книги из ГПНТБ / Грушко, Я. М. Сточные воды гидролизных заводов и санитарная охрана водоемов

Степень загрязнения сточных вод. В процессе техно­ логии производства на гидролизных заводах обра­ зуются сильно загрязненные сточные воды. В них со­ держатся пентозные и гексозные сахара, уксусная, левулиновая и муравьиная кислоты, фурфурол, органи­ ческий и аммонийный азот, неорганические фосфорные и гуминовые вещества, продукты жизнедеятельности производственных микроорганизмов спиртового и дрожжевого цехов, осадки мертвых дрожжей, лигнин, известь, мелкая щепа, песок.

По данным А. И. Жукова (1962), на таких предприя­ тиях основные загрязнения в стоки вносят промежуточ­ ные продукты при гидролизе древесины, которые со­ держат много органических веществ: БПКб спиртовой барды составляет 5300—7100 мг О2/л и дрожжевой бражки 4700—5200 мг О2/л.

Общезаводской сток заводов имеет кислую реакцию, pH его составляет 4,5—5,5, БПКб 1404—1840 мг О2/л, взвешенных веществ в нем содержится 1600—4110 мг/л (Э. Э. Друблянец и др., 1958).

Помимо легкоокисляемых органических веществ, сточ­ ные воды содержат трудноокисляемые вещества — лиг­ нин и клетчатку, загрязняющие водоемы ниже места спуска сточных вод на большом расстоянии, а также фурфурол (Л. П. Александрова, 1954).

Общезаводской сток Верхне-Днепровского опытного гидролизного завода, поступающий на очистные соору­ жения, имеет гнилостной запах, pH 5,0—5,6, окисляе-

мость 1000 мг О2/л, БПКб 1200 мг О2/л, азота альбуми-

ноидного 3,67 мг/л и азота аммиака 5 мг/л, много взве­ шенных веществ и летучих кислот.

(БПКб от 1000 до 2000 мг О2/л, БПКго от 2000 до 3500 мг

71

02/л, ХПК от 2500 до 3500 мг О2/л, общий азот от 130 до 220 мг/л, окись фосфора от 6 до 15 мг/л). Очистка таких загрязненных стоков не превышала по БПКб 50— 65%. Степень очистки этих стоков удалось повысить лишь после разбавления перед подачей на аэрофильтры до БПКб 160—200 мг Ог/л.

Особенно сильно загрязнены стоки Бирюсинского заво­ да, где общий сток, поступающий на очистные сооруже­ ния в количестве 500 м3 в час, имеет pH 5,8, БПКэ 3000 мг О2|/л, БПКго 4520 мг О2/л и ХПК 6800 мг О2/л, содержит фурфурола 124 мй/л и взвешенных веществ 1328 мг/л, в том числе органического происхождения 1107 мг/Л.

Разбавление в водоемйх сточных вод гидролизных заводов. Ряд авторов изучали возможность сброса в водоемы сточных вод в расчете на то, что путем разбав­ ления отпадает необходимость их очистки. С. В. Мои­ сеев (1952) исследовал комбинированное действие всех вредных веществ, содержащихся в сточных водах гид­ ролизного завода, на теплокровных животных, рыб, их кормовые ресурсы и процессы самоочищения экспери­ ментальных водоемов. По его данным, безвредными для теплокровных животных оказались сточные воды гид­ ролизных заводов при разбавлении в 1000 раз, а для дафний и процессов самоочищения — в 500 раз.

По материалам М. В. Гусева (1952), стоки гидро­ лизных заводов не оказывают вредного действия на дафнии при разбавлении в 200 раз. По данным А. М. Куренновой (1959), эти стоки тормозят процессы само­ очищения водоемов при разбавлении в 200 раз.

Таким образом, сточные воды гидролизных заводов вредно не влияют на водоемы лишь при большом раз­ бавлении.

