Водопользование и очистка сточных вод предприятий по переработке овощей и фруктов.
Опыт Германии

Особенности работы предприятий

Работа предприятия по переработке овощей и фруктов имеет такую особенность, как сезонные пиковые загрузки, которые напрямую зависят от сроков созревания тех или иных овощей и фруктов. Для того чтобы предприятие работало круглый год, необходимо вести обработку значительного количества наименований овощей или фруктов. Например, в конце мая – начале лета ведут переработку таких косточковых, как черешня, затем приступают к переработке ягод, например земляники, в конце лета и осенью – слив, груш, яблок. Осенью предприятия занимаются квашением капусты и переработкой свеклы. Зимой производятся пюре и соки из яблок, поставляемых со складов.

При разработке схемы водопользования и обработки сточных вод следует учитывать, что при переработке овощей и фруктов можно выделить два основных производственных этапа: предварительная обработка и консервирование.

Предварительная обработка для различных методов консервирования у большинства продуктов одинаковая. К основным методам предварительной обработки относятся: промывка, очистка, сортировка, удаление кожуры, косточек, семян при необходимости, измельчение, бланшировка, охлаждение.

К технологиям, наиболее часто используемым для второго производственного этапа – переработки, относятся: консервирование, стерилизация с последующим розливом в бутылки или упаковыванием в банки, охлаждение или замораживание (стерилизация выше 100 °C с показателем pH > 4,5 или пастеризация от 71 до 100 °C с показателем pH < 4,5), ферментация, сушка, соление, введение химических консервантов.

В большинстве случаев цель состоит в том, чтобы продлить срок годности (уменьшить склонность к порче) такой продукции или же произвести абсолютно новую продукцию, такую как соки, пюре, варенье. Продукты из сушеных овощей в Федеративной Республике Германии, например из бобов, моркови, лука и петрушки, используются для производства супов. Квашение капусты основывается на процессе сбраживания: фруктоза в белокочанной капусте бродит с помощью бактерий до молочной кислоты.

Удельное водопотребление, а также количество сточных вод и их состав напрямую зависят, во-первых, от того, какая группа растительной продукции подвергается переработке, во-вторых, от применяемых на предприятии мер по водосбережению. Также важными факторами являются установленное на предприятии оборудование и уровень квалификации персонала, работающего на предприятии.

Особенности сточных вод предприятий по переработке овощей и фруктов

Твердые отходы

Большие объемы отходов овощей и фруктов образуются в виде удаленных несъедобных частей и плодов, отбракованных в результате сортировки, классификации и прочих производственных процессов. Большую часть таких отходов можно не утилизировать, а переработать в другие продукты, например: в джемы, биотопливо, корм для животных или компост для использования в качестве удобрения почвы. Твердые и жидкие отходы должны быть отделены друг от друга, например, путем контроля, седиментации, флотации и других.

Сточные воды

На производстве может образовываться большой количество сточных вод, содержащих органические вещества в высоких концентрациях, чистящие средства и отбеливатели, взвешенные твердые частицы. Стоки могут быть загрязнены остаточными концентрациями пестицидов. Сброс сточных вод непосредственно в водоемы не приветствуется, поскольку они могут быть источником загрязнений, наносящих ущерб дикой природе. Объем сточных вод может значительно меняться в сезон.

Если предприятия изготавливают соки и напитки, кроме натурального сырья, применяют готовые фруктовые и овощные концентраты. Возможно дополнительное загрязнение сточных вод после помывки оборудования, аварийных или несанкционированных проливов концентратов.

Максимальное загрязнение сточных вод происходит при очистке, бланшировании и изготовлении квашеной капусты. Вода от очистки является сильно загрязненной органикой (химическое потребление кислорода (ХПК) в зависимости от продукта составляет 10–20 г/л). При щелочной очистке наблюдаются высокое значение показателя pH и высокая солевая нагрузка. Загрязнение при бланшировании поступает при выщелачивании бланшированных продуктов и утечке соковой воды при последующем охлаждении. С возрастающим измельчением сырья значительно увеличивается загрязнение сточных вод. В течение месяца и суток состав сточных вод и рН меняются в зависимости от технологического процесса, протекающего на предприятии. Максимально высокое содержание биологически растворимых органических веществ в сточных водах предприятия наблюдается в период с июня по октябрь.

