Очистка жирсодержащих сточных вод методами ультрафильтрации и огневого обезвреживания

Человечество прошло уже полпути от глобального экологического кризиса (ГЭК), признанного ООН, к тотальной экологической катастрофе (ТЭК). Этот период, называемый интервалом бифуркации (ИБ), характеризуется многими индикаторными процессами, в т. ч. переходом возобновимых природных ресурсов в невозобновимые (почвы уже перешли этот предел, запасы чистой воды близки к исчерпанию, химический состав воздуха опасно меняется и т. д.). Свой «вклад» в такое положение внесли и жироперерабатывающие отрасли пищевой промышленности.

На конференции ООН по окружающей среде РИО-92 (Бразилия, Рио-де-Жанейро, 1992 г.) была подготовлена и согласована представителями 179 государств, включая Россию, программа мирового сообщества, ориентированная на гармоничные достижения двух целей — высокого качества окружающей среды и здоровой экономики для всех народов мира. Программа получила название «Повестка дня на XXI век», в основе которой лежит Концепция экологически безопасного устойчивого социально-экономического развития человечества в XXI веке. Последовавшая через 5 лет Специальная Сессия Генеральной ассамблеи ООН «РИО +5» (Нью Йорк, 1997 г.) и РИО +10 (Йоханесбург, 2002 г.) подтвердили озабоченность мирового сообщества состоянием окружающей среды.

Россия — страна с огромным природно-ресурсным потенциалом и огромными экологическими проблемами.

Применительно к очистке жирсодержащих сточных вод (в дальнейшем ЖСВ) и жировых отходов любой регион РФ имеет много пищевых предприятий, которые сбрасывают жировые и сопутствующие вещества в канализацию, загрязняя внутренние пресные водоёмы или вывозят жировые отходы на свалку, загрязняя почву и источники питьевого водоснабжения (например, масло-жиркомбинаты и мыловаренные заводы — 15 тыс. т в год, с учетом мясокомбинатов, молокозаводов, рыбокомбинатов, хлебозаводов, фабрик мороженого и других объектовна порядок больше). И в тоже время наше животноводство испытывает острый дефицит жиров, не хватает натурального жирового сырья для смазочных материалов, смазочно-охлаждающих жидкостей, моющих растворов.

Помимо жиров, сбрасываются в водные объекты сопутствующие ценные вещества (хлористый натрий, сульфаты, фосфатиды, глицерин и др.). Для примера возьмем производство мыловарения. Если взять любой мыловаренный завод (Москва, Санкт-Петербург, Н. Новгород, Самара, Новосибирск, Иркутск, Краснадар и т. д.) с производством 100 т мыла в сутки, то он ежедневно со сточными водами сбрасывается 5 т хлористого натрия (плюс глицерин, мыло, белковые вещества, содопродукты). За год — 1500 т хлористого натрия. При производстве мыла 500 тыс. т год имеем в ЖСБ (подмыльном щелоке) 25 тыс. т хлористого натрия, который с сопутствующими веществами сбрасывается в водные объекты. Создана огромная экологическая проблема: по всей России развозим эшелонами во все города соль, которая добывается выпаркойзадействованы машины со складов на заводы и обратновыхлопные газы автомашин загрязняют атмосферу- «засоляются» водные объекты и т. д., хотя имеется запатентованный метод очистки подмыльных щелоков по бессточной технологии, решающий данную проблему (5т соли циркулируют в производстве).

В основу диссертационной работы положены многолетние (1976— 2005 г. г.) исследования, выполненные автором в лаборатории охраны окружающей среды и вторичных материальных ресурсов Всероссийского научно-йсследовательского института жиров (ВНИИЖ).

6.5. Выводы.

1. Разработан и научно обоснован метод огневого обезвреживания минерализованных стоков (подмыльный щелок и кислые стоки от раскисления соапстоков), позволяющий вернуть ценные компоненты в производство и создать бессточный цикл мыловарения и производства сырых жирных кислот. Для подмыльного щелока предусмотрены 4 ступени очистки (отстой, пережи-ривание, улмрафильтрация, огневое обезвреживание), для кислых стоков 3 (нейтрализация, улътрафильграция, огневое обезвреживание). Разработаны типовые технологические регламенты для проектирования. Способ защищен патентом РФ.