Современными требованиями рыбного надзора пре­ дусматривается, что необходимая степень разбавления сточных вод и воды рек должна обеспечиваться в рыбохозяйственных водоемах у места спуска сточных вод или в крайнем случае в 500 м ниже его. Независимо от величины расхода воды в водоемах необходимая сте­ пень разбавления стоков гидролизных заводов в этих пунктах не может быть обеспечена, поэтому нужны ме­ ры, уменьшающие загрязненность сточных вод гидро­ лизных заводов. Эти меры следующие: 1) технологичес­ кие с максимальной! утилизацией жидких отходов; 2) уменьшение количества сточных вод; 3) максималь­

72

и воды рек.

Утилизация Ьредных веществ, содержащихся в сточ­ ных водах гидролизных заводов. На гидролизных заво­ дах утилизация вредных веществ, содержащихся в сточ­ ных водах, вполне возможна. На трех гидролизных за­ водах Иркутской области — Тайшетском, Тулунском и Зиминском •— извлекаются из-сточных вод ядовитые ве­ щества -— фурфурол и метиловый спирт. Оба этих вида «отходов» служат ценным сырьем в производстве пласт­ масс. На этих же заводах, вырабатывающих спирт, из сточных вод извлекаются органические вещества и ис­ пользуются для производства кормовых дрожжей.

При полном освоении проектной мощности этих пред­ приятий из сточных вод будет извлекаться ежегодно 1516 т фурфурола на сумму более 3 млн. руб., а из ор­ ганических веществ будет изготовляться 24,5 тыс. т кор­ мовых дрожжей на сумму более 8 млн. руб. Только один Зиминский гидролизный завод, сравнительно не­ давно введенный в эксплуатацию не на полную мощ­ ность, получает из сточных вод ценные отходы и при­ быль ежегодно более 1,2 млн. руб.

Но и на этих заводах, как и на многих других, дале­ ко не исчерпаны возможности более полного извлече­ ния из сточных вод органических-веществ с последую­ щей их утилизацией.

Для уменьшения загрязнения водоемов токсическими веществами, содержащимися в сточных водах гидро­ лизных заводов, необходимо максимальное извлечение фурфурола и метанола с последующим окислением ос­ таточного их количества, а также различных органичес­ ких кислот на сооружениях биологической очистки.

Сточные воды гидролизных заводов содержат боль­ шое количество органических веществ, используемых в производстве далеко не полностью.

По существующей технологии извлечения из сточных вод гидролизных заводов органических веществ, сниже­ ние степени загрязненности еще недостаточно. Для по­ лучения готовой продукции используется лишь 40— 70% спиртовой барды.

. Необходимо всемерно совершенствовать технологию производства на гидролизных заводах, чтобы снизить степень загрязненности сточных вод. В этом направле-

73

яци на некоторых предприятиях уже имеется передовой опыт. Л. И. Брызгалов (1970), изучив технологию произ­ водства на Тавдинском гидролизном заводе, показал, что возврат бражки и лютеров на гидролиз и бражки на райбавление сусла снижает БПКй сточных вод гидролиз­ ных заводов на 20—30 кг на 1 т асд, а в целом на ІО.Б'тБПКб в сутки. Общее количество сточных вод мож­ но уменьшить с 4200 до 2740 м3 в сутки, т. е. на 1460 м3 в сутки. В результате замены мокрой очистки газов цеха, сушки влажного лигнина сухой очисткой ликвидируется грязный сток с общим содержанием до 5 т в сутки мел­ кодисперсного лигнина.

