Адсорбция сточных вод в предприятии пищевой промышленности

Казанский Национальный Исследовательский Технологический  Университет

 

 

 

 

 

Кафедра пищевая  биотехнология.

Реферат на тему: «Адсорбция сточных вод в предприятии пищевой промышленности».

 

 

 

 

Выполнила:

Ст. группы 6201-61

Хакимова  А.М.

Проверила:

Доцент кафедры  пищевой биотехнологии

Канарская З.А.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Казань

2012г.

Введение

 

Вода является незаменимым  источником жизнедеятельности человека. Важно, чтобы она оставалась экологически чистой. Этот вопрос особенно остро  стоит в сфере пищевой отрасли  промышленности.

Очистка сточных вод на предприятиях эффективна лишь в том  случае, если регулярно производится обновление оборудования водоочистки. Программы внедрения новых технологий очистки стоков на производстве проводятся при поддержке государственных  и коммерческих структур. В первую очередь надо понимать, что подход к водоочистке не может быть везде  одинаковым. Ведь в различных отраслях к воде существуют абсолютно разные требования. Ключевые отличия касаются качества и состава воды. Главная  задача компаний, занимающихся водоочисткой и водоподготовкой, состоит в  том, чтобы достичь максимального  успеха в использовании современного оборудования мирового уровня для отчистки воды.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сточные воды мясокомбинатов подвергаются первичной очистке - механической, включающей отстаивание, фильтрование, центрифугирование, и вторичной – биологической. Традиционные методы очистки дороги, малоэффективны и требуют значительных производственных площадей. В настоящее  время проводятся активные исследования по усовершенствованию существующих и  разработке новых методов, среди  которых значительное место занимают сорбционные методы. К преимуществам  сорбционного метода очистки относиться: возможность удаления загрязнений  широкой природы практически  к любой остаточной концентрации независимо от их химической стойкости. Для повышения эффективности  очистки сточных вод мы предлагаем применение комбинации методов: коагуляция, флотация, сорбция.

Достаточно эффективным способом очистки воды, как от белковых, так  и от жировых загрязнений является метод флотации с предварительной  коагуляцией белка неорганическими  солями. В качестве неорганических коагулянтов используют, как правило, соли алюминия, двух- и трехвалентного железа. Однако очистка с применением  указанных соединений малоэффективна. Поэтому мы предлагаем использовать перекись водорода или известь. Эти  реагенты позволяют снизить концентрацию сероводорода в сточной воде и  уменьшить токсичность субстрата, что обеспечивает эффективность  последующей очистки. Завершающей  стадией доочистки является сорбция  с использованием синтезированного нами сорбента на основе совместно  осажденных гидроксидов магния и алюминия.

На основании проведенного исследования сделаем вывод о том, что внедрение  предлагаемых технологий обеспечивает эффективную очистку сточных  вод предприятий пищевой промышленности до 98%, что указывает на возможность  применения полученного сорбента для  обезвреживания токсичных компонентов.

 

Вещества, хорошо адсорбируемые из водных растворов активными углями, имеют выпуклую изотерму адсорбции, а плохо адсорбирующиеся - вогнутую. Изотерму адсорбции вещества, находящегося в сточной воде, определяют опытным  путем. Если в сточной воде присутствует несколько компонентов, то для определения  возможности их совместной адсорбции  для каждого вещества находят  значение стандартной дифференциальной свободной энергии и определяют разность между максимальным и минимальным  значением. Если разница больше некоторого критического значения, совместная адсорбция  всех компонентов возможна. Если это  условие не соблюдается, то очистку  проводят последовательно в несколько  ступеней. Скорость процесса адсорбции  зависит от концентрации, природы  и структуры растворенных веществ, температуры воды, вида и свойств  адсорбента. В общем случае процесс  адсорбции складывается из трех стадий: переноса вещества и сточной воды к поверхности зерен адсорбента (внешнедиффузионная область), собственно адсорбционный процесс, перенос вещества внутри зерен адсорбента (внутридиффузионная область). Принято считать, что скорость собственно адсорбции велика и не лимитирует общую скорость процесса. Следовательно, лимитирующей стадией может быть внешняя либо внутренняя диффузия. В некоторых случаях процесс лимитируется обеими этими стадиями. Во внешнедиффузионной области скорость массопереноса в основном определяется интенсивностью турбулентности потока, которая в первую очередь зависит от скорости жидкости. Во внутридиффузионной области интенсивность массопереноса зависит от вида и размеров пор адсорбента, от форм и размера его зерен, от размера молекул адсорбирующихся веществ, от коэффициента массопроводности. Учитывая все эти обстоятельства, определяют условия, при которых адсорбционная очистка сточных вод идет с оптимальной скоростью. Процесс целесообразно проводить при таких гидродинамических режимах, чтобы он лимитировался во внутридиффузионной области, сопротивление которой можно снизить, изменяя структуру адсорбента и уменьшая размеры зерна. Для ориентировочных расчетов рекомендуется принимать следующие значения скорости и диаметра зерна адсорбента: скорость 1,8 м/ч и размер частиц 2,5 мм. При значениях меньше указанных, процесс лимитируется по внешнедиффузионной области, при больших значениях - во внутридиффузионной.

