автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.05, диссертация на тему:Совершенствование очистки транспортерно-моечной воды и свеклы

Министерство общего и профессионального образования

Российской Федерации Московский государственный университет пищевых производств

На правах рукописи УДК 664.1. 03

Поливанова Татьяна Владимировна

Совершенствование очистки транспортерно-моечной воды и свеклы

Специальность 05Л8.05 - Технология сахара и сахаристых

веществ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата

технических наук

Научный руководитель, кандидат технических наук, В.А.Морозов

Москва, 1999 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................................................4

ГЛАВА 1.

СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ТРАНСПОРТЕРНО-МОЕЧНЫХ ВОД НА СВЕКЛОСАХАРНЫХ ЗАВОДАХ

(КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ)...............................7

Схемы водоснабжения и канализации сахарных заводов........................................7

Характеристика примесей транспортерно-моечных вод.........................................9

Показатели качества воды.......................................................................................11

Физические показатели............................................................................................11

Химические показатели...........................................................................................12

Биологические показатели.......................................................................................13

Технологическое качество транспортерно-моечной воды

свеклосахарного завода..................................................................................13

Механическая очистка транспортерно-моечных вод.............................................14

Очистка транспортерно-моечных вод свеклосахарного производства

с применением реагентов............................................................................... 17

Способы обеззараживания транспортерно-моечной воды.....................................21

Схемы очистки и использования транспортерно-моечных вод в

оборотной системе водоснабжения свеклосахарных заводов.....................25

Выводы по литературному обзору..........................................................................28

Цель исследований...................................................................................................28

ГЛАВА 2.

ИССЛЕДОВАНИЕ КОМПЛЕКСНОГО ВЛИЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ ХИМИЧЕСКИХ РЕАГЕНТОВ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ ОЧИСТКИ ТРАНСПОРТЕРНО-МОЕЧНЫХ ВОД СВЕКЛОСАХАРНОГО

ПРОИЗВОДСТВА................................................................................................30

Методика лабораторных исследований эффективности различных

способов очистки транспортерно-моечных вод...........................................30

Влияние загрязненности свеклы на количество сточных вод...............................37

Влияние гидроксида кальция на эффективность очистки

транспортерно-моечных вод..........................................................................42

Эффективность очистки транспортерно-моечных вод с применением

коагулянтов.....................................................................................................47

Кинетика осветления транспортно-моечных вод в процессе

отстаивания в зависимости от их загрязненности........................................56

Эффективность обеззараживания транспортерно-моечных вод

различными способами..................................................................................68

ГЛАВА 3.

РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ОЧИСТКИ ТРАНСПОРТЕРНО-

МОЕЧНЫХ ВОД СВЕКЛОСАХАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА.........................72

Определение оптимального количества химических реагентов для

очистки и обеззараживания транспортерно-моечных вод...........................72

Разработка способа очистки и обеззараживания транспортерно-моечных вод с комплексным использованием

химических реагентов....................................................................................81

Разработка технологии очистки транспортерно-моечных вод..............................84

ГЛАВА 4.

ПРОМЫШЛЕННАЯ ПРОВЕРКА СПОСОБА ОЧИСТКИ

ТРАНСПОРТЕРНО-МОЕЧНЫХ ВОД................................................................89

Технологическая схема очистки транспортерно-моечных вод..............................89

Испытания схемы и способов очистки транспортерно-моечных вод

свеклосахарного производства......................................................................95

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ....................................99

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ................................................101

ПРИЛОЖЕНИЯ......................................................................................................115

ВВЕДЕНИЕ

Свеклосахарное производство связано с потреблением и сбросом большого количества воды. Сточные воды свеклосахарных заводов содержат большое количество минеральных и органических веществ и их очистка требует значительных затрат и оказывает отрицательное влияние на окружающую среду.

