Утилизация отходов и очистка сточных вод при перегонке виноматериалов в департаменте Шаранта

После каждого цикла перегонки высвобождается большое количество горячей барды в зависимости от емкости куба. Отходы от перегонки вина, которые на выходе из кубов имеют температуру 90°С, содержат помимо элементов, пригодных для использования в качестве удобрения, также винную кислоту в растворенном состоянии.

Когда-то барду обрабатывали известью на тех перегонных заводах, где ее получали, для извлечения виннокислой извести. Последнюю отправляли при посредничестве оптовых торговцев на заводы по производству винной кислоты. Этот способ разработал Ш. Ордонно, он оказался рентабельным ввиду того, что продажа виннокислой извести компенсировала большую часть расходов на приобретение угля, необходимого для перегонки. Сейчас такая переработка сосредоточена на одном заводе.

С 1903 года барду из перегонных аппаратов начали использовать как удобрение, разбрасывая ее поверх навоза. Содержание удобряющих элементов в барде таково, что ими нельзя пренебрегать. Барда но своему составу в значительной мере аналогична навозной жиже. Горячая барда представляет интерес не только вследствие наличия удобряющих элементов, но также и из-за теплоты, выделяющейся при разбрызгивании по навозу и способствующей ферментации искусственного и обычного навоза. Один из владельцев коньячных заводов в районе г. Коньяк с успехом применяет горячую барду для орошения компоста. Тем не менее ее необходимо нейтрализовать гашеной известью, так как кислая среда мешает брожению навоза. Расход извести составляет 1 кг на 1 т барды.

Вопрос об использовании отходов стоит сейчас особенно остро потому, что нельзя игнорировать меры, которые принимаются для защиты окружающей среды против загрязнения как воздуха, так и водоемов. Проблема эта привлекла внимание общественности и правительства Франции, как и многих других стран. Таким образом, в мире происходит как бы все-

общая мобилизация на борьбу с отходами и отбросами всякого рода. Во Франции был издан специальный закон, согласно которому предприятия, производящие сброс отходов во внешнюю среду, относятся к разряду загрязняющих и опасных для здоровья. Обязательное внесение штрафов не освобождало их от обязанностей устанавливать оборудование, обеспечивающее ликвидацию или снижение вредного действия этих отходов.

Для ликвидации вредного действия отходов в Ша- ранте в настоящее время применяются три способа: способ Ревико, способ Осан и разбрасывание винассов на полях.

Способ Ревико, разработанный химическим концерном «Сен-Гобен», состоит в том, что все винассы сосредоточиваются на одном заводе для рекуперации винной кислоты путем осаждения ВКИ и концентрации остающихся загрязняющих веществ путем выпаривания. То, что остается после этой операции, можно использовать в качестве удобрения. От владельца предприятия в этом случае требуется оплачивать лишь часть расходов на транспортировку барды.

Способ Осан заключается в осаждении, или флокку- ляции, взвешенных веществ, очистке жидкой фазы пропусканием через активированный уголь, затем ее разбрызгивают на полях. Винасс должен быть обработан при выходе из куба смешиванием его с известью и тщательно перемешан, а также в одной или нескольких траншеях складирования с помощью извести дозой приблизительно 1 кг на 100 л барды. Сброс отходов следует делать на участках пахотной земли или на регулярно скашиваемых лугах, поверхность которых позволяет разбрызгивать (разбрасывать) их тонким слоем для лучшего окисления, абсорбции или быстрого испарения. Участки должны быть достаточно широкими, чтобы элементы, вносимые со сточными водами в почву, не нарушили равновесия в комплексе удобряющих веществ.

Таким образом, с целью решения указанных задач фирмы, входящие в район г. Коньяк, построили на паях завод по утилизации барды. Остановимся на краткой технологии этого процесса.

Поступающая барда, как уже было сказано, частично выпаривается, после этого из нее извлекают тартрат кальция, а затем получают компост, который используют для удобрения почвы. В компост и стоки добавляют сульфатное железо для предотвращения хлороза почвы.

