Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы в России наблюдается ярко выраженная тенденция технического переоснащения заводов. Прежде всего, это затрагивает процессы производства продуктов питания. Предприятия приобретают новые технологические линии, покупателям предлагается широкий спектр новых продуктов. Стремление соответствовать высшему потребительскому уровню приводит к изменению технологии производства. Изменение технологии, как следствие, влечет за собой изменение качества и количества образующихся производственных сточных вод.
Существенное воздействие на загрязнение природной среды органическими компонентами сточных вод оказывают кондитерские предприятия. Отечественные и зарубежные ученые активно занимаются разработкой технологий очистки сточных вод от полидисперсных загрязнений, однако, несмотря на то, что перспективность применения многоступенчатых технологий комплексной очистки сточных вод для пищевых производств доказана, актуальна и необходима разработка эффективной технологии комплексной очистки сточных вод непосредственно для кондитерских предприятий.
Представленная работа посвящена разработке технологии очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений и выполнялась в рамках научного направления кафедры «Инженерная экология и природообустройство» ФГБОУ ВПО АГТУ по госбюджетной теме № 012.0105.1060 – «Разработка способов снижения экологического риска в условиях возрастающего антропогенного воздействия».
Целью работы является теоретическое обоснование, разработка и исследование эффективной технологии очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях.
Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:
1) Проведение экспериментальных исследований:
– уточнение особенностей физико-химического состава сточных вод кондитерских производств на примере ООО «Кондитерская фабрика “Карон”» г. Астрахань;
– обоснование выбора метода очистки сточных вод;
– идентификация видового состава микроорганизмов активного ила по ступеням процесса биологической очистки сточных вод.
2) Отработка параметров аэробной биологической очистки сточных вод для оценки эффективности различных технологических схем на лабораторной установке сооружений комплексной очистки.
3) Разработка технологии очистки сточных вод кондитерских предприятий, позволяющей использовать очищенные сточные воды повторно или осуществлять их сброс в водоем, и технико-экономическая оценка ее эффективности.
Основная идея работы состоит в разработке и усовершенствовании технологической схемы очистки производственных сточных вод кондитерских предприятий, состоящей из нескольких ступеней и учитывающей формирование на каждой ступени специфического активного ила.
Объект исследования – реальные производственные сточные воды ООО «Кондитерская фабрика “Карон”», после их предварительной механической очистки.
Предмет исследований – процесс аэробной биологической очистки сточных вод от полидисперсных загрязнений на многоступенчатой установке с илоотделителями на каждой ступени.
Методы исследований – анализ результатов известных научных и практических исследований; методы химического анализа, рекомендованные Госстандартом РФ; обработка результатов исследований на ПЭВМ по стандартным программам с использованием методов математической статистики; для технологических расчетов и усовершенствования сооружений комплексной очистки использована исследовательская математическая модель, применяемая в НИИ ВОДГЕО.
Достоверность научных положений и выводов основана на использовании общепризнанных методов исследований и необходимом объеме экспериментальных данных и подтверждена удовлетворительной сходимостью полученных результатов с расчетными зависимостями в пределах погрешности
= ±10% при установленной доверительной вероятности р = 0,95. Достоверность результатов экспериментальных исследований по определению качества вод подтверждалась параллельными анализами в Аккредитованном Испытательном лабораторном центре и Испытательной лаборатории экологического контроля г. Астрахань.
