Биологическая очистка сточных вод маслоэкстракционных заводов с применением аэробных термофильных микроорганизмов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Базарова Анастасия Олеговна

• Базарова Анастасия Олеговна
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Базарова Анастасия Олеговна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Современное состояние вопроса очистки сточных вод маслоэкстракционной промышленнности

1.1 Характеристика образующихся сточных вод маслоэкстракционного производства

1.2 Методы очистки сточных вод предприятий масложировой промышленности

1.3. Применение биоценоза микроорганизмов для очистки сточных вод пищевых производств с высоким содержанием жиров

Выводы по главе

ГЛАВА 2. Характеристика сточных вод предприятий маслоэкстракционного

производства и методики проведения исследований

2.1. Объекты и программа проведения исследований

2.2. Состав и образование сточных вод на объектах исследования

2.3. Методика проведения лабораторных исследований в контактных условиях

2.4. Методика определения кинетических констант процессов биохимического окисления

2.5. Методика проведения исследований на пилотной установке

2.6. Методика определения активности липазы в образцах сточных вод .. 50 Выводы по главе

ГЛАВА 3. Экспериментальные исследования с применением аэробных термофильных микроорганизмов на реальных сточных водах предприятий маслоэкстракционного производства

3.1. Лабораторные исследования по применению аэробных термофильных микроорганизмов в составе биопрепаратов на сточных водах маслоэкстракционного завода

3.2. Результаты работы пилотной установки с аэробными термофильными микроорганизмами в составе биопрепарата

3.3. Определение липолитической активности в сточных водах

Выводы по главе

ГЛАВА 4. Технологическая схема, оценка технико-экономической и экологической целесообразности, внедрение результатов исследования

4.1. Методика расчета сооружений биологической очистки сточных вод предприятий маслоэкстракционного производства с применением биоценоза аэробных термофильных микроорганизмов

4.2. Технологическая схема очистки сточных вод

предприятий маслоэкстракционного производства с применением аэробных термофильных микроорганизмов

4.3. Технико-экономическая оценка применения разработанной технологии очистки

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биологическая очистка сточных вод маслоэкстракционных заводов с применением аэробных термофильных микроорганизмов»

Актуальность исследования

Сточные воды маслоэкстракционных заводов характеризуются значительными концентрациями загрязнений и высокой температурой, что создает трудности при применении существующих методов физико-химической и биологической очистки, которые в большинстве случаев не обеспечивают выполнение нормативов, установленных для сброса в сети городской канализации. Поэтому требуется разработка новых эффективных технологий очистки данной категории сточных вод. Применение аэробных термофильных процессов для биологической очистки сточных вод является новым направлением и практически не изучено. В связи с этим исследование процессов биологической очистки сточных вод маслоэкстракционного производства специализированными аэробными термофильными микроорганизмами является актуальным.

Степень разработки темы

Методы биологической очистки отображены в работах С.В. Яковлева, И.В. Скирдова, В.Н. Швецова, А.А. Бондарева, К.М. Морозовой и др. Качественный и количественный состав сточных вод, поступающих от предприятий маслоэкстракционного производства, изучен в работах В.С. Мачигина. Исследованием возможности использования микроорганизмов для очистки жиросодержащих сточных вод занимались российские ученые Т.В. Меледина, А.А Соколова., Л.А. Федосеева, Н.В. Проскорякова, Н.В. Кобызева и зарубежные авторы Abdul Karim M.I., Bhumibhamon O., Da-Silva O., Deive F.J., Lasik M, Prasad M., Rattanapan C., Sipinyte V. и др.

Цель работы - создание эффективной технологии биологической очистки сточных вод маслоэкстракционного производства с применением аэробных термофильных микроорганизмов.

В соответствии с поставленной целью были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Исследовать качественный состав сточных вод маслоэкстракционного производства;

2. Обосновать применение аэробных термофильных микроорганизмов для биологической очистки сточных вод с температурой от 40 до 55°С и определить конструкцию биореактора и оптимальные технологические параметры;

3. Определить кинетические константы биологической очистки с применением аэробных термофильных микроорганизмов на сточных водах предприятий маслоэкстракционного производства;

4. Разработать метод оценки количества иммобилизованной биомассы при окислении жиров;

5. Разработать технологическую схему и методику расчета очистных сооружений предприятий маслоэкстракционного производства с применением аэробных термофильных микроорганизмов;

6. Выполнить технико-экономическое обоснование предложенной технологии.

Объект исследования: сточные воды предприятия

маслоэкстракционного производства.

Предмет исследования: технология биологической очистки с применением аэробных термофильных микроорганизмов.

Научная новизна диссертации

1. Впервые определены основные технологические параметры биологической очистки сточных вод предприятий маслоэкстракционного производства с применением биоценоза (чистых культур) аэробных термофильных микроорганизмов, иммобилизованных на инертной загрузке.

2. Получены значения кинетических констант процессов окисления

органических веществ при биологической очистке сточных вод

5

маслоэкстракционного производства с применением аэробных термофильных микроорганизмов.

3. Доказано, что эффективность очистки при температуре от 35 до 55 °С, обеспечивается биоценозом одноклеточных низших грибов, иммобилизованных на загрузке, при меньшей температуре имеет место симбиоз бактериального активного ила и одноклеточных низших грибов.

Теоретическая и практическая значимость результатов работы

1. Впервые предложена и экспериментально обоснована технология биологической очистки сточных вод маслоэкстракционного производства с применением иммобилизованного биоценоза аэробных термофильных микроорганизмов в составе биопрепарата при температуре до 55 °С.

2. Доказана целесообразность применения метода определения липолитической активности для качественной и количественной оценки биоценоза, иммобилизованных аэробных термофильных микроорганизмов в биореакторе при очистке жиросодержащих сточных вод.

3. Разработана методика расчета сооружений биологической очистки с применением аэробных термофильных микроорганизмов для очистки сточных вод предприятий маслоэкстракционного производства. Методология и методы исследования

Теоретической базой исследования являются фундаментальные закономерности ферментативной кинетики. Методологической базой исследования служили методы определения скоростей ферментативных реакций в контактных (лабораторных) и проточных (пилотных) условиях. Степень достоверности результатов исследования Достоверность основных выводов подтверждается воспроизводимостью результатов экспериментальных исследований, проведенных в контактных и

пилотных условиях, выполнением химических анализов в аккредитованной лаборатории на поверенных приборах по стандартизированным методикам.

Положения, выносимые на защиту

1. Технология биологической очистки сточных вод с применением аэробных термофильных микроорганизмов на предприятиях маслоэкстракционного производства при температуре до 55 °С и значения кинетических констант процессов окисления органических веществ сточных вод данного производства.

2. Методика количественного определения липолитической активности биоценоза иммобилизованных термофильных микроорганизмов в сточных водах.

3. Методика расчета биореакторов для очистки сточных вод маслоэкстракционного производства с применением аэробных термофильных микроорганизмов.

4. Технико-экономическое обоснование применения аэробных термофильных микроорганизмов для очистки сточных вод маслоэкстракционного производства.