Как видно, деятельность предприятия связана не только с получением винной кислоты. Завод по утилизации коньячной барды в г. Коньяк выпускает до 10% всего количества виннокислого соединения, получаемого во Франции, но, что особенно важно, работа направлена в первую очередь на защиту окружающей среды, и она полностью отвечает требованиям органов здравоохранения Франции.

В Шаранте, где расположено около 2500 предприятий, вырабатывающих коньячный спирт, ежегодно образуется примерно 36 млн. дал коньячной барды. Количество вредных веществ, содержащихся в этом объеме ви- насса, эквивалентно загрязнению от сточных вод города с населением 1 млн. человек. Поэтому по требованию законодательства Франции в 1974 году принято решение о строительстве крупного специализированного завода по переработке винасса. Технологическая схема производства основана на применении установок, выпаривающих вннассы с промежуточным осаждением винной кислоты.

Предприятие обслуживает все спиртокурочные цехи, расположенные в радиусе 60 км от г. Коньяк. Перевозка винассов с заводов, расположенных за пределами этого радиуса, считается экономически не выгодной из-за высоких транспортных расходов. В качестве транспортных средств используются автопоезда с пластмассовыми армированными цистернами. Автопоезда снабжены радиопередатчиками для постоянной связи с винзаводами, что позволяет оперативно регулировать движение автомашин. Завод вырабатывает ежемесячно до 2 тыс. т ВКИ. Выработка глицерина и фурфурола из винасса на этом предприятии является нерентабельной, поэтому эти продукты не производят. Завод вырабатывает раскисленные концентраты, используемые в качестве удобрений в виде компостов в смеси с измельченными бытовыми отходами. Доходы от сбыта ВКИ и компостов обеспечат, по мнению руководства завода, достаточно высокую эффективность предприятия, и средства, затраченные на их строительство, окупятся за несколько лет.

Коэффициент выхода ВКИ зависит от концентрации винной кислоты в исходном компоненте (винассе), поступающем на переработку.

Нормативы чистоты в отношении винной кислоты очень строгие, так как, помимо других отраслей, она используется также в фармацевтической и пищевой промышленности. Следовательно, предприятия по производству винной кислоты стремятся иметь ВКИ с наименьшим процентом примесей. Продукт, выпускаемый заводом «Ревико», имеет чистоту, равную 57%, и пользуется большим спросом.

Строительство завода «Ревико» по переработке отходов является уникальным примером решения в таких масштабах и для определенной отрасли проблемы борьбы с загрязнением окружающей среды. Это стало возможным благодаря объединению ресурсов предприятий, специализирующихся на выработке коньячного спирта. Кроме того, были произведены основательные и глубокие исследования, позволившие получить точные данные о необходимых затратах и тщательно разработать все ступени технологического процесса. Важную роль сыграло в этом тесное сотрудничество между объединением, заводом и подрядчиком — проектно-строи- тельной фирмой, получившей полную свободу действий и несшей всю ответственность за строительство такого завода.

Отходы от переработки загрязняющих веществ нашли здесь естественное применение, которое не только обеспечивает надежный сбыт, но и способствует снижению себестоимости. При этом эксплуатационные расходы покрываются доходами. Стоимость капиталовложений, приведенных к килограмму удаленной БПК5 вполне приемлема.

36 млн. дал коньячной барды, добранной почти со всех коньячных заводов Шаранты за период сезона спиртокурения, дает при среднем значении БПК5 30 000 ежедневный сброс 60 т. К ним нужно прибавить загрязнение нерастворимыми отходами в виде дрожжевого осадка, что повышает вышеупомянутое значение примерно еще на 5000.

После целой серии всесторонних анализов работники научного центра г. Коньяк провели большое число опытов сначала в лаборатории, а затем на микроустановках с целью определения исходных данных для проектирования.