2. По прогнозным данным на 2010 г. при производстве мыла 290 тыс. т из подмыльного щелока можно извлечь и вернуть в производство 14,5 тыс. т хлористого натрия, что предотвратит ущерб окружающей среде. Экономический эффект составит 57,7 руб на 1 т мыла со сроком окупаемости 2 года. В целом по МЖП ожидаемый экономический эффект составит 16,7 млн. руб при условии внедрения огневого обезвреживания на всех мылзаводах. Из 1 м кислых стоков от разложения соапстоков возможно вернуть в народное хозяйство 70 кг сульфатов.

3. В контексте концепции устойчивого экологически безопасного развития РФ и удвоения ВВП проведенные исследования доказали, что экологические аспекты рационального и экономного расходования природных ресурсов, т. е. повышение уровня эффективной эксплуатации национального биосферного богатства, напрямую отражается на экономических результатах деятельности предприятий, чем и определяются резервы экономического роста отечественной промышленности (снижение издержек по сырьевым ресурсам, утилизация жировых, минеральных и сопутствующих веществ и т. д.).

7. Новая концепция переработки жировых отходов применительно к отдельному региону.

В любом отдельно взятом per ионе функционируют различные жироперерабатывающие производства (мыловаренные заводы, жиркомбинаты, мясокомбинаты, хладокомбинаты, хлебозаводы и другие предприятия), в сточных водах которых находятся жировые вещества, которые сбрасываются в городскую канализацию. Образуются и другие виды жировых отходов (жиромасса с флотации, кубовые остатки, отходы лакокраски и т. д.), реализация которых без предварительной обработки затруднена и не приносит желаемой прибыли из-за нетоварного вида. Отсутствует технология переработки такого вида жировых отходов и они вывозятся на свалку. Налицо негативное воздействие жировых отходов на окружающую среду и реальная угроза здоровью населения.

Новая концепция управления и утилизации жировых отходов, не исключающая традиционные методы (компостирование, сбраживание с получением биогаза, сжигание, пиролиз), имеет конечную цель: в современных условиях рынка и конкуренции создать производство для комплексной переработки бросового жирового сырья, которое сбрасывается со сточными водами или вывозится на свалку и получить различные виды товарной продукции технического и кормового назначения (смазочно-охлаждающие жидкости, смазки, моющие средства, кормовые добавки).

Программа-минимум должна обеспечить быстрый коммерческий успех с минимальными затратами с использованием отечественных разработок и оборудования. Программа-максимум имеет стратегически экологическую направленность (ликвидация несанкционированных свалок, очистка от жиров сточных вод, утилизация жировых отходов, получение различных видов товарной продукции).

Например, для Санкт-Петербурга организационно-правовой формой реализации предложения возможно создание акционерного общества в рамках.

Правительства Санкт-Петербурга с участием ВНИИ жиров (по аналогии с Москвой, где при Департаменте инженерного обеспечения в 1993 г. создано госпредприятие «Экотехпром», в 1994 г. — акционерное общество «Прогрессивные экологические технологии»). Этапность работы следующая:

— классифицировать жировые отходы всех петербургских предприятий;

— провести идентификацию жирнокислотного состава жировых отходов и сопутствующих веществ, определить главные направления их использования в технических и кормовых целях;

— разработать гибкую экологически безопасную технологию переработки жировых отходов с получением различных видов товаров народного потребления и товарной продукции спецназначения;

— решить одну из главных экологических проблем Санкт-Петербурга (очистить сточные воды конкретных предприятий от жировых веществ и утилизировать жировые продукты очистки сточных вод и вывозимые на свалку жировые отходы).

В рамках созданного предприятия выполняется следующий объем работ:

— сбор, транспортировка, утилизация, обезвреживание жировых отходов;

— эксплуатация действующих и вновь созданных производств;

— консультативно-методические, посреднические услуги отечественным и зарубежным фирмам, организациям и предприятиям в вопросах обращения с жировыми отходами;

— информационно-издательская деятельность по научно-техническим, правовым, экономическим, конъюнктурным и др. направлениям, связанным с управлением жировыми отходами;

— организация учебно-методических семинаров для работников муниципальных служб;

— разработка схем очистки сточных вод от жировых отходов, поставка потребителю современных технологий;

— расчет эколого-экономических аспектов использования жировых отходов, проведение постадийных оценок требований к оценкам воздействия на окружающую среду, экосертификация- - участие с контролирующими организациями в совместных проверках предприятий города. Создание такого предприятия (условное название «Экожирпереработка») является актуальным для Санкт-Петербурга, имеющем около 1000 пищевых предприятий и более 400 несанкционированных свалок. Два унитарных мусороперерабатывающих завода перерабатывают только 30% твердых бытовых отходов и ни одного грамма органических отходов. Целесообразно в составе этих заводов иметь цеха по обработке жировых отходов.