Личный вклад автора в диссертационную работу состоит в постановке целей и задач исследования, разработке методики проведения исследования, обработке и анализе полученных результатов, в непосредственном участии и проведении лабораторных и пилотных экспериментов, формулировании основных научных положений, выносимых на защиту, их опубликование и апробация на действующих производственных объектах.

Реализация работы

Результаты диссертационной работы приняты для реконструкции

-5

существующих очистных сооружений производительностью 800 м /сут маслоэкстракционного завода АО «Самараагропромпереработка», п.г.т. Безенчук Самарской области и внедрены в учебный процесс кафедры «Водоснабжение и водоотведение» ФГБОУ ВО «СамГТУ».

Апробация результатов

Основные результаты работы доложены: на международной научно-практической конференции, приуроченной к 130-летию кафедры водопользования и экологии «Современные проблемы водоснабжения и водоотведения», Санкт-Петербург, 2018; 77-й научно-технической конференции АСА СамГТУ «Традиции и инновации в строительстве и архитектуре. Строительные технологии», Самара, 2018; XIII Международной научно-практической конференции «Перспективы развития строительного комплекса», Астрахань, 2019; международной научно-технической конференции, посвященной 90-летию со дня образования факультета водоснабжения и водоотведения МИСИ - МГСУ, Москва, 2019; международной научно-практической конференции «Молодежь и наука», Нижний Тагил, 2020; XVI Международной научно-технической конференции, посвященной памяти академика РАН С.В. Яковлева, Москва, 2021; I nternational Conference on Civil, Architectural аМ Environmental Sciences and Technologies (CAEST), г. Самара 2021 г.

Публикации по результатам исследований.

По теме диссертации опубликовано 8 научных работ, в том числе 1 в базе данных Scopus, 4 в изданиях из перечня ВАК.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа изложена на 114 страницах машинного текста и включает в себя введение, 4 главы, список литературы из 110 наименований, содержит 48 рисунков, 20 таблиц и 1 приложение.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ОЧИСТКИ СТОЧНЫХ ВОД МАСЛОЭКСТРАКЦИОННОЙ ПРОМЫШЛЕНННОСТИ

Промышленные предприятия являются одними из главных источников загрязнения окружающей среды. Сточные воды масложировых предприятий содержат большое количество органических загрязнений, таких как углеводородные масла, растительные и животные жиры, поверхностно активные вещества. Согласно исследованиям, содержание жира в таких сточных водах может достигать до 20 000 мг/л.

Технология производства предприятий пищевой промышленности значительно изменилась за последние десятилетия. Очистные сооружения были построены исходя из запатентованной ранее технологии производства. Большая часть предприятий пищевой промышленности расположена в селитебной зоне, что усложняет строительство очистных сооружений ввиду ограниченной территории. Загрязненные сточные воды подвергают очистке совместно с бытовыми сточными водами населенных пунктов или других предприятий. Самостоятельная очистка производится только при отсутствии технической возможности или экономической целесообразности подачи стоков на общие очистные сооружения.

Проблема очистки масложиросодержащих сточных вод стоит весьма остро. Несмотря на значительное количество исследований, проведенных в этой области, создание более эффективных технологий и разработка компактных сооружений для очистки масложиросодержащих сточных вод все еще являются сложной и актуальной задачей на сегодняшний день.

1.1 Характеристика образующихся сточных вод маслоэкстракционного производства

Жиры, в зависимости от состава и условий образования сточных вод, могут быть в виде жировой фазы, пленки, эмульсии, а также в растворенном

состоянии. В основном в сточных водах масложировых предприятий жиры находятся во всех трех агрегатных состояниях [52].

Сточные воды с высокой концентрацией жиров представляют серьезную угрозу для экологического баланса водных систем. В основном это связано с окислительными процессами, которые происходят при попадании жировых веществ в водную среду. Наличие жиров в сточной воде ведет к процессам уменьшения содержания кислорода, что в свою очередь увеличивает БПКполн [33,65].

Загрязнения водоемов обусловлено попаданием жировых веществ, которые образовывают жировую пленку. Жиры провоцируют сложные химические процессы преобразования, что негативно сказывается на водной экосистеме [65, 83].

В зависимости от технологического процесса, применяемого на предприятии масложирового производства, определяется количество растворенных жиров, которые требуют многоступенчатой системы очистки.

Изучение и анализ этих параметров является важным этапом в выборе технологии очистки масложировых сточных вод. Выбор оптимальной технологии всегда зависит не только от качества очищенных сточных вод, но и от экономической эффективности, а также от соблюдения нормативных требований экологической безопасности [30].

Разделение фазово-дисперсного состояния загрязнений в сточных водах позволяет определить последовательность этапов очистки [35]. Система классификации жировых веществ и сопутствующих примесей жиросодержащих сточных вод, разработанная профессором

В.С. Мачигиным, представлена в табл. 1.1 [33].

Табл. 1.1. Классификация примесей по их фазово-дисперсному состоянию [33]

Показатель Гетерогенные Гомогенные

Состояние веществ в воде Взвеси (суспензия и эмульсии), нерастворимые в воде и обуславливающие мутность жиросодержащих сточных вод Коллоидные растворы: гидрофильные и гидрофобные коллоиды и высокомолекулярные вещества, обуславливающие окисляемость и цветность жиросодержащих сточных вод Молекулярные растворы: растворенные в жиросодержащих сточных водах, газы и молекулярно-растворимые органические соединения, придающие жиросодержащим стокам запах, привкус и окраску Ионные растворы: вещества, диссонирующие в воде на ионы

Дисперсность частиц > 105-10-4см или > 0,1-1 мкм > 10-6-10-5см или > 0,01-0,1 мкм > 10-7-10-6см или > 0,001-0,01 мкм > 10-8-10-7см или > 0,0001-0,001 мкм

Компоненты Растительные масла и животный жир (триглицириды), мицеллы мыл, белково-слизистый комплекс, высокомолекулярные жирные кислоты, глинистые вещества, карбонатные породы ил, мелкий песок, малорастворимые гидроокиси металлов, взвеси органических веществ Простые (воска) и сложные фосфо- липиды и гликолипиды, белки, углеводы, ПАВ, аммонийные и натриевые соли Низкомолекулярные жирные кислоты, глицерин спирты, углеводороды, альдегиды, простые эфиры, фенолы Соли, кислоты, основания, придающие жиросодержащей сточной воде жесткость и щелочность, фосфотиды, натриевые соли жирных кислот

В настоящее время переработка жирового сырья является одним из ключевых направлений пищевой промышленности. При этом одним из важных этапов технологического процесса является обработка сточных вод, которая не только позволяет сократить негативное воздействие на окружающую среду, но и повышает экономическую эффективность производства. Однако при переработке жирового сырья могут образовываться различные жировые вещества, такие как глицериды, жирные кислоты, мыла, которые могут попадать в сточные воды. Кроме того, могут содержаться сопутствующие вещества, такие как белки, углеводы, фосфотиды, свободные жирные кислоты, неомыляемые липиды, и продукты их гидролиза, окисления, полимеризации, а также продукты изменения присутствующих в жировом сырье липидов и других веществ [32, 33].