Адсорбционные установки

Процесс адсорбционной очистки  сточной воды ведут при интенсивном  перемешивании адсорбента с водой, при фильтровании воды через слой адсорбента или в псевдоожиженном слое на установках периодического и непрерывного действия. При смешивании адсорбента с водой используют активный уголь в виде частиц 0,1 мм и меньше. Процесс проводят в одну или несколько ступеней. Сверху подают 15-20%-ю угольную суспензию, а снизу сточную воду. Избыток угля отводят в сборник.

Мы производим и поставляем безнапорные  сорбционные модули Альфа-7ХС. Они имеют удобную верхнюю загрузку.

Регенерация адсорбента

 

 

Важнейшей стадией процесса адсорбционной очистки является регенерация активного угля. Адсорбированные вещества из угля извлекают десорбцией насыщенным или перегретым водяным паром либо нагретым инертным газом. Температура перегретого пара при этом (при избыточном давлении 0,3-0,6 МПа) равна 200-300 °С, а инертных: газов 120-140 °С. Расход пара при отгонке легколетучих веществ равен 2,5-3 кг на 1 кг отгоняемого вещества, для высококипящих в 12,5-30 кг. После десорбции пары конденсируют и вещество извлекают из конденсата. Для регенерации углей может быть использована и экстракция (жидкофазная десорбция) органическими низкокипящими и легко перегоняющимися с водяным паром растворителями. При регенерации органическими растворителями (метанолом, бензолом, толуолом, дихлорэтаном и др.) процесс проводят при нагревании или без нагревания. По окончании десорбции остатки растворителей из угля удаляют острым паром или инертным газом. Для десорбции адсорбированных слабых органических электролитов их переводят в диссоциированную форму. При этом ионы переходят в раствор, заключенный в порах угля, откуда их вымывают горячей водой, раствором кислот (для удаления органических оснований) или раствором щелочей (для удаления кислот). При этом за счет ионизации молекулы сорбата получают заряд и за счет этого десорбируются. В некоторых случаях перед регенерацией адсорбированное вещество путем химического превращения переводят в другое вещество, которое легче извлекается из адсорбента. В том случае, когда адсорбированные вещества не представляют ценности, проводят деструктивную регенерацию химическими реагентами (окислением хлором, озоном или термическим путем). Термическую регенерацию проводят в печах различной конструкции при температуре 700-800°С в бескислородной среде. Регенерацию ведут смесью продуктов горения газа или жидкого топлива и водяного пара. Она связана с потерей части углеродного сорбента (15-20%). Разрабатываются биологические методы регенерации углей, при которых адсорбированные вещества биохимически окисляются. Этот способ регенерации значительно удлиняет срок использования сорбента, но длителен и трудоемок. Примеры адсорбционной очистки. Адсорбционная очистка сточных вол от нитропродуктов, содержание которых в воде находится в пределах 1400 мг/л, производят углями КАД до остаточного их содержания не более-20 мг/л. Уголь регенерируют растворителями (бензолом, метанолом, этанолом, метиленхлоридом). Растворитель и нитропродукты разделяют перегонкой. Остатки растворителя из угля удаляют острым паром. Для извлечения фенолов из сточных вод используют активные угли различных марок. Высокой поглотительной способностью обладают селективные сильнокарбонизированные малозольные угли с высокой пористой структурой, а также угли марок ИГП-90, КАД (йодный), БАУ, ОУ (сухой), АГ-3, АП-3. Степень извлечения фенолов этими углями изменяется от 50 до 99%. Сорбционная емкость уменьшается с повышением рН среды и при рН=9 составляет 10-15%. При концентрации фенолов до 0,5 г/л величина адсорбции соответствует экспонентной зависимостью. Регенерацию углей проводят термическим способом в многоподовых печах или печах с кипящим слоем при температуре 870-930 °С. При этом теряется 10-15% адсорбента. При регенерации углей растворителями (этиловым эфиром, бензолом, щелочью) регенерация достигает соответственно 85, 70 и 37%. Возможно удаление фенолов из углей и аммиачной