На этом же заводе, по данным Ф. Г. Кардаш и соав­ торов (1971), в технологии производства повторно исполь­ зуются некоторые загрязненные сточные воды. Так, бар­ да дрожжевых колонн в количестве 3360 м3 в сутки используется для выращивания дрожжей, лютер спир-, товых колонн в количестве 244,1 м3 в сутки с общим количеством загрязнений в сутки по БПКб 773 кг пере­

личивает количество вырабатываемой -продукции, но и снижает расход сточных вод. Последрожжевая бражка используется вместо воды для приготовления питатель­ ных солей, известкового молока и разбавления сусла перед выращиванием дрожжей. Вместе с тем .количест­ во азота и фосфора в нейтрализате возрастает и в даль­ нейшем необходимо совершенствовать эту схему, в част­ ности снизить содержание азота и фосфора в сточных водах, так как повышенное их содержание может вы­ звать в водоеме ниже сброса стоков по течению бурное развитие водорослей.

В процессе производства на гидролизных заводах

•образуется много лигнина и шлам. Лигнин в виде твер­ дых отходов и частично во взвешенном виде не исполь­ зуется, хотя имеются технические возможности его ути­

74

лизации для-получения высококачественных лигноволокнистых плит, брикетированного топлива, в цементной промышленности, в керамической — в качестве интенси­ фикатора помола клинкера, в производстве пластмасс, для получения активированного угля, изготовления ря­ да химических веществ, например 'ваиилиңрвой кислоты для текстильной промышленности. Его применяют для производства гербицидов, удобрений и стимуляторов роста растений (К. В. Ложикова, 1966).

В настоящее время лигнин используется как усили­ тель синтетических каучуков, для производства смол с фенолом и мочевиной, для переработки цемента, керами­ ки, диспергирования красителей (М. И. Чудаков, 1967). Лигнин в производстве линолеума может заменить им­ портную пробковую муку и древесную муку (В. И. Ва­ нина, А. П. Закощиков, 1970).

Шлам, образующийся после очистки сточных вод гид­ ролизных заводов, содержит 75—85% минеральных ве­ ществ и 15—25% органических. Минеральные вещества состоят преимущественно из гипса. Этот шлам своими органическими веществами загрязняет почву и подзем­ ные грунтовые воды. Гипс, содержащийся в шламе, может быть использован для получения алебастра в строительной промышленности, * а также как химическое сырье в промышленности (А. Д. Иваненко, В. М. Ники­ тин, 1970).

Таким образом, возможности утилизации вредных ве­ ществ, содержащихся в сточных водах, еще далеко не исчерпаны.

Уменьшение количества сточных вод и применение во­ дооборота. Гидролизные заводы в процессе производст­ ва расходуют значительное количество воды, например на 1 т фурфурола — 1200 м3 и кормовых дрожжей —

750 м3.

На гидролизных заводах количество сточных вод мож­ но4 уменьшить применением водооброта с повторным использованием очищенных сточных вод для подачи на сооружения биологической очистки, .где необходимо разбавление сильно загрязненных стоков.

В процессе технологии производства на сооружения биологической очистки поступают стоки с БПКб выше допустимой нормы 400—600 мг Ог/л. Подача на соору­ жения биологической очистки стоков с БПКб выше этой нормы снижает эффект очистки сточных вод.

75

Для разбавления сточных вод, подаваемых на соору­ жения биологической очистки, могут быть использованы также условно чистые воды теплоэлектроцентрали

(ТЭЦ).

За счет изменения технологии производства может быть уменьшена степень загрязнения стоков, главным образом путем повышения коэффициента использования барды для производства дрожжей, а также снижено потребление воды и количество сбрасываемых сточных вод на единицу продукции.

К сожалению, в настоящее время эти возможности еще не использованы на гидролизных заводах и рецир­ куляция применяется еще или недостаточно, пли в водообороте используются мало очищенные стоки с БПКл 400 мг Ог/л. В результате этого вместе с сильно загрязненными водами, поступающими на биологиче­ скую очистку, такая «рециркуляция» приводит к пере­ грузке очистных сооружений и сильно снижает эффект биологической очистки сточных вод.

