Использование отходов сахарного производства для очистки промышленных сточных вод

Светлана Свергузова,
кандидат технических наук,
профессор, заведующая кафедрой
промышленной экологии,
Жанна Свергузова, аспирант,
Анна Благадырева, аспирант,
БГТУ имени В.Г. Шухова

Сточные воды молокоперерабатывающих предприятий ха­рактеризуются высокими значениями ХПК и БПК, содержат большие количества взвешенных веществ, жиров и других орга­нических соединений. Образуются эти стоки, в основном, при мойке и дезинфекции оборудования и помещений. Их состав и рН колеблются в зависимости от качества используемого моло­ка и ассортимента выпускаемой продукции. Но в любом случае актуальной является проблема качественной очистки таких сточных вод. Один из вариантов ее решения предлагается в дан­ном материале.

Традиционно для очистки сточных вод используют жироловушки, флотаторы и биологические очист­ные сооружения. Однако биологичес­кими очистными сооружениями снабжено лишь незначительное ко­личество молокоперерабатывающих предприятий, поэтому на большин­стве предприятий используют отстаи­вание, коагуляцию и флотацию.

Использование перечисленных способов не приводит к полному уда­лению загрязняющих веществ. Так, остаточное содержание ХПК и ВПК в сточных водах зачастую составляет 500-600 мг О/л.

Сброс таких сточных вод в город­скую канализацию приводит к повы­шенной нагрузке на биологические очистные сооружения, что снижает эффективность их работы.

В связи с бурным развитием мало­го бизнеса в нашей стране возникло много небольших молокоперераба­тывающих предприятий в сельской местности. На таких предприятиях, как правило, очистка сточных вод происходит не полностью.

Недоочищенные сточные воды сбрасываются в малые реки, что осо­бенно опасно для таких водных объ­ектов ввиду их маловодности и низ­кой способности к самоочищению. Сброс загрязненных стоков приводит к быстрому нарушению экологичес­кого равновесия и заболачиванию во­доемов. Кроме того, ужесточение экологических нормативов для сбра­сывания сточных вод выдвигает но­вые требования к качеству водоочи­стки. В связи с этим поиск современ­ных реагентов и технологий для очистки сточных вод молокоперера­батывающих предприятий является актуальным.

На кафедре промышленной эколо­гии в Белгородском государственном технологическом университете име­ни В.Г. Шухова разработан метод очистки сточных вод молокоперера­батывающих предприятий с примене­нием термически модифицированно­го дефеката (ТД).

Дефекат образуется при получе­нии сахара из сахарной свеклы в ко­личестве 8-12% к весу перерабатывае­мой свеклы на стадии очистки диффу­зионного сока по реакции: Са(ОН)2 + СОг -» СаСОз + НгО

В свежем дефекате содержится до 60% влаги, при подсушивании влаж­ность падает до 20-30%, и дефекат становится   рыхлой, рассыпчатой массой коричневого цвета. В силу специфики производства в состав де­феката, кроме СаСОз, входит значи­тельное количество органических ве­ществ (см. табл. 1)

Поскольку частицы СаСОз образу­ются в ходе химической реакции, дефекат представляет собой тонкодис­персную систему с размерами частиц от 2 мкм до 2 мм (см. рис. 1, табл. 2)

Минералогический состав дефе­ката представлен, в основном, СаСОз (см. рис.2), о чем свидетельствует на­личие соответствующих пиков на рентгенограмме: d(A) = 3,875; 3,048; 2,505; 2,290; 1,922; 1,881; фиксиру­ются примеси Si02: d(A) = 3,389 и гли­нистых минералов d(A) = 10,464; 7,081; 6,281.

Для получения дефеката, пригод­ного к использованию в водоочистке, исходный дефекат подвергали обжи­гу.

В процессе обжига при различных температурах дефекат приобретает окраску от светло-серой до черной ( в зависимости от температуры), что свидетельствовует об отложении уг­лерода на поверхности частиц СаСОз, Установлено, что наиболее темная окраска наблюдается при обжиге де­феката в интервале температур 600-620°С ( см. табл. 3.)

