Некоммерческое
партнерство
инженеров
Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике
(495) 984-99-72 НП "АВОК"

(495) 621-80-48 Секретарь (тел./факс) ООО ИИП "АВОК-ПРЕСС"
(495) 107-91-50

АВОК ассоциированный
член
Summary:

Водопользование и очистка сточных вод предприятий по переработке овощей и фруктов.
Опыт Германии

Описание:

Промышленные предприятия Германии заинтересованы в оптимизации производственных процессов, так как это позволяет сократить расходы предприятия. Одной из значительных граф расхода предприятий по переработке овощей и фруктов являются затраты на воду, а также на очистку сточных вод. Экономное водопользование позволяет снизить затраты предприятия и тем самым повышает его рентабельность. Одним из мероприятий по сокращению расходов воды является повторное ее использование.

Водопользование и очистка сточных вод предприятий по переработке овощей и фруктов.
Опыт Германии

Промышленные предприятия Германии заинтересованы в оптимизации производственных процессов, так как это позволяет сократить расходы предприятия. Одной из значительных граф расхода предприятий по переработке овощей и фруктов являются затраты на воду, а также на очистку сточных вод. Экономное водопользование позволяет снизить затраты предприятия и тем самым повышает его рентабельность. Одним из мероприятий по сокращению расходов воды является повторное ее использование.

Особенности работы предприятий

Работа предприятия по переработке овощей и фруктов имеет такую особенность, как сезонные пиковые загрузки, которые напрямую зависят от сроков созревания тех или иных овощей и фруктов. Для того чтобы предприятие работало круглый год, необходимо вести обработку значительного количества наименований овощей или фруктов. Например, в конце мая – начале лета ведут переработку таких косточковых, как черешня, затем приступают к переработке ягод, например земляники, в конце лета и осенью – слив, груш, яблок. Осенью предприятия занимаются квашением капусты и переработкой свеклы. Зимой производятся пюре и соки из яблок, поставляемых со складов.

При разработке схемы водопользования и обработки сточных вод следует учитывать, что при переработке овощей и фруктов можно выделить два основных производственных этапа: предварительная обработка и консервирование.

Предварительная обработка для различных методов консервирования у большинства продуктов одинаковая. К основным методам предварительной обработки относятся: промывка, очистка, сортировка, удаление кожуры, косточек, семян при необходимости, измельчение, бланшировка, охлаждение.

К технологиям, наиболее часто используемым для второго производственного этапа – переработки, относятся: консервирование, стерилизация с последующим розливом в бутылки или упаковыванием в банки, охлаждение или замораживание (стерилизация выше 100 °C с показателем pH > 4,5 или пастеризация от 71 до 100 °C с показателем pH < 4,5), ферментация, сушка, соление, введение химических консервантов.

В большинстве случаев цель состоит в том, чтобы продлить срок годности (уменьшить склонность к порче) такой продукции или же произвести абсолютно новую продукцию, такую как соки, пюре, варенье. Продукты из сушеных овощей в Федеративной Республике Германии, например из бобов, моркови, лука и петрушки, используются для производства супов. Квашение капусты основывается на процессе сбраживания: фруктоза в белокочанной капусте бродит с помощью бактерий до молочной кислоты.

Удельное водопотребление, а также количество сточных вод и их состав напрямую зависят, во-первых, от того, какая группа растительной продукции подвергается переработке, во-вторых, от применяемых на предприятии мер по водосбережению. Также важными факторами являются установленное на предприятии оборудование и уровень квалификации персонала, работающего на предприятии.

Особенности сточных вод предприятий по переработке овощей и фруктов

Твердые отходы

Большие объемы отходов овощей и фруктов образуются в виде удаленных несъедобных частей и плодов, отбракованных в результате сортировки, классификации и прочих производственных процессов. Большую часть таких отходов можно не утилизировать, а переработать в другие продукты, например: в джемы, биотопливо, корм для животных или компост для использования в качестве удобрения почвы. Твердые и жидкие отходы должны быть отделены друг от друга, например, путем контроля, седиментации, флотации и других.

