способ очистки низкоконцентрированных сточных вод от веществ белок-липидной природы

Формула изобретения

Способ очистки низкоконцентрированных сточных вод от веществ белок-липидной природы, включающий введение растворов коагулянта и флокулянта, перемешивание, выделение осадка, отличающийся тем, что введение растворов коагулянта и флокулянта осуществляют поэтапно: сначала в сточные воды вводят 1%-ный раствор альгината натрия в качестве флокулянта, перемешивают, затем вводят 1%-ный раствор хитозана в качестве коагулянта, причем дозы вводимых флокулянта и коагулянта составляют 25-30 мг/л.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к регенеративным способам очистки низкоконцентрированных (до 300 мг/л) сточных вод, содержащих вещества белок-липидной природы при концентрации белковых веществ в очищаемой воде выше 50 мг/л и концентрации жировых веществ от 50 до 250 мг/л, и может быть использовано при очистке сточных вод предприятий пищевой и рыбной промышленности с возможностью утилизации выделенного продукта.

Известен способ очистки сточных вод от белков и жиров, включающий их обработку раствором фермента пепсина с рН 2,0-2,5, нагревание до 50-60°С и выдерживание сточных вод с раствором пепсина при этой температуре в течение 5 минут, отделение осадка (а.с. СССР, 700461, МПК-2 С02F 1/28. заявл. 11.05.78, опубл. 30.11.79). Степени очистки от жира и белка высокие, а именно: составляют соответственно 99% и 95%. Однако дороговизна и дефицитность фермента пепсина существенно удорожает способ очистки сточных вод.

Известен способ очистки сточных вод предприятий мясной и молочной промышленности, включающий введение в сточные воды в качестве коагулянта отработанного раствора, образующегося в результате очистки поверхности теплообменного оборудования от накипи отходами производства процесса алкилирования, отделение осадка. Доза коагулянта при максимальной степени извлечения взвешенных веществ 96,3% и жиров 95% составляет 125 мг/л (а.с. СССР, 1810307, МПК-5 C02F 1/52, заявл. 26.06.91, опубл. 23.04.93). Способ экономически эффективен за счет снижения себестоимости очистки, но позволяет извлекать в основном жир. Кроме этого, полученный в результате подобной обработки осадок вряд ли можно использовать в качестве корма для животных.

Известен способ извлечения белковосодержащих соединений из жидких отходов, включающий обработку жидких отходов коагулянтом, основным оксихлоридом алюминия (ОХА), в количестве не менее 150 мг сухого вещества на 1 л жидких отходов, осаждение и извлечение примесей (заявка РФ №93049669, МПК-6 C02F 1/52, заявл. 29.10.1993, опубл. 20.06.1996). Однако этот способ позволяет извлекать, в основном, белок. Кроме того, извлеченный белок не может быть использован в кормовых целях, т.к. содержит ионы алюминия.

Известен способ получения белкового продукта из промывных вод, включающий осаждение белковых веществ 2%-ным уксуснокислым раствором хитозана и последующее их выделение (патент РФ 2137390, МПК-6 А23J 1/04, A23L 1/326, заявл. 07.10.1998, опубл. 20.09.1999). Степень извлечения белковых веществ довольна высока и составляет 88-92%. Однако способ позволяет извлекать в основном белок, а не жир.

