WO2009101528A1 - Способ экологизации технологий пищевой промышленности и система для его осуществления - Google Patents

Способ экологизации технологий пищевой промышленности и система для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
WO2009101528A1
WO2009101528A1 PCT/IB2009/000275 IB2009000275W WO2009101528A1 WO 2009101528 A1 WO2009101528 A1 WO 2009101528A1 IB 2009000275 W IB2009000275 W IB 2009000275W WO 2009101528 A1 WO2009101528 A1 WO 2009101528A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
wastewater
treatment
discharges
electroplasma
sludge
Prior art date
Application number
PCT/IB2009/000275
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
WO2009101528A4 (ru
Inventor
Piotr Pavlovic Zacharov
Jurij Ivanovic Siskov
Aleksandr Aleksandrovic Kucharenko
Aleksandr Aleksejevic Plachov
Vladimir Salmanovic Maksimov
Original Assignee
Ooo "Maks K"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ooo "Maks K" filed Critical Ooo "Maks K"
Publication of WO2009101528A1 publication Critical patent/WO2009101528A1/ru
Publication of WO2009101528A4 publication Critical patent/WO2009101528A4/ru

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/28—Anaerobic digestion processes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/46—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods
    • C02F1/4608—Treatment of water, waste water, or sewage by electrochemical methods using electrical discharges
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F3/00—Biological treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F3/34—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used
    • C02F3/342—Biological treatment of water, waste water, or sewage characterised by the microorganisms used characterised by the enzymes used
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the invention relates to the creation of waste-free energy and resource-saving and environmental technologies of the food industry and is associated with wastewater treatment with biogas production. It can be used in other areas of the economy that have organic waste of plant and animal origin, namely: in agriculture (livestock, poultry), light industry (textile, leather, wool processing, etc.), utilities (cleaning and disinfection of domestic wastewater), etc.
  • the methane-containing gas (biogas) generated during methane fermentation can be reused, for example, as additional fuel in the process of burning the grains, and water can be reused in the production process.
  • biogas methane-containing gas
  • a low degree of purification of the filtrate by methane fermentation determines after cleaning the content in it of high residual concentrations of organic pollutants that do not allow the filtrate to be discharged into the sewer; it is necessary to subject it to further purification by the expensive aerobic method or to direct it to the filtration fields;
  • Biodegradation of organic substances using methane fermentation is carried out under anaerobic conditions by a complex biocenosis (association, consortium) of anaerobic bacteria, conditionally divided into carbohydrate-fermenting, ammonium-reducing, sulfate-reducing and methane-forming (methanogens).
  • association, consortium complex biocenosis
  • methanogens ammonium-reducing, sulfate-reducing and methane-forming
  • This endogenously formed vitamin can be synthesized.
  • methanogens provided that the wastewater is enriched with an organic compound of cobalt, nickel or zinc, as well as a precursor of this vitamin (copyright certificates SUl 133870, SU1360197, etc.).
  • a distinctive feature of the anaerobic effluent treatment process is a slight increase in the biomass of anaerobic bacteria, primarily methanogens. This is due to the fact that 5-7% of degraded organic substances goes to the growth and development of methane-forming bacteria themselves, and the rest is converted to methane, carbon dioxide, nitrogen and ammonia. Thus, the physiological and biochemical activity of methanogens involved in the final stage of methane fermentation limits the intensity of the entire fermentation process.
  • methanogenesis stimulants namely, aquacomplex compounds of nickel with glycine or nickel with ethylene diamine
  • aquacomplex compounds of nickel with glycine or nickel with ethylene diamine are proposed to be introduced into an anaerobic fermentation tank.
  • the disadvantage of the method of activating methane fermentation by aquacomplexes of nickel compounds is the low efficiency of their impact on the metabolism of methanogens, and therefore methane biosynthesis, which has little effect on the intensity of the biodegradation of organic substances by other anaerobic bacteria of the consortium, which create a nutrient medium for the life of methane-forming bacteria.
  • a known method of conducting a methane fermentation process stimulated by a mixed ligand complex of zinc which is used as a separately prepared aqueous solution of zinc with para-aminobenzoic acid (PABA) and glycine (patent RU2061034, publ. 1996).
  • PABA para-aminobenzoic acid
  • glycine publ. 1996.
  • the methane fermentation process can be carried out both in the mesofish mode and in the thermophilic fermentation mode at temperatures of 34-36 0 C and 55-56 0 C, respectively.
  • the amount of biogas formed depends on the nature of the fermentation medium.
  • a complex compound of zinc with PABA and glycine is not a ready-made block of precursors of active centers of intracellular enzymes, but serves only as a means of delivery to the cell of the components that form the complex compound molecule. Its transport to the cell is carried out by the mechanism of active transmembrane transfer.
  • the complex decomposes into components that are included in the metabolic process: for example, zinc is involved in the formation of zinc-dependent enzymes; PABA is a precursor to folic acid that promotes cell division; glycine is a source of nitrogen;
  • the mixed-ligand complex of zinc does not significantly affect the metabolism of anaerobic bacteria involved in methane fermentation, which limits the formation of a nutrient substrate for methanogens with increased metabolic activity and, as a result, leads only to a small increase in the intensity of the general process of fermentation of organic matter of runoff and degree cleaning it up.
  • the aerobic-anaerobic method for treating wastewater of food industry enterprises is known (Kuznetsov AE, Sinitsin A.V. Beer and Beverages, 2005, 4, p. 18-21), which can be considered as the closest to the greatest number of similar signs and achieved positive effect. proposed technical solution.
  • the biological treatment process is carried out in special bioreactors, which in terms of effluent treatment efficiency are significantly superior to classical devices for anaerobic fermentation (digesters).
  • the technological scheme of wastewater treatment includes the following basic operations.
  • the wastewater is fed into the averaging tank, where it is mixed with conventionally clean process water and, after dilution, the pH of the wastewater is adjusted to a value of 6-7 with solutions of the corresponding chemical b reagents (HCl / NaOH).
  • the effluent with a COD> 10000 mg O 2 / L is heated to a temperature of 32-33 ° C and fed into an anaerobic activated sludge bioreactor formed by a consortium of anaerobic bacteria, for example, a consortium based on bacteria taken from treatment facilities and adapted to alcohol bard.
  • activated sludge in an anaerobic bioreactor is in the form of granules with a diameter of 2-5 mm.
  • the wastewater has a COD of the order of 250-350 mg O 2 / L.
  • VFA volatile fatty acids
  • total nitrogen including ammonia nitrogen, which is very toxic and, when it enters the city sewage treatment plant, causes not only inhibition of activated sludge bacteria, but even their death.
  • the biogas yield by the known method was insufficient for its practical use to meet the needs of production,
  • the pre-treated wastewater leaving the anaerobic bioreactor is then fed to an aerobic bioreactor with active aerobic sludge, where the final biological oxidation of organic substances is carried out.
  • the wastewater has a COD of about 20-40 mg O 2 / L.
  • the drain is passed through a filter to remove the formed suspensions and residual suspended solids from the water and is subjected to ultraviolet disinfection, after which the wastewater can be sent to the city sewer.
  • the known method has the following disadvantages: - the structural elements of the bioreactor for methane fermentation are quickly clogged with struvite (precipitate of calcium-ammonium phosphate) in quantities of 1.8-3.9 tons, and therefore, once a year for 13-25 days they need to be mechanically (since the use of chemicals is very expensive) release from sediment; - at the same time, due to the inseparability of the anaerobic bioreactor, it is necessary to carry out autogenous and welding operations;
  • the aerobic process is expensive, high energy costs for aeration of wastewater (up to 70-80% of the total energy costs for treatment);
  • UV lamps have low efficiency.
  • the residence time of the water flow in the discharge zone is not enough and the flow when entering the discharge zone is not optimally formed, which reduces the processing efficiency.
  • the purpose of the invention is to increase the efficiency of biogas formation by increasing the physiological and biochemical activity of the consortium of anaerobic bacteria, which would make it possible to obtain biogas in quantities sufficient to fully or partially ensure the energy needs of the enterprise while replacing the expensive aerobic wastewater treatment process with non-reagent treatment using physical methods on the rheological and other properties of the wastewater stream using high voltage discharges, pulsed electric and magnetic fields and other factors of electroplasma technology, the synergistic effect of which provides desalination, purification of water from organic pollutants and disinfection of water to a predetermined level, in including to a level that allows returning purified water to the production cycle.
  • the proposed method of ecologization of food industry technologies including wastewater treatment with a high concentration of organic pollutants, is carried out by diluting the main production stream with clean process water and optimizing the parameters of the treated effluent, directing the wastewater to an anaerobic bioreactor previously inoculated with activated sludge and performing pre-treatment of the effluent using methane fermentation using a consortium of anaerobic bacteria adapted to runoff, followed by final water purification and tertiary treatment by filtering from the resulting suspensions and residual suspended solids, moreover, in the process of purification, the wastewater stream is subjected to ultraviolet disinfection.
  • the method is characterized in that before being sent to the anaerobic bioreactor previously inoculated with activated sludge, the wastewater is enriched with the precursors of the active centers of intracellular enzymes that stimulate the adaptation of the consortium of anaerobic bacteria to organic wastewater pollutants, and the final purification is carried out by treating the water stream with pulsed electroplasma discharges with additional external magnetic fields.
  • the dilution of the production effluent is carried out by treated wastewater, and the optimization of the parameters of the treated effluent involves adjusting the pH to values of at least 7-8 and temperature to 33-35 ° C.
  • the precursor enrichment of the active centers of intracellular enzymes is carried out with a mixture of mixed ligand complex compounds of biogenic metals in the range of biogenic metal concentrations from 0.00014 to 0.494 g / l ? and activated sludge is maintained in a finely divided state.
  • a mixture of mixed ligand complex compounds of biogenic metals includes complex compounds Mg, Mn, Fe, Zn, Co, Cu with a ratio (for metal) of 335-370: 17-19: 16-17: 3: 0.01: 0.01, respectively.
  • the excess of ozone-containing air generated during electroplasma discharges is disposed of both in the wastewater treatment process itself and for the needs of pre-treatment and disinfection of raw materials used in the main production.
  • the parameters of the effluent stream coming out of the bioreactor are additionally optimized, including the optimization of the temperature of the treated stream to about 2O 0 C due to heat exchange with the purified water returned to the process cycle.
  • electrocoagulation and electroflotation are carried out by treating an optimized wastewater stream in the process of electrohydrogen-gas stabilization followed by settling, and the resulting organic sludge is collected in a sludge collector.
  • the process of electrohydrogas stabilization is characterized in that it is carried out by asymmetric quasi-sinusoidal pulses of electric current with a density of 5-27 A / m 2 and a frequency of 25-1000 Hz, modulated for 1-5 minutes by a half-period, with simultaneous degassing by passing ozone-containing air to remove residual chlorine. If necessary, the coagulant catalyst is introduced in small portions in the active state.
  • the final purification of the wastewater stream includes the additional imposition of an external magnetic field of increased uniformity in the process of pulsed electromagnetic activation, with pre-saturation purified water with the excess of ozone generated during electroplasma discharges.
  • An additional imposition of an external magnetic field is carried out in the process of ejection of ozone using external electromagnets, providing a magnetic field strength of not more than 10 Oe, and the uniformity of the magnetic field is increased by local introduction of magnetically active elements into the stream of purified water.
  • the sludge collected in the sludge collector is subjected to grinding during processing by electroplasma discharges with an energy of 50-150 J / discharge, ⁇ and 5-25 ⁇ sec and a frequency of 0.1-10 Hz with the possibility of directing (returning) the formed fine silt to the methane fermentation bioreactor.
  • the proposed method is distinguished by technological flexibility: the sequence of stages of the final purification of a water stream by electroplasma discharges with simultaneous ultraviolet irradiation in combination with pulsed magnetic activation and the processing stage of asymmetric pulses of electric current during electrohydrogen-gas stabilization can be reversed or spaced in a different technological sequence depending on the characteristics processed stream.
  • FIG. 1 A block diagram of a system for implementing the method of the invention is shown in FIG. 1.
  • the positions in FIG. 1 have the following notation:
  • 1 - main production for example, an alcohol production reactor
  • EGIS electrohydrogas stabilizer
  • IEMA 8 - pulse electromagnetic activator
  • 9 - post-treatment means for example, a multilayer filter module with mineral and / or inert fillers
  • FIG. 11 the second electroplasma discharge treatment reactor (second BCP), operating in the electric explosion mode as a grinder for sludge and / or other organic materials.
  • FIG. 2 illustrates the dependence of the degree of grinding of the material on the time of treatment with electroplasma discharges in the second reactor — a cold plasma unit (BCP).
  • the proposed system for implementing the method of ecologization of food industry technology includes a hydraulically interconnected reactor of the main production 1 (Fig. 1), the first optimizer of the parameters of the flow of waste water 2 of the main production, anaerobic fermentation bioreactor 3, means for the final treatment of waste water after methane fermentation 5 , 6, 7, 8 and aftertreatment means 9, moreover, the system is equipped with means for monitoring and regulating wastewater parameters (not shown in FIG. 1) and a sludge collector 10.
  • the final purification tools further include a second wastewater parameter optimizer 4, wherein the electrohydro-azoin stabilizer 5 is in communication with the anaerorbic fermentation bioreactor 3 through a second optimizer wastewater parameters 4, and with the main reactor processing electroplasma discharges 7 through the clarifier-clarifier 6.
  • the methane fermentation bioreactor 3 is made collapsible from a material with a special polymer coating and the use of low-pressure polyethylene elements, which significantly increased its maintainability.
  • the bioreactor has a number of design advantages: a) material - steel-3 or a new material with a special polymer coating; the elements of the separator (desilter) - low-pressure polyethylene, which can significantly reduce the degree of precipitation of struvite on the outgoing pipelines of the bioreactor, and prevent the termination of its operation in the technological mode, thereby increasing the duration of the bioreactor without major repairs; b) high maintainability; during the repair period (once a year), the bioreactor is dismantled, while it can be achieved with an analogue only by carrying out autogenous welding operations. Reagent cleaning without disassembling the reactor is an expensive undertaking and takes a long time (from 13 to 25 days).
  • the proposed anaerobic bioreactor was 3-5 times cheaper than the known analogues.
  • the filter 9 for subsequent post-treatment is a multilayer cartridge module containing compositions of fillers based on natural minerals and / or inert fillers, and its cross-sectional area is such that it provides a flow rate of not more than 1 m / h.
  • Various compositions can be used as mineral fillers, for example, based on natural porous and sorption materials, including volcanic slag, as well as waste from some industries from which filter materials can be obtained.
  • the system may additionally contain a second electroplasma discharge treatment reactor (BCP) 11, operating as a grinder of organic sludge collected in a sludge collector 10 from an electrohydrogen gas stabilizer (EGGIS) 5, clarifier-clarifier 6, after-treatment (filter) 9, and also organic sludge from the first an optimizer for the parameters of the wastewater stream 2 and a bioreactor 3, the sludge collector 10 communicating with the first optimizer for the parameters of the wastewater stream 2 through the second electroplasma discharge treatment reactor ami (BChP) 1 1.
  • BCP second electroplasma discharge treatment reactor
  • EGIS electrohydrogasine stabilizer
  • BHP electroplasma discharges
  • IEMA pulsed magnetic activator
  • the COD decreases to 18000-22000 mg Cb / L, (the content of volatile fatty acids remains about 4000 mg / L), the pH is adjusted to 7-8 and the temperature of the wastewater is adjusted to 34 + 1 ° C.
  • the diluted optimized wastewater stream is sent to anaerobic bioreactor 3, containing a consortium of anaerobic bacteria to ferment the organic matter of the runoff by methane fermentation.
  • Production wastes having COD ⁇ 10 mg mg Cb / L, after cooling or increasing the temperature to 34 + 1 ° C, are immediately sent to the anaerobic bioreactor 3.
  • the stream supplied to the anaerobic bioreactor 3 is enriched with a mixture of biogenetic precursors of the active centers of intracellular enzymes in the form of mixed ligand complex compounds of biogenic metals. It was found that the precursors of active centers of enzymes, due to increased synthesis of enzymes with an increased level of catalytic action, increase the physiological and biochemical activity of cells, accompanied by an increase in their productivity. The formation of cell biomass with increased metabolic activity (metabolism) contributes to the intensification of fermentation processes. All this is accompanied by a deeper (high-quality) sewage treatment.