Система водоснабжения маслоэкстракционного завода состоит из прямоточного, оборотного и повторного использования воды. Вода в системе постоянно пополняется водой из «нулевого цикла» и оборотного водоснабжения [52].

На предприятиях воду используют для работы технологических и паросиловых установок, для охлаждения готовой продукции подсолнечного масла, промывки технологического оборудования, трубопроводов, тары. Вода для технологических нужд предприятий пищевой промышленности должна соответствовать воде питьевого качества [52].

В рушально-веечном цехе технологические сточные воды не образуются, хозяйственно-бытовые сточные воды сбрасываются в канализационные колодцы, имеющиеся на территории завода [108].

В прессовом цехе сточные воды образуются от промывки аспирационных труб жаровен, пароэжекторов и пластин фильтров для масла.

В прессовом цехе для охлаждения редукторов и для вакуумной установки сушилки масла требуется циркуляционная вода [33].

Сточные воды экстракционного цеха образуются за счет конденсации острого водяного пара в конденсаторах систем отгонки растворителя из шрота и масла. В случае его загрязнения маслом или следами растворителя направляется в локальную систему очистки сточных вод, выполненную во взрывобезопасном исполнении [11].

Производственные сточные воды после водоотделителя обрабатываются в шламовыпаривателе и направляются «в нулевой цикл».

Сточные воды маслоэкстракционного производства включают в себя: стоки от цеха маслоэкстракции, стоки от цеха гидратации, промывные воды рафинации (мыло, нейтральный жир, свободная щелочь - (рис. 1.1).

Н2Од

Масло из семян

Н3РО4 р-рр

ШОИ р-рр Отбеленные глины (алюмосиликаты)

Гидратация

]

Фосфорсодержащие вещества

А.

Нейт рализация

Свободные жирные кислоты ->

А.

— П

Сухой острый пар

Добавки-инициаторы кристаллизации

Отбеливание

Пигментные вещества

Дезодорация

Ароматические вещества

т

Винтериазация

Воски

Рафинированное масло Рис. 1.1. Блок-схема процесса полной рафинации растительных масел [39]

Промывные воды, образующиеся в процессе рафинирования растительного сырья, являются одними из наиболее загрязненных сточных вод в масложировой промышленности (их концентрация по жирам может

достигать 20000 мг/л, , а по БПКполн - 40000 мг/л), и составляют около 50 % всех стоков, образующихся в этой отрасли [51, 53].

Технология производства предприятий маслоэкстракционной промышленности в последнее время значительно изменилась и имеет замкнутые циклы на этапе производства, что повлияло на концентрации сточных вод по различным показателям. Среднестатистические данные о количественном составе сточных вод маслоэкстракционных производств представлены в табл. 1.2.

Табл. 1.2. Характеристика сточных вод маслоэкстракционной промышленности__

Показатель Вид производства

Маслоэкстракция Рафинация

Температура , оС 60-85 50-65

рН 7-9 9-10

БПК, мг/л 200-1200 300-1500

ХПК, мг/л 500-2000 700-2500

Взвешенные вещества, мг/л 200-2000 -

Жиры, мг/л 200 1500-2500

СПАВ, мг/л 0,5 5-15

Нефтепродукты, мг/л 2-5 -

Фенолы мг/л 0,005-0,1 Менее 0,005

Фосфаты, мг/л 5 -

Азот аммонийный, мг/л 8 1

Нитраты, мг/л 9,9 0,72

Нитриты, мг/л 0,49 0,0147

Температура сточных вод предприятий маслоэкстракционной промышленности, поступающих на очистные сооружения, варьируется от 35 до 55 оС. В этой отрасли промышленности используется сложное

14

оборудование, требующее регулярного технического обслуживания и чистки. Для обеспечения эффективной работы оборудования горячая вода используется для его мойки. Кроме того, особенности технологического процесса, связанные с экстракцией масла, могут также увеличивать температуру поступающих сточных вод на очистные сооружения. Среднемесячная температура сбрасываемых маслоэкстракционными заводами сточных вод составляет зимой 30-50 оС, летом 40-55 оС.

Технологические процессы на маслоэкстракционном производстве предусматривают промывку оборудования щелочными растворами, что влечет резкое увеличение pH до 12, основной объем сточных вод близок к нейтральному значению.

Сточные воды маслоэкстракционного завода относятся к категории высококонцентрированных со значительным преобладанием органических загрязнений, что не позволяет сбрасывать их в водные объекты, а также в сети городских канализаций без предварительной очистки.

Жировые вещества в водной среде подвержены различным физико-химическим и биологическим процессам. Поэтому необходимо убедиться в том, что жиры и сопутствующие вещества удаляются своевременно. Это позволит сохранить химический состав сточных вод и предотвратить появление неприятного запаха [13, 32]. Кроме того, это обеспечит надежное извлечение этих веществ и улучшит эффективность процесса утилизации отходов .

В работе [20] авторы обращают внимание на то, что жиры при гидролитическом расщеплении разлагаются на жирные кислоты и глицерин, который растворяется в сточной воде, повышая ХПК очищенных стоков.

При очистке сточных вод, содержащих жир, важную роль играет мыло - поверхностно-активное вещество (ПАВ). Действие мыла объясняется тем, что оно является источником ионов гидроксида. Растворяясь в жировой фазе,

мыло увеличивает растворимость в ней воды и способствует эмульгированию воды в жировой массе, увеличивая тем самым поверхностную активность молекул кислот [33].

В сточных водах, поступающих на очистные сооружения завода, жиры находятся в диапазоне от 100 до 500 мг/л, при этом ХПК и БПКполн колеблются в широких пределах и в среднем составляют от 1500 до 4000 и от 1000 до 3000 мг/л соответственно.

1.2 Методы очистки сточных вод предприятий масложировой промышленности

Загрязненные сточные воды подвергают очистке совместно с бытовыми сточными водами населенных пунктов или других предприятий [9]. Самостоятельная очистка производится только при отсутствии технической возможности или экономической целесообразности подачи стоков на общие очистные сооружения [58].

Первым этапом очистки сточных вод масложировой промышленности является механический метод (отстаивание, центрифугирование, фильтрование). Для этой цели на предприятиях масложировой промышленности используются решетки, песколовки, отстойники. Гидроциклоны и центрифуги применяются реже и имеют большие габаритные размеры, а также высокую стоимость. Эффективность очистки данного оборудования при этом не превышает над традиционными способами механической очистки [40]. Технологическая схема очистки масложировых сточных вод с использованием механических методов представлена на рис. 1.2.

На предприятиях маслоэкстракционной промышленности на стадии механической очистки устанавливаются жироловушки непосредственно в цехах изготовления готовой продукции. На очистных сооружениях,

расположенных на территории завода, удаление из сточных вод нерастворимых примесей выполняет первичный отстойник.

