Підвищення екологічної безпеки харчових виробництв шляхом очищення та утилізації рідких відходів

Abstract

Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 101 – «Екологія». – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України, м. Харків, 2021. Дисертаційну роботу виконано на кафедрі Хімічної техніки та промислової екології Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут» Міністерства освіти і науки України. Об’єктом дослідження є процеси очищення стічних вод харчових виробництв з порівнянням ефективності методів очищення стічних вод після миття картоплі для підвищення екологічної безпеки підприємств. Предмет дослідження – рішення питань екологічної безпеки при очищенні стічних вод харчових підприємств та розробці обґрунтованої схеми очищення стічних вод після миття овочевої продукції. Дисертаційне дослідження присвячене пошуку раціональних умов очищення стічних вод до норм водовідведення у міську каналізацію, а також пошук інноваційних екологічно безпечних рішень щодо вторинного їх використання на виробництві шляхом повторного їх використання із застосуванням фізико-хімічних методів коагуляції розчинних та завислих домішок, а також флокуляції дрібнодисперсних часток забруднень води з подальшим її освітленням. У вступі обґрунтовано наукову актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету і задачі, визначено об’єкт, предмет і методи дослідження, показано зв’язок роботи з науковими темами, сформульовано наукову новизну та наведено практичне значення отриманих результатів. Перший розділ присвячено комплексному аналізу науково-технічної інформації щодо сучасних методів очистки, стічних вод харчових та підприємств. Визначено основні фактори впливу на навколишнє природне середовище стічних вод харчової промисловості. Проаналізовані сучасні методи очищення стічних вод. Виявлено, що складність очищення таких стічних вод обумовлена полідисперсним складом забруднень та поєднанням органічних, неорганічних розчинних і нерозчинних сполук, які утворюють стійкі колоїди та дисперсні системи. Встановлений перспективний метод підвищення екологічної безпеки підприємств харчової та переробної галузі є створення замкнених водооборотних схем та повторного використання очищеної води у виробництві, наприклад, для миття овочевої продукції. У другому розділі проаналізовано склад стічних вод, харчових виробництв, описані методи відбору проб та методики дослідження характеристик води та способів експериментальної їх очищення в лабораторних умовах. Описані характеристики зразків реальних стічних вод виробництва картопляних чипсів, в результаті аналізу були встановлені, основні забруднюючі речовини. Склад стічних вод і їх властивості оцінювались за результатами санітарно-хімічного аналізу. Було запропоновано методику експериментального дослідження по очищенню стічних вод озонуванням. Всі експериментальні роботи з модельними зразками стічних вод проводилися в лабораторії кафедри хімічної техніки та промислової екології НТУ «ХПІ» та також в лабораторії кафедри промислової та біомедичної електроніки. Третій розділ присвячений результатам досліджень способів очищення стічних вод після миття овочей та аналізу закономірностей коагуляції та флокуляції модельних зразків стічних вод. Визначені розрахункові залежності з отриманих результатів експерименту, які свідчать що концентрація озону впливає значно сильніше ніж час обробки, а також для менших концентрацій, що після 5 хвилин обробки починається різке зменшення показників загального мікробного числа. У четвертому розділі були встановлені закономірності очищення стічних виробництва картопляних чипсів. За отриманими аналітичними даними надані такі висновки: – проведено аналіз зразків стічних вод виробництва картопляних чипсів; – встановлені методи очистки, які дозволяють отримати прозору воду, придатну до повторного використання для миття картоплі; – визначено що для порушення стійкості дисперсної системи виявився коагулянт – сульфат алюмінію в кількості 250 мг/л. Для інтенсифікації осідання скоагульованих пластівців завислих часток підібрано неіоногенний флокулянт, який рекомендовано дозувати після введення коагулянту в кількості по 2,5 мл/л; – встановлено залежність зміни швидкості осадження флокул від кількості флокулянту; – проведено аналіз освітленої води, який свідчить про зниження концентрації завислих часток до 26 мг/л та зменшення ХСК та БСК5 до значень 262 мг/л та 176 мг/л відповідно; – запропоновано схему очищення стічної води після миття картоплі, яка складається з попереднього проціджування, реагентної обробки, освітлення води та зневоднення осаду. У п’ятому розділі наведено науково-обгрунтовані рекомендації вибору технології обробки стічних вод харчових виробництв задля зменшення негативного впливу на довкілля та вторинного використання стічної води. Запропонована екологічно безпечна технологічна схема очищення стічної води з можливістю її вторинного використання після миття плодоовочевої продукції. Запропоновано рекомендації щодо екологізації харчових виробництв.Dissertation for the degree of Doctor of philosophy in specialty 101 – «Ecology». – National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute» of the Ministry of education and science of Ukraine, Kharkiv, 2021. The dissertation work was performed at the Department of Chemical