2.6 Водное хозяйство
Водное хозяйство сахарных заводов по своей сложности и водоемкости не имеет аналогов среди других предприятий пищевой промышленности.
Водоемкость свеклосахарного производства велика и составляет в среднем до 20 т воды разного качества на 1 т перерабатываемой свеклы, в том числе около 2-2,5 т свежей промышленной и питьевой воды.
Потребность в свежей промышленной и питьевой воде всех сахарных заводов России при максимальной переработке свеклы составляет порядка 600 тыс. м3 в сутки.
Для проведения технологических процессов на свеклосахарных заводах расходуют большое количество воды из естественных водоемов и охлажденной оборотной воды, а также конденсатов, образовавшихся из отработавшего и вторичного паров, очищенной жомопрессовой воды и промоев.
Если применять прямоточную схему водоснабжения завода, по которой используют только чистую воду из естественных водоемов, а отработавшую воду не возвращать в производство, то общий расход её составит 1200...1800 % к массе свеклы. Но на ряде участков производства можно применять отработавшую воду без очистки или осветленную, в результате чего безвозвратный расход чистой воды сокращается до 170...250 % к массе свеклы. Такую схему водоснабжения называют оборотной.
Чистую холодную воду из естественных водоемов используют для ополаскивания свеклы, охлаждения и конденсации пара в барометрических или поверхностных конденсаторах, для охлаждения и промывания сатурационного газа, охлаждения газовых компрессоров и вакуум-насосов, сульфитационного газа. Чистую артезианскую воду расходуют на промывание сахара в центрифугах, раскачку утфеля 1 кристаллизации, на нужды заводской лаборатории и др.
Отработавшую воду в зависимости от степени загрязнения делят на I, II, III категории.
К воде I категории группы А относят воду, которая использовалась для охлаждения сульфитационного газа, насосов, компрессоров, оборудования ТЭЦ, а также избыток холодной воды. Отработавшая вода данной группы не отличается от исходной по составу, но имеет температуру на 5...10 о С выше. К воде I категории группы Б относят барометрическую воду, конденсаты отработавшего и вторичных паров. Данная группа имеет температуру 40...50 о С и более. Эти так называемые нормативно-чистые воды имеют невысокое содержание взвешенных веществ (около 100 мг/л) и низкий сухой остаток (около 600 мг/л). Вместе с тем общее годовое количество загрязняющих веществ в этих водах по всем сахарным заводам России составляет в среднем :
| Вещество | Масса |
| взвешенных веществ | 1,6 тыс. т |
| органических соединений по БПК полн (по биологической потребности в кислороде - на разложение этих соединений до углекислоты и воды) | 1,3 тыс. т О2 (кислорода) |
| азота аммонийного | 150 т |
| хлоридов | 5,2 тыс. т |
| сульфатов | 1,5 тыс. т |
| нефтепродуктов | 15 т |
Воду, использованную в системах охлаждения, и барометрическую после охлаждения в градирне или других сооружениях возвращают в водоем оборотной воды без очистки. Конденсаты отработавшего пара и вторичного пара из 1-ой ступени выпарной установки используют в ТЭЦ для питания парогенераторов, конденсаты вторичных паров (аммиачную воду) расходуют на промывание фильтрационного осадка, в качестве питающей воды на диффузии. При ненормальной работе завода в барометрической воде могут быть следы сахара, которые способствуют загниванию и органическому разложению.
К воде II категории относят транспортерно-моечную воду, содержащую землю, ботву, солому, кожуру, корешки и обломки свеклы и другие примеси, а также растворенные составные элементы почвы, смытые со свеклы. При многократном возврате этих вод примеси находятся в состоянии частичного брожения, вызванного присутствием сахара, диффундировавшего из свеклы в транспортерную воду.
Примерная характеристика транспортерно-моечных вод :
| - количество воды, % к массе свеклы | - 700-800 |
| - температура ,оС | - 10-17 |
| - содержание, мг/л | : |
| - взвешенных веществ | - 6000-8000 |
| - сухого остатка | - 1600-1700 |
| - хлоридов | - 40-60 |
| - сульфатов | - 100-120 |
| - азота | - 3-5 |
| - аммиака | - 2-3 |
| - содержание сахара, % к массе свеклы | - 0,04 |
| - общая жесткость, мг-экв/л | - 10-13 |
| - органические вещества по БПКполн , мг О2 /л | - 1400-1800 |
 |
| Рисунок 1. Схема очистки транспортерно-моечной воды |
 |
| Рисунок 2. Радиальные отстойники |
Для удаления примесей транспортерно-моечную воду подвергают отстаиванию, например, по схеме на рис. 1, сначала в радиальном отстойнике 1 со сборно-распределительным устройством и вакуум-сифонной установкой для удаления осадка, а затем в вертикальном отстойнике 2. Для удаления из транспортерно-моечной воды тяжелых примесей и обломков свеклы перед радиальным отстойником устанавливают хвостикоулавливатель, камне- и песколовушки, а для ускорения отстаивания транспортерно-моечную воду подщелачивают известковым молоком. После вертикального отстойника 2 декантат дезинфицируют в мешалке 3 хлорной известью или в специальной установке жидким хлором и возвращают в гидротранспортеры и в свекломойки.