Рис. 1.2. Технологическая схема очистки масложирового производства [40]

Классическим способом очистки масложиросодержащих сточных вод является реагентный физико-химический метод (напорная флотация с коагулянтами и флокулянтами) или электрохимический метод. Однако ни один из методов не позволяет использовать очищенные сточные воды для подпитки систем оборотного водоснабжения [14].

В настоящее время существуют технологические схемы, включающие флотацию, для более эффективной очистки сточных вод пищевых предприятий [35]. Технологические схемы, показанные на рис. 1.3 и 1.4,

демонстрируют применение напорной флотации как основного метода очистки, а также для доочистки биологически очищенных сточных вод.

Рис. 1.3. Технологическая схема физико-химической очистки масложирового производства: 1 - поступающие сточные воды; 2 - приемная камера; 3 - блок механической очистки (песколовка, жироловушка); 4-резервуар перед флотатором; 5 - установка напорной флотации; 6 - скорые сорбционные фильтры; 7 - резервуар чистой воды; 8 - очищенные сточные воды в оборотную систему технического водоснабжения; 9 - осадок на утилизацию; 10 - воздух; 11 - флокулянт; 12 - песок на отмывку, обезвоживание и складирование; 13 - загрузка фильтров на регенерацию [35]

Рис. 1.4. Технологическая схема глубокой очистки сточных вод масложирового производства: 1 - поступающие сточные воды; 2 - блок механо-физико-химической очистки (усреднитель, песколовки, жироловушки); 3 - блок биологической очистки; 4 - установка напорной флотации; 5 - очищенные сточные воды в оборотную систему технического водоснабжения; 6 - биогенные добавки; 7 - воздух; 8 - флокулянт; 9 - осадок на утилизацию; 10 - осадок на обезвоживание; 11 - избыточный активный ил на обезвоживание и компостирование [35]

При применении вышеуказанной технологии в ряде случаев наблюдается низкая эффективность очистки от жиров и ПАВ [35, 40, 42, 43, 49, 76, 90, 96].

Опыт применения данной технологии для очистки сточных вод предприятий масложировой промышленности показал, что флотация без добавления коагулянтов малоэффективна, так как позволяет снизить концентрацию жиров только на 20-30 %, ХПК - на 40-45 %, взвешенных веществ - на 40-50 % [2, 60].

Данные экспериментов, связанных с эффективностью очистки масложировых сточных вод при использовании Праестола 655 (18 мг/л) в качестве реагента и различных типов флотационного оборудования, приведены в табл. 1.3 [42].

Табл. 1.3. Результаты очистки сточных вод на различном флотационном оборудовании [42]_

Типы флотационных машин и аппаратов Концентрация жиров, мг/л

Время на выходе

флотации, мин на входе без добавления флокулянта с добавлением флокулянта

Механические 10-15 1000-1500 50-60 20-30

(ФКМО)

Пневматические 25-35 1000-1500 50-80 35-60

(ФПМ)

Напорные 35-45 1000-1500 45-55 20-25

Струйные 30-35 1000-1500 60-80 30-35

Применение напорной реагентный флотации показало свою экономическую нецелесообразность, связанную с высокой стоимостью применяемого флокулянта и большого количества образованного

осадка [52].

Безреагентный метод флотационной очистки наиболее предпочтителен перед ступенью биологической очистки, так как не имеет пагубного влияния на микроорганизмы активного ила. Однако метод реагентной напорной флотации остается наиболее распространённым. На практике часто

применяют коагулянты, модифицированные и немодифицированные флокулянты, а также биофлокулянты [33].

Развитие теоретических основ флотации как многостадийного процесса привело к созданию комбинированных флотационных машин и аппаратов [24, 25, 62, 91, 104]. Согласно исследованиям, физико-химические и электрокинетические свойства воды с содержанием масла могут быть эффективно очищены при помощи электрического поля [29, 47]. В этом случае отрицательно заряженные масла и жиры смещаются в направлении электрического поля, способствуя их коагуляции.

Метод электрокоагуляции-флотации является наиболее перспективным для практического применения. В этом случае дисперсная фаза разделяется путем коагуляции капель под воздействием электрического поля, с последующей флотацией пузырьками электролитического газа. При этом энергопотребление составляет 2-5 кВт на 1 м3 очищенной воды [1].

Однако у этого метода есть существенный недостаток. При его работе выделяется большое количество водорода, образующего взрывоопасную смесь [51, 53].

Для очистки сточных вод производственных предприятий разработана технологическая схема по извлечению масложировых компонентов. Данная схема имеет в своем составе: жироотстойник и двухступенчатую систему флотации, которые обеспечивают нормы сброса в сети городской канализации (рис. 1.5) [18].

Рис. 1.5. Технологическая схема очистки жиросодержащих сточных вод с применением электрофлотации [18]

Исследования С.В. Яковлева, Ю.В. Сазонова [70] показали, что при очистке промышленных сточных вод с помощью электрического тока возникают трудности как аппаратурного, так и технологического характера, связанные с нестабильностью электрических свойств.

В настоящее время, наиболее эффективным методом глубокой очистки признан биологический метод, основанный на способности микроорганизмов использовать растворенные органические вещества в качестве источника своей жизнедеятельности, а также считается наиболее экономически эффективными и экологически приемлемыми. На практике, для больших объемов сточных вод масложировых заводов, нашли применение различные варианты схем, основанные на биологическом методе очистки [14,16].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Базарова Анастасия Олеговна, 2023 год

/ —

/

—

279 мг/л - -

■ ---- ■ ■ - 1" --- 1

19 окт 20 окт 21 окт 22 окт 23 окт 24 окт 25 окт 26 окт 27 окт 28 окт

Показатель Поступающий сток, мг/л Очищенный сток, мг/л Эффект очистки,%

Мин. знач. Макс. знач. Ср. знач. Мин. знач. Макс. знач. Ср. знач. Ср. знач.

ХПК, мг/л 883 4816 2278 168 489 279 88

БПК5, мг/л 768 1532 1035 68 192 133 87

Жиры,мг/л 268 494 395 4 43 16 96

При проведении эксперимента в производственных условиях видно, что образованная биомасса крепится к стенкам сооружения (рис. 3.18), в свободном объеме сгустки биомассы почти полностью отсутствуют, на основании чего рекомендуется применение ББЗ для повышения концентрации микроорганизмов в аэрационном сооружении, увеличение стабильности и эффективности процессов очистки и предотвращения выноса биомассы из сооружения.

а - биореактор, вид сбоку б - биореактор, вид сверху

Рис. 3.18. Образованная биомасса при применении биоценоза микроорганизмов в составе биопрепарата «Русский Богатырь № 4» при температуре поступающих сточных вод выше 40 оС

Обработка результатов исследований по очистке сточных вод в динамических условиях в диапазоне температур от 40 до 58 оС, позволила определить температурную константу % по основным загрязняющим компонентам. По уравнению Вант-Гоффа, град-1 (2.5), для основных загрязняющих компонентов для жира % составила 0,0478оС-1, для БПК5 -0,0496оС-1, для ХПК - 0,046оС-1 (рис.3.19-3.21).