  • an anaerobic bioreactor During the start-up of an anaerobic bioreactor to initiate the fermentation of organic substances, it is filled with aerobic activated sludge from treatment plants, which usually contains no more than 5% of the total biomass of methane-forming bacteria that are not adapted to the wastewater of a particular enterprise. Usually, the adaptation process is very slow and therefore the duration of the anaerobic reactor entering the design mode of operation is 9 months or more. However, the wastewater enrichment with precursors of active centers of intracellular enzymes, which increases the physiological and biochemical activity of cells by 2-4.5 times, contributes to a significant reduction in the duration of the anaerobic bioreactor reaching the design mode of operation.
  • Wastewater leaving the anaerobic bioreactor is then subjected to the main treatment by the electroplasma method with low energy costs, depending on the contamination of the water stream.
  • the main technological scheme includes sequential processing in various functional units: an electrohydrogen-gas-ion stabilizer (EGGIS) 5, then, after passing a clarifier-clarifier 6, in a flow treatment reactor with electroplasma discharges (BHP) 7 in combination with a pulsed electromagnetic activator (IEMA) 8
  • EGIS electrohydrogen-gas-ion stabilizer
  • BHP electroplasma discharges
  • IEMA pulsed electromagnetic activator
  • the EGGIS 5 unit can work as an electrocoagulator and as an electroflotator, depending on the selected operating mode. Due to the electric field, the destruction of organic pollutants occurs during oxidative reduction reactions, increased transparency of the stream. Chlorine ions in wastewater pass into the active form, which has a strong bactericidal effect. The bulk of organic pollutants from EGGIS is removed by flotation in the form of suspended particles, entering the sludge collector 10. The excess chlorine is eliminated by passing ozone-containing air from BCP 7.
  • the ozone produced under certain conditions is actively used in the process of wastewater treatment.
  • BCP reactor 7
  • re-oxidation occurs, and the excess of ozone-containing air is supplied to a pulsed electromagnetic activator 8, combined with an ejector-mixer.
  • a fluidized medium is thus formed; the pulsed electromagnetic field of the activator 8 provides enhanced dissolution of ozone in the water stream and contributes to additional coagulation of suspended substances.
  • the resulting ozone-containing air from BCP 7 can also be fed, for example, to ozonation of grain entering the alcohol production reactor 1.
  • the IEMA 8 block provides coagulation of heavy metals and hardness salts due to high electric and magnetic fields, the action of which, due to distortion of molecular conformations, increases the ability of water to change COD and partially destroys organic pollutants.
  • Increasing the magnitude of the magnetic field above 10 Oe is not economically profitable, especially since the quality of cleaning increases only slightly.
  • Electro-hydro-gas-ion stabilization provides electro-flotation of suspended particles from the stream, saturation of the stream with oxygen, destruction of bio- and bacterial pollutants, enhances coagulation and crystallization.
  • electroplasma discharges followed by hard ultraviolet irradiation followed by pulsed electromagnetic activation of the ozone-saturated stream of treated wastewater
  • BPK 7 COD
  • additional extraction of metal salts, including heavy metals is provided due to coagulation as a result of changes in their valencies and transition to an insoluble form.
  • Each unit solves its tasks and can, under certain conditions, be used independently and / or in a different sequence.
  • AT Depending on the level of contamination and the volume of wastewater flow that needs to be treated, as well as the degree of purification and the nature of the use of treated water, various combinations of the above blocks are used.
  • the degree of purification makes it possible to use purified water both for technical needs and for ensuring human life.
  • the proposed technological scheme was also tested for the purification of other wastewater from the food industry, which is characterized by a high concentration of organic pollutants, including for the purification and disinfection of wastewater from the livestock industry, for example, from pig farms (example 22).
  • the results showed the absence of bacterial flora and fauna after treatment of effluents with a high content of organic pollutants of animal origin according to the proposed technological scheme.
  • the energy costs of final purification by the electroplasma method depend on the contamination of the water stream and are in the range from 0.4 to 2 kWh per 1 m 3 of water.
  • the area occupied by the refinery with a capacity of 20 m 3 / h is 120 m 2 .
  • Modular units with a capacity of 5 to 50 m 3 / h have been developed.
  • the use of modules in parallel mode makes it possible to increase complex performance and provide a flexible mode of uneven - in time - loading.
  • the design of the used pulsed magnetic activator 8 allows you to achieve a more uniform magnetic field through the use of magnetically active elements in the volume of the stream, and the design of the reactor for processing by electroplasma discharges 7 - to stabilize the characteristics of the mirror of the processed stream and to optimize the speed of passage of the zone of electroplasma discharge
  • the invention is illustrated by examples demonstrating the results of wastewater treatment of molasses-alcohol production and effluents of the livestock complex using methane fermentation in combination with final purification by the electroplasma method.
  • the examples are illustrative and not limiting.
  • Waste water in an amount of 0.63 L was filled in a glass container (performing the function of a digester) with a volume of 1.0 L, then it was inoculated with 0.27 L (or 30% of the volume of the fermentation medium) of activated sludge taken from urban wastewater treatment plants.
  • the content of the consortium of anaerobic bacteria, as a rule, in such activated sludge is about 4% of the total number of microorganisms in it.
  • Bacteria of activated sludge of treatment facilities of the city are characterized by low physiological and biochemical activity. Therefore, the duration of the formation of the biocenosis of anaerobic bacteria due to the low activity of sludge microorganisms was 7.5 months.
  • pre-treated wastewater entered the aerobic reactor — a 1.0 L glass container filled with 0.27 L activated sludge.
  • Activated sludge was taken from municipal wastewater treatment plants.
  • aerobic wastewater treatment was carried out in a detachable-refill mode corresponding to the operation mode of the digester.
  • Wastewater leaving the aerobic reactor had the following indicators: COD - 389 mg Og / L, VFA - 490 mg / L, Ammonium nitrogen - 92 mg / L.
  • the experiment was carried out by analogy with example 1 (control). The difference was that before the initial wastewater was fed into the digester, it was diluted with purified wastewater leaving the aerobic reactor while it was enriched with a mixture of precursors of active centers of intracellular enzymes made in the form of mixed ligand complex compounds of biogenic metals with a concentration (given for metal, mg / l): Mg - 4.94; Mn 0.25; Fe 0.23; Zn - 0.045; Co - 0.00014; Cu - 0.00014. It should be noted that the hot effluent from the alcohol production was simultaneously cooled to operating temperature, that is, it did not require special heating. Complex compounds were prepared separately by the method previously described in patent RU21 15657.
  • a vitamin, amino acid, or other oxygen or nitrogen-containing compound is coordinated.
  • the formation of the active site of pyruvate decarboxylase requires magnesium ions and the coenzyme thiamine pyrophosphate, which is an ester of pyrophosphoric acid and thiamine.
  • the biogenetic precursor of the active center of this enzyme is the biocomplex compound of magnesium with thiamine and HPO 4 2 " .
  • Another example is the manganese biocomplex with pantothenic acid and cysteine, which is a precursor of cofactor A, which is fundamental in biochemical processes.
  • the physiological and biochemical activity of anaerobic bacteria significantly increased, which helped to reduce the duration of the formation of a consortium of anaerobic bacteria to 3.1 months, i.e. the rate of formation of a consortium of anaerobic bacteria increased approximately 2.4 times compared with the control.
  • the change in the physiological and biochemical activity of bacteria correlated with an increase in both their morphological parameters and an increase in negative surface charge due to an increase in the lipid content in the membranes.
  • an increase in the negative charge of bacteria increases their electrostatic repulsion, which reduces the likelihood of their formation of granules.
  • wastewater treated using precursors of active centers of intracellular enzymes made in the form of mixed ligand biocomplexes of biogenic metals had better indicators (by 14.8%) compared to the control, i.e. biogas yield was 4.73 L per day with 1.0 L of wastewater.
  • EXAMPLE 3 The experiment was carried out by analogy with example 2. The difference consisted only in the use of 10-fold concentrations of biocomplexes (given for metal, mg / l): Mg - 49.4; Mn -2.5; Fe - 2.5; Zn — 0.45; Co - 0.0014; Cu - 0.0014.
  • the introduction of biocomplexes into wastewater at the methane fermentation stage reduced the time of formation of the biocenosis of anaerobic bacteria to 2.9 months and improved the rate of wastewater leaving the digester by 34% compared with the control.
  • Preliminary treatment of waste water of molasses-alcohol production by methane fermentation was carried out by analogy with example 3.
  • the amount of wastewater produced previously purified by methane fermentation was 2.5 m 3 , which had a COD of 321 mg O 2 / L and VFA of 383.4 mg / l, total nitrogen - 75.9 mg / l, including ammonia nitrogen - 12.3 mg / l.
  • the drain was treated with electroplasma discharges using the laboratory module of the electric pulse installation with an electric power consumption of 0.4 kW h.
  • the waste water at the outlet of the electric pulse installation had indicators satisfying MPC standards, i.e. its characteristics were significant: COD - 1.2 mg O 2 / L, ammonium nitrogen - 0.41 mg / L.
  • the bulk of the pollutants in the form of suspended particles was removed by flotation.
  • the evidence of the possibility of producing biogas on an industrial scale can be the results of wastewater treatment of molasses-alcohol production obtained by introducing anaerobic-aerobic technology at the Bryntsalov company ( Russia) with a capacity of the distillery of 9000 gave alcohol per day.
  • the hot wastewater leaving the molasses-alcohol production after preliminary cooling and dilution with purified wastewater had a temperature of 34+ I 0 C, COD 18000-22000 mg O 2 / L, VFA - 383.4 mg / L, total nitrogen - up to 4000 mg / l, including ammonia nitrogen - up to 1500 mg / l and pH 4.7-5.1.
  • the pre-treated waste water had a COD of 5000-6000 mg O 2 / L, VFA - 2800-3000 mg / L, total nitrogen - 1020-1400 mg / L, including ammonia nitrogen - 900-1200 mg / L pH 7.2-7.6; biogas output amounted to 100-120 m 3 / h from one anaerobic bioreactor with a capacity of 550 m 3 (of which there were 8 at the enterprise). It is important to note that the amount of biogas produced at the enterprise was sufficient to heat the plant throughout the winter season. After the final treatment of wastewater in an aerobic reactor, it had the following indicators at the outlet of the reactor: COD 250-300 mg Cb / l, total nitrogen 70-90 mg / l, including ammonia nitrogen ⁇ 10 mg / l /
  • the operation of the system for implementing the method of greening technology and wastewater treatment of molasses-alcohol production with a high concentration of organic pollutants is illustrated by the following examples.
  • the wastewater stream after the alcohol reactor 1 with a temperature of 98 0 C, BPK 7 120 000 mg Og / L and a concentration of suspended particles of about 7 g / L was fed to the first block of optimization of the parameters of the wastewater stream 2, where it was cooled to a temperature of 70-75 0 C. Most (up to 60-70% of the initial value) of suspended particles was delayed, for example, by a dynamic decanter filter (not shown in the diagram) and the retained sludge was sent to a sludge collector (10).
  • Physical and physico-chemical parameters of the water flow such as pH, electric potential, viscosity, density, electrical conductivity, electromagnetic permeability, etc., as well as COD (BOD) they were measured and maintained at the required level by means of monitoring and regulating wastewater parameters, for example, control and measuring devices of the ASU-TP-KhP system, which simultaneously provided information for changing treatment modes.
  • examples 6-8 and 9-1 an optimized stream with a BHL7 of the order of 20,000 mg O 2 / L, a temperature of 34 ° C and a suspended particle concentration of the order of 2.0 g / L, the pH of which was adjusted to 7.0 (viscosity ⁇ was 50 cPs).
  • the methane fermentation process in the bioreactor 3 was carried out similarly to the conditions described in example 3.
  • the methane fermentation bioreactor effluent with a BOD of ⁇ 3000 mg O 2 / L and a suspended particle concentration of 0.5 g / L was fed into the second unit for optimizing flow parameters 4 and, through heat exchange with a counter flow of purified and returned to the production cycle, water was cooled to 2O 0 C.
  • Electroflotation and electrocoagulation in an optimized flow were ensured by feeding asymmetric quasi-sinusoidal pulses to the electrode plates of the electrohydrogasine stabilizer 5 at a current density of 25 A / m 2 , changing polarity with a frequency of 0.01 Hz.
  • the effectiveness of coagulation depending on the frequency of the pulses is different (Table 1).
  • a further increase in frequency did not lead to an increase in coagulation efficiency.
  • the solids and coagulated colloidal substances formed in EGGIS 5 during electroflotting in the form of a dense foam were separated, collecting the bulk of the sludge in the form of foam from the surface and sending it to the sludge collector 10.
  • the electroflotation process was completed by degassing the stream of treated wastewater and removing residual chlorine, saturating the stream with enriched ozone with air received in the subsequent process of wastewater treatment by electroplasma discharges in BHP 7.
  • an electro-generated coagulation catalyst in the active state can be additionally introduced.
  • a freshly prepared, electrically generated coagulation catalyst Ab (SO 4 ) s was used.
  • the treated wastewater was supplied to the clarifier clarifier 6
  • BPK 7 in the process of electrohydrogen-gas stabilization changed tenfold, reaching 300 mg Og / l; and at the outlet of clarifier 6 clarifier, the flow had BPK characteristics of 7 150 mg Og / L and suspended particles concentration of 50 mg / L
  • the ozone-saturated stream of purified water is exposed to an external magnetic field in a pulsed electromagnetic activator 8.
  • a magnetic field of the order of 5 Oe was provided with external electromagnets, and steel balls used locally in the volume of the purified stream were used as magnetoactive elements.
  • the parameters of the flow originating from BHP combined with IEMA are controlled and optimized according to technical requirements, at the same time using the received information (feedback) to adjust the energy parameters of processing in BHP (pulse duration, discharge frequency, etc.).
  • the flow was directed to additional post-treatment.
  • filters 9 containing polystyrene as an inert filler, GAU and shungite as a mineral filler, a natural mineral were used as after-treatment agents.
  • the purified water had a BOD of ⁇ no more than 15 mg / l, the concentration of suspended particles decreased by 4-5 times, to ⁇ 4-15 mg / l; the organoleptic properties of the wastewater purified by the proposed method were improved to standard values.
  • the water had parameters that allowed not only to use it for diluting the pulp supplied to the bioreactor, but also to reuse it for feeding to the main production (for example, into the alcohol reactor).
  • Table 4 presents examples of post-treatment of model solutions, including those similar to tanning wastewater
  • the sludge collected in the sludge collector 10 was subjected to grinding during processing by electroplasma discharges in the second BHP 1 1 in the electric explosion mode with a specific energy of the order of 0.6 kW / m 3 and the parameters listed in table 5.
  • the second reactor for processing electroplasma discharges BHP 1 1 can also be used to grind any raw materials of plant origin for its further supply to the biorector in order to obtain biogas.
  • the degree of grinding (%) of plant materials by treatment with electroplasma discharges with an energy of 50 J / discharge, at a frequency of 10 Hz and ⁇ ,, 10 ⁇ sec (optimal energy consumption) depending on the processing time (sec) is illustrated in Fig. 2 (1 - wheat, 2 -kykyryza, 3-wheat straw, 4-sawdust).
  • the remainder of the organic sludge from the sludge collector is used as valuable biofertilizer.
  • the proposed system of greening the technology was also tested for the treatment of sewage from the pig complex taken from the sewage treatment plant N ° 2 “Perm pig complex”, 2007.
  • the drains at the exit from the main production had the following main parameters: pH 7.3; COD 46278 mg O 2 / L; BOD ⁇ 7969 mg Cb / L; the concentration of suspended 9955 mg / l.
  • the processing modes in the block EGGIS 5 and the main block BHP 7 corresponded to examples 8 and 10, respectively.
  • Wastewater treatment according to this example was different in that the first optimizer of parameters 2 was used to heat wastewater and their degassing.
  • the wastewater supplied to the bioreactor 3 was adjusted according to the content of organic substances (biomass) in order to increase BYlK ⁇ to about 20,000 mg O? / L. Table 7
  • a sand filter was used as a post-treatment 9.
  • the use of the second block of BHP 1 1 was not necessary. According to the content of useful inorganic substances and microelements, the sewage of the pig complex after the destruction of the bacterial flora and fauna and changes in organoleptic properties as a result of processing and disinfection can be considered as valuable liquid fertilizers that are completely absorbed by plants.
  • the proposed method of greening wastewater treatment technology characterized by a high concentration of organic pollutants, using precursors of active centers of intracellular enzymes helps to increase the physiological and biochemical activity of bacteria, reduces the likelihood of the formation of silt granules and contributes to their free distribution throughout the suspension in suspension, which in turn, reduces the duration of the formation of the biocenosis of anaerobic bacteria in hell almost 3.1 times, as well as to a deeper selection of organic substances, leading to an increase in biogas yield.
  • further final purification of wastewater leaving the anaerobic bioreactor by physical methods using the electroplasma method allows for the destruction of residual organic substances, the effective coagulation and flotation of suspended particles and at the same time destroy the microflora of wastewater.
  • the degree of purification is such that it makes it possible to use the water purified by the proposed method, not only for technological needs, but also for the needs of human life. Calculations show that the conversion of biogas into electricity allows both the operation of the electroplasma final cleaning system and up to 70% of the needs of the main production.