Научная новизна:
1) на основе теоретических предпосылок и экспериментальных исследований выявлены особенности физико-химического состава загрязняющих веществ сточных вод кондитерских предприятий, служащие основанием для проведения экспериментальных исследований;
2) отработана в лабораторных условиях технология процесса очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях;
3) выявлены параметры режима работы комплексных сооружений очистки реальных сточных вод ООО «Кондитерская фабрика “Карон”»: в аэротенке первой ступени время аэрации 1,17 суток и доза активного ила 3,5 г/л; в аэротенке второй ступени время аэрации 0,73 суток и доза активного ила 2 г/л, для обеспечения максимальной производительности при заданном качестве исходной и очищенной воды;
4) впервые получены данные по кинетике процесса для двух ступеней комплексной очистки сточных вод кондитерских предприятий, необходимые для полной и глубокой биологической очистки, что позволит удовлетворить требования к сбросу очищенных сточных вод в водоём рыбохозяйственного назначения или повторному их использованию для технических целей и на благоустройство территории: для первой ступени максимальная удельная скорость очистки – 357 мгБПК/гч, коэффициент ингибирования – 1,6 л/г, константа полунасыщения субстрата – 130 мг БПК/л; для второй ступени максимальная удельная скорость очистки – 90 мгБПК/гч, коэффициент ингибирования – 6,2 л/г, константа полунасыщения субстрата – 6,5 мгБПК/л.
Практическая значимость. В лабораторных условиях получены и экспериментально подтверждены оптимальные параметры процесса очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений.
Анализ научно-технической литературы и результаты экспериментальных исследований показали целесообразность и необходимость разделения процесса на стадии для формирования специфичного активного ила на каждой ступени, что интенсифицирует работу сооружений в целом.
Результаты выполненных исследований рекомендуется применять для комплексной очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности (в частности для кондитерских предприятий) от полидисперсных загрязнений.
Разработанная технология очистки с оптимальными параметрами работы сооружений подтверждена материалами теоретических и экспериментальных работ, показавших высокую степень сходимости, что обеспечило возможность их использования в производственных условиях с учетом технологических особенностей предприятия.
Реализация результатов работы.
– разработан и защищен патентом РФ способ очистки сточных вод, заключающийся в двухступенчатой очистке сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях;
– проведены испытания экспериментальной установки очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в производственных условиях ООО «Кондитерская фабрика “Карон”», которые подтвердили эффективность разработанной технологии;
– разработанные в диссертационной работе рекомендации используются проектной фирмой ООО ПСФ «ГЕОэкспресс» г. Астрахань в проектировании строящихся и реконструируемых кондитерских предприятий пищевой промышленности;
– результаты практической реализации работы применяются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет (АГТУ)» для студентов специальности «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» и направления «Природообустройство и водопользование».
– результаты исследований внедрены ООО «Кондитерская фабрика “Карон”» и ООО «ABC», что подтверждено актами внедрения результатов кандидатской диссертационной работы. Предложенные решения прошли производственную экспертизу.
На защиту выносятся следующие положения:
– константы уравнений ферментативных реакций, использование которых дает возможность усовершенствовать процесс очистки сточных вод в аэробных условиях и позволяет установить размеры сооружений в многоступенчатых схемах, а также оптимальный режим их работы;
– исследованные многоступенчатые схемы очистки сточных вод кондитерских предприятий от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях;
– разработанная технология очистки сточных вод, позволяющая 80% очищенной воды использовать повторно для технических целей и на благоустройство территории или осуществлять сброс в водоем рыбохозяйственного назначения в соответствии с действующими нормативами.
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научных конференциях ФГБОУ ВПО АГТУ (2005-2009 гг.), на Международной научно-практической конференции, посвященной 100-летию со Дня рождения К.В. Горбунова «Фундаментальные аспекты биологии в решении актуальных экологических проблем» (2008), на Всероссийской научно-практической конференции «Экологическая безопасность современных социально-экономических систем» (2009), на Международной научно-практической конференции «Роль мелиорации в обеспечении продовольственной и экологической безопасности России» (2009).
Публикации. Основные результаты и положения диссертации отражены в 11 печатных работах, из них 2 – в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен 1 патент на изобретение.
Личный вклад автора состоит в формулировании цели и задач, организации и непосредственном участии в проведении теоретических и экспериментальных исследований, анализе их результатов, формировании выводов, разработке технологии очистки сточных вод от полидисперсных загрязнений в аэробных условиях, а также написании статей по результатам собственных разработок и анализа предшествующего опыта.
Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, четыре главы, общие выводы, список литературы. Общий объем диссертационной работы 128 страниц машинописного текста, 20 таблиц, 25 рисунков, приложения.