Сточные воды

На производстве может образовываться большой количество сточных вод, содержащих органические вещества в высоких концентрациях, чистящие средства и отбеливатели, взвешенные твердые частицы. Стоки могут быть загрязнены остаточными концентрациями пестицидов. Сброс сточных вод непосредственно в водоемы не приветствуется, поскольку они могут быть источником загрязнений, наносящих ущерб дикой природе. Объем сточных вод может значительно меняться в сезон.

Если предприятия изготавливают соки и напитки, кроме натурального сырья, применяют готовые фруктовые и овощные концентраты. Возможно дополнительное загрязнение сточных вод после помывки оборудования, аварийных или несанкционированных проливов концентратов.

Максимальное загрязнение сточных вод происходит при очистке, бланшировании и изготовлении квашеной капусты. Вода от очистки является сильно загрязненной органикой (химическое потребление кислорода (ХПК) в зависимости от продукта составляет 10–20 г/л). При щелочной очистке наблюдаются высокое значение показателя pH и высокая солевая нагрузка. Загрязнение при бланшировании поступает при выщелачивании бланшированных продуктов и утечке соковой воды при последующем охлаждении. С возрастающим измельчением сырья значительно увеличивается загрязнение сточных вод. В течение месяца и суток состав сточных вод и рН меняются в зависимости от технологического процесса, протекающего на предприятии. Максимально высокое содержание биологически растворимых органических веществ в сточных водах предприятия наблюдается в период с июня по октябрь.

Сточные воды консервных заводов в основном загрязнены растворимыми и нерастворимыми отходами консервируемых продуктов, соками плодов, овощей, сахарными сиропами, примесями песка, земли и щелочей.

Основные технологические операции при переработке овощей и фруктов представлены в табл. 1.

Таблица 1
Основные технологические операции при переработке овощей и фруктов
  Различные типы отходов, возникающие при обработке овощей и фруктов Сточные
воды
Твердые
отходы
Охлаж-
дающая
вода
Предвари-
тельная
обработка
Промывка + +
Очистка + +
Сортировка + +
Удаление кожуры, косточек, семян при необходимости + +
Измельчение + +
Бланшировка +
Охлаждение + +
Оконча-
тельная
обработка
Квашение капусты (первоначально образуется рассол, который необходимо переработать перед сбросом в систему очистки сточных вод) +
Стерилизация, замораживание, высушивание
Консервирование  с добавлением уксуса +

Нормы водопотребления и повторное использование воды

При промышленной переработке овощей и фруктов образуются сильно загрязненные органикой отдельные потоки сточных вод, состоящие из высокомолекулярных белков, жиров и углеводов. По причине сезонного характера работ как количество сточных вод, так и степень их загрязнения подвержены сильным колебаниям. Отдельные потоки сточных вод могут разделяться по точкам поступления: на промывочную воду, воду от очистки, воду от бланширования, охлаждающую воду, потери при наполнении/розливе, свежую воду, раствор брожения, воду для мойки или воду для промывки. На рис. 1 представлено схематическое изображение процесса промывания в противотоке, что позволяет значительно сократить расход воды на обработку продукции. При применении водосберегающих внутрипроизводственных мер удельное водопотребление должно быть в пределах, представленных в табл. 2.

Схематическое изображение процесса промывания в противотоке

Рисунок 1 (подробнее)

Схематическое изображение процесса промывания в противотоке

Таблица 2
Ориентировочные значения водопотребления для отдельных групп выпускаемой продукции с учетом водосберегающих мер
Виды продукции Удельное
водопотребление,
м3
Стерилизованные консервы: фрукты 2,5–4,0
Стерилизованные консервы: овощи 3,5– 6,0
Замороженные продукты 5,0–8,5
Квашеные, маринованные или соленые плоды или овощи 3,0
Фруктовые соки 6,5
Джем или варенье 6,0
Детское питание 6,0–9,0

Очистка сточных вод

Большинство предприятий, производящих фруктово-овощную продукцию, подключены к канализационной системе (непрямой сброс сточных вод). Значительные сезонные и производственные колебания состава и концентрации требуют от очистных сооружений предприятий высокой гибкости. Минимальные требования к сбросу отработанной воды от фруктово-овощного производства представлены в табл. 3.

