Лабораторная работа: Очистка сточных вод

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Факультет пищевых производств

Кафедра экологии и природопользования

Расчет к дипломному проекту

по разделу экологическая безопасность предприятия

Руководитель:

________________Холодилина Т.Н.

«____» _________________2008 г.

Исполнитель:

студент гр. 03-ТПОП

__________________Кирзеев О.В.

«____»_________________2008 г.

Оренбург 2008

1 Характеристика предприятия как объект загрязнения окружающей среды

Обычно считают, что пищевые предприятия в силу специфики своей про­дукции не представляют заметной угрозы окружающей среде. Однако рассмотренные материалы убедительно показывают, что это не так. Рестораны, хлебозаво­ды, молокозаводы и пивоваренные заводы сбрасывают сточные воды, заг­рязняют атмосферу в городах. Сахарные заводы, являющиеся наиболее крупнотоннажными пищевыми предприятиями, вносят существенный вклад в заг­рязнение атмосферы и через ее посредство - почвы, а также сбрасывают и расходуют значительное количество воды. Не стоит забывать и об отходах вспомогательных цехов и служб.

Поэтому защита окружающей среды важна и для пищевых предприятий. Это требует соответствующих знаний и навыков не только от специалистов экологов, но и от других специалистов: технических руководителей, принимающих решения; специалистов, занимающихся эксплуатацией природоохранного оборудования; сотрудников производственных лабораторий; проекти­ровщиков и др.

В соответствии с системным подходом к проблеме организации производства, отраженным в стандартах ISO 14000 и санитарных правилах СП 1.1.1058-01, необходимость и проведение природоохранных мероприятий должны быть неотъемлемыми элементами технологической системы. Они должны учитываться при ее разработке наряду с собственно обеспечением выпуска продукции. Подход, при котором природоохранные мероприятия рассматрива­ются как дополнительная подсистема, создаваемая после проектирования устарел и неэффективен. Нагрузка на объекты окружающей среды и очист­ные сооружения может быть снижена при использовании альтернативных технологических схем и обоснованных режимах производства.

Одна из особенностей экологической безопасности - развитая норматив­ная база, необходимость выполнения требований не только системы ГОСТов, но и санитарных гигиенических норм (СанПиН), строительных норм и пра­вил, а также ряда инструкций Минприродоохраны и др. Соблюдение этих требований обязательно при организации и управлении производством.

Поэтому знание требований экологической безопасности, методов и средств их реализации является неотъемлемой составляющей профессиональ­ных знаний современных специалистов пищевых производств.

1.1 Характеристика предприятия

Проектируемый объект (ресторан с кафетерием) расположен в средней полосе Российской Федерации. Климат района умеренный. Объект находится в черте города. К предприятию прилегает парк, кинотеатр, развлекательный клуб, санаторий и др.

Предприятие подключено к центральному водоснабжению. На предприятии организована общесплавная система водоотведения.

Основные источники загрязнений – это вентиляционная труба, канализация, мусорные контейнеры.

Предприятие относится к V классу опасности, санитарно-защитная зона размером 50 м.

1.2 Загрязнение атмосферы

От предприятия в атмосферу без очистки поступает 65 % выбросов (так как выбросы не значительные), содержащих газообразные вещества, пары и пыль. Источниками загрязнения атмосферы при этом являются техноло­гические процессы и оборудование, объекты по производству энергии и автотранспорт, вспомогательные цеха и производства. Указан­ные источники могут быть как организованными, так и неорганизо­ванными.

Наиболее вредными газообразными загрязнителями, выбрасыва­емыми в атмосферу предприятия, являются диоксид и оксид углерода, акролеин.

Самым распространенным специ­фическим выбросом от предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности является пыль сухих продуктов, образование кото­рой происходит на стадиях измельчения, транспортирования, сушки сырья и продуктов.

Температура воздуха, удаляемого из помещения t _ух , °С определяется по формуле:

,(1)

где t _р.з. – температура воздуха в рабочей зоне, °С ;

∆t – градиент температуры по высоте помещения (от 1 до 5 °С );

Н – расстояние от пола до центра вытяжных проемов, м;

2 – высота рабочей зоны, м.