Engineering and Industrial Ecology of the National Technical University «Kharkiv Polytechnic Institute» Ministry of Education and Science of Ukraine. The object of the study – the processes of wastewater treatment of food production with a comparison of the effectiveness of wastewater treatment methods after washing potatoes to improve the environmental safety of enterprises. The subject of the research – solving the issues of environmental safety in wastewater treatment of food enterprises and the development of a well-founded scheme of wastewater treatment after the washing of vegetable products. The dissertation research is devoted to the search for rational conditions for wastewater treatment up to the standards of water disposal in urban sewers, as well as the search for innovative environmentally friendly solutions for their secondary use in production by reusing them using physico-chemical methods of coagulation of soluble and suspended impurities, as well as flocculation of fine particles of water pollution with its subsequent clarification. The introduction provides the scientific relevance of the dissertation work, formulates the goal and objectives, identifies the object, subject and research methods, shows the connection of the work with scientific topics, formulates the scientific novelty and gives practical significance of the obtained results. The first section is devoted to a comprehensive analysis of scientific and technical information on modern methods of treatment of wastewater of food industry and enterprises. The main factors of influence on the environment of sewage waste water of the food industry. Modern methods of wastewater treatment are described. It was found that the complexity of such wastewater treatment is caused by the polydispersed composition of the clogs and the combination of organic, inorganic impure and non-pure spolls that form stable colocations and dispersed systems. The established promising method for increasing environmental safety of food and processing enterprises is the creation of closed water circulation schemes and reuse of treated water in production, for example, for washing vegetable products. In the second section the composition of wastewater, food production, described methods of sampling and methods of research of water characteristics and experimental methods of their purification in laboratory conditions. Described the characteristics of real wastewater samples of potato chips production, as a result of the analysis were established, the main pollutants. The composition of wastewater and its properties were evaluated by the results of sanitary and chemical analysis. A method of experimental works with model samples of wastewater were carried out in the laboratory of the Department of Chemical Technology and Industrial Ecology NTU "KPI" (the National Technical University "Kharkiv Polytechnic Institute") as well as in the laboratory of the Department of Industrial and Biomedical Electronics. The third section is devoted to the results of investigations of wastewater treatment methods after washing of vegetables and analysis of patterns of coagulation and flocculation of wastewater model samples. The estimated dependencies from the obtained results of the experiment indicate that the concentration of ozone affects significantly more strongly than the treatment time, as well as for lower concentrations that after 5 min. of treatment a sharp decrease in the indicators of the total microbial number begins. In the fourth section the laws of purification of wastewater production of potato chips were established. The obtained analytical data provided the following conclusions: – an analysis of wastewater samples from the potato chip production facility was carried out; – the methods of coagulation-flocculation purification, which allow obtaining clear water that is suitable for reuse for washing potatoes, have been established; – it was found that the coagulant – aluminum sulfate in the amount of 250 mg/l. was used to impair the stability of the disperse system. In order to intensify the cooling of coagulated strata of suspended particles a non-ionogenic flocculant was selected, which is recommended to be dosed after the introduction of the coagulant in the amount of 2.5 ml/l; – the dependence of changes in the flocculant precipitation rate on the amount of flocculant has been established; – the analysis of the clarified water showed a decrease in the concentration of suspended solids to 26 mg/l and a decrease in COC (Chemical Oxygen Consumption) and BSA 5 (Biochemical Consumption of Acid) to 262 mg/l and 176 mg/l, respectively; – the scheme of wastewater treatment after washing of potatoes, which consists of preliminary treatment, reagent treatment, clarification of water and sludge removal, has been proposed. The fifth section contains scientific and substantiated recommendations for selecting the technology of wastewater treatment for food production facilities in order to reduce the negative impact on the docklands and secondary use of wastewater. The ecologically safe technological scheme of wastewater treatment with the possibility of its reuse after washing fruit and vegetable products. Recommendations on ecologization of food production are provided.