Landscapes

  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Hydrology & Water Resources (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Water Supply & Treatment (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
  • Physical Water Treatments (AREA)
  • Purification Treatments By Anaerobic Or Anaerobic And Aerobic Bacteria Or Animals (AREA)

Abstract

Разработан способ экологизации технологий пищевой промышленности, включающий предварительную очистку сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнителей методом метанового брожения, интенсифицированным путем дополнительного введения в сбраживаемую среду биогенетических предшественников активных центров внутриклеточных ферментов. После метанового брожения окончательную очистку сточной воды осуществляют с помощью модифицированной электроплазменной технологии до степени, позволяющей очищенную воду вернуть в технологический цикл.

Description

СПОСОБ ЭКОЛОГИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЙ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Изобретение относится к созданию безотходных энерго- и ресурсосберегающих и природоохранных технологий пищевой промышленности и связано с очисткой сточных вод с получением биогаза. Оно может быть использовано и в других областях народного хозяйства, имеющих органические отходы растительного и животного происхождения, а именно: в сельском хозяйстве (животноводство, птицеводство), легкой промышленности (текстильной, кожевенной, переработке шерсти и проч.), коммунальном хозяйстве (очистка и обеззараживание бытовых сточных вод) и др.
Одной из основных тенденций развития пищевой промышленности, в частности, считается тесная взаимосвязь вопросов производства получения продукции высокого качества с утилизацией отходов и экологизацией производственных технологий. Под этим термином понимается разработка и внедрение таких технологий, которые, кроме получения продукции высокого качества, обеспечивали бы сохранение экологического равновесия в окружающей среде, не допускали бы загрязнения среды обитания за счет использования и/или возвращения в производственный цикл образующихся вторичных сырьевых ресурсов, а также осуществляли бы энерго- и ресурсосбережение с одновременным расширением ассортимента пищевого и кормового назначения, получаемого путем переработки образующихся вторичных сырьевых ресурсов.
Наибольшего сокращения потребления сырьевых и теплоэнергетических ресурсов, а также наибольшей степени переработки вторичных сырьевых ресурсов возможно добиться в настоящее время в пищевой промышленности. Это достигается, например, за счет замены традиционного разваривания крахмалистого сырья на предприятиях спиртовой промышленнности двухступенчатыми схемами его биоконверсии. Применение ферментных препаратов на этой стадии получения спирта позволяет вести технологические процессы в аппаратах без давления. Уменьшение энергопотребления на спиртовых заводах осуществляется путем снижения температуры на стадии тепловой обработки крахмалистого сырья со 140-1450C до 100-1100C, при этом расход тепловой энергии сокращается на 25-30%, и отвода вторичного тепла по стадиям процесса.
При переработке зернового сырья на спирт в качестве отхода основного производства образуется имеющая кормовую ценность барда в количестве 135м3 на каждые 1000 дал спирта. Наиболее рациоанальным способом утилизации барды является ее переработка в концентрированные и сухие кормопродукты (Поляков В. А. Биотехнология переработки зернового сырья в производствах солода, пива, алкогольных и безалкогольных напитков. M. ООО «Пищeпpoмиздaт», 2002, стр. 92-166) .
Процесс образования сухой барды сопровождается значительными энергозатратами и выделением большого количества загрязненной органическими веществами воды, смешиваемой затем с общими производственными сточными водами. Общие производственные сточные воды характеризуются высокой степенью загрязненности органическими веществами, как правило, со значением ХПК 80000-120000 мг O2/л. Существующие на предприятиях очистные сооружения не позволяют очистить стоки не только до уровня чистоты питьевой воды, но даже до той степени чистоты, которая позволила бы повторно использовать очищенную воду в производственном процессе. В конечном счете это обусловливает сброс стоков в канализацию после биологической очистки в локальных очистных сооружениях. Другой недостаток локальных очистных сооружений связан с тем, что при аэробной очистке стоков образуется избыток биомассы (активного ила или биопленки), требующий в свою очередь утилизации или захоронения, что также является экологической проблемой.
Известен способ утилизации отходов в пивоваренной промышленности (Пехер К. Тепловая утилизация пивной дробины - экономически выгодное использование экологически чистого источника энергии. Пиво и напитки. 2006, 5, стр. 64-65), сущность которого заключается в том, что образующуюся после экстрагирования размолотого зерна пивную дробину подвергают механическому обезвоживанию и используют ее в качестве горючего материала в специализированной печи, а фильтрат с ХГЖ 10000-15000 мг O2/л, загрязненный растворенными органическими соединениями, направляют на очистные сооружения, применяющие метановое брожение для анаэробной очистки сточных вод предприятия. При анаэробной обработке фильтрата по известному способу образующийся в процессе метанового брожения метансодержащий газ (биогаз) может быть повторно использован, например, как дополнительное горючее в процессе сжигания дробины, а воду можно вторично использовать в производственном процессе. Наряду с указанными преимуществами, известный способ имеет следующие недостатки :
- невысокая степень очистки фильтрата методом метанового брожения обусловливает после очистки содержание в нем высоких остаточных концентраций органических загрязнителей, не позволяющих сбрасывать фильтрат в канализацию; необходимо подвергать его дальнейшей доочистке дорогостоящим аэробным методом или направлять на фильтрационные поля;
- низкая скорость процесса образования метана (метаногенеза) приводит, в свою очередь, к невысокой интенсивности всего процесса метанового брожения и небольшому количеству выхода биогаза.
В настоящее время для очистки сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнителей все чаще используют двухстадийную или многостадийную технологию, включающую анаэробно-аэробную биологическую очистку, в которой анаэробная очистка (метановое брожение) является предварительной стадией, а аэробная очистка - окончательной стадией (Канализация. Москва, Стройиздат, 1976, стр. 277-292 и др.).
Биодеградация органических веществ с использованием метанового брожения осуществляется в анаэробных условиях сложным биоценозом (ассоциацией, консорциумом) анаэробных бактерий, условно разделяемых на углеводсбраживающие, аммонийфицирующие, сульфатвосстанавливающие и метанобразующие (метаногены). Последние, в зависимости от условий ведения процесса метанового брожения, одновременно с метаном способны синтезировать витамин Bi2. Этот эндогенно формируемый витамин может синтезироваться метаногенами при условии, если сточные воды обогащаются органическим соединением кобальта, никеля или цинка, а также предшественником этого витамина (авторские свидетельства SUl 133870, SU1360197 и др.). Отличительной особенностью анаэробного процесса очистки стоков является незначительный прирост биомассы анаэробных бактерий и в первую очередь метаногенов. Это обусловлено тем, что 5-7% деградированных органических веществ идет на рост и развитие самих метанобразующих бактерий, а остальное превращается в метан, двуокись углерода, азот и аммиак. Таким образом, физиолоrо-биохимпческая активность метаногенов, участвующих в заключительной стадии метанового брожения, лимитирует интенсивность всего процесса брожения.
В патенте SU 1838415 (опубл. 1993) для интенсификации сбраживания органических веществ сточной воды консорциумом анаэробных бактерий предложено в емкость для анаэробного брожения (так называемый метантенк) вводить стимуляторы метаногенеза, а именно: аквакомплексное соединение никеля с глицином или никеля с эти лен диамином. Недостатком способа активации метанового брожения аквакомплексами соединений никеля является невысокая эффективность их воздействия на метаболизм метаногенов, а следовательно и биосинтез метана, что мало влияет на интенсивность процесса биодеградации органических веществ другими анаэробными бактериями консорциума, которые создают питательную среду для жизнедеятельности метанообразующих бактерий.
Известен способ ведения процесса метанового брожения, стимулируемого смешанно-лигандным комплексным соединением цинка, в качестве которого используется отдельно приготовленный водный раствор цинка с пара- аминобензойной кислотой (ПАБК) и глицином (патент RU2061034, опубл. 1996). При использовании этого комплекса цинка процесс метанового брожения можно проводить как в режиме мезофiшьного, так и в режиме термофильного брожения при температурах 34-360C и 55-560C, соответственно. Как известно из вышеуказанного патента RШ061034, количество образующегося биогаза зависит от природы сбраживаемой среды. Так, при сбраживании спиртовой барды в мезофильном режиме с использованием комплекса цинка с ПАБК и глицином с оптимальной концентрацией 0,2 мг/л (по металлу), выход биогаза по сравнению с контролем увеличивался с 22 до 25 л/л стока, а стоков животноводческих хозяйств
- с 8 до 12 л/л стока.
Известный способ имеет следующие недостатки : - комплексное соединение цинка с ПАБК и глицином не является готовым блоком предшественников активных центров внутриклеточных ферментов, а служит лишь транспортным средством доставки в клетку компонентов, формирующих молекулу комплексного соединения. Его транспорт в клетку осуществляется по механизму активного трансмембранного переноса. В клетке комплекс разлагается на составляющие, которые включаются в процесс обмена веществ: так, цинк участвует в формировании цинкзависимых ферментов; ПАБК является предшественником фолиевой кислоты, способствующей делению клеток; глицин - источник азота;
- несмотря на то, что смешанно-лигандный комплекс цинка усиливает метаболизм метаногенов, но он не является достаточно физиологичным для других групп анаэробных бактерий консорциума. Поэтому смешанно-лигандный комплекс цинка незначительно влияет на метаболизм анаэробных бактерий, участвующих в метановом брожении, что лимитирует процесс образования питательного субстрата для метаногенов с повышенной активностью обмена веществ и, как итог, приводит лишь к небольшому увеличению интенсивности общего процесса сбраживания органических веществ стока и степени его очистки.
Известен аэробно-анаэробный способ очистки сточных вод предприятий пищевой промышленности (Кузнецов A. E., Синицин А. В. Пиво и напитки, 2005, 4, стр. 18- 21), который по наибольшему числу сходных признаков и достигаемому положительному эффекту можно рассматривать как ближайший к предлагаемому техническому решению. Согласно этому способу, процесс биологической очистки ведется в специальных биореакторах, которые по эффективности очистки стоков сзαцественно превосходят классические устройства для анаэробного брожения (метантенки). Технологическая схема очистки сточных вод включает следующие основные операции. Сначала сточную воду подают в емкость-усреднитель, где она смешивается с условно чистой технологической водой и, после разбавления, рН сточной воды доводят до значения 6-7 растворами соответствующих химических б реагентов (HCl / NaOH). Затем сток с ХПК > 10000 мг O2/л подогревают до температуры 32-33°C и подают в анаэробный биореактор с активным илом, сформированным консорциумом анаэробных бактерий, например, консорциумом на основе бактерий, взятых из очистных сооружений и адаптированных к спиртовой барде. В данном способе активный ил в анаэробном биоректоре находится в виде гранул диаметром 2-5 мм.
На выходе из анаэробного биореактора сточная вода имеет ХПК порядка 250-350 мг O2/л. При этом в известном способе наблюдалось небольшое уменьшение летучих жирных кислот (ЛЖК) и общего азота, включая аммонийный азот, который весьма токсичен и, при попадании в городские очистные сооружения, вызывает не только ингибирование бактерий активного ила, но даже их гибель. Однако выход биогаза по известному способу был недостаточен для его практического использования на обеспечение нужд производства,
Выходящую из анаэробного биореактора предварительно очищенную сточную воду подают далее в аэробный биореактор с активным аэробным илом, где и осуществляется окончательное биологическое окисление органических веществ. На выходе из аэробного биореактора сточная вода имеет ХПК порядка 20-40 мг O2/л. Затем сток пропускают через фильтр для удаления из воды образовавшихся суспензий и остаточных взвешенных веществ и подвергают ультрафиолетовому обеззараживанию, после чего сточные воды могут быть направлены в городскую канализацию.
Применение анаэробно-аэробной технологии очистки с высокопроизводительными и компактными анаэробными биореакторами нового поколения позволяет удалять основную массу загрязнений (до 80-95%) из стоков с высоким содержанием органических веществ при затратах электроэнергии на 1 кг удельных загрязнений (по ХПК), составляющих 0,2-0,4 кВт ч/кг ХПК. Однако известный способ имеет следующие недостатки: - конструктивные элементы биореактора для метанового брожения быстро забиваются струвитом (осадком фосфата кальция-аммония) в количествах 1,8-3,9 т, и поэтому один раз в год в течение 13-25 суток необходимо их механически (поскольку использование химических реагентов весьма дорого) освобождать от осадка; - при этом, из-за неразборности анаэробного биореактора необходимо проведение автогенных и сварочных работ;