Из рис. 3.19 - 3.21 видно, что объемная скорость до 53 оС возрастает и описывается уравнением Вант-Гоффа, град-1 [64] , а после 53 оС - снижается, что соответствует данным производителя (табл. 2.6).

35,0

30,0

1Т

& 25,0

вТ 20,0 =

и

Ч

В 15,0 »

о

а

и

№

ев =

10,0

и ю

О

5,0

0,0

10

20 30 40

Температура, С

50

60

Рис. 3.19. Зависимость объемной скорости окисления по жирам от температуры

0

г «

В

И -

«

В и

о В № В В и

И О

И и

№

св

и (в о О

160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0

у = 10,33е0,0496х Я2 = 0,90 1

/1

А / к ■ 1

1 1

1 1

▲ 1 \ 1

1 1

53С М

10

20 30

Температура, С

40

50

60

Рис. 3.20. Зависимость от температуры

объемной скорости окисления по БПК5

0

г «

В -

я в в

е

а о

и

о №

а

е

(в о

о

180,0 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0

у = 14,48е0,046х Я2 = 0,92 /

/1 ' 1

у i !

♦ / \

|

1

♦ ♦ 1

53°е 1 \ '

10 20 30 40

Температура, С

50

60

Рис. 3.21. Зависимость объемной скорости окисления по ХПК от температуры

0

На основании проведенных исследований получены основные зависимости окислительной мощности по ХПК, БПК5 и жирам от концентрации этих веществ в очищенной воде. Через коэффициент % окислительная мощность по каждому компоненту была приведена к стандартной температуре 40 оС: по ХПК достигала 5,4 кг/(м3сут), БПК5 -

-5 -5

4,2 кг/(м сут), жирам - 1,3 кг/(м сут) (рис. 3.22-3.24). Используя полученные зависимости по окислительной мощности, определены кинетические константы окисления органических веществ, необходимые для расчета аэрационных сооружений.

Концентрация жира в очищенной воде, мг/л

Рис. 3.22. Зависимость окислительной мощности при температуре 40 оС от концентрации жиров в очищенной сточной воде

н

^

и

^Ч

^

И С И и

■й о

0

1

э

о

к

«

я л

ч

<и н

Ч и

5Й О

8 а с

5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0

R2 = 0,9594

♦

л

0,0 50,0 100,0 150,0 200,0

БПК5 очищенной воды, мг/л

250,0

300,0

Рисунок 3.23. Зависимость окислительной мощности по при температуре 40 оС от концентрации в очищенной сточной воде

БПК

н и

И

П

X

г

л н и

о

н щ

о м

к

«

н

л

л е

н

и

л и

и

О

6000

5000

4000

III 3000

и а с

2000

1000

R2 = 0,7993 >

о

о

о

О

О

100 200 300

ХПК очищенной воды,мг/л

400

500

Рисунок 3.24. Зависимость окислительной мощности по при температуре 40 оС от концентрации в очищенной сточной воде

ХПК

0

0

Используя полученные данные, определены основные кинетические константы необходимые для расчета промышленных очистных сооружений.

Полученные зависимости объемной скорости от концентрации загрязнений в очищенной воде по жирам и БПК5 (рис. 3.25 и 3.26) описываются уравнением Михаэлиса-Ментен (2.2) .

Зависимость объемной скорости от концентрации органических загрязнений по ХПК (рис. 3.27), описывается модифицированным уравнением Михаэлиса-Ментен (2.4) [41, 10, 54, 55].

60

0 50 100 150 200

Концентрация жиров в очищенной воде, 8, мг/л

Рисунок 3.25. Зависимость объемной скорости окисления по жирам от их концентрации в очищенной воде

БПК5 очищенной воды, S, мг/л

Рис. 3.26. Зависимость объемной скорости окисления органических веществ по БПК5 от их концентрации в очищенной воде

ХПК очищенной воды, S, мг/л

Рис. 3.27. Зависимость объемной скорости окисления органических веществ по ХПК от их концентрации в очищенной воде

Методом линеаризации - двойных обратных величин (2.3), были определены кинетические константы Утах и Кт для каждого из загрязнений (рис.3.28-3.30) [69, 119, 121, 122] .

Рис. 3.28. Зависимость двойных обратных величин объемной скорости окисления сточной воды от концентрации субстрата по жирам

Рис. 3.29. Зависимость двойных обратных величин объемной скорости окисления сточной воды от концентрации субстрата по БПК5

Рис. 3.30. Зависимость двойных обратных объемной скорости окисления сточной воды от концентрации субстрата по ХПК

На основании результатов работы пилотной установки определены максимальные удельные скорости окисления и кинетические константы: по жирам Утах- 55 мг/л-ч, Кт- 51 мг/л; по БПК5 Утах- 333 мг/л-ч, Кт- 217 мг/л, по ХПК Утах- 500 мг/л-ч, Кт- 553 мг/л, - 52 мг/л. Весь расчет произведен по объемной скорости окисления, так как было затруднено количественное определение биомассы в биореакторе.

Полученные температурные константы близки по значению, что позволяет применить среднее значение х, полученное для всех показателей (0,048 оС-1) для данного вида сточных вод.

Полученные кинетические константы позволяют рассчитать объем аэрационных сооружений для сточных вод предприятий маслоэкстракционного производства с любой заданной степенью очистки.

3.3. Определение липолитической активности в сточных водах

Поскольку в эксперименте (раздел 3.2) было затруднено определение количества биомассы, все зависимости получены по объемной скорости. Для расчета удельной скорости были проведены исследования по определению экзофермента липазы, окисляющей жиры.

Липаза выделяется микроорганизмами биопрепарата, таким образом, существует прямая зависимость между липазой и введённой дозой биопрепарата.

Изучив особенности и свойства микроорганизмов-деструкторов, находящихся в составе биопрепарата, был применен количественный метод по определению липолитической активности (раздел 2.7) в сточной воде из биорекактора, результаты данного эксперимента представлены в таблице 3.4.

Таблица 3.4. Определение липолитической активности в образцах сточных вод маслоэкстракционного производства при введении биоценоза аэробных термофильных микроорганизмов

Дата Доза биопрепарата, мг/л Мин. знач. липолитической активности, Е/л Макс. знач. липолитической активности, Е/л Ср. знач. липолитической активности, Е/л

6.09.21 62,5 13,59 4,53 9,06

7.09.21 - 13,59 9,06 11,33

8.09.21 - 77,0 69,06 73,03

9.09.21 - 7,34 2,43 4,89

10.09.21 - 13,59 9,06 11,325

Получено, что при первоначальной дозе биопрепарата 62,5 мг/л

липолитическая активность в биореакторе составила 9,06 Е/л. На следующие

сутки липолитическая активность увеличилась до 11,325 Е/л, на третьи сутки

- до 73,03 Е/л. Далее, 9.09.2021 г. из аэрационного сооружения произошел

вынос биомассы (по техническим причинам), из-за чего имело место

снижение липолитической активности с 73,03 до 4,89 Е/л, а также в этот

77

период снизилось качество очистки по жирам с 2 до 22 мг/л. После восстановления работы реактора липолитическая активность вновь увеличилась до 11,33 Е/л (рис. 3.31).