Плотность наружного воздуха находится по формуле:

ρ= (2)

ρ= кг/м³

1.3 Загрязнение окружающей среды твердыми бытовыми отходами

Согласно ГОСТ 30772-2001 «Ресурсосбережение. Об­ращение с отходами. Термины и определения» под термином отходы следует понимать остатки продуктов или дополнительный продукт, образую­щийся в процессе или по завершению определенной деятельности и не используемые в непосредственной связи с этой деятельностью.

В пищевых отраслях ежегодно образуется 45-47 млн. т вторично­го сырья и отходов.

Среднегодовое количество твердых отходов по статистическим данным составляет около 810 тыс. т, в том числе, (%):

• отходов 1-го класса опасности - 0,04;

• отходов 2-го класса опасности - 0,25;

• отходов 3-го класса опасности - 6,50;

• отходов 4-го класса опасности - 93,5.

Таким образом, основная масса отходов является малотоксич­ными и представлены, в основном, технологическими отходами.

Временное хранение отходов на территории предприятия осуществляется в закрытых помещениях, герметично укрытых емкостях и контейнерах, на открытых площадках в соответствии с требования­ми СанПиН 2.1.7.1322-03 «Гигиенические требования к размещению и обезвреживанию отходов производства и потребления» и пособия к СНиП 2.01.28-85 и исключает попадание загрязняющих веществ в сточные воды, поверхностный сток и на почву.

Деятельность предприятия по обращению с отходами отработан­ных люминесцентных ламп (отходы 1 класса опасности) предусмат­ривает своевременный сбор, доставку к месту временного хранения (металлические контейнеры с плотной крышкой), обеспечение усло­вий надлежащего хранения до передачи соответствующим предпри­ятиям, имеющим лицензию для обезвреживания путем демеркури­зации.

Пищевые предприятия, как правило, не ведут са­мостоятельно переработку твердых отходов, вместе с тем альтер­нативный выбор организаций-переработчиков должен осуществляться, в том числе, и с учетом экологической безопасности реализуемых ими технологий.

Отходы пищевых предприятий по источникам образования под­разделяются на технологические, санитарно-бытовые и отхо­ды вспомогательных производств.

Классификация отходов проводится в соответствии с ГОСТ 30775 путем установления группы, подгруппы и позиции отхода в соответ­ствии с классификационным кодом, включающим 11 кодовых групп. Нормы накопления ТБО представлены в таблице 1.

Под отходами, по Н.Ф. Реймерсу, понимают, в общем случае, непригодные для производства данной продукции виды сырья, неупотребимые остатки или вещества и энергия. Твердые отходы, которые подразделяются на промышленные (ТПрО) и бытовые (ТБО).

Промышленные отходы (или отходы производства) — это остатки сырья, материалов, полуфабрикатов, образовавшиеся при производстве продукции или выполнении работ и утратившие полностью или частично потребительские свой­ства. С некоторой долей условности мож­но отнести и отходы потребления — изделия и машины, утратившие свои потребительские свой­ства в результате физического или морального износа.

Бытовые (коммунальные) отходы — твердые вещества, не утилизируемые в быту, образующие­ся в результате амортизации предметов быта и самой жизни людей. В последнее время к ТБО относят и твердую составляющую коммунально-бытовых сточных вод — их осадок.

Часто вместо понятия «отходы» используют термин «отбросы», относя к ним не только не­пригодные к использованию пищевые продукты, не утилизируемые бытовые и сельскохозяйствен­ные компоненты, но и отходы производства и стро­ительства. Этот термин чаще используется в разговорной речи. в научной литературе .

Таблица 1 – Нормы накопления твердых бытовых отходов (ТБО)

Количество твердых бытовых отходов накапливающихся на предприятии представлены в таблице 2

Таблица 2 – Количество ТБО образуемых на проектируемом предприятии

К производственным отходам на предприятии относятся отходы, полученные от сырья (в основном от овощей, мяса (кости), яиц (скорлупа)). Отходы, полученные от овощей, рассчитываются исходя из норм потерь для данного времени года. Например, для картофеля после 1 января количество отходов равно 35 %.

Бытовые отходы состоят из одноразовой посуды (кафетерий), бумага, картон, пластмасса, стекло, текстиль, металл, дерево.

1.4 Загрязнение окружающей среды сточными водами

Предприятия пищевой промышленности ежегодно используют около 55 млн. м³ воды. Доля загрязненных вод к общему объему сбрасываемых сточных вод составляет 77 %.