- медленное формирование биоценоза анаэробных бактерий обусловливает очень продолжительный по времени (9 месяцев и более) выход анаэробного реактора на проектный режим работы;
- активный ил анаэробных бактерий находится в биореакторе в виде гранул, а не отдельно функционирующих клеток, что снижает эффективность биодеградации органических веществ;
- происходит образование вторичных отходов (избытка активного ила и биогенных элементов), требующих утилизации или захоронения, что является дополнительной экологической проблемой;
- аэробный процесс является дорогостоящим, высоки энергозатраты на аэрацию сточных вод (до 70-80% совокупных энергозатрат на очистку);
- обеззараживание сточных вод с помощью утрафиолетового облучения как отдельной стадии усложняет и резко удорожает технологический процесс, при этом УФ лампы имеют низкий КПД .
Известен способ обработки водного потока и устройство для его осуществления по патенту Литвы LT4935 (опубл. 2002) и РСТ-заявке WO 02/26637 (опубл. 2002), включающий флотацию, импульсную обработку водного потока электрическими и магнитными полями и отделение примесей фильтрованием, в котором подаваемый поток предварительно активируют магнитным полем и подвергают электрофлотации и удалению шлама с использованием электрогидрогазоинной стабилизации, а затем водный поток подвергают одновременной обработке световым облучением и импульсами электрического и магнитного полей в процессе импульсной электромагнитной активации и, оптимально, завершают обработку последующим воздействием магнитного поля.
Главным недостатком известного способа, описанного в вышеуказанном патенте LT4935, является потеря эффективности магнитного поля при удалении внутрь обрабатываемого потока при импульсной электромагнитной активации.
Кроме того, в случае прекращения подачи знакопеременного напряжения при электрогидрогазоинной стабилизации (например, при остановке блока), происходит образование трудноудаляемого осадка на пластинах электродов (сульфатация).
Способ обработки воды электрическими разрядами с целью окисления примесей и обеззараживания воды описан также в патентах RU 2163893 (опубл. 2001), RU
2164499 (опубл. 2000), RU 2163893 (опубл. 2001), RU 2179150 (опубл. 2002) и др.
В упомянутых патентах используется обеззараживающее действие вырабатываемого при электрических разрядах озона, однако их общим недостатком является малое время пребывания обрабатываемой воды в зоне разряда.
Известней способ обработки сточных вод импульсными электроплазменными разрядами (WO 92/12933, опубл. 1992; патент Литвы LT4590, опубл. 1999 и др). В патенте Литвы LT5082 (опубл. 2003) описан способ и устройство для очистки и обеззараживания воды, в котором движущийся водный поток обрабатывают импульсными электроплазменными разрядами с дополнительным наложением внешнего магнитного поля.
Недостатки: время пребывания водного потока в зоне разряда недостаточно и поток при вхождении в зону разряда не является оптимально сформированным, что снижает эффективность обработки.
Цель заявляемого изобретения - повышение эффективности образования биогаза за счет увеличения физнолого-биохимической активности консорциума анаэробных бактерий, что позволило бы получать биогаз в количествах, достаточных для полного или частичного обеспечения энергетических потребностей предприятия при одновременном замещении дорогостоящего аэробного процесса очистки стоков на безреагентную очистку методами физического воздействия на реалогические и другие свойства потока сточных вод с использованием высоковольтных разрядов, импульсных электрических и магнитных полей и других факторов электроплазменной технологии, синергичность воздействия которых обеспечивает обессоливание, очистку воды от органических загрязнителей и обеззараживание воды до заданного уровня, в том числе до уровня, позволяющего возвратить очищенную воду в производственный цикл.
Достижение цели обеспечивает реализация совокупности существенных признаков, изложенных в пунктах 1-14 формулы изобретения.
Предлагаемый способ экологизации технологий пищевой промышленности, включающий очистку сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнителей осуществляют путем разбавления стока основного производства чистой технологической водой и оптимизации параметров очищаемого стока, направления сточных вод в предварительно инокулированный активным илом анаэробный биореактор и осуществления предварительной очистки стока методом метанового брожения с помощью адаптированного к стоку консорциума анаэробных бактерий, с последующей окончательной очисткой воды и доочисткой фильтрованием от образовавшихся суспензий и остаточных взвешенных веществ, причем в процессе очистки поток сточных вод подвергают обеззараживанию ультрафиолетовым облучением.
Способ отличается тем, что перед направлением в предварительно инокулированный активным илом анаэробный биореактор сточные воды обогащают предшественниками активных центров внутриклеточных ферментов, стимулирующих адаптацию консорциума анаэробных бактерий к органическим загрязнителям сточной воды, а окончательную очистку осуществляют, обрабатывая водный поток импульсными электроплазменными разрядами с дополнительным наложением внешнего магнитного поля. Кроме того, разбавление производственного стока осуществляют очищенной сточной водой, а оптимизация параметров очищаемого стока включает регулирование рН до значений не менее 7-8 и температуры до 33-35°C.
Обогащение предшественниками активных центров внутриклеточных ферментов осуществляют смесью смешанно- лпгандных комплексных соединений биогенных металлов в интервале концентраций биогенного металла от 0,00014 до 0,494 г/л? а активный ил поддерживают в мелкодисперсном состоянии. Смесь смешанно-лигандных комплексных соединений биогенных металлов включает комплексные соединения Mg, Mn, Fe, Zn, Со, Cu при соотношении (по металлу) 335-370 : 17-19 : 16-17 : 3 : 0,01 : 0,01 , соответственно.
Окончательную очистку импульсными электроплазменными разрядами осуществляют высоковольтными разрядами по зеркалу потока с удельной энергией P = 0,5 кВт/м3, τ,, 0,15- 5 μсек; амплитудой 25 кВ и частотой следования импульсов 100 - 10000 Гц с сопутствующим ультрафиолетовым облучением (λ 150-400 пм). Избыток образующегося в процессе электроплазменных разрядов озонсодержащего воздуха утилизируют как в самом процессе очистки сточных вод, так и для нужд предварительной обработки и обеззараживания используемого в основном производстве сырья.
Перед обработкой электроплазменнымн разрядами дополнительно оптимизируют параметры выходящего из биореактора потока сточных вод, включая оптимизацию температуры очищаемого потока до порядка 2O0C за счет теплообмена с возвращаемой в технологический цикл очищенной водой. При окончательной очистке, перед обработкой электроплазменными разрядами, осуществляют электрокоагуляцию и электрофлотацию путем обработки оптимизированного потока сточных вод в процессе электрогидрогазоионной стабилизации с последующим отстаиванием, а образующийся органический шлам собирают в шламосборник. Процесс электрогидрогазоионной стабилизации отличается тем, что его осуществляют ассимметричными квазисинусоидальными импульсами электрического тока плотностью 5-27 А/м2 и частотой 25-1000 Гц, модулированной 1-5 мин полупериодом, с одновременной дегазацией пропусканием озоносодержащего воздуха для удаления остаточного хлора. При необходимости небольшими порциями вводят коагулянт-катализатор в активном состоянии.
Кроме того, окончательная очистка потока сточных вод включает дополнительное наложение внешнего магнитного поля повышенной однородности в процессе импульсного электромагнитного активирования, с предварительным насыщением очищаемой воды избытком образующегося при электроплазменных разрядах озона.
Дополнительное наложение внешнего магнитного поля осуществляют в процессе эжектирования озона с помощью внешних электромагнитов, обеспечивающих напряженность магнитного поля не более 10 Э , а однородность магнитного поля повышают путем локального введения магнитоактивных элементов в поток очищаемой воды.
Собранный в шламосборнике шлам при необходимости подвергают измельчению в процессе обработки электроплазменными разрядами с энергией 50-150 Дж/разряд, τи 5-25 μсек и частотой 0,1-10 Гц с возможностью направления (возврата) образовавшегося мелкодисперсного ила в биоректор метанового брожения.
Предлагаемый способ отличается технологической гибкостью: последовательность стадий окончательной очистки водного потока электроплазменными разрядами с одновременным ультрафиолетовым облучением в сочетании с импульсным магнитным активированием и стадии обработки ассимметричными импульсами электрического тока в процессе электрогидрогазоионной стабилизации может быть изменена на обратную или разнесена в другой технологической последовательности в зависимости от характеристик обрабатываемого потока.
Блок-схема системы для осуществления способа по изобретению представлена на Фиг. 1. Позиции на Фиг. 1 имеют следующие обозначения:
1 - основное производство (например, реактор производства спирта);
2 - первый оптимизатор параметров потока подаваемых в биореактор сточных вод основного производства;
3 - биореактор анаэробного брожения; 4 - второй оптимизатор параметров сточных вод;
5 - электрогидрогазионный стабилизатор (ЭГГИС);
6 - отстойник - осветлитель; 7 - основной реактор обработки электроплазменными разрядами (БХП), работающий в режиме выработки озона;
8 - импульсный электромагнитный активатор (ИЭМА);
9 - средства доочистки (например, модуль многослойного фильтра с минеральными и/или инертными наполнителями);
10 - шламосборник;
11 - второй реактор обработки электроплазменными разрядами (второй БХП), работающий в режиме электровзрыва как измельчитель шлама и/или других органических материалов. Фиг. 2 иллюстрирует зависимость степени измельчения материала от времени обработки электроплазменными разрядами во втором реакторе - блоке холодной плазмы (БХП).
Предлагаемая система для осуществления способа экологизации технологий пищевой промышленности по изобретению включает гидравлически сообщенные между собой реактор основного производства 1 (Фиг. 1), первый оптимизатор параметров потока 2 сточных вод основного производства, биореактор анаэробного брожения 3, средства окончательной очистки сточных вод после метанового брожения 5, 6, 7, 8 и средства доочисткн 9, причем система снабжена средствами контроля и регулирования параметров сточных вод (на Фиг.1 не показана) и шламосборником 10.
Новым в разработанной технологической системе является то, что средствами окончательной очистки сточных вод после анаэробного брожения является электрогидроrазоинный стабилизатор (ЭГГИС) 5 и основной реактор обработки электроплазменными разрядами (так называемый блок холодной плазмы, БХП) 7 в сочетании с импульсным электромагнитным активатором (ИЭМА) 8, с возможностью изменения их очередности в зависимости от параметров очищаемого стока. Средства окончательной очистки дополнительно включают второй оптимизатор параметров сточных вод 4, причем электрогидроrазоинный стабилизатор 5 сообщен с биореактором анаэрорбноrо брожения 3 через второй оптимизатор параметров сточных вод 4, а с основным реактором обработки электроплазменными разрядами 7 - через отстойник-осветлитель 6.
Кроме того, биореактор метанового брожения 3 выполнен разборным из материала со специальным полимерным покрытием и использованием элементов из полиэтилена низкого давления, что значительно повысило его ремонтнопригодность.
По сравнению с известным биореактором BЮMAR®ASB, описанном в ранее цитируемой работе Кузнецова A. E. и Синицина А. В., в предлагаемом изобретении биореактор имеет ряд конструктивных преимуществ: а) материал - cтaль-3 или новый материал со специальным полимерным покрытием; элементы сепаратора (илоотделителя) - полиэтилен низкого давления, позволяющий существенно снизить степень осаждения струвита на выходящих трубопроводах биореактора, и предотвратить прекращение его функционирования в технологическом режиме, увеличивая тем самым продолжительность работы биореактора без капитального ремонта; б) высокая ремонтнопригодность; в ремонтный период (1 раз в год) биореактор молено разбирать, в то время как у аналога это достижимо только путем проведения автогенных сварочных работ Чистка реагентами без разборки реактора - дорогостоящее мероприятие и продолжительное по времени (от 13 до 25 суток).
По стоимости предлагаемый анаэробный биореактор оказался дешевле известных аналогов в 3-5 раз.
Фильтр 9 для последующей доочистки представляет собой многослойный кассетный модуль, содержащий композиции наполнителей на основе натуральных минералов и/или инертные наполнители, причем площадь его сечения такова, что обеспечивает скорость подъема потока не более 1 м/час. В качестве минеральных наполнителей могут быть использованы различные композиции, например на основе натуральных пористых и сорбционных материалов, включая вулканические шлаки, а также отходы некоторых производств, из которых могут быть получены фильтрующие материалы. Система может дополнительно содержать второй реактор обработки электроплазменными разрядами (БХП) 11 , работающий как измельчитель органического шлама, собранного в шламосборнике 10 из электрогидрогазоинного стабилизатора (ЭГГИС) 5, отстойника-осветлителя 6, средств доочистки (фильтра) 9, а также органического осадка из первого оптимизатора параметров потока 2 сточных вод и биореактора 3, причем шламосборник 10 сообщен с первым оптимизатором параметров потока сточных вод 2 через упомянутый второй реактор обработки электроплазменными разрядами (БХП) 1 1.