80

06.сен 07.сен 08.сен 09.сен 10.сен

Рисунок 3.31 Динамика изменения липолитической активности и концентрации жиров

Увеличение липолитической активности указывает на прирост микроорганизмов биопрепарата. Таким образом, определение фермента липазы позволяет определить удельную скорость окисления, как объемную скорость, отнесенную на единицу активности липазы, мг/(Е-ч), и получить основные кинетические зависимости по удельной скорости окисления, а также может служить для контроля и оценки прироста аэробных термофильных микроорганизмов в биореакторе.

Выводы по главе 3

1. Технологическое сравнение биопрепаратов на одинаковых фрагментах загрузки показало, что биоценоз микроорганизмов в составе биопрепарата «Русский богатырь №4», может быть успешно применен для очистки сточных вод маслоэкстракционного производства. Затопленная неподвижная загрузка обеспечила условия для иммобилизации микроорганизмов биопрепарата и удержания их в системе.

2. Результаты сравнительных исследований на лабораторной установке SBR по очистке сточных вод ООО «БоМЭЗ» с. Богатое показали, что эффективность снижения ХПК при применении биоценоза микроорганизмов биопрепарата №4 составила 68,6 % (с 469 до 147 мг/л), а для биопрепарата №5 составила 67,8 % (с 469 до 151 мг/л).

3. Микрокопирование биомассы, образованной после введения биопрепарата, показало, что при температуре от 25 до 35 оС имеет место развитие бактериального активного ила и биоценоза микроорганизмов в составе биопрепарата (симбиоз), а при температуре свыше 35 до 55 оС - биоценоз очистных сооружений представлен одноклеточными низшими грибами.

4. На основании контактных опытов по скорости потребления растворенного кислорода установлено, что до температуры 53оС скорости окисления загрязнений описываются уравнением Вант-Гоффа, значение температурной константы % составило 0,048 град-1С увеличением температуры выше 53 оС скорость окисления снижалась, что коррелирует с данными производителя биопрепарата.

5. Исследования, проведенные на пилотной установке, позволили определить основные кинетические константы биологической очистки сточных вод маслоэкстракционного производства с применением аэробных термофильных микроорганизмов. Значения кинетических констант при температуре 40 оС: для органических загрязнений по ХПК максимальная скорость окисления Утах составила 500 мг/(лч), константа Михаэлиса Кт - 553 мг/л, содержание инертной фракции - 52 мг/л; для БПК5 Утах - 333 мг/(л ч), Кт - 217 мг/л; для жиров Утах - 55 мг/(л ч), Кт - 51 мг/л.

6. Оптимальная доза и режим введения биопрепарата составили: 62,5 мг/л объема биореактора для запуска биологической очистки и 25 мг/л объема биореактора каждые четвертые сутки работы для поддержания эффективности очистки и обеспечения прироста биомассы.

7. Обосновано определение липолитической активности, которая может служить количественной оценкой прироста иммобилизованной биомассы в биореакторе и позволит определить удельную скорость окисления как объемную скорость, отнесенную на единицу активности липазы, мг/(Еч).

ГЛАВА 4. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ СХЕМА, ОЦЕНКА ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ, ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

4.1. Методика расчета сооружений биологической очистки сточных вод предприятий маслоэкстракционного производства с применением биоценоза аэробных термофильных микроорганизмов

Расчет систем биологической очистки сточных вод с применением аэробных термофильных микроорганизмов основан на разработанной ранее методике [38, 67, 119] и полученных в ходе пилотного эксперимента кинетических констант, представленных в табл. 4.1.

Табл. 4.1. Кинетические константы процессов биологической очистки сточных вод предприятий маслоэкстракционного производства_

Показатель Жиры бпк5 ХПК

Утах, мг/л ч 55 333 500

Кщ мг/л 51 217 553

* "С1 0,0478 0,0496 0,046

мг/л - - 52

Для расчета сооружений очистки сточных вод предприятий маслоэкстракционного производства с применением аэробных термофильных микроорганизмов была принята производительность

3 3

800 м /сут или 33 м /ч, аналогично предприятию, на сточных водах которого проводился эксперимент. Расчет был выполнен на температуру 45оС, концентрацию растворенного кислорода 1,5 мг/л.

Состав исходных сточных вод, мг/л: жиры - 400 мг/л, БПК5 - 1200 мг/л, ХПК - 1500 мг/л, азот аммонийный - 7,8 мг/л, азот нитратов - 2,35 мг/л, фосфор фосфатов исходной воды Р- 0,57 мг/л, соотношение БПК/ХПК-

0,80, БПКЫ - 93,8. Показатели поступающих сточных вод и нормы сброса показаны в табл. 4.2

Табл. 4.2. Показатели исходных сточных вод и нормы сброса в сети города, мг/л___

Показатель Поступающие сточные воды Нормы сброса в сети города

Жиры 400 50

бпк5 1200 300

ХПК 1500 500

Азот аммонийный 7,8 0,39

Азот нитратов 2,35 5,0

Фосфор фосфатов 0,57 0,57

Полученные температурные константы близки по значению, что позволяет применить среднее значение % для всех показателей (0,048 оС-1) для данного вида сточных вод.

Применив полученные в ходе эксперимента константы, скорость окисления органических веществ У с учетом влияния температуры, при конкретном качестве очистки воды, определяется по формулам (4.1) и (4.2):

т/ _ ^ тах(ЖИР,БПК)[ЖИР,БПК]выхе

КЖИР,БПК — РгжйркшТйй1 ^ , (4.1)

([ЖИР,БПК]+КШЖИР,БПК)

55-50-е°,°48(45-40) КЖИР —-(¡4+45-— 33,31 мг/л ' ч,

333-300-е°,°48(45-40)

кБПК —-----— 248,1 мг/л • ч.

БПК (217+300) ' '

ХПК ([ХПК-+К"т ХПК) ' (

= 500<500-52) . е0,048(45-40) = 281 6мг . ч ХПК (500-52)+553 ' л '

где Утах - максимальная скорость окисления органических веществ, мг/л ч; Кт орг - константа Михаэлиса, мг/л; Хорг - температурная константа окисления органических веществ, оС-1

Продолжительность окисления органических веществ Т, ч, в аэробной зоне может быть определена по формуле:

_ [ЖИР,БПК,ХПК]зход - [ЖИР,БПК, ХПК]вых. ~ V (

у жир,БПК,ХПК

400-50

'ЖИР =-= 10,1 ч;

ЖИР 34,61 „ 1200-300 _ ,

7БПк =-= 3,6 ч;

БПК 248,1

„ 1700-500

гхпк = ""02-У- = 4,3 ч.