Изучены лабораторные и технологические способы с применением статической декантации и центрифугирования, электрофлотации, биологической очистки аэробного и анаэробного типа и т. д. Выявилось, что перегонка с промежуточным осаждением ВКИ является единственным способом, который можно считать рациональным по следующим причинам: возможность особо эффективной очистки (выход более 95%), гибкость эксплуатации, позволяющая быстро переходить с одного режима работы на другой, и относительная простота приведения установки в рабочее состояние.

Перегонка коньячных виноматериалов на коньячный спирт ставит ряд технических и экономических проблем, которые после тщательного изучения удалось решить. Мощность оборудования нужно было определить на основе экономически оптимальной стоимости очистки. Основными параметрами в этом случае являются, с одной стороны, минимальная стоимость (на тонну продукции) очистки на более крупной станции, но, с другой стороны, большие расходы на транспортирование винассов, которые в этом случае должны доставляться к месту переработки со многих заводов Шаранты.

В результате было найдено оптимальное решение о создании установки, обеспечивающей значительную часть хозяйств, находящихся на расстоянии не более 60 км. При этом была поставлена задача снизить затраты на их изобретение за счет извлечения и использования продуктов, находящихся в коньячной барде.

Данные состава винасса лаборатории научного центра г. Коньяк следующие: сухой экстракт — 30 г/л, нерастворимые вещества—1 г/л, винная кислота — 5— 6 г/л, янтарная кислота—0,5—1 г/л, молочная кислота— 2—3 г/л, лимонная и яблочная кислоты — 0,05 г/л, рН— 3, глицерин — 6 г/л, нерастворимые вещества, вносимые дрожжевым осадком, — 5 г/л.

Если выход при рекуперации равен 90%, тогда все количество винной кислоты, извлекаемое из винасса в г. Коньяк за год, составляет 1900—2000 т, которое в прошлом безвозвратно терялось (все производство его во Франции составляет 20 тыс. т в год). Совокупность других растворимых продуктов, извлеченных в виде отхода, дает приблизительно 500 г/л сухого вещества. Эти концентраты используются в хозяйстве Франции как удобрения.

В настоящее время в Шаранте продолжаются опыты по применению компоста в качестве сельскохозяйственных удобрений.

Побочные продукты виноделия позволят после извлечения и переработки их получать дополнительные удобрения для виноградников, площади которых сейчас реконструируются и расширяются. Эти концентраты (компосты) применяются в смеси с извлеченными бытовыми отходами для удобрения виноградников и развития саженцев в первые годы после посадки.

Как известно, коньячная барда выходит из перегонных аппаратов с температурой до 90°С. Во избежание риска биологической эволюции время накапливания винасса не должно превышать 48 часов, в противном случае может произойти частичное разрушение винной кислоты (разлагающейся на уксусную и пропионовую кислоты), что в свою очередь привело бы к резкому уменьшению количества ВКИ, извлекаемой при ее переработке, а также к снижению рентабельности.

Чтобы добиться более высокой производительности всасывающего устройства, был разработан механизм для создания вакуума в емкостях путем отсасывания воздуха из них непосредственно моторами автотягачей, снабженными специальным предохранительным устройством. Таким путем удалось довести время наполнения цистерны емкостью 20 м3до 12 минут. Слив содержимого на станции производится в приемный желоб и организован так, что машины разгружаются без разворотов и, если необходимо, то и без остановки.

Па заводе «Ревико» для утилизации винасса принимается не только чистая барда после отстаивания, но также и смесь ее с дрожжевыми осадками, что повышает содержание взвешенных веществ до 5 г/л. Это означает дополнительную концентрацию нерастворимых веществ порядка 12 т в день и приблизительно такой же массы БПКб, что сразу же повысило очистную мощность завода примерно на 15%. Чтобы предотвратить поступление нерастворимых частиц крупных размеров в агрегаты и их порчу от засорения, специалисты завода «Ревико» предусмотрели осветление винасса, удаление из него песка, а также первичную декантацию, которая питает бассейны, расположенные выше завода (емкость 5000 м3), концентрацию декантированного шлака путем центрифугирования. Отстойный фильтр статического типа очищается скребковым приспособлением из нержавеющей стали, действующим по заданной программе.

