Очистка сточных вод винодельческих заводов

На Бельцком производственном объединении, в состав которого входят заводы первичного и вторичного виноделия, а также коньячное производство, особенно загрязнены сточные воды цехов утилизации барды после переработки выжимок, дрожжевых осадков и сточные воды (барда), полученные в результате перегонки виноматериалов на коньячный спирт.

Сточные воды представляют собой устойчивую коллоидную систему, содержащую большое количество взвешенных веществ, а также все нелетучие органические и минеральные компоненты, присущие исходному вину в растворенном состоянии.

Для очистки барды применяют методы фильтрации, центрифугирования, сочетание адсорбции, коагуляции и фильтрации, отстаивание, нейтрализацию, а также аэробные и анаэробные биологические методы. В результате этого удалось очистить барду по БПК на 75% при применении физико-химических методов и на 87% — при очистке барды в анаэробных условиях и работе реактора в течение 30 дней.

На Бельцком винно-коньячном комбинате, как было указано, раньше барда (винасс) получалась в результате отгонки коньячного спирта из виноматериалов с одновременным извлечением ВКИ на ионообменной установке без предварительной ее очистки. В таком виде она сбрасывалась в городскую канализацию. Наличие больших количеств взвешенных и красящих веществ приводили к быстрому насыщению ионообменных фильтров, их загрязнению, а также к снижению выхода ВКИ.

В 1975—1976 гг. сотрудниками Института химии АН МССР (В. Ропот, Г. Стратулат, В. Руссу) совместно с рационализаторами Бельцкого объединения (В. Белейчук, Г. Руссу, Н. Брандис) были проведены исследования по выявлению степени загрязненности коньячной барды и разработке методов ее очистки. Взвешенные вещества определялись методом фильтрования через мембранные фильтры, а легко осаждающиеся — в воронке Имгоффа. Для определения ХПК применяли бихрома- тометрический метод, а БПК определяли на приборе

респирометр. Некоторые компоненты, в частности фенольные вещества и спирты, определялись на газовом хроматографе.

В таблице 1 приведены результаты анализа винной барды до и после извлечения ВКИ.

Как видно из таблицы 1, в винной барде остаются большие количества таких органических соединений, как фенольные соединения, высшие спирты, органические кислоты, сахара, глицерин и другие, которые содержатся в вине и не подвергаются перегонке со спиртом, а также мало разрушаются при нагревании. Некоторые из них трудно окисляются и не подвергаются биологическому разрушению. Характерной особенностью винной барды является то, что в ней находятся во взвешенном и коллоидном состоянии мелкодисперсные примеси (по всей вероятности, денатурированные белковые вещества), не осаждающиеся в воронке Имгоффа даже в течение суток. Барда представляет собой устойчивую коллоидную систему, в которой через сутки при комнатной температуре начинается процесс загнивания.

Эти стоки содержат различные органические и минеральные компоненты (органические кислоты, сахара, глицерин, соли, фосфор, калий, микроэлементы), которые, как было указано выше, являются загрязнителями для этих стоков.

В загрязненных стоках (винассе) находятся в основном нерастворимые вещества. Основная масса этих соединений — органического происхождения (кислоты, альдегиды и др.), и многие из них способны изменять свой химический состав под воздействием микроорганизмов. Такая эволюция может происходить непосредственно при одном из двух процессов: аэробном, то есть в присутствии кислорода, это явление лежит в основе способности самоочищения речных вод; анаэробном, если содержание кислорода в растворе недостаточно для анаэробного окисления, при этом обычно выделяются неприятные запахи.

Микроорганизмы, необходимые для таких процессов, находятся в земле или в естественных водоемах (реки, озера). Они размножаются в присутствии питательных веществ, содержащихся в винассах. В результате происходит поглощение кислорода, растворенного в речной воде, его концентрация постепенно снижается, что вызывает серьезную опасность для жизни рыб.

Эти процессы происходят в любых стоках, содержащих биологически разложимые продукты.

При решении вопросов очистки вод от загрязнения учитываются характерные свойства винассов: существование очень разнообразных продуктов (некоторые из них могут быть токсичными), степень концентрации органических веществ, низкий рН (что может вредить флоре и фауне), нерастворимость, ведущая к закупорке почвы, и повышенная температура.

В практике очистки сточных вод и водоподготовки в качестве дешевых сорбентов находят применение бентонитовые глины. Виноделам хороши известны адсорбционные свойства бентонитов, которые применяются в процессе оклейки вин против белковых помутнений.