На рис. 7.1. дана схема управления жировыми отходами СПб на базе вновь созданного предприятия, а на рис. 7.2. — блоксхема (по участкам) технологического цикла переработки жировых отходов.

Рис. 7.1. Схема управления жировыми отходами на базе вновь созданного пердприятия.

Рис. 7.2. Блок-схема технологического цикла переработки жировых отходов по основным участкам.

Такой компоновки оборудования по «гибкой» технологии не имеет ни один завод масложировой промышленности. Есть общеизвестные технологииучасток 4 [2.38] Остальные технологии и оборудование в промышленном масштабе не апробированы. Поэтому такой цех переработки отходов будет являться экспериментальным и все параметры будут доводится до оптимальных на стадии пуска и эксплуатации.

Следует выделить 3 главных участка:

— участки 2 и 3, представляющие собой «минимылзавод», который не имеет стоков;

— участок 4 получения жирных кислот с образованием кислых сульфатных стоков;

— участок 5 получения сульфата натрия из минерализованных жирсодержащих стоков.

Выбор оборудования производится с таким расчетом, чтобы имелась возможность раздельной и совместной обработки соапстоков для получения товарных продуктов широкого ассортимента.

Участок сернокислотного разложения можно построить на базе оборудования инофирмы «а-Лаваль» (по аналогии с Евдаковским, Саратовским и Куйбышевским ЖК) или по отечественному опыту Свердловского ЖК с заменой сепараторов «аЛаваль» на роторно-пленочные аппараты [2. '8.].

Участок 5 — очистки кислых, минерализованных стоков с получением сульфата натрия оснащается отечественным оборудованием по передовой патентнозащищенной технологии с применением ультрафильтрации и огневого обезвреживания с созданием бессточного цикла производства, т. е. здесь решается задача не доведения сточных вод до ПДК по сульфатам, а получение сульфатов в виде товарного продукта по бессточной технологии (подробно см гл.6).

Таким образом, любой регион РФ по описанной выше технологии может решить острую экологическую проблему по утилизации «бросового» жирового сырья с получением широкого ассортимента товаров народно-хозяйственного потребления.

Заключение

.

1. На основании проведенных исследований сформулированы и обоснованы научные положения (дифференциация жирсодержацдих сточных вод, их локальная очистка безреагентными методами с извлечением ценных компонентов, разработка бессточных малоотходных производств, использование продукта очистки в технических и кормовых целях), совокупность которых можно квалифицировать как новое перспективное направление в области экологической безопасности жироперерабатывающих производств, что снижает отрицательное воздействие на окружающую среду;

2. Научно обоснована и доказана практически принципиальная возможность функционирования бессточных производств с возвратом продукта очистки в производство. Практически доказана возможность получения из бросового жирового сырья различных видов товарной продукции технического и кормового назначения (смазочно-охлаждающие жидкости, смазки, моющие средства, кормовые добавки).

3. Разработан и научно обоснован безреагентный (ультрафильтрационный) способ очистки жирсодержащих сточных вод с извлечением жировых и сопутствующих веществ для их использования в народном хозяйстве в технических и кормовых целях. Данный способ очистки устраняет недостатки классических реагентных физико-химических методов очистки ЖСВ (потребность в реагентах, отдельные зданиях, неутилизируемость жиромассы и т. д.).

После проведения лабораторных, полупромышленных, опытно-промышленных промышленных исследований и длительной эксплуатации в реальных условиях производства ультрафильтрация ЖСВ получила массовое распространение в масло-жировой промышленности при очистке сточных вод. Мембранные ультрафильтрационные установки с разными конструкциями (трубчатые, плоскорамные, половолоконные, рулонные) и различными мембранами внедрены на многих заводах при очистке различных видов сточных вод (Московский и Кировский маргариновые заводы, Уссурийский МЖК, Новосибирский ЖК и т. д.). Разработан типовой технологический регламент. Разработаны специальные ультрафильтрационные установки. По масложировой промышленности в целом ультрафильтрация ЖСБ позволит вернуть в производство 10−15 тыс. т жиров в год, из которых можно получить 30−45 тыс. т жидкого мыла или их использовать при кормлении сельскохозяйственных животных. Экономический эффект составляет 12 руб. с 1 т растительного масла со сроком окупаемости 1-ой ультрафильтрационной установки 0,7 года.