1.4.1 Расчет водопотребления

Расчет количества воды, потребляемой предприятием питания за расчетный час максимального водопотребления, за средний час и за год, производится на основании норм водопотребления, приведенных в СНиП 2.04.01-85 «Внутренний водопровод и канализация зданий». Нормы приводятся на 1 условное блюдо, реализуемое в торговом зале или продаваемое на дом, и на 1 тонну выпускаемых полуфабрикатов (Таблица 4).

При подсчете количества блюд холодные, первые, вторые и сладкие блюда, а также мучные и кондитерские изделия принимаются за единицу каждое, а горячие и холодные напитки не учитываются.

Для определения расхода воды отдельными видами технологиче­ского оборудования можно воспользоваться данными по расчетным секундным расходам воды и проценту одновременного действия обо­рудования из СНиП II-Л.8-71 «Предприятия общественного питания» (Таблица 5). Расходы воды на неуказанные виды оборудования, как и на холодильные установки, брать по их паспортным характеристикам.

Таблица 4 – Нормы расхода воды предприятием питания

1. Нормы воды установлены для основных потребителей и включают все дополнительные расходы (обслуживающим персоналом, душевыми для обслуживающего персонала, посетителями, на уборку помещений и т.п.).

2. Расход воды на холодильные установки в норматив не включен и должен приниматься по техническим характеристикам конкретных холодильных установок.

Таблица 5 – Расчетные секундные расходы воды оборудованием

Таблица 6 – Расчетные секундные расходы воды оборудованием в ресторане с кафетерием.

На проектируемом предприятии будет производиться 2290 блюд в день. Тогда, водопотребление на данном предприятии при известной величине суточного выпуска G _сут , м³ , продукции (за 12 часов) находится по формуле:

, (3)

где g_o – норма расхода воды (холодная и горячая), л;

Q _блюд – количество блюд реализуемых на предприятии в день;

м³

Годовое водопотребление на предприятии будет равно 13373,6 м³ .

Расход воды предприятием представлен в таблице 7.

Таблица 7 – Расход сточной воды предприятием

Состав сточной воды предприятия представлен в таблице 5.

Эффективность очистки сточных вод определяем по формуле:

,

где С_до – концентрация загрязнителя до очистки, мг/л;

С_ПДК – концентрация загрязнителя до очистки, мг/л.

1.4.2 Расчет эффективности очитки

На проектируемом предприятии применяются хозяйственно-бытовая и производственная системы канализации. Первая отводит сточные во­ды от санитарно-технических приборов, вторая - производственные стоки. Эти системы канализации в обязательном порядке выполня­ются раздельными, с самостоятельными выпусками в городскую ка­нализационную сеть.

Сток дождевых и талых вод с крыш зданий осуществляет­ся неорганизованным свободным сбросом воды по уклону кровли. Наружные водостоки, как и неорганизованный сброс, отводят воды на отмостку - и далее на рельеф местности. Внутренние водостоки (дождевая канализация) собирают воды с поверхности крыши в водо­сточные воронки, и по стоякам, расположенным внутри здания, воды отводятся в наружные сети дождевой канализации.

Подключения к системе производственной канализации оборудо­вания для приготовления пищи и мойки посуды должны выполняются с разрывом струи не менее 20 мм.

Таблица 5 – Состав сточной воды ресторана с кафетерием

Очистка воды предназначена для доведения всех параметров, характеризующих ее качество, до нормативных показателей. Существенно отлича­ется очистка воды для питьевых нужд, в техноло­гических целях (как из поверхностных водоемов, так и подземных вод) и очистка сточных вод.

Причем даже для промышленных стоков, сбра­сываемых в водоемы или на грунт и сливаемых в систему канализации, нормативы и требования к очистке различные. И они постоянно ужесточа­ются. Считается, что суммарные затраты на очи­стку сточных вод современных предприятий в среднем составляют от 15 до 40% их общей сто­имости.

Методы очистки воды при всем их многообра­зии можно подразделить на три группы: механи­ческие, физико-химические и биологические.