Сточные воды консервных заводов в основном загрязнены растворимыми и нерастворимыми отходами консервируемых продуктов, соками плодов, овощей, сахарными сиропами, примесями песка, земли и щелочей.

Основные технологические операции при переработке овощей и фруктов представлены в табл. 1.

Нормы водопотребления и повторное использование воды

При промышленной переработке овощей и фруктов образуются сильно загрязненные органикой отдельные потоки сточных вод, состоящие из высокомолекулярных белков, жиров и углеводов. По причине сезонного характера работ как количество сточных вод, так и степень их загрязнения подвержены сильным колебаниям. Отдельные потоки сточных вод могут разделяться по точкам поступления: на промывочную воду, воду от очистки, воду от бланширования, охлаждающую воду, потери при наполнении/розливе, свежую воду, раствор брожения, воду для мойки или воду для промывки. На рис. 1 представлено схематическое изображение процесса промывания в противотоке, что позволяет значительно сократить расход воды на обработку продукции. При применении водосберегающих внутрипроизводственных мер удельное водопотребление должно быть в пределах, представленных в табл. 2.

Рисунок 1 (подробнее) Схематическое изображение процесса промывания в противотоке

Очистка сточных вод

Большинство предприятий, производящих фруктово-овощную продукцию, подключены к канализационной системе (непрямой сброс сточных вод). Значительные сезонные и производственные колебания состава и концентрации требуют от очистных сооружений предприятий высокой гибкости. Минимальные требования к сбросу отработанной воды от фруктово-овощного производства представлены в табл. 3.

Независимо от следующей ступени очистки сточные воды должны сначала подвергнуться механической очистке. Для отделения твердых веществ предлагаются установки для просеивания. Промывные воды должны к тому же проходить через песколовки. Дополнительно перед биологической очисткой, как правило, требуется нейтрализация.

Биологическая очистка

Возможные варианты обработки сточных вод представлены на рис. 2. Сточные воды от промышленной переработки овощей и фруктов очищаются анаэробным и (или) аэробным методом без ограничения. Все известные методы применимы и частично используются на практике. Хорошо зарекомендовал себя прежде всего комбинированный анаэробно-аэробный метод.

Рисунок 2 (подробнее) Варианты обработки сточных вод

Производство фруктового сока

Технология производства фруктового сока позволяет упрощенно разделить этапы производства: промывание, измельчение, осветление, фильтрация, нагревание, охлаждение после нагревания и фасовка.

Промышленные сточные воды состоят из следующих потоков (при определенных условиях некоторые из них могут отсутствовать): сточные воды после очистки бутылок и резервуаров и фасовки, транспортерная и промывочная вода, конденсат вторичного пара, сточные воды из производственных установок, сточные воды после очистки поверхности в производственных цехах и нагруженных продуктами дворовых и производственных площадей предприятия, а также после очистки транспортных устройств. При производстве фруктового сока потери продуктов (прежде всего при потере концентрата плодового сока), а также частичная потеря сахара составляют существенную долю загрязнения сточных вод.

Помимо сточных вод в соковой промышленности образуются взвешенные частицы, фильтрат, осадок при осветлении, выжимки. Из-за высокого потенциала загрязнения эти вещества должны приниматься во внимание при внутрипроизводственных мероприятиях и по возможности утилизироваться раздельно или удаляться.

В соковой промышленности различают предприятия, которые занимаются только розливом, только переработкой и которые как перерабатывают, так и занимаются розливом. Удельные объемы отработанной воды и концентрации загрязнения представлены в табл. 4. Как видно из табл. 4, сточные воды соковой промышленности по отношению к БПК₅ обладают низкими концентрациями азота и фосфора.

Показатель pH может быть от 3,5 до 11,5, причем при контакте продуктов показатель pH в большинстве случаев кислый.

В промышленности по производству безалкогольных напитков большинство предприятий подключены к канализационной системе (непрямой сброс сточных вод). В Германии в 2002 г. было около 465 производителей фруктовых соков, из которых семь осуществляли сброс непосредственно в водоемы.