В лабораторных условиях был разработан физико- химический метод предварительной очистки винной барды с использованием в качестве сорбентов бентонитовых глин Асканского месторождения Грузинской ССР и Ларгуцкого месторождения Молдавской ССР с последующей коагуляцией взвешенных частиц бентонитов адсорбированными на их поверхности загрязнениями раствором полиакриламида (FIAA).

Так как бентониты обладают большой поверхностью адсорбции в диспергированном состоянии, то предварительно были приготовлены 20%-ные бентонитовые суспензии. В винную барду добавляли эту суспензию из расчета 2 г бентонита на 1 л жидкой фазы. Проба перемешивалась интенсивно в течение 15—20 минут, после чего оставлялась в покое. В системе наблюдалась сла- бовыраженная флокуляция окрашенных адсорбированными красителями частей бентонита, которые оседали с малой скоростью. Резкой грани между осадком и над- осадочной жидкостью не наблюдалось. Такую систему можно разделить на две фазы только интенсивным центрифугированием. Фильтрование подобной системы затруднено из-за быстрого засорения фильтров. Поэтому для увеличения скорости процессов седиментации, которая по закону Стокса прямо пропорциональна радиусу оседающих частиц, была применена их флокуляция при помощи ПАА. Добавление небольших количеств ПАА вызывает интенсивную флокуляцию частиц, что в свою очередь значительно ускоряет процесс разделения очищенной системы на две фазы. На рис. 9 и 10 показан выбор оптимального количества добавляемого бентонита для максимального снижения ХПК очищенной винной барды (выбор такого показателя для оценки качества очистки барды иродик- тован тем, что оценка по снижению содержания в очищенной барде тех или иных составляющих затруднена из-за многокомпонентности системы), а также выбор оптимального времени перемешивания барды с бентонитом (до установления равновесия).

Как видно из рисунков, оптимальное количество добавляемого бентонита должно составлять 1,5—2 г на 1 л винной барды, время перемешивания для установления адсорбционного равновесия— 15—20 минут.

В связи с тем, что после предварительной очистки бентонитами винная барда должна подвергаться извлечению ВКИ на ионитах, необходимо было выяснить степень адсорбции винной кислоты на бентонитах. Проведенные лабораторные опыты по изучению кинетики адсорбции винной кислоты из водных растворов, содержащих 3,0 г винной кислоты на 1 л, показали, что на 2 г бентонита адсорбируется 'всего 2,5% винной кислоты. В барде адсорбция винной кислоты уменьшается до 1%. так как поверхность быстро насыщается адсорбированными веществами и красителями.

Рис. 1. Зависимость снижения ХПК барды от  значения ХПК количества добавленного в нее бентонита

Рис. 2. Кинетика снижения очищаемой коньячной барды.

Разработанный в лабаторных условиях метод предварительной очистки барды был испытан в производственных условиях на головном предприятии Бельцкого производственного объединения. Применение бентонитовых глин в сочетании с ПАА позволило уменьшить содержание взвешенных веществ на 90—95% и снизить концентрацию загрязнений по ХПК на 30—35% (за счет частичной адсорбции фенольных веществ, высших спиртов и других загрязнений).

В 1975 году на Бельцком заводе были построены и введены в эксплуатацию локальные очистные сооружения (рис. 11). Винная барда насосом перекачивается в резервуар-смеситель. В отдельной емкости готовится 20%-ная бентонитовая суспензия, которая дозируется из расчета 2 г на 1 л барды. После интенсивного перемешивания в течение 10—15 минут из отдельного резервуара дозируется 0,2%)-ный раствор ПАА из расчета 0,05—0,1 мл на 1 л барды. Слабое перемешивание в течение 3—5 минут приводит к образованию объемистых хлопьев частиц бентонита с адсорбированными на их поверхности загрязнениями. Полученная смесь перекачивается в вертикальный отстойник, где осадок отделяется декантацией, а затем сбрасывается в сборник и вывозится в отвал. Для обезвоживания осадка предусмотрено установление пресс-фильтра ФПАКМ. Лабораторные опыты показали, что полученный осадок может

Рис. 3. Принципиальная схема очистки коньячной барды:

1 — накопитель; ? — резервуар-смеситель: 3— резервуар: 4 — резервуар; 5 — отстойник: С — ионитовые колонки; 7 — колонка с активированным углем.