Исследование коагулянтов для очистки сточных вод молочного производства

АННОТАЦИЯ

В работе представлены результаты исследований чаще всего используемых реагентов для очистки сточных вод молочной промышленности, выявлен оптимальный реагент для осуществления последующей флотации и подобрана оптимальная доза этого реагента.

ABSTRACT

The work presents the results of reaserches the most often used reagents for wastewater treatment of diary industry, the optional reagent for following flotation was identified and the optional dosage of the reagent was selected.

Одним из важнейших вопросов защиты окружающей среды является охрана водного бассейна от загрязнений. Водные ресурсы представляют собой исключительную по своему значению народнохозяйственную ценность, поэтому одним из значимых способов защиты рек и водоемов является применение оборотного водоснабжения на предприятиях.

Сточные воды предприятий молочной промышленности относятся к категории высококонцентрированных по органическим загрязнениям. И использование оборотной воды не всегда приемлемо, поэтому для уменьшения нагрузки на водные объекты необходимо исключить сброс сточных вод не соответствующих установленным нормам.

Как правило, в стоках молочных производств присутствуют [3, с. 16]:

– взвешенные вещества: 350 мг/л для молокозаводов и предприятий по изготовлению сухого молока, и 600 мг/л для сыродельного производства;

– жиры до 100 мг/л;

– БПК_полн для стоков сыродельных предприятий 2400 мг/л при ХПК 3000 мг/л. БПК_полн молокоперерабатывающих заводов 1200 мг/л при ХПК 1400 мг/л. БПК_полн производств сухого молока 1000 мг/л при ХПК равном 1200 мг/л;

– общий азот, общий фосфор, хлориды и др.

В связи с этим наиболее целесообразно применять физико-химические методы, а именно флотацию и коагуляцию.

Исследование очистки сточных вод молочного производства [1, с. 5] методом  флотации показало, что эффективность, как правило, не превышает 53% и это притом, что время составляет около 60 мин., что существенно превышает рекомендуемые СНиП 20-30 мин. [2, с. 76].

Применение реагентной обработки позволяет добиться дестабилизации и разрушить сольватно-гидратные оболочки жировых частиц, объединяя их в более крупные и легко флотируемые комплексы.

Для того чтобы повысить эффективность процесса коагуляции необходимо подобрать такой реагент, который будет соответствовать следующим качествам:

•         невысокая стоимость;
•         малый расход;
•         высокая степень очистки за максимально короткий промежуток времени.

Чтобы подобрать такой реагент и выявить оптимальную его дозу был проведен ряд исследований на модельных стоках молочного производства. Для исследований были выбраны следующие реагенты: сульфат алюминия Al₂(SO₄)_3,  сульфат железа (III) Fe₂(SO₄)₃ и хлорид железа (III) FeCl_3.

Сначала приготовили растворы Al₂(SO₄)₃ в наиболее частом используемом процентном соотношении 10% и 5% . И исследовали разные дозы реагента от 2,5 до 50 мл/л.

Таблица 1

Результаты исследований реагентной обработки сточных вод молочного производства 10% Al₂(SO₄)₃

Исследования показали, что концентрация загрязняющих веществ в сточных водах даже после обработки их дозой реагента в количестве 10 мл/л (рис.1а), 20мл/л (рис.1б), 30мл/л (рис.1в), 40мл/л (рис.1г), 50мл/л (рис.1д) снизилась не существенно. Это подтверждается низкой эффективностью - 28,9% при времени обработки 30 мин. Кроме того видно, что увеличение дозы реагента не целесообразно, т.к. эффективность меньше, чем при его минимальной дозе 10 мл/л (рис.1а), когда образуются хорошо видимые хлопья.

Рис.1 Реагентная обработка сточных вод 10% Al₂(SO₄)₃ при разных дозах раствора реагента: а-10 мл/л, б-20 мл/л, в-30 мл/л, г-40 мл/л, д-50 мл/л.

Исследование 5% раствора Al₂(SO₄)₃ показали, что при низком процентном содержании реагента эффективность очистки возрастает не существенно – 38,7%. Однако видно, что при этом имеет смысл уменьшить дозу до 5 мл/л.