Предлагаемая система для осуществления способа по изобретению работает следующим образом. Сточную воду ( даже с ХПК = 100000-120000 мг СЬ/л) с основного производства 1 направляют в первый блок оптимизации параметров потока 2 сточных вод, где ее разбавляют очищенной сточной водой, возвращаемой после прохождения средств окончательной очистки и средств доочистки, а именно: электрогидрогазоинного стабилизатора (ЭГГИС) 5, основного реактора обработки стока электроплазменными разрядами (БХП) 7 в сочетании с импульсным магнитным активатором (ИЭМА) 8.
При заданной оптимизации параметров потока сточных вод происходит понижение ХПК до 18000-22000 мг СЬ/л, (содержание летучих жирных кислот остается около 4000 мг/л), рН корректируют до 7-8 и температуру сточных вод доводят до 34+ 1°C. Разбавленный оптимизированный поток сточных вод направляют в анаэробный биореактор 3, содержащий консорциум анаэробных бактерий для сбраживания органических веществ стока методом метанового брожения. Стоки производств, имеющих ХПК ≤ЮООО мг СЬ/л, после охлаждения или повышения температуры до 34+ 1°C сразу же направляют в анаэробный биореактор 3.
Подаваемый в анаэробный биореактор 3 поток обогащается смесью биогенетических предшественников активных центров внутриклеточных ферментов в виде смешанно-лигандных комплексных соединений биогенных металлов. Установлено, что предшественники активных центров ферментов, благодаря усилению синтеза ферментов с повышенным уровнем каталитического действия, увеличивают физиолого-биохимическую активность клеток, сопровождаемую ростом их продуктивности. Формирование биомассы клеток с повышенной активностью обмена веществ (метаболизма) способствует интенсификации процессов брожения. Все это сопровождается более глубокой (качественной) очисткой стоков.
В период пуска анаэробного биореактора для инициирования сбраживания органических веществ его заполняют аэробным активным илом с очистных сооружений, содержащим как правило не более 5% от общей биомассы метанобразующих бактерий, которые не адаптированы к сточной воде конкретного предприятия. Обычно процесс адаптации идет очень медленно и поэтому продолжительность выходя анаэробного реактора на проектный режим работы составляет 9 месяцев и больше. Однако обогащение сточной воды предшественниками активных центров внутриклеточных ферментов, повышающее физиолого-биохимическую активность клеток в 2-4,5 раза, способствует существенному сокращению продолжительности выхода анаэробного биореактора на проектный режим работы.
Выходящие из анаэробного биореактора сточные воды далее подвергают основной очистке электроплазменным методом с низкими энергетическими затратами в зависимости от загрязненности водного потока. Основная технологическая схема включает последовательную обработку в разных функциональных блоках: электрогидрогазоионном стабилизаторе (ЭГГИС) 5, затем, после прохождения отстойника-осветлителя 6, в реакторе обработки потока электроплазменными разрядами (БХП) 7 в сочетании с импульсным электромагнитным активатором (ИЭМА) 8
Функциональное назначение упомянутых основных элементов системы состоит в следующем.
Блок ЭГГИС 5 может работать как электрокоагулятор и как электрофлотатор в зависимости от выбранного режима работы. За счет электрического поля происходит деструкция органических загрязнителей при окислительных- восстановительных реакциях, повышается прозрачность потока. Ионы хлора, находящиеся в сточных водах, переходят в активную форму, которая обладает сильным бактерицидным действием. Основная масса органических загрязнителей из ЭГГИС удаляется путем флотации в виде взвешенных частиц, поступая в флотошламосборник 10. Избыток хлора устраняют путем пропускания озонсо держащего воздуха из БХП 7.
В основном реакторе обработки потока электроплазменными разрядами (блоке холодной плазмы БХП) 7 происходит обработка сточных вод высоковольтными разрядами по зеркалу потока. Электроплазменные разряды в реакторе (БХП) 7 сопровождаются жестким ультрафиолетовым излучением (λ=l 50-400 нм), термоударом, при котором развивается температура до 150000C и импульсным давлением, достигающем 1000 МПа, а также образованием значительного количества озона. БХП производительностью 50 м7чac и Pycт=25 кВт за час может вырабатывать 3000 г озона.
Вырабатываемый при определенных режимах озон активно используют в самом процессе очистки сточных вод. В реакторе 7 (БХП) происходит реарационное окисление, а избыток озоносодержащего воздуха подается в импульсный электромагнитный активатор 8, совмещенный с эжектором-смесителем. Здесь таким образом формируется псевдоожиженная среда; импульсное электромагнитное поле активатора 8 обеспечивает усиленное растворение озона в водном потоке и способствует дополнительной коагуляции взвешенных веществ. Образующийся озонсодержащиή воздух из БХП 7 также может подаваться, например, на озонирование зерна, поступающего в реактор получения спирта 1.
Блок ИЭМА 8 обеспечивает коагуляцию тяжелых металлов и солей жесткости за счет больших значений напряженности электрического и магнитного полей, действие которых вследствие искажения молекулярных конформаций увеличивает способность воды к изменению ХПК и частично уничтожает органические загрязнители. Дополнительное наложение внешнего магнитного поля напряженностью не более 10 Э, осуществляемое в процессе эжектирования озона в импульсном магнитном активаторе 8, как упомянуто выше, прежде всего способствует повышению растворимости озона. Исследования показали, что обработка дополнительным магнитным полем с одновременным насыщением озоном приводит к ускорению коагуляции взвешенных частиц, усилению адсорбционных процессов, возрастанию «cлипaния» твердых частиц в 2-4 раза и другим явлениям, активно ускоряющим очистку обрабатываемого водного потока. Повышение величины напряженности магнитного поля выше 10 Э экономически не выгодно, тем более, что при этом качество очистки увеличивается лишь незначительно.
Однородность магнитного поля по изобретению предлагается повышать путем локального введения магнитоактивных элементов в объем обрабатываемого потока.
Электрогидрогазоионная стабилизация (ЭГГИС) обеспечивает электрофлотацию взвешенных частиц из потока, насыщение потока кислородом, уничтожение био- и бактриальных загрязнителей, усиливает коагуляцию и кристаллизацию. В процессе обработки потока электроплазменными разрядами, сопровождаемыми жестким ультрафиолетовым облучением с последующим импульсным электромагнитным активированием насыщенного озоном потока очищаемых сточных вод происходит дальнейшее уменьшение ХПК (БПK7) и обеспечивается дополнительное извлечение солей металлов, включая тяжелые металлы, за счет коагуляции в результате изменения их валентностей и перехода в нерастворимую форму.
Совокупное действие всех указанных факторов эффективно уничтожает микрофлору, выжигает органические вещества вплоть до жиров из водного потока, устраняет запах, обеспечивает способность потока воды к окислению, а ионов металлов к изменению валентности, что облегчает их извлечение из обрабатываемого потока .
Каждый блок решает свои задачи и может в определенных условиях использоваться самостоятельно и/или в различной последовательности. В зависимости от уровня загрязнения и объема потока сточной воды, который необходимо очистить, а также степени очистки и характера использования очищенной воды применяются различные комбинации упомянутых блоков. Степень очистки дает возможность использовать очищенную воду как для технических потребностей, так и для обеспечения жизнедеятельности человека.
Предлагаемая технологическая схема была опробована также для очистки других стоков пищевой промышленности, для которых характерна высокая концентрация органических загрязнителей, в том числе для очистки и обеззараживания стоков животноводческой промышленности, например, стоков свинокомплекса (пример 22). Результаты показали отсутствие бактериальной флоры и фауны после очистки стоков с высоким содержанием органических загрязнитенлей животного происхождения по предлагаемой технологической схеме.
Энергетические затраты окончательной очистки электроплазменным методом зависят от загрязненности водного потока и находятся в интервале от 0,4 до 2 кВт.ч на 1 м3 воды. Занимаемая очистительным комплексом с производительностью 20 м3/чac площадь составляет 120 м2. Разработаны модульные блоки производительностью от 5 до 50 м3/чac. Применение модулей в параллельном режиме дает возможность наращивать производительность комплекса и обеспечивать гибкий режим неравномерной - по времени - загрузке. Кроме того, конструкция используемого импульсного магнитного активатора 8 позволяет достичь более однородного магнитного поля за счет использования магнитоактивных элементов в объеме потока, а конструкция реактора для обработки электроплазменными разрядами 7 - стабилизировать характеристики зеркала обрабатываемого потока и оптимизировать скорость прохождения потоком зоны электроплазменного разряда
Таким образом, основой электроплазменной очистки являются сугубо физические методы, в которых используется воздействие электрическими и магнитными полями и сопутствующие электроплазменным разрядам явления. В результате воздействия на водные потоки как отдельных факторов, так и сннергетических эффектов, на выходе из предлагаемой системы получается обеззараженная чистая вода с заданным уровнем обессоливания и гидрозолей металлов (коллоиды), а также нетоксичный шлам, образованный остатками органических загрязнителей сточной воды.
Важно подчеркнуть, что комбинирование предварительной очистки воды, осуществляемой метановым брожением, с окончательной электроплазменной очисткой существенно увеличивает эффективность экологизации производства вследствие:
- обеспечения системы электроплазменной очистки электроэнергией, получаемой после перевода биогаза в электроэнергию с помощью газогенераторной установки,
- формирования высокоурожайного органо-минерального удобрения, получаемого после смешивания образующейся при метановом брожении суспензии с коллоидами и взвесями, образованными при проведении электроплазменной окончательной очистки стоков.
Практика показывает, что ведение метанового брожения при очистке сточных вод спиртового завода, работающего на мелассе, позволяет получать с 1 м3 сточной воды до 50 м3 биогаза. Расчеты показывают, что для производства 1,0 МВт.ч электроэнергии требуется 260 м3 биогаза или 7 м3 сточных вод с БПК порядка 20 000 мг/л. Следовательно, вырабатываемый при метановом брожении биогаз не только обеспечивает электроэнергией систему электроплазменной очистки, но и может быть использован для отопления и освещения всего предприятия.
Изобретение поясняется примерами, демонстрирующими результаты очистки сточных вод мелассно-спиртового производства и стоков животноводческого комплекса с использованием метанового брожения в сочетании с окончательной очисткой электроплазменным методом. Примеры приведены для иллюстрации и не являются ограничивающими объем изобретения.
ПРИМЕР 1 (контроль)
Эксперимент по очистке сточной воды мелассно-сппртового производства проводили с использованием метанового брожения. Высококонцентрированные стоки этого производства (ХПК 70000 мг (Vл ) разбавляли водопроводной водой до ХПК 19800 мг Ог/л, содержания летучих жирных кислот (JDKK) - 3900 мг/л и общего азота - 3850 мг/л, включая 950 мг/л аммонийного азота, рН 6,9. Процесс метанового брожения осуществляли непрерывным способом с ежесуточной заменой 35% сброженной среды на свежую сточную воду. Процесс метанового брожения проводили при температуре 33+10C.
Сточной водой в количестве 0,63 л заполняли стеклянную емкость (выполняющую функцию метантенка) объемом 1,0 л, затем ее инокулировали 0,27 л (или 30% от объема бродящей среды) активного ила, взятого с городских очистных сооружений. Содержание консорциума анаэробных бактерий, как правило, в таком активном иле составляет около 4% от общего количества в нем микроорганизмов. Бактерии активного ила очистных сооружений города характеризуются низкой физиолого-биохимической активностью. Поэтому продолжительность формирования биоценоза анаэробных бактерий из-за низкой активности микроорганизмов ила составляла 7,5 месяцев. По истечении этого срока формирования биоценоза анаэробных бактерий - консорциума анаэробных бактерий, адаптированного к сточной воде мелассно-спиртового производства, он обеспечивал биотрансформацию органических веществ сточной воды приблизительно на 42%. Вследствие этого, выходящая из метантенка сточная вода имела показатели: ХПК - 11432 мг Ог/л, ЛЖК - 2104 мг/л, аммонийный азот - 561 мг/л. Выход биогаза составлял 4,12 л в сутки с 1,0 л сбраживаемой сточной воды.
Затем предварительно очищенная сточная вода поступала в аэробный реактор - стеклянную емкость объемом 1,0 л, заполненную активным илом в количестве 0,27 л. Активный ил был взят с городских очистных сооружений. После заполнения реактора сточной водой в количестве 0,63 л, проводили аэробную очистку сточной воды в отъемно-доливном режиме, соответствующем режиму работы метантенка. Выходящая из аэробного реактора сточная вода имела следующие показатели: ХПК - 389 мг Ог/л, ЛЖК - 490 мг/л, аммонийный азот - 92 мг/л. ПРИМЕР 2.
Эксперимент проводился по аналогии с примером 1 (контролем) . Отличие состояло в том, что перед подачей в метантенк исходной сточной воды она разбавлялась выходящей из аэробного реактора очищенной сточной водой с одновременным обогащением ее смесью предшественников активных центров внутриклеточных ферментов, выполненных в виде смешанно-лигандных комплексных соединений биогенных металлов с концентрацией (дано по металлу, мг/л): Mg - 4,94; Mn - 0,25; Fe - 0,23; Zn - 0,045; Со - 0,00014; Cu - 0,00014. Следует отметить, что выходящая горячая сточная вода из спиртового производства одновременно охлаждалась до рабочей температуры, то есть не требовалось специального ее подогрева. Комплексные соединения готовились отдельно по способу, ранее описанному в патенте RU21 15657. Во внутренней сфере молекулы комплексного соединения одновременно координированы витамин, аминокислота или другое кислород- или азотсодержащее соединение. Например, для формирования активного центра пируватдекарбоксилазы требуются ионы магния и кофермент тиаминпирофосфат, который представляет собой эфир пирофосфорной кислоты и тиамина. Биогенетическим предшественником активного центра этого фермента является биокомплексное соединение магния с тиамином и HPO4 2". Другим примером может служить биокомплекс марганца с пантотеновой кислотой и цистеином, являющийся предшественником кофактора А, имеющего фундаментальное значение в биохимических процессах.