Предварительная химическая обработка ВКИ. Осветленный винасс поступает со скоростью 90 м3/ч в испарительную установку из четырех агрегатов. В блоке с установкой, потребляющей большое количество электроэнергии, смонтирован турбогенератор переменного тока, вырабатывающий энергию на месте, что делает завод почти полностью независимым от государственной сети энергоснабжения. Котельная завода вырабатывает перегретый пар под давлением 24 бара, которое при использовании в испарительной установке понижается до 4 бар.

Первый агрегат работает под давлением, остальные три в условиях всевозрастающего вакуума с перепадом температуры от 150 до 50°С. При этом выделяется большое количество тепла, что позволило снизить удельное потребление пара и довести расход топлива до минимума. При определенной, точно установленной концентрации в ходе выпаривания производят слив остатка. Эти полуконцентраты доводят до требуемой температуры и рН.

На предприятиях перерабатывается большое количество отходов, поэтому выявилась необходимость разработать для этого этапа технологический процесс, который был бы непрерывным и в то же время обеспечивал кратковременные задержки для создания наилучших условий рекуперации виннокислых соединений.

С этой целью была проведена серия опытов сначала в лаборатории, а затем на полупромышленной установке, чтобы определить точные технологические условия. Прежде всего важно было получить высокий выход осаждения не только для повышения рентабельности завода, но также для того, чтобы ограничить риск выпадения из жидкости кристаллов на последнем этапе концентрации и получить остаток для компостов в наиболее подходящем виде.

Затем необходимо было добиться образования кристаллов в достаточно низком гранулометрическом диапазоне. Действительно, производительность рекуперации на центрифуге непрерывного действия резко падает, если размеры зерен оказываются ниже определенного значения. Но, с другой стороны, для кристаллов, выходящих за пределы некоторых размеров, превалирующим .становится риск закупоривания трубопроводов и преждевременного износа деталей аппаратуры.

К основному оборудованию добавлены высосная станция производительностью 600 м3 ч, установка для подготовки воды, аппаратура для осветления и промежуточного отстаивания, устройство для рециркуляции, опорожнения и промывки аппаратов, различное оборудование для общих служб.

ВКИ отделяют, сушат и отправляют пневматическим транспортером в складской бункер с полной автоматизацией всех операций. Затем растворы, из которых удалена ВКИ, подвергают повторной концентрации в блоке испарителей и после этого — в установке для доводки концентратов. Таким образом, вместе с испарителями число корпусов, которые проходит продукт, достигает пяти.

Жидкость, сухой экстракт которой должен быть порядка 500 г/л,'поступает в наружные бассейны завода для последующей отправки в места приготовления ком- постов. ВКИ направляют на заводы по производству винной кислоты.

Весь комплекс спроектирован как типовое предприятие, расположенное в трех параллельных линиях: общие службы, концентрация сырья, химическая обработка. Автоматизация и программирование технологических процессов обеспечили управление производством с центрального пульта группой специалистов в количестве всего трех человек, помимо, разумеется, службы транспорта (гаражи и мастерские расположены на территории завода).

При нормальной работе отходы содержат менее 5% концентрации загрязнения у винассов. Остаточная БПК5 состоит из легких и летучих частиц, которые дистиллируются во время концентрирования. Несмотря на уже достигнутые результаты, фирма «Ревико» добивается еще большего снижения остаточной загрязненности при точном выполнении условий хранения вкнасса на коньячных заводах, предусмотренных технологическим процессом, а именно: сокращение времени между получением винасса и отправкой его на завод; высокая чистота буферных бассейнов с целью предотвращения развития биологических изменений и превращения винной кислоты в уксусную и пропионовую кислоты.

Поскольку винная кислота не дистиллируется, ее разложение на упомянутые выше две органические кислоты, которые переходят в дистиллят во время концентрирования, ведет к повышению загрязненности сбрасываемых стоков. Соблюдение условий предварительного складирования винассов повышает степень очистки их на заводе и одновременно снижает себестоимость продукта за счет извлечения дополнительного количества ВКК.