Механическая очистка применяется, прежде всего, для отделения твердых и взвешенных ве­ществ. Наиболее типичными в этой группе явля­ются способы процеживания, отстаивания, инер­ционного разделения, фильтрования и нефтеулавливания (как разновидность отстаивания), — справедливо для обработки сточных вод. Для водоподготовки из этой группы наиболее широко применяются отстаивание и фильтрование.

Процеживание — первичная стадия очистки сточных вод — вода пропускается через специ­альные металлические решетки с шагом 5—25 мм, установленные наклонно. Периодически они очищаются от осадка с помощью специальных по­воротных приспособлений.

Отстаивание происходит в специальных емкос­тях, которые по направлению движения воды делят на горизонтальные, вертикальные, радиальные и комбинированные. Общими для них являются, выход очищенной воды в верхней части отстойника и гравитационный принцип осаждения частиц, которые собираются внизу. Разновидностью отстойника яв­ляются песколовки, применяющиеся для выделе­ния частиц песка в стоках литейных цехов* окалины — в стоках кузнечно-прессовых и прокатных цехов и т. д. Как правило, время нахождения воды в пес­коловках намного меньше, чем в отстойниках, где оно доходит до 1,5 часов (для сточных вод).

Инерционное разделение осуществляется в гид­роциклонах, принцип действия которых аналоги­чен циклонам для очистки газов. Различают откры­тые и напорные гидроциклоны, причем первые имеют большую производительность и малые по­тери напора, но проигрывают в эффективности очистки (особенно от мелких частиц).

Фильтрование осуществляется чаще всего че­рез пористые связанные или несвязанные мате­риалы. Как правило, фильтры очищают воду от тонкодисперсных примесей даже при небольших концентрациях. Фильтроматериалы достаточно разнообразны: кварцевый песок, гравий, антрацит, частички металлов и др. Песчаные фильтры — основные очистители при водоподготовке. Эффек­тивный фильтр из связанных специальными смо­лами песчано-гравийных фракций.

Нефтеловушки в самом простом исполнении представляют собой отстойники, в которых вы­ход очищенной воды происходит снизу, а нефтя­ная пленка собирается сверху.

Физико-химическая очистка обеспечивает отделение как твердых и взвешенных частиц, так и растворенных примесей. Она включает множе­ство разных способов, важнейшими из которых являются экстракция, флотация, нейтрализация, окисление, сорбция, коагуляция, ионообменные методы и др.

Экстракция — процесс разделения примесей в смеси двух нерастворимых жидкостей (экстрагента и сточной воды). Например, в специальных колонках (пустотелых или заполненных насад­ками) стоки смешиваются с экстрагентом, отбира­ющим вредные вещества: так бензолом удаляет­ся фенол.

Флотация — процесс всплывания примесей (чаще всего маслопродуктов) при обволакивании их пу­зырьками воздуха, подаваемого в сточную воду. В некоторых случаях между пузырьками и приме­сями происходит реакция. Разновидность мето­да — электрофлотация, при которой вода дополни­тельно обеззараживается за счет окислительно-восстановительных процессов у электродов.

Нейтрализация — обработка воды щелочами или кислотами, известью, содой, аммиаком и т. п. с це­лью обеспечения заданной величины водородного показателя рН. Самый простой способ нейтрализа­ции сточных вод — смешение кислых и щелочных стоков, если они имеются на предприятии.

Окисление — применяется как при водоподготовке, так и при обработке сточных вод для обез­зараживания воды и уничтожения токсичных биологических примесей. Наиболее распростра­ненный способ — хлорирование — чреват, как указывалось ранее, появлением диоксинов (особенно при вынужденном повышении дозы хлора летом или в период паводка, так называемом перехлорировании). Необходимо постепенно переходить на другие способы, например, на комбина­цию — озонирование и хлорирование. Озо­нирование — дорого и более кратковременного действия, но оно перспективнее. В настоящее время отрабатываются комбинации реагентов с ультра­фиолетовой обработкой воды. Во всяком случае, вода, применяемая для питья и содержащая ха­рактерный залах хлора, перед употреблением должна отстаиваться и кипятиться, как минимум.

Сорбция, как и при обработке газовых выбросов, способна обеспечивать эффективную очистку воды от солей тяжелых металлов, непредельных угле­водородов, частичек красящих веществ и т. п. Лучшим сорбентом и здесь является активиро­ванный уголь, это относится и к различным ми­нералам (шунгиту, цеолиту и др.), специально обработанным опилкам, саже, частичкам титана и др. На этих сорбентах работают многие быто­вые фильтры для воды: «Родничок», «Роса» и др.

