В последние годы все большее значение приобретает проблема охраны окружающей среды, и прежде всего водных объектов, от загрязнения производственными сточными водами. Одним из самых распространенных источников загрязнения водоемов является пищевая промышленность, в том числе – предприятия молочной отрасли. Основные загрязнения сточных вод молокозаводов состоят из потерь молока и молочной продукции; отходов производства; реагентов, применяемых при мойке тары; примесей, смываемых с поверхности тары, оборудования, полов и др. Молоко и молочные продукты являются сложными коллоидно-дисперсными системами, содержащими полисахариды и высокомолекулярные белковые соединения, а также соединения азота и фосфора. Именно с этим связан тот факт, что производственные сточные воды с молочных предприятий можно отнести к группе стоков с высокой концентрацией органических загрязнений. В настоящее время наиболее широкое распространение применительно к сточным водам предприятий молочной промышленности получила биологическая очистка. Однако вследствие специфики стоков молокозаводов (высокой концентрации жиров), требуется предварительная очистка сточной воды механическим и физико-химическим способами очистки. При отсутствии указанных стадий очистки «лишние» жиры «залепляют» поверхность активного ила биологических очистных сооружений, что препятствует свободному доступу кислорода для дыхания и может привести к его гибели. При механической обработке сточных вод предприятий молочной отрасли удаляются крупные частицы жира (нерастворенные жиры) и взвешенных веществ. Что же касается коллоидной жировой фазы (эмульгированные жиры), а также тонкодисперсных взвешенных веществ, то они могут быть извлечены из стока только посредством физико-химической очистки методом флотации, при этом наиболее эффективной считается реагентная напорная флотация. В качестве реагентов используют коагулянты, нейтрализаторы и флокулянты. Коагулянт – это реагент, позволяющий за счет своего большого положительного заряда добиться дестабилизации (разрушения) коллоидной системы сточной воды, тем самым укрупняя мелкодисперсные частицы в более крупные микрофлокулы. Традиционно используются коагулянты на основе оксихлорида и сульфата алюминия, хлорида и сульфата железа (III). Сточная вода молочных производств помимо перечисленных выше особенностей характеризуется колебаниями значений водородного показателя рН, которые связаны с режимом работы предприятия и видом используемых моющих реагентов. Для обеспечения наиболее эффективной работы коагулянтов и флокулянтов необходимо поддерживать величину pH в оптимальном диапазоне за счет дозирования в сток нейтрализующих реагентов: кислоты или щелочи. Флокулянт – это органическое полимерное высокомолекулярное вещество, имеющее длинные цепочки, состоящие из большого числа мономеров. Процесс флокуляции нацелен на укрупнение микрофлокул, образованных в ходе коагуляции, и обеспечение их устойчивости, тем самым усиливая действие коагулянта. В основном, для очистки сточной воды используются синтетические флокулянты, которые по заряду подразделяются на анионные, катионные, амфотерные и неионогенные. Из приведенной выше информации становится понятно о большом разнообразии реагентов, которые могут применяться для очистки сточной воды. Поэтому наиболее значимым является установление такого сочетания реагентов, позволяющее обеспечить высокое качество очистки стока при небольших дозировках реагентов. Так, нами были проведены исследования на реальной сточной воде одного из молокозаводов России. Цель исследований – подбор альтернативных реагентов, которые обеспечат лучшее разрушение коллоидной системы, разделение фаз, сокращение эксплуатационных затрат, в отличие от применяемых в настоящий момент реагентов на одном из предприятий молочной отрасли. Исследования включали в себя ряд различных опытов, в результате которых тестировались все возможные варианты для получения наилучшего результата очистки сточных вод. Данные опыты основаны на добавлении коагулянта в пробу, за счет чего происходит процесс коагуляции и укрупнения частиц. Затем для образования более крупных и стабильных флоккул в пробу добавляется флокулянт. В процессе проведения тестов отслеживались следующие параметры: размер и стабильность флоккул, скорость разделения фаз, чистота надосадочной воды, количество осадка, мутность. В ходе опытов по флокуляции / осаждению исследовались эффективность работы коагулянтов (ECSO® 8610ЕА (коагулянт на основе алюминия), гидроксохлорид алюминия, применяемый сейчас на предприятии) и свежеприготовленных флокулянтов в виде раствора концентрацией 0,1% (Флокулянт Х и стандартные флокулянты производства EnviroChemie). Флокуляционные тесты проводились параллельно на двух магнитных мешалках с целью сравнения результатов тестов. Помимо внешнего состояния проб исходного и очищенного стока также анализировалась мутность надосадочной воды с использованием мутномера Hanna HI 98703. Внешний вид пробы исходной сточной воды приведен на рис. 1. Отметим, что значение pH пробы воды до реагентной обработки составляет 8,3, а мутность – 571 NTU.