Известен способ осветления и обезжиривания раствора белкового ферментативного гидролизата, включающий доведение рН раствора гидролизата соляной кислотой до значения не более 6,5, добавление раствора хитозана из расчета 1 г на 50-200 сухих веществ гидролизата, перемешивание, добавление гидрооксида натрия, перемешивание и отделение осадка (патент РФ 2193330, МПК-7 А23J 3/30, заявл. 19.05.2000, опубл. 27.11.2002). Способ эффективно позволяет извлекать из растворов ферментативных белковых гидролизатов липиды и крупные негидролизованные белковые молекулы, при этом в растворе остаются низкомолекулярные белковые молекулы и гидролизованные белковые молекулы. Кроме того, использование в способе неорганических электролитов, соляной кислоты и гидрооксида натрия нежелательно для дальнейшего использования извлеченного осадка в качестве корма для животных.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу очистки является способ очистки сточных вод рыбообрабатывающих предприятий, включающий совместное введение в сточную воду растворов коагулянта и флокулянта, перемешивание и выделение осадка (Трухин Н.В. Очистка сточных вод рыбообрабатывающих предприятий. //Информационный пакет. Серия Обработка рыбы и морепродуктов, 1993, выпуск III (I). Физико-химическая очистка сточных вод, с.10-23). В качестве коагулянтов используют минеральные соединения - сульфат алюминия и хлорид железа трехвалентного. В качестве флокулянта - синтетические высокомолекулярные соединения, полиакриламид или полиэтиленимин. Применение минеральных коагулянтов обеспечивает высокий эффект очистки: концентрация взвешенных веществ снижается на 66-91%, ХПК (химическое поглощение кислорода) - на 50-70%, ВПК (биологическое поглощение кислорода) на 70-80%. Однако выделенный осадок невозможно использовать в качестве добавки в корм для животных из-за наличия в нем ионов металлов. Кроме того, применение электролитов - коагулянтов повышает коррозионную активность сточной воды, а следовательно, не способствует увеличению срока службы аппаратов и трубопроводов очистных аппаратов.

Сточные воды предприятий пищевой и рыбной промышленности представляют собой устойчивую эмульсию жира в воде, стабилизированную веществами белковой природы. Наибольшие затруднения вызывает глубокая очистка воды, содержащей низкие концентрации белка и жира (до 300 мг/л).

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в повышении степени очистки сточных вод от веществ белок-липидной природы, улучшение качества выделенного продукта с целью его дальнейшего использования в качестве корма для животных.

Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе очистки низкоконцентрированных сточных вод от веществ белок-липидной природы, включающем введение растворов коагулянта и флокулянта, перемешивание, выделение осадка, введение растворов коагулянта и флокулянта осуществляют поэтапно: сначала в сточные воды вводят 1%-ный раствор альгината натрия в качестве флокулянта, перемешивают, затем вводят 1%-ный раствор хитозана в качестве коагулянта и выделяют осадок, причем дозы вводимых флокулянта и коагулянта составляют 25-30 мг/л.

Отличительными признаками предложенного способа являются поэтапное введение в сточные воды растворов коагулянта и флокулянта, а именно: сначала в сточные воды вводят 1%-ный раствор альгината натрия в качестве флокулянта, перемешивают, затем вводят 3%-ный раствор хитозана в качестве коагулянта, причем дозы вводимых флокулянта и коагулянта составляют 25-30 мг/л.

Выбор природных полисахаридов в качестве коагулянта (хитозан) и флокулянта (альгинат натрия) обусловлен тем, что процесс агрегирования веществ белок-липидной природы в присутствии макромолекул полисахаридов можно рассматривать как результат агрегирования белковых частиц за счет нейтрализации функциональных групп белковых макромолекул и «мостичного» механизма связывания белковых частиц макромолекулами полисахаридов, а также как результат солюбилизации веществ липидной природы макромолекулами полисахаридов. В результате этих процессов, по всей видимости, образуются своеобразные интерполимерные комплексы, состоящие из жировых и белковых компонентов, связанных между собой полимерными мостиками из макромолекул полисахаридов, что значительно облегчает процесс их флотации. Как показали исследования, добавленный первым альгинат натрия играет роль флокулянта, электростатически взаимодействуя с положительно заряженными функциональными группами белка, в результате чего макромолекулярные цепи белка подвергаются конформационным изменениям с уменьшением степени упорядоченности. Это увеличивает доступность отрицательно заряженных участков белка для добавленного позже хитозана, нейтрализующего заряд молекул белка и выполняющего роль коагулянта. Следствием взаимодействия разноименно заряженных макромолекул флокулянтов является лавинообразное развитие процесса агрегирования, в который вовлекаются и белок-липидные компоненты раствора. При этом образуются интерполимерные хорошо флотируемые, биоразлагаемые комплексы, состоящие из белок-липидных компонентов и полисахаридов.