Таблица 3
Требования к составу сточных вод в месте сброса отработанной воды
БПК5, мг/л ХПК, мг/л NH4–N, мг/л Nобщ. неорг, мг/л Робщ, мг/л
25 110 10 18 2

Независимо от следующей ступени очистки сточные воды должны сначала подвергнуться механической очистке. Для отделения твердых веществ предлагаются установки для просеивания. Промывные воды должны к тому же проходить через песколовки. Дополнительно перед биологической очисткой, как правило, требуется нейтрализация.

Биологическая очистка

Возможные варианты обработки сточных вод представлены на рис. 2. Сточные воды от промышленной переработки овощей и фруктов очищаются анаэробным и (или) аэробным методом без ограничения. Все известные методы применимы и частично используются на практике. Хорошо зарекомендовал себя прежде всего комбинированный анаэробно-аэробный метод.

Варианты обработки сточных вод

Рисунок 2 (подробнее)

Варианты обработки сточных вод

Производство фруктового сока

Технология производства фруктового сока позволяет упрощенно разделить этапы производства: промывание, измельчение, осветление, фильтрация, нагревание, охлаждение после нагревания и фасовка.

Промышленные сточные воды состоят из следующих потоков (при определенных условиях некоторые из них могут отсутствовать): сточные воды после очистки бутылок и резервуаров и фасовки, транспортерная и промывочная вода, конденсат вторичного пара, сточные воды из производственных установок, сточные воды после очистки поверхности в производственных цехах и нагруженных продуктами дворовых и производственных площадей предприятия, а также после очистки транспортных устройств. При производстве фруктового сока потери продуктов (прежде всего при потере концентрата плодового сока), а также частичная потеря сахара составляют существенную долю загрязнения сточных вод.

Помимо сточных вод в соковой промышленности образуются взвешенные частицы, фильтрат, осадок при осветлении, выжимки. Из-за высокого потенциала загрязнения эти вещества должны приниматься во внимание при внутрипроизводственных мероприятиях и по возможности утилизироваться раздельно или удаляться.

В соковой промышленности различают предприятия, которые занимаются только розливом, только переработкой и которые как перерабатывают, так и занимаются розливом. Удельные объемы отработанной воды и концентрации загрязнения представлены в табл. 4. Как видно из табл. 4, сточные воды соковой промышленности по отношению к БПК5 обладают низкими концентрациями азота и фосфора.

Показатель pH может быть от 3,5 до 11,5, причем при контакте продуктов показатель pH в большинстве случаев кислый.

В промышленности по производству безалкогольных напитков большинство предприятий подключены к канализационной системе (непрямой сброс сточных вод). В Германии в 2002 г. было около 465 производителей фруктовых соков, из которых семь осуществляли сброс непосредственно в водоемы.

Таблица 4
Удельные объем и концентрации сточных вод при производстве
минеральной воды, освежающих напитков и соков
Наименование Удельный
расход,
м3/1000 л
напитка
БПК5,
мг/л
ХПК,
мг/л
Nобщ–N,
мг/л
Робщ–Р,
мг/л
Минеральная вода и прохладительные напитки 0,9–1,3 (минеральная  вода),
1,1–3,3
(прохладительные напитки)
100–800 200–1600 2–35 0–18
Фруктовые соки
(только розлив)
250–1000 1500–3000 1,2–10,0 1,5–12,0
Фруктовые соки
(только переработка)
1700–4000 2500–4500 5–30 3–15
Фруктовые соки
(переработка + розлив)
400–2000 400–3000 9–25 2–14

Фаза нейтрализации

Чтобы иметь возможность соблюдать требования к непрямому сбросу сточных вод, часто необходимо выравнивать пик показателя pH и снижать температуру (предельное значение менее 35 °C). Поэтому установки для предварительной обработки сточных вод нередко охватывают фазы нейтрализации. Из-за высокой стоимости химикатов в большинстве случаев рекомендуется биологическая нейтрализация, например, в аэрируемом смесительном и уравнительном резервуаре. В качестве вымывающего реактора он также может достигать эффективности очистки БПК5 приблизительно от 5 % (выравнивание суточного потребления) до более 50 % (выравнивание недельного потребления). Должно уделяться внимание и щелочной воде из бутылкомоечных машин, которую при необходимости следует поместить в отдельный резервуар и дозированно подавать на очистку.