Первоначально исследовалась эффективность работы коагулянтов. Выше отмечалось, что для сравнения использовались коагулянт производства EnviroChemie ECSO 8610EА и коагулянт гидроксохлорид алюминия, используемый сейчас на предприятии. На рис. 2 приведены результаты сравнительных тестов работы коагулянта, используемого в настоящий момент на предприятии, и коагулянта ECSO® 8610ЕА при их одинаковых дозировках 0,5 л/м3. Также в пробу воды добавлялась одинаковая дозировка флокулянта Envifloc® 5110 – 0,6 л/м3 (0,1 % раствор, 1 г/л).

Качество надосадочной воды определялось с использованием мутномера Hanna HI 98703. При измерении мутности шприцом отбирался раствор, находящийся в 1 см от поверхности пробы. Так, в пробе воды с текущим коагулянтом на основе алюминия мутность составила 94,7 NTU, в пробе с коагулянтом ECSO® 8610ЕА – 7,8 NTU. Также были проведены флокуляционные тесты, направленные на установление дозировки коагулянта ECSO® 8610EA, обеспечивающей качество очистки стока, аналогичное текущему коагулянта. В ходе исследований было установлено, что дозировка реагента ECSO® 8610ЕА – 0,2 л/м3 (рис. 3) по качеству очистки соответствует дозировке текущего коагулянта 0,5 л/м3. Мутность надосадочной воды составила 96,2 NTU.

Использование флокулянта Envifloc® 5110 (рис. 4б) при дозировке 0,6 л/м3 обеспечивает формирование крупных стабильных флоккул, лучшее разделение фаз и качество надосадочной воды (мутность 75,2 NTU) по сравнению с результатом работы Флокулянта Х (рис. 4а), используемого в настоящий момент на очистных сооружениях, при той же дозировке (мутность – 112 NTU). Для того, чтобы установить дозировку Флокулянта Х, обеспечивающее качество флокуляции, как в случае с полимером Envifloc® 5110, был проведен дополнительный тест. Так, результаты показали, что при дозировке текущего реагента 1,0 л/м3 происходит образование крупных стабильных флоккул, при этом мутность надосадочной воды составляет 91,2 NTU (рис. 5). Чтобы иметь возможность оценить экономическую эффективность использования новых реагентов, мы привели ряд таблиц, в которых обозначены те параметры, из которых складываются затраты на 1 м3 сточной воды. Так, в табл. 1 приведены основные параметры, на которые следует опираться при расчете затрат на 1 м3 стока при использовании коагулянта. Отметим, что затраты формируются за счет перемножения всех параметров, указанных в таблице. Мы не стали указывать стоимость реагентов, вместо этого мы привели просто символ. Из табл. 1 видно, несмотря на то, что стоимость реагента ECSO® 8610ЕА выше, чем стоимость коагулянта, используемого в настоящее время на предприятии, за счет снижения дозировки на 60 % становится экономически более выгодно использовать коагулянт ECSO® 8610ЕА. Помимо этого качество очистки сохраняется.

Таким образом, затраты на реагенты (коагулянта и флокулянта) на очистку 1 м3 сточной воды при использовании реагентов производства EnviroChemie составляют – 3,8 /м3, а при использовании текущих реагентов – 5,25 /м3. Стоит заключить, что при выборе реагента, используемого для очистки сточной воды, некорректно ориентироваться только на стоимость реагента, также необходимо учитывать их дозировку, концентрацию.