Очистка сточных вод. В сточных водах гидролизных заводов содержится большое количество взвешенных и растворенных веществ минерального и органического происхождения. Преобладающая часть этих взвешен­ ных веществ органического происхождения и в основном состоит из лигнина. На каждую тонну перерабатывае­ мого сырья приходится 210—,300 кг лигнина. Из этого количества 90—95% лигнина извлекается в технологиче­ ском процессе, а 5—10% переходит в сточные воды. Следовательно, на каждую тонну перерабатываемой абсолютно сухой древесины в сточные воды поступает от 10,5 до 30 кг лигнина, т. е. 70—85% общего количества взвешенных веществ.

Вместе с тем сточные воды содержат много взвешен­ ных веществ и минерального происхождения.

Взвешенные вещества на очистных сооружениях гид­ ролизных заводов задерживаются в первичных отстойни­ ках. Проектами предусмотрено осаждение в них 70— 80% взвешенных веществ, но часто из-за перегрузки отстойников в них осаждается лишь 30—40%. Часть взвешенных веществ задерживается сооружениями био­ логической очистки. В общезаводском стоке после меха­ нической и биологической очистки содержание взвешен­ ных веществ довольно велико — 1500 мг/л. Так. как правилами охраны поверхностных вод в пункте первого

76

водопользования допускается увеличение взвешенных веществ на 0,25 мг/л, то в исключительных случаях, если этот пункт находится у Metта сброса сточных вод, требуется их разбавление в 6000 раз. Но даже при рас­ положении этого пункта в 3—5 км ниже места сброса сточных вод по течению реки также требуется очень большое разбавление. На небольших реках такая сте­ пень разбавления в зимний период невозможна, поэтому применение естественного осаждения сточных вод в от­ стойниках должно дополняться коагулированием сточ­ ных вод.

Биологическая очистка сточных вод гидролизных за­ водов из-за большого содержания органических ве­ ществ обязательна. Но такая очистка, как указывает Ц. И. Роговская (1950), для сточных вод гидролизных заводов возможна лишь при условии поступления на сооружения сточных вод с БПКб не выше 400—500 мг О2/л добавления минеральных солей при pH 6,5—8,0 и температуре сточных вод 20—30°. При этих условиях эффект очистки составлял 94%.

Важное значение для биологической очистки сточных вод гидролизных заводов имеет добавление питательных солей. Без них эффект биологической очистки снижает­ ся на 22—25%.

Сульфат аммония рекомендуется вводить в концент­ рацию 20—25 мг/л, т. е. столько, сколько азота содер­ жится в бытовых стоках. При очистке расходуется 16 мг/л азота и 2 мг/л фосфора и тогда эффект ее дости­ гает 90—95%. Биохимическая очистка сточных вод гид­ ролизных заводов протекает плавно, если в них содер­ жится 3—3,3 мг общего азота на каждые 100 мг Ог/л БПКб очищаемой воды, причем часть его — около 1,5 мг/л — в виде аммонийных солей.

При биологической очистке сточных вод с активным илом на каждые 100 мг О2/л БПК5 необходимо добав­ лять 4,45 мг азота и 0,95 мг фосфора (Charles е. а., 1968).

При избыточном содержании в сточных водах после их очистки органических веществ, азота и фосфора в водоемах при малом расходе воды образуются нитча­ тые водоросли. К их числу относится и Spherotilus natans. Она сильно загрязняет водоемы. Наилучшим источником углерода для этой водоросли являются углеводы (моно- и дисахариды). Spherotilus natans ис­

77

пользует для своего питания, роста и размножения эти­ ловый спирт, глицерин, декстрин, растворенный крахмал. При малой скорости течения воды в реках в осенне-зим­ ний период эта водоросль, отрываясь от дна в местах роста, осаждается на дне и образует осадок. Особенно большое количество осадка образуется в таких местах при значительном содержании в водоемах питательных веществ. Осадок, состоящий из этой водоросли, дости­ гает 100 т на 1 км2, а суточный прирост его составляет 3—9 т на 1 км2.