водой. В некоторых случаях очистку сточных вод от фенолов возможно проводить с применением таких сорбентов, как диатомиты, трепел, шлаки, кокс, торф, силикагель, кварцевый песок, керамзит, керамикулит и др. Однако адсорбционная емкость их мала. Для силикагеля она составляет 30%, а для полукокса всего 6%. Практически полной дефенолизации сточных вод добиваются, используя в качестве сорбента сульфат железа, модифицированный полиакриламидом и карбоксиметилцеллюлозой. Лигнин, пропитанный хлорным железом, способен сорбировать до 92% -фенола при концентрации последнего 3-9 мг/л. Активные угли в виде порошков применимы для удаления из воды хлорорганических пестицидов до их остаточной концентрации 10^-б мг/л. Наибольшую емкость имеют угли ОУ-А, КАД, БАУ, СКТ. Адсорбционная очистка сточных вод производства инсектицидных препаратов «Прима-7» и «Дихлофос» от токсичных компонентов до предельно допустимых концентраций достигается при удельном расходе угля АГ-3 -0,06 г/л и скорости фильтрования 2 м/ч. Для удаления небольших количеств ПАВ из сточных вод (не более 100—200 мг/л) используют адсорбционную очистку активными углями АГ-5 и БАУ, адсорбционная емкость которых по ОП-10 15%. Кроме того, можно применять активный антрацит (емкость - 2%) и природные сорбенты (торф, глины, бурые угли и др.), а также шлак и золу, сорбционная емкость которых зависит от рН среды. Например, анионные ПАВ сорбируются шлаком лучше всего в нейтральной среде. Наиболее эффективно процесс протекает в случае, если ПАВ находится в растворе в виде мицелл. Процесс очистки проводят в фильтрационных колонках с неподвижным слоем угля, пропуская воду снизу вверх со скоростью 2-6 м/с. Предварительно из воды должны быть удалены взвешенные вещества.  Регенерацию углей проводят горячей водой,  водными растворами кислот   (для удаления катионообменных ПАВ) или щелочей (для удаления анионоактивных ПАВ), а также органическими жидкостями, растворяющими ПАВ. Для адсорбции ПАВ могут быть использованы осадки гидроксидов алюминия и железа, сульфиды меди и фосфаты кальция, которые образуются при добавлении в сточную воду коагулянтов. Свежевыделенные гидроксиды имеют крупнопористую структуру. Удельная поверхность их пор составляет 100-400 м²/г. При изучении процесса адсорбции ОП-7 гидроксидом алюминия установлено, что изотермы имеют сложную кривую, состоящую из трех участков. При увеличении рН сточной воды сорбция ОП-7 этим адсорбентом уменьшается. На адсорбцию также влияет содержание в сточной воде электролитов и масса сорбента. Введение в сточную воду полиакриламяда интенсифицирует процесс выпадения хлопьев гидроксидов и увеличивает их адсорбионную емкость. Преимущество углеродных сорбентов – сравнительно низкая стоимость. Недостаток их состоит в склонности к механическому разрушению, окисляемость. Угли плохо сорбируют полярные вещества. Гранулированные углеродные сорбенты имеют высокую стоимость. Низкая плотность и гидрофобность сильно осложняет укладку сорбента в слой, вследствие чего колонки с ними имеют низкое количество теоретических тарелок. В последние годы появились сорбенты, в которых сочетаются высокие сорбционные свойства, низкую стоимость, высокую плотность и способность сорбировать полярные вещества. В частности к ним относится сорбент ОДМ, выпускаемый ООО «ОКПУР». Сорбент ОДМ - гранулированный фильтрующий материал терракотового цвета (светло-оранжевого) изготовленный из природного сырья, с содержанием основных компонентов: SiО2 до 84%; Fe₂О₃ не более 3.2%; Al₂О₃, MgО, СаО - 8%. Токсичность водной вытяжки удовлетворяет санитарным требованиям.

Средняя насыпная масса, кг/м³: 680-720.

Удельная поверхность, м²/г: 120-180.

Полная сорбционная емкость, г/г: 1.3.

Влагоемкость, %: 80-95.

Условная механическая прочность, %: 0.85.

Измельчаемость, %: 0.22.

Истираемость, %: 0.09.

Общая пористость, %: 80.

Объем внутренних пор, см³/г: до 0.6.

Огнеупорность, оС: 1400.

Маслоемкость по нефтепродуктам, мг/г: 900.

Ионообменная емкость, мгэкв/г: до 1.2 по растворенным солям Cr, Ni и др. тяжелых металлов.

