев. Однако явление самофлотации хлопьев, образованных при использовании лигносульфонатов, достаточно длительный процесс (40.. .60 мин) и его осуществление в промышленных условиях вряд ли целесообразно.
Более эффективным способом является флотирование этих хлопьев с помощью растворенного в воде воздуха. Результаты очистки сточных вод типа II («Мясокомбинат-2») представлены на рис.42. Наиболее оптимальными следует считать, видимо, значения концентраций лигносульфонатов в воде З00...400мг/л. При этих значениях концентраций значения ХПКо и ХПКр достигают 465...500мг/л, что не превышает нормативных показателей для сброса заранее очищенных стоков в КНС и это является достаточно хорошим свидетельством эффективности флотационной очистки сточных вод.
Сравнительные испытания способа напорной флотации были проведены и с использованием сернокислого алюминия. Начиная с 0,02 % (весовых) Al2(SO4)3 14H2O значения ХПК находятся в пределах 500...550мг/л. Эти значения ХПК следует также считать вполне удовлетворительными при использовании для очистки сточных вод способа напорной флотации.
Следует особо отметить, что образующиеся при использовании сернокислого алюминия хлопья являются весьма непрочными, что и подтверждают результаты флотационной очистки сточных вод. Повышение значения мутности при увеличении концентрации сернокислого алюминия приводит к снижению прочности образующихся хлопьев и, как следствие, к высоким значениям ХПКо, хотя ХПКр практически не изменяется. Это указывает на разрушение хлопьев, приводящее к повышению количества взвешенных веществ и ХПК. Использование сернокислого алюминия при наличии таких эффективных реагентов как финнферри или лигносульфонаты в сочетании с серной кислотой вряд ли следует считать оправданным. Аналогичная ситуация наблюдается и при использовании оксида алюминия.
Интенсификация процесса отделения хлопьев от воды с использованием указанных выше реагентов может быть достигнута с использованием, например, наряду с финнферри синтетических флокулянтов, в частности, феннопола. Однако с использованием этого флокулянта эффект очистки повышается всего на 10...20%, поэтому это также вряд ли целесообразно.
Практический интерес представляет также использование в сочетании с финнферри таких эффективных адсорбентов, как бентонит. При этом, как показали экспериментальные исследования, принципиальным является порядок введения бентонита в сточную воду. Введение бентонита перед добавлением в воду финнферри приводит к повышению эффекта очистки по сравнению с вариантом, при котором используется только финнферри. При введении бенитонита после добавления финнферри эффект очистки не повышается.
Нам представляется, что введение бентонита перед добавлением в воду финнферри в условиях интенсивного перемешивания (в условиях псевдоожижения) приводит к образованию центров, способствующих образованию крупных хлопьев, легко выпадающих в осадок. Сравнительные данные двух способов отделения хлопьев от воды: флотацией и седиментацией. При этом как и в случае использования только финнферри ХПКо и ХПКр заметно меньше при использовании флотационного способа очистки воды, чем в случае седиментации.
Очистка сточных вод первого типа также возможна с использованием флотации с предварительным введением в воду реагентов. Однако устойчивость присутствующих в этих сточных водах коллоидных частиц, а также высокие буферные свойства, приводит к тому, что требуются повышенные дозы реагентов и, кроме того, как правило, комбинация реагентов: коагулянт и флокулянт.
Высокие буферные свойства сточных вод этого типа («Мясокомбинат-1») заставляют применять кислоты для уменьшения рН до изоточки присутствующих в них белков и клеток или финнферри. Все изложенное выше, а также то, что удельный расход сточных вод этого типа небольшой (10..5м3/ч), заставляет искать другие более эффективные способы очистки сточных вод.
Представляется также перспективным применение электрофлотации для очистки этих протеинсодержащих сточных вод. Протеин и жиры, содержащиеся в сточных водах мясокомбинатов, адсорбируются на продуктах растворения положительного электрода D анода, изготовленного обычно из алюминия или железа. При этом образующиеся хлопья наряду с загрязнениями содержат также пузырьки газов, выделяющихся при электролизе - кислорода и водорода.
В результате исследований было установлено, что оптимальным является режим с плотностью тока 10мА/см2. Экспериментальные данные показывают, что при электрофлотационной очистке сточных вод мясокомбинатов 1 и 2 в течение З0...40мин ХПКо достигает 400...450мг/л. При этом мутность, определяемая с помощью турбидиметра, имеет также минимальное значение. При увеличении времени электрофлотации до 45...50мин мутность очищаемых сточных вод увеличивается, что, по-видимому, связано с увеличением гидроокиси алюминия. В этой связи следует выбирать оптимальное время электрофлотации, при котором мутность, ХПК и другие ингредиенты являются минимальными. В заключение следует отметить, что при проведении технико-экономического анализа установлено преимущество электрофлотации перед напорной флотацией в случае очистки сточных вод с небольшим расходом (примерно до 10м 1ч).