Влитературе излагается опыт профилактики развития

ироста нитчатых водорослей Spherotilus natans путем снижения содержания в сточных водах питательных со­ лей, необходимых для них.

По данным Всемирной организации здравоохранения (Jaag, 1969), после биологической очистки сточных вод из них извлекается лишь 20—40% фосфора, а больше половины поступает на сброс. Фосфор рекомендуется осаждать катионами трехвалентного железа, трехвалент­ ного алюминия или двухвалентного кальция. Каждое из этих соединений осаждает фосфор в виде нераство­ римых и воде солей. Используя 20—30 мг трехвалентно­ го железа на 1 л воды, можно удалить из сточных вод 95% общего фосфора при pH 7,5. Азот удаляется из сточных вод при их биологической очистке. При сниже­ нии БПКб до 15 мг Ог/л содержание азота в сточных

водах можно уменьшить до 3 мг/л, а фосфора — до

0,5 мг/л.

Некоторые авторы рекомендуют извлекать из сточных вод до 95% фосфатов путем добавления извести перед

Кислая реакция стоков и большое содержание Орга­ нических веществ вызывают развитие плесени. Затруд­ няется доступ кислорода к фильтрующему материалу, приостанавливается минерализация, в толще биофильт­ ра аэробные процессы сменяются анаэробными, появ­ ляется неприятный запах, очистка прекращается.

На некоторых гидролизных заводах нейтрализация кислых сточных вод производится не известковым моло­ ком, а аммиаком, и это приводит к значительному содер-

78

жанию в сточных водах этого токсического вещества,, оказывающего в водоемах губительное действие на рыб и их кормовые ресурсы.

Некоторые авторы указывают, что эффект биологиче­ ской очистки даже при соблюдении нормального режима очистных сооружений не достигает проектных величин. (90—95%). Так, Б. Б. Немковский (1961) при оптималь­ ных условиях наблюдал меньший эффект биологиче­ ской очистки — 70—90%.

По более поздним данным Л. И. Брызгалова (1970),. на Тулунском и Зиминском гидролизных заводах эффект очистки составляет 25—60%. Вместо предусмотренной проектами нагрузки на очистные сооружения по БПКв 44—50 кг на 1 т асд фактическая нагрузка составляет ПО—150 кг, т. е. в 2,5—3 раза больше. Автор считает необходимым на гидролизных заводах применить двух­ ступенчатую очистку (первая ступень — аэрофильтры, вторая — аэротенки).

Такой слабый эффект очистки вод на многих гидро- f лизных заводах объясняется тем, что органические ве­ щества в процессе производства извлекаются из сточных вод еще в недостаточной степени. Неутилизируемая частьбарды вместе с остальными загрязнениями органическо­ го происхождения поступает на очистные сооружения в

концентрациях, значительно выше допустимых.

Для нормальной работы сооружений биологической очистки требуется разбавление чистой водой сильно загрязненных стоков. На некоторых гидролизных заво­ дах для разбавления сточных вод, подаваемых на соо­ ружения биологической очистки, применяется общеза­ водской сток после очистки с высоким показателем БПКб, достигающим 1500—2000 мг/л. В результате пода­ чи столь загрязненных вод не обеспечивается оптималь­ ное БПҢ сточных вод перед очисткой, поэтому показа­ тель эффективности очистки даже на таких современных сооружениях, как аэротенки, вместо проектных 90—95% снижается до 30—40%.

Разбавление сточных вод гидролизных заводов речной водой перед подачей их на сооружения биологической очистки в.зимний период при очень низких температу­ рах воды, например 0,4° в водоемах, невозможно. Сточ­ ные воды, даже разбавленные, поступающие на соору­ жения биологической очистки, должны иметь температу­ ру 20—30° и их нужно нагреть, Вместе с тем для нагрева

79