Ионообменная емкость по CaO, MgO, мг/ г: до 950.

Коэффициент распределения радионуклидов  составляет 103-104.

Токсичность водной вытяжки удовлетворяет  гигиеническим требованиям.

Удельная эффективность естественных радионуклидов не более, Бк/кг: 80.

Область применения: при рH 5-10.

Пористость межзерновая, %: 42-52.

Сорбционная емкость в статических  условиях, мг/г(Динамическая активность, мг/г):

Алюминий -до 1.5 (700);

Железо - до 9.0 (850);

Нефтепродукты - до 9.0 (170);

Фенол - до 16.0.

Материал химически стоек, механически  устойчив, смачивается водой и  может регенерироваться прокаливанием  до температуры 600 ⁰С.

Многолетний опыт применения сорбента ОДМ в комплексах очистки сточных  вод Альфа подтвердил неизменно  высокие сорбционные качества сорбента. Сорбент мы успешно поставляли от Урала до Чукотки, он выдерживает воздействие низких температур. Повышенные сорбционные свойства проявляются при его применении после воздействия на стоки электрохимической деструкции в электрореакторных модулях.

Кроме очистки стоков, сорбент успешно  эксплуатировался на водоподготовке, в частности на Иркутском пивзаводе, причем в жестких условиях, на горячей  воде.

Учитывая служную ситуацию с питьевой водой на большей части територии России, такой материал актуален для водоподготовки. Предпочтительная область применения - водоподготовка природных вод, содержащих примеси железа, умеренные концентрации солей жесткости и взвеси.

Для правильной эксплуатаии сорбентов нужно знать их свойства, владеть НОУ-ХАУ по применению их для конкретного типа стока. Мы изучали сорбенты в нашей лаборатории, набирали опыт применения их в ходе наладочных работ и опытной эксплуатации. Поэтому мы способны осуществить сорбционную очистку в сжатые сроки и с высоким качеством.

Для осуществления самого процесса сорбционной очистки мы применяем  как напорные, так и безнапорные  фильтры-адсорберы, исполненные в  пластике, нержавстали. При умелом комбинровании тех и других в полной мере проявляются их преимущества. В частности безнапорные адсорберы Альфа-8ХС с прозрачной верхней крышкой дают возможность наблюдать за процессом сорбции, отбирать пробы адсорбента, бысто извлекать и промывать сорбент и они предпочтительны при высоких удельных нагрузках на фильтрующий материал. Тогда как напорные адсорберы работают на малых концентрациях в автоматическом режиме и обеспечивают большую эффективность сорбции.

 

 

 

 

 

 

 

 

Вывод

Очистка сточных вод в предприятиях пищевой промышленности сегодня как никогда актуальна. На многих предприятиях, которые строились еще в середине прошлого века, очистные сооружения либо отсутствуют, либо морально устарели или пришли в негодность, и поэтому не справляются с удовлетворительной обработкой сточной воды.  
Законы организации производства в цивилизованной стране диктуют необходимость и экономическую целесообразность очистки сточной воды перед сбросом на грунт или в водоем. За несоблюдение правил и превышение нормативов по каждому показателю налагаются многотысячные штрафы.

Для каждой отрасли промышленности методы очистки сточных вод подбираются в зависимости от характера загрязнений, технологии производства и других факторов.  
Технология очистки может варьироваться от систем, дозирующих содержание кислоты и щелочи для корректировки уровня рН, до сложных комплексов, использующих сразу несколько различных методов последовательно до получения необходимого результата.

Основные применяемые методы - это  нейтрализация стоков, флотация и  электрофлотация, коагуляция, флокуляция, окисление, фильтрация. Флотационная обработка сточных вод проводится воздухом в сочетании с различными реагентами (коагулянтами), что позволяет удалять из воды стойкие эмульсии и взвеси. 
ООО «Контур-Аква» готово предложить проектные работы по подбору технологии очистки промышленных стоков, подбор и поставку оборудования, а также монтажные и пуско-наладочные работы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы: 

Жамская H.H., Талашкевич Е.А. Схема очистки технологических стоков // Рыбохозяйственные исследования океана: Сб. матер, науч. конф. Владивосток. 1996. - С. 91. 

Тарасевич Ю.И. Природные сорбенты в процессах очистки воды.- Киев: Наукова думка, 1981. 208 с. 

Шапкин Н.П., Жамская H.H., Скобун A.C. Адсорбция белков и жиров из сточных вод пищевых предприятий на природных сорбентах // Пищевая технология: Изв. вузов. 2001. № 4. - С. 14-18.