Охрана окружающей среды на предприятиях микробиологической промышленности

Тема 4. Охрана окружающей среды  на предприятиях микробиологической промышленности

 

 

 

 

 Очистка сточных вод.

 

 Очистка газовоздушных  выбросов.

 

^ 1. Очистка сточных вод

 

 В процессе получения  продуктов микробиологического  синтеза потребляется большое  количество воды, которая загрязняется  вредными микроорганизмами, минеральными  и органическими компонентами. Загрязняющие  вещества находятся в растворенном  и нерастворенном состояниях. С  целью предотвращения вредного  влияния сточных вод на состояние  водоемов в нашей стране действуют  «Правила охраны поверхностных  вод». Очищенные сточные воды  не должны содержать возбудителей  заболеваний, а также запахов  и привкусов, способных передаться  рыбе. В сточных водах ограничивается  содержание окисляемых микроорганизмами  токсических веществ и взвешенных  частиц.

 

 Из общего количества  органических веществ, содержащихся  в исходных, питательных средах, в процессе производства используется 75-80%, остальное уходит с отработанными  сточными водами.

 

^ 1.1. Промышленные стоки.  В производственных процессах  получения белковых препаратов  аминокислот, липидов и биотоплива  промышленные стоки делятся на  условно чистые и загрязненные.

 

 К условно чистым  относятся воды, прошедшие теплообменные  аппараты, в них не происходит  изменения состава, а только  температуры. Остальные производственные  стоки относятся к загрязненным. Загрязненные промышленные стоки  характеризуются присутствием органических  и неорганических веществ.

 

 Загрязненность промышленных  стоков и расход кислорода  на процесс бактериального окисления  органических веществ характеризуются  биологическим потреблением кислорода  (БПК), выражаемым в миллиграммах О2 на 1 л анализируемой жидкости: БПК; (при выдерживании пробы в течение пяти суток), БПК2о (при выдерживании пробы в течение 20 суток; БПК2П часто называют полным).

 

 Зная количество содержащихся  веществ и их характеристики  по БПК, можно вычислить БПК  смеси. Но когда в смеси присутствует  большое количество веществ или  точно не известен ее состав, определить БПК невозможно. Поэтому  обычно проводят аналитическое  определение БПК, дающее суммарное  его значение, и тогда не требуется  уточнения химического состава  смеси.

 

 В большинстве случаев  на заводах по производству  кормовых дрожжей, аминокислот,  липидов и биотоплива количество  загрязнений по БПК5 и взвешенным  веществам в 1,5-2 раза превышает  нормально допустимые величины. Качественный состав и загрязненность  сточных вод. Основным загрязнителем  при производстве кормовых дрожжей  и липидов является культуральная  жидкость после отделения дрожжей.  На нее приходится 30-35% общего  объема стоков завода и 70-90% общего количества загрязнений.  Качественный состав сточных  вод изменяется в зависимости  от перерабатываемого сырья, вида  вырабатываемой продукции, технологических  режимов работы, расхода свежей  воды.

 

 Сточные воды гидролизно-дрожжевых  заводов имеют коричневый цвет, обусловленный присутствием в  них гуминоволигниновых веществ.  Эти стоки отличаются большим  содержанием органических веществ,  часть которых со­ставляют сахара  и органические кислоты, в основном  пентозы (ксилоза и арабиноза)  и уксусная кислота. В стоках  присутствуют и ядовитые примеси  - фурфурол, оксиметилфурфурол, формальдегид, гуминово-лигниновые коллоидные  вещества, терпены. Помимо них  в стоках находятся в небольшом  количестве азотистые и фосфорные  соединения, а также продукты  обмена веществ микроорганизмов  - аминокислоты, янтарная, молочная  и другие кислоты. Значительная  загрязненность, повышенная кислотность  и токсичность, высокое биохимическое  потребление кислорода характерны  для гид­ролизно-дрожжевых и дрожжевых  заводов.

 

 Сточные воды заводов  по производству кормовых дрожжей  на углеводородах нефти содержат  остаточное количество н-парафинов.  При работе по технологической  схеме с рециркуляцией в них  содержатся также повышенные  количества ароматических углеводородов,  накапливаемых при возврате отработанной  культуральной жидкости в ферментер.