Представленные в таблице 3 дан­ные свидетельствуют о незначитель­ном увеличении истинной и насыпной плотности материала, что может быть следствием частичного диспергиро­вания частиц при обжиге, вследствие растрескивания исходных частиц.

Увеличение рН и электропровод­ности водной вытяжки образцов обожженного дефеката (см. рис. 3,4) свидетельствуете разложении незна­чительного количества СаСОз и обра­зовании СаО.

Таким образом, в ходе исследова­ний было установлено, что макси­мальное количество углерода образу­ется при обжиге дефеката в интерва­ле температур от 600 до 620 °С. Это обстоятельство очень важно, так как частицы углерода, осевшие на по­верхности СаСОз, должны проявлять хорошие сорбционные свойства ана­логично активированным углям.

Образование углерода было подт­верждено рентгенофазовыми иссле­дованиями (см. рис. 5), которые пока­зали, что в термообработанном де­фекате помимо исходного СаСОз появляются незначительные количества Са(ОН)г и углерода.

Для уточнения модификации угле­рода, осевшего на поверхности Са­СОз, термически модифицированный дефекат (ТД) обрабатывали концент­рированной соляной кислотой. При этом СаСОз растворялся, а углерод оставался в свободном виде в виде мелких частиц черного цвета. Углерод отфильтровывали, промывали до нейтральной реакции и после высу­шивания подвергали рентгенофазовому и ИК-спектральному анализам.

Анализ минералогического соста­ва полученного углерода (см. рис. 6) показал наличие углерода разных мо­дификаций: Carbon Grafite-Сз, Carbon Сто, Carbon Сзо. Размытость пиков на рентгенограмме свидетельствуют о присутствии аморфной фазы углеро­да, что характерно для активных углей (на примере КАД-йодного), рентгенограмма которого представлена на рис. 8.

Модификации углерода Сз, Сто и Сзо свидетельствуют о наличии полимер­ных соединений углерода с кратными связями типа -С=С-С=С- или =С=С=С=. Результаты ИК-спектраль-ного анализа подтвердили присут­ствие в углероде связей типа =С=С=.

Микрофотографии ТД и углерода, смытого с поверхности (см. рис. 7) свидетельствуют о наличии объемных рыхлых конгломератов, имеющих выступы, трещины, каналы, что сви­детельствует о высокой дефектности их поверхности и возможности сорбционных свойств.

Исследования сорбционных свойств ТД при взаимодействии его с йодной водой (см. рис. 9) и раство­ром метиленового голубого (см. рис. 10) подтвердили высокие сорбционные свойства полученного мате­риала.

Нами были проведены исследова­ния процесса очистки модельных растворов молочной сыворотки и эмульсии молочного жира с исполь­зованием ТД. В экспериментах была достигнута  эффективность  очистки  60%  для  молочной  сыворотки  и  76% для  молочного  жира  при  исходных концентрациях исследуемых веществ 200 и 500 мг/л, соответственно.

На рисунках 11 и 12 хорошо видны частицы  белковых  и  жировых  веществ, покрывающих поверхность ТД.

Результаты  исследований,  апробированные  на  стадии  доочистки сточных вод Волоконовского молокоперерабатывающего  комбината  Белгородской области, приведены в таблице 4. Они свидетельствуют о высокой  эффективности  ТД.  Причем,  как показали  исследования,  при  добавлении ТД к многокомпонентным сточным  водам,  высокая  эффективность очистки  наблюдается  не  только  по ХПК,  БПК,  жирам  и  взвешенным  веществам, но и по сульфатам, фосфатам и железу общему, что объясняется  образованием  малорастворимых сульфатов  и  карбонатов  кальция,  а

также гидроксидов железа благодаря наличию в ТД активного оксида кальция.

Таким образом, термически модифицированный  дефекат  является экономически выгодным и эффективным  реагентом  для  очистки  сточных вод молокоперерабатывающих предприятий.

Журнал Вода Magazine, №7 (11) июль 2008 г.