Ведение метанового брожения с использованием смеси предшественников активных центров внутриклеточных ферментов осуществлялось без формирования анаэробными бактриями гранул, а находилось в виде отдельных клеток во взвешенном состоянии. Это обеспечивало свободный доступ субстрата ко всем клеткам консорциума, в то время как при их нахождении в виде гранул полноценно фунционнруют только бактерии на внешней поверхности гранулы. Увеличение с помощью этих предшественников активных центров ферментов физиолого- биохимической активности бактерий и нахождение их в биореакторе в свободном состоянии сз'щественно сократило продолжительность формирования биоценоза анаэробных бактерий, адаптированного к сточной воде мелассно- спиртового производства. С применением смеси биокомплексов существенно повысилась физиолого-биохимическая активность анаэробных бактерий, что способствовало сокращению продолжительности формирования консорциума анаэробных бактерий до 3,1 месяца, т.е. скорость формирования консорциума анаэробных бактрий увеличилась приблизительно в 2,4 раза по сравнению с контролем. Нельзя не отметить и тот факт, что изменение физиолого- биохимической активности бактерий коррелировало с ростом как их морфологических показателей, так и увеличением отрицательного поверхностного заряда вследствие повышения в мембранах содержания липидов. Естественно, что увеличение отрицательного заряда бактерий увеличивает их электростатическое отталкивание, что снижает вероятность образования ими гранул.
В итоге сточная вода, очищаемая с использованием предшественников активных центров внутриклеточных ферментов, выполненных в виде смешаннолигандных биокомплексов биогенных металлов, имела лучшие показатели (на 14,8%) по сравнению с контролем, т.е. выход биогаза составил 4,73 л в сутки с 1,0 л сточной воды.
ПРИМЕР 3 Эксперимент проводили по аналогии с примером 2. Отличие состояло только в использовании 10-кратных концентраций биокомплексов (дано по металлу, мг/л): Mg - 49,4; Mn -2,5; Fe - 2,5; Zn - 0,45; Со - 0,0014; Cu - 0,0014. Введение биокомплексов в сточную воду на стадии метанового брожения сократило время формирования биоценоза анаэробных бактерий до 2,9 месяцев и улучшило показатели выходящей из метантенка сточной воды на 34% по сравнению с контролем. В то же время сточная вода, выходящая из аэробного реактора, по сравнению с контролем, имела показатели: ХПК - 313,7 мг СVл, ЛЖК - 397,9 мг/л, общий азот - 74,6 мг/л, включая аммонийный азот - 12,6 мг/л. Таким образом, повышение физиолого-биохимической активности KOHCOpUHyA-Ia анаэробных бактерий обеспечила более высокий выброд органических загрязнителей, что обусловило лучшие ее показатели (на 18,9%), чем в контроле. Таким образом, выход биогаза составил 4,9 л в сутки с 1,0 л сбраживаемой сточной воды. ПРИМЕР 4
Эксперимент проводили по аналогии с примером 2. Отличие состояло в использовании более высоких концентраций биокомплексов (дано по металлу, мг/л): Mg - 0,494; Mn -0,25; Fe - 0,23; Zn - 0,45; Со - 0,0014; Cu - 0,0014. Ведение метанового брожения при использовании указанных доз биокомплексов незначительно улучшило показатели выходящей из метантенка сточной воды по сравнению с показателями стока, наблюдаемыми в примере 3, когда использовались более низкие концентрации комплексных соединений. Однако время формирования биоценоза анаэрорбных бактерий снизилось до 2,4 месяцев. Продолжение очистки в аэробном реакторе также сопровождалось некоторым улучшением ее показателей, которые на выходе из реактора имели значения: ХПК - 264,3 мг O2/л, ЛЖК - 281 мг/л, общий азот - 74 мг/л, в том числе аммонийного азота - 10,1 мг/л.
ПРИМЕР 5
Предварительную очистку сточной воды мелассно-спиртового производства методом метанового брожения проводили по аналогии с примером 3. Количество наработанной предварительно очищенной метановым брожением сточной воды составляло 2,5 м3, которая имела ХПК - 321 мг O2/л, ЛЖК - 383,4 мг/л, общий азот - 75,9 мг/л, включая аммонийный азот - 12,3 мг/л.
После предварительной стадии очистки сток обрабатывали электроплазменными разрядами с использованием лабораторного модуля электроимпульсной установки с затратой электроэнергии - 0,4 кВт ч. После окончания очистки продолжительностью 5 мин сточная вода на выходе из электроимпульсной установки имела показатели, удовлетворяющие нормам по ПДК, т.е. ее характристики имели значения: ХПК - 1,2 мг O2/л, аммонийный азот - 0,41 мг/л. Основная масса загрязнителей, находившихся в виде взвешенных частиц, удалялась путем флотации.
Важно подчеркнуть, что окончательная очистка электроплазменным методом, благодаря действию трех основных факторов - электрического поля сверхвысокой напряженности, сверхвысокого мгновенного давления и сверхвысокой мгновенной температуры - практически полностью уничтожила микрофлору в сточной воде. При реализации способа по предлагаемому изобретению обеспечивается более качественная очистка стоков, предотвращается сброс на поля фильтрации не только избыточного количества активного ила (включающего анаэробные и аэробные микроорганизмы), но и трудноокисляемых органических веществ, что ярко проявляется при очистке сточных вод с использованием анаэробно-аэробной технологии. В итоге на выходе из предлагаемой системы с электроплазменной окончательной очисткой показатели очищенной сточной воды удовлетворяют санитарно-токсилогическим и общесанитарным требованиям и поэтому вода может быть использована для обеспечения жизнедеятельности человека и/или повторно использована в производственном цикле.
Из анализа полученных экспериментальных результатов следует, что с увеличением физиолого-биохнмической активности анаэробных бактерий, участвующих в метановом брожении, усиливается снижение ХПК воды и содержания в ней летучих жирных кислот при одновременном росте выхода биогаза. При этом чем ниже исходное значение ХПК, тем меньше образуется биогаза. Так, при получении спирта из крахмалистого сырья, например, зерна, послеспиртовая барда имеет ХПК порядка 36000-37000 мг СЬ/л. Соотвественно, хотя выход биогаза снизился на 40-50% по сравнению с использованием сахаристого сырья (мелассы), однако при этом возросло качество очищенной воды на выходе из предлагаемлй системы.
Доказательством возможности получения биогаза в промышленном масштабе могут служить результаты очистки сточной воды мелассно-спиртового производства, полученные при внедрении анаэробно-аэробной технологии на фирме «Бpынцaлoв» (Россия) с производительностью спиртового завода 9000 дал спирта в сутки. Выходящая с мелассно-спиртового производства горячая сточная вода после предварительного охлаждения и разбавления очищенной сточной водой имела температуру 34+ I0C, ХПК 18000-22000 мг O2/л, ЛЖК - 383,4 мг/л, общий азот - до 4000 мг/л, включая аммонийный азот - до 1500 мг/л и рН 4,7-5,1. По окончании метанового брожения предварительно очищенная сточная вода имела ХПК 5000-6000 мг O2/л, ЛЖК - 2800-3000 мг/л, общий азот - 1020-1400 мг/л, в том числе аммонийный азот - 900-1200 мг/л, рН 7,2-7, 6; выход биогаза составил 100-120 м3/чac с одного анаэробного биореактора емкостью 550 м3 (которых на предприятии было 8). Важно отметить, что количество образующегося биогаза на предприятии было достаточным для обогрева завода в течение всего зимнего сезона. После окончательной очистки сточной воды в аэробном реакторе она на выходе из реактора имела показатели: ХПК 250-300 мг СЬ/л, общий азот - 70-90 мг/л, в том числе аммонийный азот < 10 мг/л/
В отличии от предлагаемого изобретения используемая известная анаэробно- аэробная технология очистки стоков имела, как оказалось, дополнительный существенный недостаток, связанный с воспроизводством микроорганизмов в анаэробном и аэробном биореакторах. Это обусловило рост количества активного ила, излишки которого сбрасывали на иловые площадки. Следует отметить, что при мелассно-спиртовом производстве образуются трудноокисляемые органические вещества карамельного типа, что обусловило также сброс их на поля фильрации, где они через 20-25 суток разлагаются до фоновых показателей окружающей среды. При этом степень очистки сточной воды была недостаточна для вторичного ее использования в производстве; возможен только сброс ее в канализацию.
ПРИМЕРЫ 6-1 1.
Работа системы для осуществления способа экологизации технологии и очистки сточных вод мелассно-спиртового производства с высокой концентрацией органических загрязнителей иллюстрируется нижеприведенными примерами. Поток сточных вод после спиртового реактора 1 с температурой 980C, БПK7 120 000 мг Ог/л и концентрацией взвешенных частиц порядка 7 г/л подавали в первый блок оптимизации параметров потока 2 сточных вод, где он охлаждался до температуры 70-750C. Большая часть (до 60-70% от исходного значения) взвешенных частиц задерживалась, например, динамическим фильтром- декан дером (на схеме не показан) и удержанный шлам направляли в шламосборник (10). Физические и физико-химические параметры водного потока, такие как рН, электрический потенциал, вязкость, плотность, электропроводность, электромагнитная проницаемость и др., а также ХПК (БПК) замеряли и поддерживали на нужном уровне средствами контроля и регулирования параметров сточных вод, например, контрольно-измерительными приборами системы АСУ-ТП-ХП, которые одновременно обеспечивали информацию для изменения режимов обработки.
В рассматриваемых ниже примерах 6-8 и 9-1 1 в биореактор 3 подавали оптимизированный поток с БГЖ7 порядка 20 000 мг O2/л, температурой 34°C и концентрацией взвешенных частиц порядка 2,0 г/л, рН которого был отрегулирован до 7,0 ( вязкость β составляла 50 сПз).
Процесс метанового брожения в биореакторе 3 проводили аналогично условиям, описанным в примере 3.
Выходящий из биореактора метанового брожения поток с БПКγ 3000 мг O2/л и концентрацией взвешенных частиц 0,5 г/л подавали во второй блок оптимизации параметров потока 4 и путем теплообмена со встречным потоком очищенной и возвращаемой в производственный цикл воды охлаждали до температуры 2O0C.
Электрофлотацию и электрокоагуляцию в оптимизированном потоке обеспечивали, подавая на пластины электродов электрогидрогазоинного стабилизатора 5 асимметричные квазисинусоидальные импульсы при плотности тока 25 А/м2, меняя полярность с частотой 0,01 Гц. Эффективность коагуляции в зависимости от частоты импульсов различна ( Таблица 1).
Таблица 1
Зависимость эффективности коагуляции модельных мелкодисперсных органических взвесей (частицы порядка 0,001 мм; концентрация 50 мг/л) от частоты асимметричных импульсов с последующим четырехчасовом отстаиванием
Figure imgf000028_0001
Дальнейшее увеличение частоты не приводило к увеличению эффективности коагуляции. Образующиеся в ЭГГИС 5 при электрофлотащш в виде плотной пены твердые вещества и коагулированные коллоидные вещества отделяли, собирая основную массу шлама в виде пены с поверхности и направляя его в шламосборник 10. Процесс электрофлотации заканчивали дегазацией потока очищаемых сточных вод и удалением остаточного хлора, насыщая поток обогащеннным озоном воздухом, получаемом в последующем процессе обработки сточных вод электроплазменными разрядами в БХП 7.
В зависимости от состава очищаемой воды для облегчения коагуляции на данной стадии очистки можно дополнительно вводить электрогенерируемый катализатор коагуляции в активном состоянии. В примерах 6-9 использовали свежеприготовленный электрогенерируемый катализатор коагуляции AЬ(SO4)з
+FeCl3.
Для окончания процесса коагуляции мелкодисперсных взвешенных частиц очищаемые сточные воды подавали в отстойник осветлитель 6
БПK7 в процессе электрогидрогазоионной стабилизации изменялось в десятки раз, достигая 300 мг Ог/л; а на выходе из отстойника-осветлителя 6 поток имел характеристики БПK7 150 мг Ог/л и концентрацию взвешенных частиц 50 мг/л
(таблица 2).
Таблица 2
Характеристики параметров потока на выходе из указанного модуля очистки сточных вод (по примеру 9).
Figure imgf000029_0001
Затем поток направляли в основной реактор обработки электроплазменными разрядами - блок холодной плазмы (БХП) 7, где его обрабатывали высоковольтными разрядами по зеркалу потока. Расход энергии на единицу объема (удельная энергия) составлял не более 0,5 кВт/м3; время разряда 0,15-0,5 μсек; другие основные параметры режимов обработки сточных вод в блоке холодной плазмы представлены в таблице 3.
Таблица 3
Figure imgf000030_0001
При высоковольтных разрядах в примерах 9-1 1 обеспечивается обработка потока жестким ультрафиолетовым облучением с λ 150-400 нм; разряды сопровождаются образованием озона в количестве 120 г/час на 1 кВт затраченной энергии. Образовавшийся озон участвует в предварительных реарационных процессах в блоке холодной плазмы, частично направляется в ЭГГИС и - большая часть - нагнетается через эжектор (на Фиг.l не показан) для насыщения объема очищаемого потока пропорционально его дефициту после обработки электроплазменными разрядами.
Насыщенный озоном поток очищаемых вод подвергают воздействию внешнего магнитного поля в импульсном электромагнитном активаторе 8. В данном примере магнитное поле порядка 5Э обеспечивали внешними электромагнитами, а в качестве магнитоактивных элементов использовали стальные шарики, локально вводимые в объем очищаемого потока.