 

 Объем и загрязненность  сточных вод. Общее количество  загрязненных промышленных стоков  для дрожжевых заводов производительностью  80 тыс. т дрожжей в год составляет  в среднем в зависимости от  времени года 45-55 тыс. м³ в сутки.  Основное количество загрязненных  стоков составляет отработанная  культуральная жидкость - 120-140 м3  на 1 т сухой массы дрожжей,  объем общих стоков - 170-220 м3 на  такую же массу дрожжей. Но  в сбрасываемой культуральной  жидкости содержатся основные загрязнения: по взвешенным веществам - до 75%, по БПК5 - до 93-94%.

 

 Количество взвешенных  веществ в промышленных сточных  водах обычно составляет 100-125 кг  на 1 т сухой биомассы, из них  только 25 кг приходится на долю  минеральных веществ. Основное  количество минеральных веществ  приходится на гипс, органических - на лигнин.

 

 Шламосодержащие стоки  удаляют с территории завода  на специально отведенные для  этой цели площадки (шламоотвалы), горючие фракции подлежат сжиганию.

 

 Снижения количества  загрязнений можно достигнуть  при внедрении новых технологических  приемов и процессов, например  при введении циклов повторного  использования сточных вод, в  частности использования отработанной  культуральной жидкости на разбавление  сусла перед выращиванием дрожжей  с рециркуляцией на процесс  гидролиза, на приготовление растворов  питательных солей и известкового  молока. В результате количество  отработанной культуральной жидкости  уменьшается вдвое.

 

^ 1.2. Способы очистки сточных  вод. После сброса очищенных  сточных вод содержание взвешенных  веществ в водоеме не должно  увеличиваться более чем на 0,25-0,75 г/м3, а содержание органических  веществ (по БПК2о) не должно  превышать 3-6 г/м3 в водоемах  для питьевого и культурно-бытового  водопользования и 2 г/м3 в водоемах  рыбохозяйственного значения, в  которых, кроме того, содержание  растворенного кислорода не должно  падать ниже 4-6 мг/л.

 

 Способы очистки сточных  вод разделяются на механические, физико-химические, биохимические,  термические (тепловые).

 

 Механическую очистку  осуществляют в песколовках, отстойниках,  центрифугах, флотаторах и фильтрах.

 

 Физико-химические методы (коагуляция, флокуляция, электрокоагуляция  и сорбция) применяют для очистки  сточных вод от коллоидных  и растворенных соединений, количество  которых в воде после сооружений  механической очистки остается  практически неизменным.

 

 В качестве коагулянтов  наиболее широко используются  сульфат алюминия и хлорид  железа. При введении коагулянтов  в воду они обволакивают взвешенные  частицы, полностью меняя их  поверхностные свойства и нейтрализуя заряд. Коагулянты вызывают укрупнение частиц загрязнений и образуют хлопья.

 

 В настоящее время  минеральные коагулянты заменяют  высокомолекулярными флокулянтами  органического и неорганического  происхождения. Сущность флокуляции  заключается в агрегации частиц, при которой контакт частиц  происходит через молекулы адсорбированного  флокулянта.

 

 Электрохимические методы  очистки обладают рядом существенных  преимуществ перед реагентными:  не увеличивается солевой состав  сточных вод, образуется меньшее  количество осадка, упрощается технологическая  схема очистки, обеспечивается  автоматизация производственных  установок, для размещения установок  требуются незначительные производственные  площади. Недостаток метода - высокие  капитальные и эксплуатационные  затраты на электродные системы  и, образование отложений на  них и возникновение взрывоопасных  смесей газов. Электрокоагуляцию  применяют для удаления из  сточных вод тонко диспергированных  примесей, для удаления истинно  растворенных веществ этот метод  не используется.

 

 Очистка с помощью  сорбентов. Сорбция - это процесс  поглощения твердым телом или  жидкостью какого-либо вещества  из окружающей среды. В очистке  сточных вод чаще используется  ее разновидность - адсорбция  - поглощение вещества из воды  на поверхности или в объеме  твердых тел (сорбентов). Сорбентами  могут быть частицы углей, почвы  и остатки растений. Если солесодержащие  сточные воды не допускается  выпускать в водоем, то их подвергают  термическому обезвреживанию. Но  термическое обезвреживание осуществляется  на установках, работающих под  давлением или вакуумом. Получаемый  конденсат направляют в системы  производственного водоснабжения,  а солевые отходы вывозят для  захоронения.

 

 Биохимическая очистка  является одним из основных  методов очистки сточных вод  заводов микробиологической промышленности  как перед сбросом их в водоем, так и перед повторным использованием  в системах оборотного во­доснабжения. Считается, что микроорганизмы  способны окислять все органические  вещества, за исключением тех  искусственно синтезированных, которым  нет аналогов в природе. Наименее  доступными источниками углерода  являются ве­щества, не содержащие  атомов кислорода - углеводороды, но они также расщепляются  микроорганизмами активного ила.  В том числе - входящие в  состав ила.