Таблица 2

Результаты исследований реагентной обработки сточных вод молочного производства 5% Al₂(SO₄)₃

Рис.2 Реагентная обработка сточных вод 5% Al₂(SO₄)₃ при разных дозах раствора реагента: а-5мл/л, б-10 мл/л, в-20 мл/л, г-40 мл/л, д-2.5 мл/л.

Можно заметить, что в результате реагентной обработки образуется слой пенного продукта и слой осадка, которые требуют дальнейшей утилизации. Таким образом, видно, что данный вид реагента не целесообразен для обработки сточных вод молочного производства в связи с низкой эффективностью протекания процесса.

Аналогичным образом были подготовлены 10% и 5% растворы Fe₂(SO₄)₃. Исследования проводились в вышеописанных условиях с единственным отличием: дозы реагента составили от 5 до 50 мл/л.

Таблица 3

Результаты исследований реагентной обработки сточных вод молочного производства 10% Fe₂(SO₄)₃

Рис.3 Реагентная обработка 10% Fe₂(SO₄)₃ при разных дозах раствора реагента: а-10 мл/л, б-20 мл/л, в-30 мл/л, г-40 мл/л, д-50мл/л.

Анализ проведенных результатов показывает, что при увеличении дозы реагента до 40 мл/л наблюдается наивысшая эффективность – 76,8% при времени реагентной обработки 30 мин.

При этом наглядно видно (рис. 3г) существенное осветление жидкости сопровождается образованием хрупкого пенного слоя и осадка с высокой вероятностью его разрушения, что может вновь увеличить мутность.

Исследование этого же вида реагента, но в виде 5% раствора показало практически аналогичные результаты (рис. 4г) при дозе реагента 40 мл/л: Э=76,6% при тех же 30 мин.

Таблица 4

Результаты исследований реагентной обработки сточных вод молочного производства 5% Fe₂(SO₄)₃

Рис.4 Реагентная обработка 5% Fe₂(SO₄)₃ при разных дозах раствора реагента: а-5 мл/л, б-10 мл/л, в-20 мл/л, г-40мл/л.

Данный реагент подходит для работы в более спокойных условиях. Также образуется достаточно большой осадок, что требует его постоянного удаления.

Сульфат железа Fe₂(SO₄)₃ также не подходит для очистки сточных вод молочной промышленности с последующей флотацией.

Следующим исследуемым реагентом стал FeCl₃. Исследования проводились в таких же условиях для 10% и 5% заранее подготовленного раствора, при этом исследуемые дозы лежали в диапазоне от 0,5 до 50 мл/л.

Таблица 5

Результаты исследований реагентной обработки сточных вод молочного производства 10% FeCl₃

Рис.5 Реагентная обработка 10% FeCl₃ при разных дозах раствора реагента: а-10 мл/л, б-20 мл/л, в-30 мл/л, г-40 мл/л, д-50мл/л.

Исследования показали, что при дозах 10-50 мл/л эффективность очень низкая – 25,5% (рис. 5д).

Однако уменьшение дозы реагента до 5мл/л при наименьшем процентном растворе (5%), характеризуется резким увеличением эффективности – до 84,1% (рис. 6г). Стоит заметить, что и время увеличено в 2 раза: 60 мин. Увеличение времени способствует стабилизации потока жидкости и образованию более плотного слоя осадка и пены. 

Таблица 6

Результаты исследований реагентной обработки сточных вод молочного производства 5% FeCl₃

Рис.6 Реагентная обработка 5% FeCl₃ при разных дозах раствора реагента: а-2.5 мл/л, б-5мл/л, в-10мл/л, г-20мл/л, д-40мл/л.

В таблицах 4 и 6 нет ряда значений мутности, т.к. уже на меньшем интервале времени стало явно, что данные дозы не оптимальны.

Таким образом, выяснено, что экономически целесообразно использовать 5% FeCl₃ в дозе 5 мл/л, который позволяет достичь максимально эффективной очистки реагентной обработкой – 84,1% при времени 60 мин.

Кроме этого образуется стабильный пенный слой и осадок, которые могут быть использованы в обезвоженном виде в качестве сельскохозяйственного удобрения, т.к. содержат общий азот – 2,9%, фосфорный ангидрид – 0,92, окиси калия – 0,3% [3, с. 99].