На предприятии по переработке и розливу соковой продукции используется, к примеру, установка для предварительной обработки сточных вод перед сбросом в канализацию, описанная ниже.

Вся сточная вода, кроме бытовых сточных вод и охлаждающей воды, собирается и направляется в установку для предварительной обработки сточных вод. Предварительная обработка сточных вод включает: осаждение твердых веществ, выравнивание масс суточного потребления, нейтрализацию в резервуаре и буферной емкости, седиментацию (предварительное осветление) и биологическую очистку в аэрируемой погружной установке с неподвижным катализатором в форме контейнера с вторичным осветлением для осаждения избытка ила.

Отделение твердых веществ производится через барабанное сито с шириной щели 1,5 мм.

Для нейтрализации и буферизации сточных вод используются две емкости. Понижение показателя pH происходит, как правило, при помощи СО2 в емкости для нейтрализации. Во время производственного сезона необходимы небольшие дозы NaOH для повышения показателя pH в буферной емкости. Из-за однотипного состава питательных веществ сточных вод туда добавляются питательные вещества в виде мочевины и гидрофосфата аммония.

Первичный фильтрационный осадок и избыток ила временно хранятся в резервуаре для хранения ила, отстоянная сливная вода закачивается обратно в установку. Сгущенный ил принимается в коммунальное очистное сооружение, там стабилизируется и вместе с образующимся избытком ила спускается на сельскохозяйственные поля.

Список рекомендуемых мер по водосбережению и водоочистке для предприятий по переработке овощей и фруктов

  • Совершенствование систем транспортировки продукции для сокращения или полного отказа от транспортировки продукции и отходов в потоке воды, а также для минимизации риска пролива сырья и воды.
  • Сокращение потребления воды для первичной очистки продукции там, где это возможно, за счет использования сухих методов, таких как вибрация с просеивающими приспособлениями, совершенствование методов промывки.
  • Рассмотрение варианта использования непрерывного потока или сухих каустических процессов для очистки от кожуры.
  • Использование процедур безразборной мойки емкостей и оборудования для уменьшения расхода химикатов, водо- и энергопотребления (безразборная мойка – метод очистки внутренних поверхностей труб, аппаратов, технологического оборудования и запорной арматуры без разборки с использованием одобренных к использованию химических веществ и/или моющих средств при минимальном воздействии на окружающую среду, совместимый с последующими процессами очистки сточных вод).
  • Использование кранов с автоматическим запорными клапанами, а также использование воды под высоким давлением и отверстий оптимальной конструкции.
  • Разделение охлаждающей воды и технологической воды для организации переработки сточных вод и рециркуляции охлаждающей воды.
  • Проведение обследования емкостей-накопителей и очистных сооружений на предмет возможного переполнения и утечек.
  • Внедрение процедур, предусматривающих уборку твердого мусора с транспортных средств и поверхностей до намачивания и мытья, например, с использованием скребков, веников и пылесосов.
  • Установка (или модернизация) водоочистных сооружений.
  • Установка решеток для снижения или предотвращения попадания твердых материалов в канализационные сети.
  • Обеспечение сбора и хранения органических отходов отдельно от других отходов, чтобы их можно было использовать при приготовлении компоста или удобрений или для выработки энергии.
  • Выбор моющих средств, которые не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду, а также позволяют использовать сточные воды и шлам в сельскохозяйственных целях.

Литература

  1. Очистка промышленных сточных вод // Новый журнал. – 2012.
  2. Переработка фруктов и овощей: руководство по экологическим и социальным вопросам по отраслям. European Bank for reconstruction and development, 2009.

Статья подготовлена Н. А. Шониной

купить online журнал подписаться на журнал
Поделиться статьей в социальных сетях:

Статья опубликована в журнале “Сантехника” за №3'2015

распечатать статью распечатать статью PDF pdf версия


Реклама
Реклама на нашем сайте
Яндекс цитирования

Подписка на журналы

АВОК
АВОК
Энергосбережение
Энергосбережение
Сантехника
Сантехника
Онлайн-словарь АВОК!


Реклама на нашем сайте