Во всем мире наблюдается резкое повышение цен за потребляемую и сбрасываемую воду, что заставляет специалистов искать более эффективные и экономичные способы очистки сточных вод и сокращать расход свежей воды. Особенно остро стоит проблема очистки транспортерно-моечных вод (воды II категории) на сахарных заводах Российской Федерации вследствие ухудшения экономического положения предприятий и увеличения загрязненности сахарной свеклы, убранной механизированным способом.

Актуальность работы. В свеклосахарном производстве наиболее водоемкой и нагруженной по загрязнениям является оборотная система транспортерно-моечных вод. Количество сточных вод, безвозвратно теряемых с транс-портерно-моечным осадком, составляет в настоящее время 150...350% к массе перерабатываемой свеклы и имеет тенденцию к увеличению по мере роста загрязненности свеклы, поступающей в переработку. Поэтому уменьшение общего водопотребления и выхода воды, удаляемой с транспортерно-моечным осадком, являются одной из важных экономических и экологических задач свеклосахарного производства.

Для решения такой задачи могут быть использованы способы интенсификация ускорения отстаивания транспортерно-моечной воды и сгущения осадка путем применения коагулянтов.

Цель работы. Целью исследования является разработка нового способа очистки транспортерно-моечных вод свеклосахарного производства, обеспечивающего уменьшение расхода свежей воды и стоков без больших капитальных затрат на его внедрение.

Для достижения поставленной цели были сформулированы конкретные

задачи исследований:

подобрать коагулянты для интенсификации процесса отстаивания транс-портерно-моечной воды и дать научное обоснование их применения;

исследовать в лабораторных и промышленных условиях закономерности физико-химических методов очистки транспортерно-моечной воды;

разработать на основе полученных результатов исследований новый способ очистки транспортерно-моечной воды свеклосахарного производства; проверить новый способ в промышленных условиях. Научная новизна. В работе содержатся следующие новые научные результаты:

установлено, что фильтрационный осадок сока I сатурации, являющийся отходом свеклосахарного производства, после его активации известковым молоком и при наличии в его составе полиакрилонитрила обладает коагулирующим действием и ускоряет осаждение диспергированных в транспортерно-моечной воде загрязнений;

выявлена аналитическая зависимость концентрации взвесей в осветленной транспортерно-моечной воде от начальной загрязненности и времени отстаивания;

доказано, что за счет активации фильтрационного осадка известковым молоком и наличия в его составе полиакрилонитрила на 10% уменьшается влажность и на 45% объем сгущенной суспензии при отстаивании транспортерно-моечной воды в течение одного часа, что сокращает расход воды для транспортировки осадка на поля фильтрации примерно в 1,5 раза;

разработан способ очистки транспортерно-моечных вод, на который получен патент.

Практическая ценность. Практическая ценность работы заключается в следующем:

на основе изучения закономерностей процесса осаждения взвесей в транспортерно-моечной воде предложен новый способ ее очистки с использо-

ванием отхода свеклосахарного производства — фильтрационного осадка сока I сатурации, позволяющий уменьшить количество стоков и расход свежей воды для мойки свеклы примерно в 1,5 раза;

установлено повышение эффективности обеззараживания транспортерно-моечной воды при ее очистке предложенным способом, что существенно снижает инфицированность свекловичной стружки и соответственно снижает неучтенные потери сахара в диффузионном аппарате.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции "Научные основы повышения технического уровня свекдлосахарного производства, увеличение выпуска и расширение ассортимента продукции" (г. Курск, 1998 г.).

По материалам диссертации опубликовано 5 печатных работ, получен патент по заявке № 2131401 от 10.6.99.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 4-х глав, выводов и рекомендаций промышленности, списка используемой литературы и приложений. Материал изложен на 114 страницах машинописного текста, содержит 17 рис. и 24 табл. Список исполльзованной литературы включает 142 наименования.

