2.5. Водное хозяйство

Оглавление

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 БПК_полн 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 БПК_полн 3-5 мг О₂/л , в то время как речная свежая вода может иметь БПК_полн 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 :
от промышленной площадки	- 0,09 м3 на 1 т перерабатываемой продукции ( 9 % к массе свеклы)
от жилого поселка	-0,2 м3 на 1 т перерабатываемой продукции (20 % к массе свеклы)

Требования к качеству используемой воды (средние максимальные значения) виды воды:

Показатели	Речная	Охлажденная (I категория) для конденсации пара и охлаждения оборудования	Очищенная (II категория) для транспортирования свеклы	Очищенная (II категория) для мытья свеклы	Сточная (III категория) спускаемая в водоем	Лаверная (III категория) для очистки сатурационного газа
Количество, % к массе свеклы	160	785	700	20	150	3
Температура, o С	9	24	15	15	10	24
Взвешенные вещества, мг/л	43	30	5600	50	30-40	110
Реакция, PH	7,5	7,5	11	11	7,5	9,7
Сухой остаток, мг/л	410	500	1800	1500	1000	800
Жесткость общая, мг-экв/л	6	6	15	10	7	8
Аммиак и соли аммония, мг/л	1,3	12	7,5	7,5	15	1
Хлориды, мг/л	30	40	50	45	350	45
Сульфаты, мг/л	25	45	65	60	500	400
БПКполн, мг О2 /л	25	45	1500	150	3	80

2.5.9 Тароупаковочные материалы

3. Заменители сахара