Ультрафильтрационный способ очистки ЖСВ позволяет пересмотреть подход к решению экологических проблем жироперерабатываюших предприятий, к созданию гибких технологий переработки жирсодержащих отходов, к созданию бессточных малоотходных производств. Сочетание традиционных и мембранных методов обработки жирсодержащих растворов обеспечивает не только охрану окружающей среды, но и повторное использование природных ресурсов (жиры, сопутствующие вещества, вода).

Способ защищен авторским свидетельством СССР и патентом РФ.

4. Впервые лабораторными и опытно-промышленными исследованиями доказана принципиальная возможность концентрирования фосфатидной эмульсии (с 3% до 25%) с эффектом очистки 99,6% (с 25 420−30 100 мг/л до 55−200 мг/л) ультрафильтрацией, применение которой перед выпаркой сокращает энергозатраты. Необходимы дальнейшие исследования по устранению пенообразования и подбору специальных мембран и разработке специальных конструкций с проведением длительных промышленных испытаний.

5. Научно обоснован и рекомендован для промышленной проверки в реальных условиях производства экологически чистый (без сильнозагрязненных стоков) безреагентный мембранный метод концентрирования соапстока (ультрафильтрация) вместо традиционных методов (отсолка и раскисление), которые характеризуются образованием грязных стоков (содержат помимо мыла, глицерина, жирных кислот, белков и др. до 10% хлористого натрия или сульфата натрия).

Экспериментальные исследования на пилотной установке доказали принципиальную возможность концентрирования соапстоков светлых масел с любых концентраций до 25% на трубчатых керамических мембранах. Требуется разработка специализированной установки и проведение ее испытаний с целью отработки оптимальных параметров эксплуатации. Для отстоявшегося соапстока, характеризующегося наличием 3-х слоев, рекомендована схема 2-х стадийной ультрафильтрации на базе установок с полимерными мембранами, что также требует опытно-промышленной проверки.

Ожидаемый экономический эффект от применения нового безреагентного метода концентрирования соопстоков вместо существующих составляет 17 руб. на 1 т рафинированного масла.

6. Разработан и научно обоснован метод огневого обезвреживания минерализованных стоков (подмыльный щелок и кислые стоки от раскисления соапстоков), позволяющий вернуть ценные компоненты в производство и создать бессточный цикл мыловарения и производства сырых жирных кислот. Для подмыльного щелока предусмотрены 4 ступени очистки (отстой, пережиривание, ультрафильтрация, огневое обезвреживание), для кислых стоков 3 (нейтрализация, ультрафильтрация, огневое обезвреживание). Разработаны типовые технологические регламенты для проектирования.

По прогнозным данным на 2010 г. при производстве мыла 290 тыс. т из подмыльного щелока можно извлечь и вернуть в производство 14,5 тыс. т хлористого натрия, что предотвратит ущерб окружающей среде. Экономический эффект составит 57,7 руб на 1 т мыла со сроком окупаемости 2 года. В целом по МЖП ожидаемый экономический эффект составит 16,7 млн. руб при условии внедрения огневого обезвреживания на всех мылзаводах. Из 1 м³ кислых стоков от разложения соапстоков возможно вернуть в народное хозяйство 70 кг сульфатов. Способ защищен патентом РФ.

7. Применительно к отдельным регионам РФ предложена новая концепция управления и утилизации жировых отходов, не исключающая традиционные методы (компостирование, сбраживания с получением биогаза, сжигание, пиролиз), что позволит в современных условиях рынка и конкуренции создать в любом регионе РФ производство для комплексной переработки бросового жирового сырья, которое сбрасывается со сточными водами или вывозится на свалку и получить различные виды товарной продукции технического и кормового назначения.

8. В контексте Концепции устойчивого экологически безопасного развития РФ и удвоения ВВП проведенные исследования доказали, что экологические аспекты рационального и экономного расходования природных ресурсов, т. е. повышение уровня эффективной эксплуатации национального биосферного богатства, напрямую отражается на экономических результатах и определяет деятельности предприятий, чем и определяются резервы экономического роста отечественной промышленности (снижение издержек по сырьевым ресурсам, утилизация жировых, минеральных и сопутствующих веществ и т. д.).