Выходящий из радиального отстойника разбавленный транспортерно-моечный осадок обрабатывают известью еще раз и направляют в вертикальный отстойник-сгуститель 4, откуда декантат возвращают в схему рециркуляции вод II категории, смешивая его с осветленной транспортерно-моечной водой, а густой осадок через гидроциклон 5 выводят в стоки вод III категории.
К воде III категории группы А относят жомопрессовую воду, которая после осветления возвращается в диффузионную установку, заменяя часть свежей питающей воды. К воде III категории группы Б относят отстой из жомопрессовой воды, густой осадок из транспортерно-моечной воды, воду после отстаивания фильтрационного осадка в отвалах, воду из газопромывателей, салфетомоек, хозяйственно-бытовую и др.
Примерная характеристика сточных вод III категории :
| - количество, % к массе свеклы | - 150 - 220 |
| - температура, о С | - 12 - 25 |
| - цвет | - серо-коричневый |
| - запах | - затхлый, гнилостный |
| - прозрачность | - не прозрачна |
| - содержание, мг/л : | |
| взвешенных веществ | - 600 - 50 000 |
| сухого остатка | - 4000 - 15 000 |
| сероводорода | - 1,5 - 15 |
| сульфатов | -10 - 150 |
| общего азота | - 20 -170 |
| аммиака | - 10-25 |
| хлоридов | - 15 - 200 |
| - содержание сахара, % | - следы |
| - общая жесткость, мг-экв/л | - 6 - 30 |
| - органические вещества по БПКполн , мг О2/л | - 2000 - 8000 |
Среднее годовое количество загрязняющих веществ, содержащихся в сточных водах III категории всех сахарных заводов России примерно составляет :
| - органических соединений (по БПКполн) | - 60 тыс. т О2 |
| - взвешенных веществ | - 20 тыс. т |
| - азота аммонийного | - 500 т |
| - хлоридов | - 10 тыс. т |
| - сульфатов | - 5,5 тыс. т |
| - нефтепродуктов | - 25 т |
Такие воды из-за своего загрязнения, особенно органическими веществами, не могут быть без очистки сброшены в естественный водоем. Поэтому они подвергаются так называемой биологической очистке. Перед биологической очисткой они проходят через пруды-накопители, предназначенные для обеспечения круглогодичной бесперебойной работы сооружений биологической очистки и равномерной нагрузки на них. Кроме того, в прудах-накопителях под действием анаэробных бактерий, в основном, метанобразующих, происходит сбраживание жирных кислот, углеводов, значительно (на 40...60 %) снижается концентрация органических загрязнений. Этот процесс наиболее интенсивно протекает в теплое время года при плюсовых температурах.
Из прудов-накопителей осветленная вода стекает на поля естественного биологического обезвреживания (поля фильтрации или непроточные биологические пруды). Участок земли, отведенный под поля фильтрации, делят на отдельные секции (карты) и обваловывают землей. Секции используют поочередно. По окончании производства их очищают от осадка и подготавливают к повторной эксплуатации. Для повышения фильтрационной способности по периметру полей фильтрации сооружают дренажный канал. Вода, профильтрованная через слой почвы, поступает в канал и оттуда направляется в аккумуляторный пруд. После доочистки и насыщения кислородом воду можно сбрасывать в общественные водоемы, или частично использовать для орошения сельскохозяйственных земель. Если грунт на полях фильтрации не обладает достаточной фильтрационной и окислительной способностью, то их переоборудуют в непроточные биологические пруды.
Естественная биологическая очистка сточных вод основана на способности микроорганизмов в естественных условиях разлагать содержащиеся в них органические соединения в диоксид углерода и воду.
Для естественного обезвреживания сточных вод требуются значительные земельные площади под очистные сооружения. Поэтому на ряде сахарных заводов применяют искусственную биологическую очистку сточных вод на биофильтрах, в аэротенках, аэрируемых биологических прудах.
Биофильтр - это сооружение, в котором сточные воды фильтруются через крупнозернистый материал, покрытый биологической пленкой, образованной колониями аэробных микроорганизмов.