Табл. 4.3 Результаты расчета до норм сброса в сети города

Показатель Жиры бпк5 ХПК

Концентрация в очищенной воде, мг/л 50 300 500

Объемная скорость окисления, мг/(лч) 34,6 248,1 223,8

Время аэрации, ч 10,1 3,6 4,3

Из табл. 4.3 следует, что лимитирующим показателем для расчета аэрационного сооружения, при очистке сточных вод маслоэкстракционного завода, являются жиры, поскольку наибольшее время пребывания требуется для этого компонента - 10,1 ч.

В этом случае процесс окисления органических веществ по БПК5 и ХПК будет проходить глубже, чем установленные нормы сброса в сети города (табл. 4.4).

Табл. 4.4. Результаты расчета при времени пребывания 10,1 ч для достижения норм сброса в сети города

Показатель Жиры бпк5 ХПК

Концентрация в очищенной воде, мг/л 50 76 220

Объемная скорость окисления, мг/(лч) 34,6 111 146,6

Объем аэрационного сооружения рассчитывается по формуле (4.4):

^аэр ^расч ' ^ , (4.4)

Каэр — 33,3 • 10,5 « 350 м3.

3 3

Таким образом, при расходе сточных вод 800 м3/сут или 33 м3/ч,

-5

рабочий объем аэрационного сооружения составляет 350 м .

Удельный расход воздуха, подаваемого в аэрационное сооружение, рассчитывается по формуле (4.5) и БПК5вход -1200 мг/л и БПК5вых- 80 мг/л:

_ [БПКвх-БПКвых]д° (4 5)

(1200-80)-1,10 1,10-2,01-2,56-0,70-(5,73-1,5)

(1200-80)-1,10 __ гг. 3, 3

ааэр —----- — 73,59 м7м3,

аэр

3 3

где д0 - удельный расход кислорода, мг/мг снятый с БПК5, равный 1,10 м /м ; Кт,К],К2,К3 - коэффициенты, определяемые по СНиП [50]; Са - растворимость кислорода в воде, мг/л; С0- средняя концентрация растворенного кислорода в аэротенке, мг/л.

Фактическая интенсивность аэрации определяем по формуле (4.6):

/ = ^ , (4.6)

^жир

I = 73593 = 21,85 , м3/(м2ч), 10,1

где Н- глубина погружения аэратора, м;.

Соотношение аэрируемой зоны к площади аэротенка / щ / / а! =0,5

4.2. Технологическая схема очистки сточных вод предприятий маслоэкстракционного производства с применением аэробных термофильных микроорганизмов

Предприятия маслоэкстракционного производства могут располагаться в селитебной зоне, а также на берегу водных объектов, соответственно очищенные сточные воды сбрасываются в сети города или в водный объект.

Сточные воды маслоэкстракционного производства характеризуются высокой концентрацией органических загрязнений, что подразумевает целесообразность применения биологического способа очистки.

В канализационную сеть маслоэкстракционного завода поступают хозяйственно-бытовые, производственные и ливневые сточные воды, что значительно затрудняет очистку.

В цехе рафинации содержание жиров в сточной водесоставляет свыше 1000 мг/л, что свидетельствует о целесообразности размещения в технологической схеме таких локальных сооружений, как жироловушка.

Предприятия маслоэкстракционного производства характеризуются неравномерностью поступающего стока, что требует размещения усреднителя в начале технологической цепочки для регулирования расхода и концентраций загрязнений.

В технологических схемах очистки после биореакторов сточные воды направляются во вторичные отстойники, на которых происходит разделения биомассы и выделение отмершей биопленки из биологически очищенной воды.

На основании проведенных исследований нормы сброса в городскую сеть города могут быть достигнуты при применении биологического метода очистки сточных вод с использованием аэробных термофильных микроорганизмов в иммобилизованном (прикрепленном)

состоянии (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Принципиальная схема биологической очистки сточных вод маслоэкстракционного производства: 1-производственные сточные воды, 2-жироуловитель, 3-усреднитель, 4-биореактор, 5-отстойник, 6-бак дозирования биопрепарата, 7-воздуходувка

Производственные сточные воды цеха рафинации по сети 1 первоначально поступают в жироловушку 2, где происходит очистка сточных вод от жиров и частично от взвешенных веществ.

Далее производственные сточные воды поступают в усреднитель 3, а затем их насосами подают на ступень биологической очистки 4.

Для биоценоза термофильных микроорганизмов ступень биологической очистки будет выглядеть как биореактор 4 с иммобилизованной микрофлорой. Для этих целей рекомендуется применение загрузки в объеме от 20 %, так как образованная биоценозом микроорганизмов биомасса почти отсутствует в свободном объеме и

крепится на стенках сооружения (разделы 3.1, 3.2), а применение загрузки, создаст условия для удержания биомассы в системе. Мелкопузырчатая система аэрации позволяет поддержать концентрацию растворенного кислорода в пределах 1,5 мг/л. Дозирование биоценоза микроорганизмов биопрепарата происходит с помощью насоса-дозатора из бака 6.

Для запуска биологической очистки требуется доза биопрепарата 62,5 мг/л (0,0625 г/л), а для поддержания прироста биомассы каждые 4 дня -25 мг/л (0,025 г/л) по сухому веществу.

После этапа биологической очистки сточные воды направляются во вторичный отстойник 5, где расположен насос для перекачки накопившейся биомассы.

На основании предложенной технологической схемы осуществлен подбор оборудования представленный в табл. 4.5.

Табл. 4.5. Состав сооружений для технологической схемы очистки с применением аэробных термофильных микроорганизмов

Поз. Наименование Расход Объем/площадь Кол-во

1 Жироуловитель 0,3 м3/ч 1,5 м3 1

3 Усреднитель 144 м3/ч 150 м3 1

4 Биореактор 33,3 м3/ч 350 м3 1

4.1 Загрузка (ББЗ) - 70 м3 (20 %) -

5 Отстойник 33,3 м3/ч 15 м2 1

6 Бак дозирования биопрепарата 4,16 л/ч 100 л 2

6.1 Биопрепарат 5000 г/сут - -

7 Компрессор для аэрации 73,59 м3/м3 - 1 рабочий (1резервный)

Работа всех технологических сооружений автоматизирована и не требует постоянного присутствия оператора. Система автоматики состоит из взаимосвязанных щитов управления отдельными технологическими участками.

4.3. Технико-экономическая оценка применения разработанной технологии очистки

Технико-экономическое сравнение выполнено для двух вариантов нового строительства сооружений очистки сточных вод для условий маслоэкстракционного завода АО «Самараагропромпереработка».

Рассматривается два варианта применения вышепредложенной технологии очистки с температурой поступающих сточных вод 45 оС и охлаждением до 25 оС:

1-й вариант - биологическая очистка в биореакторах с иммобилизованным на ББЗ биоценозом аэробных термофильных микроорганизмов.

2-й вариант - физико-химическая очистка с охлаждением поступающих сточных вод до 25 оС.

Схема флотационной реагентной очистки (2-й вариант) включает сооружения доочистки в виде последовательно расположенных напорных фильтров с песчаной и сорбционной загрузкой; в качестве флокулянта применяется Праестол 853 BC (раздел 2.2).