 

 Токсичными для микроорганизмов  активного ила могут оказаться  ионы тяжелых металлов и некоторые  органические вещества. В концентрациях  ниже ПДК последние могут усваиваться  бактериями и служить источником  углерода и энергии. Биологическую  очистку проводят в аэротенках  или в биоокислителях с интенсивной  аэрацией среды. При этом снижается  ВПК, за счет окисления органических  веществ и нарастает биомасса  микроорганизмов. Очищенные и  осветленные сточные воды поступают  в водоем и на рециркуляцию  в производство, а активный ил, например, производства БВК, являясь источником белка и витаминов, упаковывается в бумажные мешки и направляется к потребителю.

^ 1.3. Принципиальная технологическая  схема очистки сточных вод.  Наиболее распространенная схема  включает первичную и вторичную  очистку. Первичная очистка заключается  в механическом отделении загрязнений.  Вторичная очистка предусматривает  очистку сточных вод в системе  очистных сооружений (биоокислителях), либо очистку сточных вод в  естественных условиях на полях  орошения.

 

 Для повышения эффективности  действия и снижения ВПК сточных  вод вводится биокоагуляция (предварительная  аэрация с добавлением ила  из вторичных отстойников). Конструктивно  предаэратор представляет собой  аэротенк- резервуар прямоугольной  формы, в котором временно пребывает  сточная вода (10-20 минут). При их  использовании снижается количество  органических веществ в стоках, поступающих на аэротенки, до 15%. Первичные отстойники устанавливаются  перед аэротенками, где вода  пребывает 1-2 часа. В них накапливается  избыточный активный ил, который  потом извлекается насосами и  подсушивается на иловых площадках  до влажности 70-80%. Далее вода  поступает в аэротенки..

 

 Аэротенки предназначены  для биологической очистки сточных  вод, которые попадают в них  после первичных отстойников.  Работа аэротенков основана на  использовании биохимического окисления  органических веществ аэробными  микроорганизмами, колонии которых  образуют так называемый активный  ил.

 

 Аэротенк-смеситель представляет  собой прямоугольный железобетонный  резервуар, состоящий из одной  или нескольких секций, с рабочей  глубиной от 3 до 6 м. Секции разделены  на коридоры, по которым проходит  сточная вода. Время пребывания  сточных вод в аэротенке зависит  от скорости окисления и составляет 8-20 часов.

 

 Вторичные радиальные  отстойники служат для осаждения  и осветления сточных вод после  биологической очистки. Далее  воду хлорируют. 

 

 Ершовый смеситель  предназначен для интенсивного  перемешивания воды, прошедшей очистку,  с хлорной водой, которая поступает  из хлораторной.

 

 Для сгущения активного  ила, поступающего со вторичных  отстойников, используют гравитационные  илоуплотнители. За 10-20 часов активный  ил с влажностью 99-99,2% уплотняется  до влажности около 97%. Вследствие  длительного уплотнения часть  ила может загнивать, всплывать  и уноситься в водоемы. Необходимо  соблюдать режим илоуплотнения.

 

 Сушка уплотненного  ила с получением товарного  продукта является конечным этапом  очистки сточных вод. Для сушки  активного ила могут быть использованы  барабанные, вальцовые, ленточные  и распылительные сушилки.

 

 Для снижения загрязнений  в стоках, оставшихся после аэротенков  и вторичных отстойников, служат  биологические пруды. Продолжительность  пребывания в них сточных вод  может превышать 10 суток. Глубина  прудов составляет 2-3 м. Они занимают  большие площади. В биологических  прудах развиваются одноклеточные  водоросли, которые выделяют метаболиты, обладающие бактерицидным действием  по отношению к патогенной  микрофлоре. Аналогичные метаболиты  выделяются и высшей водной  растительностью. Поэтому летом  вода, выходящая из биопрудов,  не требует хлорирования.

 

 Степень очистки сточных  вод в биологических прудах  по БПК, изменяется в пределах 78,9%.

 

 Утилизация последрожжевой  бражки. 1 кг отработанных культуральных  сред содержит 0,3-0,6 кг ценных кормовых  дрожжей и других продуктов  (в пересчете на СВ). Проводится  предварительная биологическая  утилизация отработанных кулыуральных  сред до их смешения с общими  отходами, что увеличивает на 10% основную  производительность предприятий.