Параметры исходящего из БХП, совмещенного с ИЭМА, потока контролируются и оптимизируются согласно техническим требованиям, одновременно используя полученную информацию (обратная связь) для корректировки энергетических параметров обработки в БХП (длительности импульса, частоты разряда и проч.). После прохождения БХП 7 и ИЭМА 8 поток направляли на дополнительную доочистку. В предлагемом способе и системе для его осуществления в качестве средств доочистки использовали фильтр 9, содержащий полистирол в качестве инертного наполнителя, ГАУ и шунгит в качестве минерального наполнителя- натурального минерала. После доочистки очищенная вода имела БПКγ не более 15 мг/л, концентрация взвешенных частиц уменьшилась в 4-5 раз, до ~ 4-15 мг/л; органолептические свойства очищенных предлагаемым способом сточных вод оказались улучшенными до стандартных значений.
Таким образом на выходе из предлагаемой системы очистки вода имела параметры, позволяющие не только использовать ее для разбавления подаваемой в биоректор пульпы, но и вторично использовать ее для подачи на основное производство (например в реактор спирта).
10
ПРИМЕРЫ 12-16.
Для иллюстрации оптимальной скорости прохождения потока очищаемых вод и эффективности доочистки по изобретению в Таблице 4 представлены примеры доочистки модельных растворов, в том числе аналогичных стокам кожевенного,
15 гальванического и иных производств, содержащих значительные количества соединений металлов в сточных водах .
Таблица 4
Зависимость концентраций гидроксидов металлов до и после доочистки
20 фильтрованием очищаемых сточных вод от скорости фильтрования
Figure imgf000031_0001
ПРИМЕРЫ 17-20.
Для иллюстрации возможностей предлагаемого способа экологизации в
25 отношении возвращения вторичных ресурсов в производственный цикл использовали методику, аналогичную примеру 9. Образовавшийся органический шлам возвращали для использования в процессе получения биогаза (консорциумом бактерий усваивается от 40 до 85 % органических веществ).
Для этого собранный в шламосборнике 10 шлам подвергали измельчению в процессе обработки электроплазменными разрядами во втором БХП 1 1 в режиме электровзрыва с удельной энергией порядка 0,6 кВт/м3 и параметрами, указанными в таблице 5.
Таблица 5
Зависимость эффективности измельчения частиц шлама от параметров обработки электроплазменными разрядами во втором реакторе БХП (время пребывания в реакторе 10 сек)
Figure imgf000032_0001
В зависимости от режима обработки электроплазменными разрядами на выходе из второго блока БХП 1 1 получали мелкодисперсную (до 0,01-0,0001 мм) однородную массу (ил), которую по мере необходимости илососом (на Фиг. 1 не показан) подавали в биореактор метанового брожения 3.
Второй реактор обработки электроплазменными разрядами БХП 1 1 может быть также использован для измельчения любого сырья растительного происхождения для дальнейшей его подачи в биоректор с целью получения биогаза. Степень измельчения (%) растительного сырья путем обработки электроплазменными разрядами с энергией 50 Дж/разряд, при частоте 10 Гц и τ,, 10 μсек (оптимальные энергозатраты) в зависимости от времени обработки (сек) иллюстрируется Фиг.2 (1 -пшеница, 2-кyкypyзa, 3-coлoмa пшеничная, 4-oпилки).
ПРИМЕР 21.
Влияние добавленного совместно с водой измельченного во втором блоке БХП 1 1 шлама (пульпы) после корректировки параметров иллюстрируется данными, представленными в таблице 6. Таблица 6
Характеристики параметров потока на выходе из указанного модуля очистки сточных вод ( при добавлении в биореактор 3 пульпы измельченного в БХП 1 1 шлама ( БПК 7 потока подаваемых в биоректор сточных вод откорректировано до значения порядка 20000 мг Сb/л )
Figure imgf000033_0001
Остаток органического шлама из шламосборника используется в качестве ценного биоудобрения.
ПРИМЕР 22
Предлагаемая система экологизации технологии была опробована также для очистки стоков свинокомплекса, взятых из очистных сооружений N°2 «Пepмcкий cвинoкoмплeкc», 2007 г. Стоки на выходе из основного производства имели следующие основные параметры: рН 7,3; ХПК 46278 мг O2/л; БПКγ 7969 мг СЬ/л; концентрация взвешенных 9955 мг/л. Режимы обработки в блоке ЭГГИС 5 и основном блоке БХП 7 соответствовали примерам 8 и 10, соответственно. Обработка стоков по данному примеру отличалась тем, что первый оптимизатор параметров 2 использовали для подогрева сточных вод и их дегазации. Подаваемые в биореактор 3 сточные воды корректировали по содержанию органических веществ (биомассы) с целью увеличения БYlКη до порядка 20 000 мг O?/л. Таблица 7
Уровень микробного загрязнения стоков свиноводческого комплекса «Пepмcкий свинокомплекс)) (данные 2007 г.) в ед. /мл до и после очистки
Figure imgf000033_0002
В данном случае в качестве средств доочистки 9 использовали песчаный фильтр. В использовании второго блока БХП 1 1 не было необходимости. По содержанию полезных неорганических веществ и микроэлементов сточные воды свинокомплекса после уничтожения бактериальной флоры и фауны и изменения органолептических свойств в результате обработки и обеззараживания могут рассматриваться как ценные жидкие удобрения, полностью усваиваемые растениями.
Таким образом, предлагаемый способ экологизации технологии очистки сточной воды, характеризующейся высокой концентрацией органических загрязнителей, с использованием предшественников активных центров внутриклеточных ферментов способствует увеличению физиолого-биохимической активности бактерий, снижает вероятность образования гранул ила и способствует их свободному распределению по объему реактора во взвешенном состоянии, что в свою очередь приводит к сокращению продолжительности формирования биоценоза анаэробных бактерий адаптированных к конкретному стоку воды почти в 3,1 раза, а также к более глубокому выброду органических веществ, приводящему к увеличению выхода биогаза. С другой стороны, дальнейшая окончательная очистка выходящей из анаэробного биоректора сточной воды методами физического воздействия с помощью электроплазменного метода позволяет осуществить деструкцию остаточных органических веществ, эффективно осуществить коагуляцию и флотацию взвешенных частиц и одновременно уничтожить микрофлору сточной воды. Степень очистки такова, что дает возможность использования очищенной предлагаемым способом воды не только для технологических потребностей, но и для нужд жизнедеятельности человека. Расчеты показывают, что перевод биогаза в электроэнергию позволяет обеспечить как работу системы электроплазменной окончательной очистки, так и до 70% потребностей основного производства.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
1. Способ экологизации технологии пищевой промышленности, включающий очистку сточных вод с высокой концентрацией органических загрязнителей путем разбавления стока основного производства технологической водой и оптимизации параметров очищаемого стока, направления сточных вод в предварительно инокулированный активным илом анаэробный биореактор и осуществления предварительной очистки стока методом метанового брожения с помощью адаптированного к стоку консорциума анаэробных бактерий, с последующей окончательной очисткой воды и доочисткой фильтрованием от суспензий и остаточных взвешенных веществ, причем в процессе очистки поток очищаемых сточных вод подвергают ультрафиолетовому облучению, о т л и ч а ю щ и й с я т е м , что разбавление производственного стока осуществляют очищенной сточной водой, оптимизация параметров очищаемого стока перед направлением в предварительно инокулированный активным илом анаэробный биореактор включает регулирование рН до значения 7-8 и температуры до 34 + 1°C, при этом сточные воды обогащают предшественниками активных центров внутриклеточных ферментов, стимулирующих адаптацию консорциума анаэробных бактерий к органическим загрязнителям, и окончательную очистку осуществляют, обрабатывая водный поток импульсными электроплазменными разрядами с дополнительным наложением внешнего магнитного поля.
2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и й с я т е м , что обогащение предшественниками активных центров внутриклеточных ферментов осуществляют смесью смешанно-лигандных комплексных соединений биогенных металлов в интервале концентраций биогенного металла от 0,00014 до 0,494 г/л, а активный ил поддерживают в мелкодисперсном состоянии.
3. Способ по п. 1 или п. 2, о т л и ч а ю щ и й с я т е м , что смесь смешанно- лигандных комплексных соединений биогенных металлов включает комплексные соединения Mg, Mn, Fe, Zn, Со, Cu при соотношении (по металлу) 335-370 : 17- 19 : 16-17 : 3 : 0,01 : 0,01, соответственно.
4. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что обработку импульсными электроплазменными разрядами осуществляют высоковольтными разрядами по зеркалу потока с удельной энергией P 0,5 кВт/м3, τ,, 0,15- 5 μсек; амплитудой 25 кВ и частотой следования импульсов 100- 10000 Гц при сопутствующем разрядам ультрафиолетовом облучении, причем избыток образующегося в процессе электроплазменных разрядов озона утилизируют как в самом процессе очистки сточных вод, так и для нужд предварительной обработки и обеззараживания используемого в основном производстве сырья.
5. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что перед обработкой электроплазменными разрядами дополнительно оптимизируют параметры выходящего из биореактора потока сточных вод, осуществляют электрокоагуляцию и электрофлотацию путем обработки оптимизированного потока сточных вод в процессе электрогидрогазоионной стабилизации с последующим отстаиванием, а образующийся (органический) шлам собирают в шламосборник.
6. Способ по п.5, отличающийся тем, что оптимизация выходящего из биореактора потока сточных вод включает оптимизацию температуры за счет теплообмена с возвращаемой очищенной водой, а процесс электрогидрогазоионной стабилизации осуществляют импульсами электрического тока плотностью 5-27 А/м" и частотой порядка 25-1000 Гц с одновременной дегазацией пропусканием озоносодержащего воздуха, и при необходимости вводят коагулянт-катализатор в активном состоянии.
7. Способ по п. 5-6, отличающийся тем, что процесс электрогидрогазоионной стабилизации осуществляют асимметричными квазисинусоидальными импульсами электрического тока.
8. Способ по любому из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что окончательная очистка включает дополнительное наложение внешнего магнитного поля повышенной однородности в процессе импульсного электромагнитного активирования, с предварительным насыщением очищаемой воды избытком образующегося при электроплазменных разрядах озона.
9. Способ по п.8, отличающийся тем, что дополнительное наложение внешнего магнитного поля осуществляют в процессе эжектирования озона с помощью внешних электромагнитов, обеспечивающих напряженность магнитного поля не более 10 Э, а однородность магнитного поля повышают путем локального введения магнитоактивных элементов в поток очищаемой воды.
10. Способ по любому из 5-9 пунктов, отличающийся тем, что собранный в шламосборнике шлам при необходимости подвергают измельчению в процессе обработки электроплазменными разрядами с энергией 50-150 Дж/разряд, τ,, 5-25 μсек и частотой 0,1-10 Гц с возможностью направления образовавшегося мелкодисперсного ила в биоректор анаэробного брожения.
11. Система для осуществления способа экологизации по п. 1-10, включающая гидравлически сообщенные между собой первый оптимизатор параметров потока (2) сточных вод основного производства, биореактор анаэробного брожения (3), средства окончательной очистки сточных вод после анаэробного брожения (5, 6, 7, 8) и средства доочистки (9), причем система снабжена средствами контроля и регулирования параметров сточных вод и шламосборником, отличающаяся тем, что средствами окончательной очистки сточных вод после анаэробного брожения является электрогидрогазоинный стабилизатор (5) и основной реактор обработки электроплазменными разрядами (7) в сочетании с импульсным электромагнитным активатором (8), с возможностью изменения их очередности в зависимости от параметров очищаемого стока.
12. Система по п. И , отличающаяся тем, что средства окончательной очистки дополнительно включают второй оптимизатор параметров сточных вод
(4), причем электрогидрогазоинный стабилизатор (5) сообщен с биореактором анаэробного брожения (3) через второй оптимизатор параметров сточных вод (4), а с основным реактором обработки электроплазменными разрядами (7) - через отстойник-осветлитель (б).
13. Система по п.11-12, отличающаяся тем, что биореактор анаэробного брожения (3) выполнен разборным со специальным полимерным покрытием и использованием элементов из полиэтилена низкого давления; а средства доочистки включают фильтр (9), выполненный как многослойный модуль, содержащий наполнители на основе натуральных минералов и/или инертные наполнители, причем площадь сечения модуля фильтра обеспечивает скорость очищаемого потока не более 1 м/час.
14. Система по п. 10-12, отличающаяся тем, что дополнительно включает второй реактор обработки электроплазменными разрядами (11), работающий как измельчитель органического шлама, собранного в шламосборнике (10) из электрогидрогазоинного стабилизатора (5), отстойника- осветлителя (6), средств доочистки (9), а также органического осадка из первого оптимизатора параметров потока сточных вод (2) и биореактора (3), причем шламосборник (10) сообщен с первым оптимизатором параметров (2) через второй реактор обработки электроплазменными разрядами (11).
PCT/IB2009/000275 2008-02-14 2009-02-11 Способ экологизации технологий пищевой промышленности и система для его осуществления WO2009101528A1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
LT2008013A LT5612B (lt) 2008-02-14 2008-02-14 Maisto pramonės technologijų ekologizavimo būdas ir sistema jam įgyvendinti
LT2008013 2008-02-14