Предлагаемый способ очистки низкоконцентрированных (до 300 мг/л) сточных вод предприятий пищевой промышленности от веществ белок-липидной природы отличается от существующих схем очистки тем, что в предлагаемом способе очистки используют не традиционные коагулянты, сульфаты алюминия и трехвалентного железа, а природный полимер хитозан. Кроме того, традиционно для интенсификации процесса коагуляции одновременно с коагулянтами вводят небольшое количество флокулянта, обычно вносимые дозы коагулянтов лежат в пределах 100-200 мг/л, а флокулянтов - 5-15 мг/л. В качестве флокулянтов используют на практике высокомолекулярные вещества, особенно широко применяются синтетические полиакриламид и полиэтиленимин, которые ускоряют осаждение частиц в 7-8 раз при их добавлении в количестве 1% (Мукатова М.Д., Кузнецов С.И. Возможные пути очистки производственных стоков. //ЭИ/ЦНИИТЭИРХ Рыбное хозяйство. Сер. Обработка рыбы м морепродуктов, 1984, вып.9, с.711), однако синтетические флокулянты не являются биоразлагаемыми соединениями, что отрицательно сказывается на состоянии водоемов. В предлагаемом же способе очистки агрегирование веществ белок-липидной природы из сточных вод осуществляется в результате поэтапного добавления в воду сначала флокулянта природного полисахарида альгината натрия, а затем после перемешивания коагулянта природного полисахарида хитозана. Причем концентрация полисахаридов в сточной воде составляет 25-30 мг/л, что значительно ниже агрегирующих концентраций традиционных коагулянтов. В результате образуются интерполимерные хорошо флотируемые, биоразлагаемые комплексы, состоящие из белок-липидных компонентов и полисахаридов. Сточные воды, смешанные с растворами полисахаридов, направляются на флотационную обработку. Результаты проведенных исследований показали положительное влияние полисахаридов на состояние активного ила, таким образом, применение полисахаридов не исключает возможности дальнейшей биологической доочистки воды.

Пример. При реализации способа 5 л сточной воды белкового завода очищают от механических примесей. Уровень загрязнения сточной воды по ХПК составляет 150 мг/л. В сточную воду добавляют 12,5 мл 1%-ного раствора альгината натрия (125 мг на 5 л сточной воды), осторожно перемешивают в течение 3-5 мин, затем добавляют 12,5 мл 1%-ного раствора хитозана (125 мг на 5 л сточной воды). Затем сточные воды немедленно направляют в установку напорной флотации. Образовавшийся в результате флотации пенный продукт удаляют механически. ХПК очищенной воды составляет 34 мг/л, т.е. степень очистки составила 77,3%.

Выбранная концентрация полисахаридов в сточной воде обусловлена тем, что при их концентрации менее 25-30 мг/л не достигается значительной скорости агрегирования и степени очистки. При концентрации полисахаридов более 25-30 мг/л скорость агрегирования максимальна, а степень очистки существенно не растет, в связи с чем увеличивать концентрацию полисахаридов экономически невыгодно. Данные об эффективности очистки сточных вод приведены в таблице.

Извлеченные с помощью полисахаридов вещества белок-липидной природы могут быть использованы в качестве кормовых добавок для животных, поскольку полисахариды не только не токсичны и не содержат ионов тяжелых металлов, но и способны оказывать положительное влияние на качество корма. Прошедшая очистку вода не содержит токсичных ионов неорганических коагулянтов и молекул синтетических высокомолекулярных флокулянтов, которые не являются биоразлагаемыми соединениями, а зачастую являются токсичными для микроорганизмов активного ила и водоемов-приемников очищенной воды.

Предлагаемый способ очистки не требует значительного переоборудования существующих технологических линий очистки сточной воды. Кроме того, в результате исключения из технологического цикла неорганических электролитов-коагулянтов снижается коррозионная активность очищенной сточной воды, и, как следствие, увеличивается срок службы аппаратов и трубопроводов.

Таблица Данные об эффективности очистки сточных вод
Концентрация хитозана, мг/л	Концентрация альгината натрия, мг/л
	0	5	15	25	50	75
0	6	6	7	12	24	21
5	18	18	19	35	37	30
15	20	31	44	56	57	55
25	25	35	66	77	56	51
50	31	39	31	58	56	39
75	31	29	34	56	31	30