Фаза нейтрализации

Чтобы иметь возможность соблюдать требования к непрямому сбросу сточных вод, часто необходимо выравнивать пик показателя pH и снижать температуру (предельное значение менее 35 °C). Поэтому установки для предварительной обработки сточных вод нередко охватывают фазы нейтрализации. Из-за высокой стоимости химикатов в большинстве случаев рекомендуется биологическая нейтрализация, например, в аэрируемом смесительном и уравнительном резервуаре. В качестве вымывающего реактора он также может достигать эффективности очистки БПК₅ приблизительно от 5 % (выравнивание суточного потребления) до более 50 % (выравнивание недельного потребления). Должно уделяться внимание и щелочной воде из бутылкомоечных машин, которую при необходимости следует поместить в отдельный резервуар и дозированно подавать на очистку.

На предприятии по переработке и розливу соковой продукции используется, к примеру, установка для предварительной обработки сточных вод перед сбросом в канализацию, описанная ниже.

Вся сточная вода, кроме бытовых сточных вод и охлаждающей воды, собирается и направляется в установку для предварительной обработки сточных вод. Предварительная обработка сточных вод включает: осаждение твердых веществ, выравнивание масс суточного потребления, нейтрализацию в резервуаре и буферной емкости, седиментацию (предварительное осветление) и биологическую очистку в аэрируемой погружной установке с неподвижным катализатором в форме контейнера с вторичным осветлением для осаждения избытка ила.

Отделение твердых веществ производится через барабанное сито с шириной щели 1,5 мм.

Для нейтрализации и буферизации сточных вод используются две емкости. Понижение показателя pH происходит, как правило, при помощи СО₂ в емкости для нейтрализации. Во время производственного сезона необходимы небольшие дозы NaOH для повышения показателя pH в буферной емкости. Из-за однотипного состава питательных веществ сточных вод туда добавляются питательные вещества в виде мочевины и гидрофосфата аммония.

Первичный фильтрационный осадок и избыток ила временно хранятся в резервуаре для хранения ила, отстоянная сливная вода закачивается обратно в установку. Сгущенный ил принимается в коммунальное очистное сооружение, там стабилизируется и вместе с образующимся избытком ила спускается на сельскохозяйственные поля.

Список рекомендуемых мер по водосбережению и водоочистке для предприятий по переработке овощей и фруктов

• Совершенствование систем транспортировки продукции для сокращения или полного отказа от транспортировки продукции и отходов в потоке воды, а также для минимизации риска пролива сырья и воды.
• Сокращение потребления воды для первичной очистки продукции там, где это возможно, за счет использования сухих методов, таких как вибрация с просеивающими приспособлениями, совершенствование методов промывки.
• Рассмотрение варианта использования непрерывного потока или сухих каустических процессов для очистки от кожуры.
• Использование процедур безразборной мойки емкостей и оборудования для уменьшения расхода химикатов, водо- и энергопотребления (безразборная мойка – метод очистки внутренних поверхностей труб, аппаратов, технологического оборудования и запорной арматуры без разборки с использованием одобренных к использованию химических веществ и/или моющих средств при минимальном воздействии на окружающую среду, совместимый с последующими процессами очистки сточных вод).
• Использование кранов с автоматическим запорными клапанами, а также использование воды под высоким давлением и отверстий оптимальной конструкции.
• Разделение охлаждающей воды и технологической воды для организации переработки сточных вод и рециркуляции охлаждающей воды.
• Проведение обследования емкостей-накопителей и очистных сооружений на предмет возможного переполнения и утечек.
• Внедрение процедур, предусматривающих уборку твердого мусора с транспортных средств и поверхностей до намачивания и мытья, например, с использованием скребков, веников и пылесосов.
• Установка (или модернизация) водоочистных сооружений.
• Установка решеток для снижения или предотвращения попадания твердых материалов в канализационные сети.
• Обеспечение сбора и хранения органических отходов отдельно от других отходов, чтобы их можно было использовать при приготовлении компоста или удобрений или для выработки энергии.
• Выбор моющих средств, которые не оказывают отрицательного воздействия на окружающую среду, а также позволяют использовать сточные воды и шлам в сельскохозяйственных целях.

Литература

1. Очистка промышленных сточных вод // Новый журнал. – 2012.
2. Переработка фруктов и овощей: руководство по экологическим и социальным вопросам по отраслям. European Bank for reconstruction and development, 2009.

Статья подготовлена Н. А. Шониной