Publications (2)

Publication Number Publication Date
WO2009101528A1 true WO2009101528A1 (ru) 2009-08-20
WO2009101528A4 WO2009101528A4 (ru) 2009-10-15

Family

ID=40956695

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2009/000275 WO2009101528A1 (ru) 2008-02-14 2009-02-11 Способ экологизации технологий пищевой промышленности и система для его осуществления

Country Status (2)

Country Link
LT (1) LT5612B (ru)
WO (1) WO2009101528A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD4217C1 (ru) * 2012-01-23 2013-11-30 Государственный Университет Молд0 Способ анаэробного получения биоводорода из органических отходов

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2513691C2 (ru) * 2012-04-04 2014-04-20 Владимир Викторович Голубев Способ очистки фракции навозного стока преприятий апк, сточной воды жкх и водоканалов с использованием метанового брожения

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94044925A (ru) * 1994-12-27 1996-04-27 ТОО "Полипроф" Устройство для обработки воды электрическими разрядами
RU2061034C1 (ru) * 1994-09-19 1996-05-27 Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Способ ведения процесса метанового брожения
RU2099294C1 (ru) * 1996-10-25 1997-12-20 Скворцов Лев Серафимович Способ глубокой очистки высококонцентрированных сточных вод и устройство для его осуществления
RU2208596C2 (ru) * 1998-02-02 2003-07-20 НОРДЕНСКЙЁЛЬД Райнхарт ФОН Способ и устройство для биологической очистки жидкости с образованием биогаза
LT2002011A (lt) * 2002-02-01 2003-08-25 Piotr ZACHAROV Vandens valymo ir nukenksminimo būdas ir įrenginys
RU2305072C1 (ru) * 2005-11-18 2007-08-27 Николай Иванович Куликов Способ биологического удаления фосфора из сточных вод

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU1246892A (en) 1991-01-21 1992-08-27 Ishkov, Nikolai Vladimirovich Method and device for electroplasma separation of fat and oil from sewage
SU1838415A3 (ru) 1991-11-12 1993-08-30 Bcecoюзhый Haучho-Иccлeдobateльckий Иhctиtуt Гehetиkи И Ceлekции Пpomышлehhыx Mиkpoopгahизmob Cпocoб пoлучehия биoгaзa
LT4590B (lt) 1997-12-31 1999-12-27 Piotr Zacharov Nutekamųjų vandenų valymo ir nukenksminimo būdas ir reaktorius
CZ20003247A3 (cs) 2000-09-06 2002-06-12 Aqua-Z, S. R. O. Způsob zpracování proudu vody a zařízení na jeho realizaci
LT4935B (lt) 2000-09-18 2002-07-25 Aqua - Z, S.R.O. Vandens srauto apdorojimo būdas ir įrenginys

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2061034C1 (ru) * 1994-09-19 1996-05-27 Государственный научно-исследовательский институт генетики и селекции промышленных микроорганизмов Способ ведения процесса метанового брожения
RU94044925A (ru) * 1994-12-27 1996-04-27 ТОО "Полипроф" Устройство для обработки воды электрическими разрядами
RU2099294C1 (ru) * 1996-10-25 1997-12-20 Скворцов Лев Серафимович Способ глубокой очистки высококонцентрированных сточных вод и устройство для его осуществления
RU2208596C2 (ru) * 1998-02-02 2003-07-20 НОРДЕНСКЙЁЛЬД Райнхарт ФОН Способ и устройство для биологической очистки жидкости с образованием биогаза
LT2002011A (lt) * 2002-02-01 2003-08-25 Piotr ZACHAROV Vandens valymo ir nukenksminimo būdas ir įrenginys
RU2305072C1 (ru) * 2005-11-18 2007-08-27 Николай Иванович Куликов Способ биологического удаления фосфора из сточных вод

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
MD4217C1 (ru) * 2012-01-23 2013-11-30 Государственный Университет Молд0 Способ анаэробного получения биоводорода из органических отходов

Also Published As

Publication number Publication date
LT2008013A (en) 2009-08-25
LT5612B (lt) 2009-11-25
WO2009101528A4 (ru) 2009-10-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhen et al. Anaerobic membrane bioreactor towards biowaste biorefinery and chemical energy harvest: Recent progress, membrane fouling and future perspectives
US9845260B2 (en) Treatment of municipal wastewater with anaerobic digestion
JP4982789B2 (ja) メタン発酵による排水処理方法及び装置
CN106830544A (zh) 微电解‑芬顿‑egsb‑a/o‑bco‑baf‑混凝处理制药废水系统
CN106927628A (zh) 微电解—芬顿—egsb—a/o—bco—baf—混凝处理制药废水工艺
CN100371270C (zh) 木薯淀粉生产废水生物处理组合工艺
RU2547491C2 (ru) Способ очистки сточных вод и установка для очистки сточных вод
KR20220078722A (ko) 폐수 처리 시설들에 의해 생성된 슬러지 감소 시스템 및 방법
Werkneh et al. Development of ecological sanitation approaches for integrated recovery of biogas, nutrients and clean water from domestic wastewater
CN204918299U (zh) 生物实验室废水处理系统
CN107986551B (zh) 一种垃圾中转站渗滤液的处理方法
CN102603128A (zh) 一种垃圾渗滤液深度处理回用方法
AU2014262972A1 (en) Wastewater biosorption with dissolved air flotation
Gong et al. Immobilizing Microcystis aeruginosa and powdered activated carbon for the anaerobic digestate effluent treatment
He et al. Advanced organic recovery from municipal wastewater with an enhanced magnetic separation (EMS) system: Pilot-scale verification
CN101781056B (zh) 造纸废水的处理方法
Robles et al. Anaerobic membrane bioreactors for resource recovery from municipal wastewater: a comprehensive review of recent advances
CN112573781A (zh) 利用餐厨垃圾水解酸化液进行低c/n污水脱氮除磷的协同处置系统及处理方法
US20150122709A1 (en) Water treatment system
JP2024147654A (ja) 廃水処理施設で生じる汚泥を減少させるためのシステムおよび方法
KR101157532B1 (ko) 도시 하수 및 저농도 폐수의 혐기성 처리 시스템
Yang et al. Contradictory effects of calcium on biological and membrane treatment of municipal solid waste leachate: a review and process optimization via biogas recirculation
CN114685014A (zh) 一种畜禽养殖废水处理循环系统
CN107445403A (zh) 一种协同处理填埋场渗滤液和焚烧发电厂渗滤液的方法
CN206624744U (zh) 微电解‑芬顿‑egsb‑a/o‑bco‑baf‑混凝处理制药废水系统

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 09709882

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

32PN Ep: public notification in the ep bulletin as address of the adressee cannot be established

Free format text: NOTING OF LOSS OF RIGHTS PURSUANT TO RULE 112(1) EPC (EPO FORM 1205A DATED 22-12-2010 )

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 09709882

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1