Технико-экономическая целесообразность применения предложенных технологических схем очистки сточных вод осуществлена на основании расчета стоимости жизненного цикла (СЖЦ). Данный анализ систем биологической очистки был выполнен В.И. Баженовым и Н.А. Краснощековой [5]. Согласно ГОСТ Р 58785-2019 с изменением №1, стоимость жизненного цикла определяется по формуле:

СЖЦ - ^-о+г---+, (4.7)

где КАПИТ(С?+С + СПР + С;с + С;п) - сумма капитальных затрат, тыщ. руб.: - приобретение земельного участка; СПР - проектные работы; -оборудование; - монтаж и пусконаладочные работы; ЭКСПЛ(Се + С0 + + + ^епг) - сумма эксплуатационных затрат тыс. руб.: Се - стоимость электроэнергии; С0 -фонд оплаты труда (ФОТ);

Ст - затраты на замену оборудования, текущий ремонт, прочие расходы, реагенты; С5 - потери от простоя; Сепг - затраты на охрану окружающей среды; Са - затраты на вывод объекта из эксплуатации; п - расчетный период, лет; г - ставка дисконтирования, доли ед.; - начало

капитальных и эксплуатационных затрат, годы.

Состав исходных сточных вод, мг/л: жиры - 400 мг/л, БПК5 - 1200 мг/л, ХПК - 1500 мг/л, азот аммонийный - 7,8 мг/л, азот нитратов -2,35 мг/л, фосфор фосфатов исходной воды Р - 0,57 мг/л, соотношение БПК5/ХПК-0,80. Качество очищенного стока соответствует нормам сброса в сети города (жиры - 50 мг/л, БПК5 - 300 мг/л, ХПК - 500 мг/л).

Производительность очистных сооружений была принята 800 м3/сут или 33 м3/ч аналогично предприятию, на сточных водах которого проводился эксперимент. Расчет был выполнен на температуру 45оС (среднесуточная температура в течение года) и концентрацию растворенного кислорода 1,5 мг/л.

Сооружения механической очистки приняты одинаковыми для обоих вариантов и в расчете не учитывались. В сравниваемых вариантах приняты установки обезвоживания осадка до влажности 80 %. В 1-м варианте количество задерживаемой биопленки по сухому веществу принято равным

количеству дозируемого биопрепарата. Стоимость проектных работ была рассчитана по справочнику базовых цен на проектные работы в строительстве с пересчетом на текущие цены [46].

Табл. 4.6. Капитальные затраты на строительство, тыс. руб.

Показатель 1-й вариант Биологическая очистка (среднесуточная температура поступающих сточных вод 45оС) 2-й вариант ФХО (среднесуточная температура поступающих сточных вод 25оС)

Градирня+ оборудование для ФХО +ступень доочистки, - 19 880,29

Здание для оборудования ФХО, С;с2 - 15 782,64

Сооружения биологической очистки, С;с3 11 811,44 -

Оборудование для обработки осадка, С^с4 2 437,12 7 944,73

Земельный участок и благоустройство, 2 419,26 2 027,73

Проектные работы, СПР 1 102,17 5 704,08

Итого капитальные затраты с НДС 23 145,69 51 339,49

Разность итоговых капитальных затрат 28 193,80

Таким образом, наименьшая сумма капитальных затрат - в первом варианте с сооружениями биологической очистки, а наибольшая - во втором варианте с сооружениями физико-химической очистки и сооружениями доочистки, результат итоговых капитальных затрат определила стоимость сооружений.

Расчет объемов биопрепарата на год был произведен исходя из разовой дозы для запуска процесса биологической очистки, которая согласно

-5

экспериментальным исследованиям (раздел 3.2) составила 6,25 г/м сухого вещества, доза для поддержания прироста аэробных термофильных

-5

микроорганизмов очистки составила 2,25 г/м3 сухого вещества.

Стоимость блока биологической загрузки ББЗ-45 для очистных

-5

сооружений принята 6500 руб. за 1 м .

Объем реагент Праестола 853 ВС, был принят из проектных данных и составил 8 кг/сут. Для обеззараживания применяется гипохлорит натрия расходом 0,415 кг/сут. Стоимость биопрепарата составила 2975 руб./кг, флокуклянта Праестол 853 ВС - 583 руб/кг, гипохлорита натрия - 36 руб./кг.

Стоимость приема осадка IV класса на специализированном полигоне 131 руб./т, стоимость транспортировки осадка - 25 руб./км.

Срок службы оборудования 7 лет, для расчёта определения затрат на ремонт принят 1 % от стоимости капитальных затрат. Стоимость электроэнергии была принята 4,62 кВт ' ч, согласно принятым тарифам 01.07. 2022 г. по Самарской области.

Фонд оплаты труда (ФОТ) при работе персонала очистных сооружений 24 часа 7 дней в неделю принят одинаковым для рассматриваемых вариантов, исходя из заработной платы 35 тыс.руб.

Коэффициент дисконтирования г принят по приложению А ГОСТа Р 58785-2019 при ставке дисконтирования, равной 3 %. Затраты на утилизацию не учитывались.

Технико-экономическая оценка осуществлена на основании стоимости жизненного цикла (СЖЦ) за 25 лет эксплуатации (табл. 4.7).

Табл. 4.7. Затраты жизненного цикла (СЖЦ)

Показатель 1-й вариант без охлаждения (биопрепарат), тыс. руб 2-й вариант ФХО с охлаждением, тыс. руб

Сумма капитальных затрат 23 145, 69 51 339, 49

Стоимость электроэнергии, Се 58 702, 25 53 290,91

Оплата труда обслуживающего персонала (ФОТ), С0 38 030, 42 38 030, 42

Затраты на замену оборудования, текущий ремонт, прочие расходы, реагенты, Ст в т.ч: 67 185, 22 100 881, 87

-замена оборудования 3 953,04 4 097, 08

-текущий ремонт 4 030, 41 6 054, 17

-прочие расходы 9 278, 37 10 879, 43

-биопрепарат 53 876, 44 -

-реагент для градирни - 23 180, 45

-флокулянт - 56 948, 12

-ГХН - 100, 23

-кварцевый песок - 1 086, 58

-уголь активированный - 2 632, 87

Затраты на охрану окружающей среды, Сеп„ 376, 24 712, 87

X эксплуатационных затрат 164 294, 14 192 916, 08

Итого: 187 439, 83 244 255, 58

Экономический эффект 56 815, 74

Стоимость 1 м , руб./м 25,68 33,47

Лучшим вариантом, т.е. технологией с наименьшим показателем СЖЦ, оказался 1-й вариант - биологическая очистка с применением биоценоза аэробных термофильных микроорганизмов. Сумма финансирования по данному варианту с учетом инвестирования на этапе строительства и 25- летней эксплуатации меньше, чем по 2-му варианту, на 56,8 млн. руб.

Результаты исследований приняты для реконструкции существующих очистных сооружений маслоэкстракционного завода АО

-5

«Самараагропромпереработка» п.г.т. Безенчук, расход 800 м /сут.

Выводы по главе 4