ГЛАВА 1. СПОСОБЫ ОЧИСТКИ ТРАНСПОРТ ЕРНО-

МОЕЧНЫХ ВОД НА СВЕКЛ ОС АХ АР ШХ ЗАВОДАХ

(КРИТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ Д 4 ИНЫХ)

Свеклосахарное производство является одной из самых ь цоемких отраслей народного хозяйства. Так, для производства 1 т сахара из cвt "лы требуется

о

более 200 м воды [95]. Вода в свеклосахарном производстве испо. .зуется для технологических, механических, теплотехнических процессов. Общ. 1 расход воды по заводу зависит от технологической схемы, установленного обе удова-ния, рационального ее использования и эффективности работы водоочи^ тных сооружений, а также от применяемой схемы очистки сточных вод.

Схемы водоснабжения и канализации сахарных заводов

В технологическом процессе свеклосахарного производства используют такие виды вод: свежую холодную воду, барометрическую воду, конденсат ре-турного пара и вторичных паров.

Свежая холодная вода (прудовая, речная, артезианская) используется в вакуум-конденсационных установках, на промывание сахара-песка, в лаборатории.

Барометрическая вода иногда частично применяется для мойки свеклы, для транспортирования свеклы, для технологических нужд в качестве экстра-гента сахара из свекловичной стружки в диффузионной установке. Избыток барометрической воды после охлаждения в градирнях или струйных охладителях возвращается в источник водоснабжения.

Конденсат ретурного пара целиком идет на питание паровых котлов ТЭЦ с небольшой добавкой аммиачного конденсата вторичного пара I корпуса выпарной установки. Остальной конденсат вторичного пара используется в диффузионном аппарате после подкисления серной кислотой или сернистым газом, а также для раскачки утфеля, для промывки фильтрационного осадка, для мойки салфеток и др.

Сточные воды сахарного завода по загрязненности подразделяют на три

категории.

I категория: вода, использованная для охлаждения утфеля последней кристаллизации, сернистой печи, насосов (группа А). Эта вода отличается от исходной только повышенной температурой. К группе I категории Б относится барометрическая и аммиачная вода, образовавшаяся при конденсации вторичных паров; она имеет температуру 35...50°С, содержит аммиак и незначительное количество органических веществ.

II категория: транспортерно-моечная вода, содержащая большое количество органических и минеральных примесей. Она может быть использована вторично после осветления и очистки.

III категория, группа А: жомопрессовая вода, содержащая небольшое количество сахара, после осветления она может использоваться для замены части свежей воды при экстрагировании сахара в диффузионном аппарате; к III категории группа Б — малоконцентрированные сточные воды (декантат транспор-

*

терно-моечной воды, которая не была повторно использована вследствие неритмичности работы сахарного завода, и хозяйственно-бытовые воды); III категория группа В: высококонцентрированные сточные воды (фильтрационный осадок, отстой жомопрессовых и транспортерно-моечных вод, салфетомоечные воды).

По схемам водоснабжения и канализации свеклосахарные заводы России можно условно разделить на две группы: первая группа — заводы с оборотным водоснабжением (74 завода); вторая группа — заводы с комбинированными схемами водоиспользования (21 завод) [107]. На предприятиях первой группы имеются оборотные схемы вод I категории, включающие градирни или разбрызгивающие установки, а также оборотные схемы вод II категории с радиальными, вертикальными, немеханизированными или механизированными секционными отстойниками. Для сахарных заводов второй группы характерно наличие оборотной системы вод II категории, где чаще всего в качестве очистных сооружений используют немеханизированные секционные отстойники, а обо-

ротная система вод I категории либо отсутствует, либо используются технические пруды для их охлаждения [107].

Характеристика примесей транспортерно-моечных вод

Особенностью сточных вод свеклосахарного производства является высокая концентрация взвешенных веществ органического и минерального происхождения, растворенных органических соединений, в том числе сапонина, отрицательно влияющего на биологическую очистку стоков и усиливающего пе-нение.