Аэротенк - сооружение для биологической очистки сточных вод аэрацией в смеси с активным илом (активный ил - рыхлая масса, насыщенная микроорганизмами), в котором осуществляется биологическая очистка стоков.
Аэрируемый биологический пруд - это естественный или искусственный водоем, в котором под воздействием солнца и воздуха, диспергируемого в воде с помощью механических аэрирующих устройств, в присутствии водорослей и микроорганизмов происходит интенсивный процесс биологической очистки сточных вод.
Эффективность работы очистных сооружений на сахарных заводах определяют по БПК и эффекту осветления.
Биохимическое потребление кислорода (БПК) - это количество кислорода (в мг), израсходованное за определенный промежуток времени на анаэробное биохимическое разложение содержащихся в одном литре воды органических веществ до двуокиси углерода и воду.
Этот показатель имеет существенное значение для способа очистки воды и для оценки ее качества при спуске в водоем.
Полное биохимическое потребление кислорода обычно наступает через 20 дней. Этот показатель имеет вид БПКполн и измеряется в мг О2 /л.
Показатель БПК учитывает вещества, легко разлагающиеся при биохимических процессах. В чистой воде биохимическое потребление кислорода невелико, поэтому БПК определяют главным образом для оценки сточных вод. Искусственная биоочистка позволяет очищать сточные воды до БПКполн 3-5 мг О2/л , в то время как речная свежая вода может иметь БПКполн до 30 мг О2/л.
Для оценки качества сточных вод, сбрасываемых в естественные водоемы, кроме БПК используют еще показатель ПДК. ПДК - это предельно допустимая концентрация какого-то загрязняющего вещества, равного одной дозе, определяемой нормативными документами. Если концентрация загрязняющего вещества приближается к этой дозе, то вода в водоеме находится на границе экологического сдвига.
На ряде зарубежных сахарных заводов очистка сточных вод III категории осуществляется с использованием анаэробных (т.е. без доступа кислорода) или аэробно-анаэробных методов.
Отличие анаэробного метода от аэробного состоит прежде всего в минимальном приросте биоосадка и превращения углеводсодержащих примесей главным образом в биогаз, основным компонентом которого является метан (СН4)
Аэробный процесс :
| C6H12O6 |
+ O2 |
® |
CO2 | +Н2O |
+ биоосадок |
+ тепло |
|
1 кг |
+ 0,53 кг |
® |
0,72 кг |
+ 0,40 кг |
+ 0,40 кг |
+ 6360 кДж |
Анаэробный процесс :
|
C6H12O6 |
® |
CH4 |
+ CO2 |
+ биоосадок |
+ тепло |
|
1 кг |
® |
0,25 кг |
+ 0,69 кг |
+ 0,056 кг |
+0,38 кДж |
 |
| Рисунок 3. Схема потоков воды свеклосахарного производства |
Биогаз (СН4) может быть использован в качестве дополнительного источника топлива.
Минимальный прирост биоосадка имеет важное значение с точки зрения безотходной технологии.
Недостаток анаэробного способа очистки - необходимость поддерживать анаэробный процесс в интервале температур 36-38 о С (мезофильная область). Однако, на сахарных заводах имеется достаточное количество отходящего тепла (конденсаты с выпарной установки и вакуум-аппаратов), которое может быть использовано для поддержания этого процесса.
На рис. 3 приведена одна из схем потоков воды свеклосахарного завода (расходы воды даны в процентах к массе свеклы).
Основные показатели водного баланса завода и ТЭЦ по этой схеме, % к массе свеклы :
| Свежая речная вода | - 159 |
| Промышленная охлажденная оборотная вода | - 745,9 |
| Промышленные сточные воды III категории | - 146,4 |
| Питьевая вода | - 26 |
В соответствии с этой схемой суммарный расход сбрасываемых сточных вод следующий :
| сточные воды 1 категории | - 7,84 м3 на 1 т перерабатываемой продукции (784,4 % к массе свеклы, в т.ч. 778,9 % от главного корпуса) |
| сточные воды II категории | - 8,15 м3 на 1 т перерабатываемой продукции (815,5 % к массе свеклы, в т.ч. 798 % от главного корпуса) |
| промышленные сточные воды III категории: | |
| - промышленные - | 1,46 м3 на 1 т перерабатываемой продукции (146,4 % к массе свеклы, в т.ч. 42,4 % от главного корпуса) |
| - хозяйственно-бытовые : | |
|
- 0,09 м3 на 1 т перерабатываемой продукции ( 9 % к массе свеклы) |
|
-0,2 м3 на 1 т перерабатываемой продукции (20 % к массе свеклы) |
Требования к качеству используемой воды (средние максимальные значения) виды воды:
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 3. Заменители сахара |
2 )
КОММЕНТАРИИ