Коагуляция — обработка воды специальными реагентами с целью удаления нежелательных растворенных примесей. Широко распростране­на при водоподготовке. Обработка ведется соеди­нениями алюминия или железа, при этом обра­зуются твердые нерастворимые примеси, отделяемые обычными способами. Для сточных вод ши­роко применяется электрокоагуляция, при кото­рой вблизи электродов образуются ионы {резуль­тат анодного растворения материала электродов), реагирующие с примесями. Так отделяют тяже­лые металлы, пианы и др.

Ионообменные методы достаточно эффектив­ны для очистки от многих растворов и даже от тяжелых металлов. Очистка производится син­тетической ионообменной смолой и, если ей пред­шествует механическая очистка, позволяет полу­чить выделенные из воды металлы в виде срав­нительно чистых концентрированных солей.

В последнее время за рубежом (особенно для водоподготовки) используют установки обрат­ного осмоса. В них вода продавливается через набор специальных микропленок при высоком давле­нии (до 30 МПа). Эти установки чрезвычайно эффективны в качестве последних ступеней (т. е. для тонкой очистки). Но они достаточно дороги и энергоемки.

Биологическая очистка возможна в естествен­ных условиях и в искусственных сооружениях. И в том, и в другом случае органические примеси обрабатываются редуцентами (бактериями, про­стейшими, водорослями и т. п.) и превращаются в минеральные вещества. В естественных усло­виях очистка производится на полях фильтра­ции или орошения (через почву) или в биологических прудах. Последние могут быть с подду­вом воздуха (с искусственной аэрацией).

Расчет эффективности очистки сточной воды предприятия представлен в таблице 6.

Таблица 6 – Расчет сточной воды

Таблица 6 - Усредненные величины технологической эффективности различных методов очистки, %, не менее

Анализируя, полученные данные можно сделать вывод, что количество жира в сточной воде превышает ПДК практически в два раза. Избыточное количество жира негативно сказывается на системе водоотведения. Жир адгезируясь на стенках труб препятствует нормальному удалению сточной воды, также способствует развитию микроорганизмов, вследствие гидролиза жир начинает образовывать неприятно пахнущие вещества (НПВ). Поэтому, требуется установить жироуловитель.

Помимо жира в сточной воде предприятия присутствуют, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ). Присутствие, СПАВ в сточной воде, ухудшает процесс седиментации взвешенных частиц, образуют большое количество пены, что тормозит биохимические процессы в биоокислителях. СПАВ попадая с очищенной водой в водоем, они серьезно усложняют дальнейшее использование его для бытовых и промышленных целей.

Для очистки производственных сточных вод (до поступления в наружную канализационную сеть) от жиров, крахмала, мезги и грязи следует установить на выпусках из соответствующих помещении:

Жироуловитель для предприятий на полуфабрикатах с количест­вом мест в залах 500 и более, а также для предприятий на сырье с ко­личеством мест в залах 200 и более;

Грязеотстойники и мезгоуловители - для предприятий с овощными цехами производительностью более 2 т в смену (установки для очистки сточных вод) предусматриваются в составе технологического оборудования этих цехов.

Стояки канализационных систем прокладываются строго верти­кально с выводом вентиляционной части стояка выше кровли. Про­кладка отводных горизонтальных трубопроводов может выполняться как над полом данного этажа, так и ниже перекрытия этажа, в том числе и в подвале, и в грунте; отводные трубопроводы от трапов все­гда прокладываются под перекрытием данного этажа. На поворотах трубопроводов, в начальных точках подключений трех и более при­боров и на стояках предусматриваются прочистки и ревизии.

Проектируемый объект с числом мест в залах ресторана и кафетерия в сумме 100. Поэтому, он не требует установления, грязеотстойников, жироуловителей, по нормативу, но по проведенным расчетам мы рекомендуем установить жироуловитель, и в овощном цехе на выходе рекомендуем установить песколовки.

Для экономии воды, особенно горячей, нужно про­вести мероприятия по уменьшению расхода воды, а именно - ус­тановка стабилизаторов давления, автоматизация подачи воды, уста­новка счетчиков.