Степень загрязненности транспортерно-моечных вод как механическими, так и растворенными веществами значительно зависит от загрязненности свеклы, ее качества, состава почвы, на которой ее вырастили, погоды во время уборки, способов уборки и хранения, от совершенства механизмов, применяемых для погрузки и разгрузки корнеплодов свеклы.

Переработка свеклы с повышенной загрязненностью, достигающей иногда 15...20% и более [61], приводит к поступлению в транспортерно-моечную воду большого количества земли, песка, растительных остатков, растворенных минеральных солей, органических соединений, в том числе сахароз, сапонина и других веществ. При однократном использовании транспортерно-моечных вод содержание сахара в них может достигать 0,05...0,1% к массе воды, а при многократном — до 0,5%, то есть в 5... 10 раз больше [50].

Механические примеси транспортерно-моечных вод характеризуются объемом осадка и количеством взвешенных веществ.

Перед поступлением транспортерно-моечной воды в отстойники механические примеси частично удаляются ботволовушками, пескокамнеловушками, хвостикоулавливателями. Количество таких примесей различно, от 10 до 30% [50]. Объясняется это тем, что не на всех заводах полностью используется комплект оборудования для удаления примесей из свекловодяной смеси.

Состав примесей, удаляемых перед отстойниками, характеризуется такими данными [50] (%, к общей массе):

бой свеклы и свекловичные хвостики

2,9...9,6; 1,5.. .8,3; 5,7...11,7; 10,1...29,6.

ботва и солома

камни, галька, крупный песок Всего:

В отстойники с транспортерно-моечными водами поступают следующие примеси, %:

Исследования гранулометрического состава примесей в транспортерно-моечных водах [61], поступавших в отстойники, показали, что в них преобладали фракции частиц размером от 0,25 до 0,005 мм — 83% от общей массы загрязнений. Полидисперсность примесей подтверждается и различной скоростью их осаждения -— от 0,01 до 3 мм/с. Количество частиц взвеси, имеющих скорость осаждения от 0,05 до 0,5 мм/с, составляет около 60 % от общего количества [50].

В осветленной воде не должны содержаться крупные взвеси (от 0,5 до 0,01 мм). Однако на действующих отстойниках некоторая часть их уносится вместе с осветленной водой. Этот унос происходит в результате плохого гидродинамического режима в отстойниках из-за несовершенства конструкций отдельных узлов, дефекта в конструкции и других, обусловивших появление зон с повышенными скоростями движения воды.

Такая высокая загрязненость транспортерно-моечных вод, вызванная наличием большого количества примесей в убранной комбайнами свекле, вызывает трудности при механической очистке [50].

Кроме механических, в транспортерно-моечных водах свеклосахарных заводов содержатся химические и микробиологические загрязняющие вещества. К ним относятся сахар, сапонин, минеральные соли, бактерии. Концентра-

Всего:

мелкии песок, илистые частицы

эпидермис свеклы

мелкий бой свекловичных хвостиков и мезга

2,8...4,8; 0,9...1,3; 86,2...64,3; 89,9...70,4.

ция сапонина может достигать 40...150 мг/л, тогда как предельно допустимая концентрация его в водах, сбрасываемых в проточные зарыбленные водоемы, составляет 5 мг/л [95]. Транспортерно-моечная вода является средой для размножения различных видов микроорганизмов, что весьма нежелательно для свеклосахарного производства. Поэтому изучению микробиологического состава и методов высокоэффективной дезинфекции воды в литературе посвящено значительное количество работ, производившихся в различные периоды развития сахарной промышленности [15, 36, 62, 63,100, 96, 56, 64, 93].

На большинстве сахарных заводов в настоящее время мытую свеклу не дезинфицируют, вследствие чего значительная часть микроорганизмов переходит из транспортерно-моечных вод в свекловичную стружку, разлагая в процессе дальнейшей экстракции сахар [99]. Применяемые для дезинфицирования транспортерно-моечных вод мероприятия малоэффективны, о ч