Инженерное обоснование и проектная разработка комплекса очистных сооружений для сточных вод кондитерской фабрики с учетом требований Постановления Правительства РФ № 644

В современном индустриальном ландшафте, где производственные циклы характеризуются высокой интенсивностью и использованием разнообразных сырьевых компонентов, проблема эффективной очистки сточных вод приобретает особую экологическую и экономическую значимость. Кондитерские фабрики, являясь крупными потребителями воды и источниками органических загрязнений, сталкиваются с необходимостью соблюдения строгих экологических нормативов, регулирующих сброс стоков. Несоблюдение этих требований не только влечет за собой значительные штрафы и репутационные риски, но и наносит непоправимый ущерб водным экосистемам. При этом важно понимать, что штрафные санкции, хоть и болезненны, являются лишь верхушкой айсберга, а долгосрочные последствия для репутации компании и экологии региона могут быть куда более разрушительными.

Настоящая работа посвящена разработке и обоснованию комплекса технических решений для повышения качества производственных и поверхностных сточных вод промышленного предприятия — кондитерской фабрики АО «Баян Сулу». Главная цель исследования заключается в создании оптимальной технологической схемы очистки, которая обеспечит достижение нормативных показателей, установленных действующим законодательством Российской Федерации, в частности, Постановлением Правительства РФ от 29.07.2013 № 644. В процессе работы будут детально проанализированы физико-химические характеристики стоков, выбраны и обоснованы наиболее эффективные методы очистки, предложена интегрированная технологическая схема и рассмотрены меры по обеспечению стабильности работы биологических очистных сооружений.

Характеристика производственных сточных вод и анализ исходной ситуации

Основой любого проекта по очистке сточных вод является глубокое понимание их химического состава, физических свойств и динамики образования. Без этого невозможно выбрать адекватные технологии и гарантировать эффективность будущих очистных сооружений. Сточные воды кондитерских предприятий, таких как АО «Баян Сулу», представляют собой сложную многокомпонентную систему, характеризующуюся высоким уровнем органических загрязнений. Понимание каждого элемента этой системы является залогом успешного проектирования.

Физико-химический состав и концентрация загрязняющих веществ

Сточные воды кондитерских фабрик выделяются среди других промышленных стоков своим уникальным профилем. Они насыщены органическими веществами — сахарами, жирами, белками, частицами муки, смывами теста и яичных продуктов, которые присутствуют как в растворенном, так и в коллоидном и взвешенном состояниях. Эти компоненты, по сути, являются ценными пищевыми веществами, но в составе стоков становятся источником серьезного загрязнения.

Согласно аналитическим данным, сточные воды предприятий пищевой промышленности, включая кондитерские, относятся к категории высококонцентрированных. Диапазон концентраций загрязняющих веществ поражает:

• ХПК (химическое потребление кислорода): от 2000 до 5000 мгО/л. Этот показатель отражает общее содержание окисляемых органических и неорганических веществ.
• БПК_полн (полное биохимическое потребление кислорода): от 1000 до 3000 мгО₂/л. БПК характеризует количество кислорода, необходимое для биохимического окисления органических веществ микроорганизмами.
• Взвешенные вещества: от 500 до 3000 мг/л. Это частицы, которые не растворяются в воде и могут быть удалены механическими методами.
• Жиры: от 500 до 2500 мг/л. Высокая концентрация жиров является одной из ключевых проблем для кондитерских стоков.

Важным аспектом является то, что органические загрязнители в сточных водах кондитерских фабрик в большинстве своем не являются токсичными и хорошо поддаются биохимическому окислению. Это подтверждается высоким соотношением БПК/ХПК, которое часто превышает 0,5. Такой показатель говорит о хорошей биоразлагаемости органики, что благоприятно для последующей биологической очистки, но требует предварительного удаления трудноразлагаемых компонентов, таких как жиры, которые могут негативно влиять на этот процесс. Какой важный нюанс здесь упускается? Если жиры не удалить на ранних стадиях, они могут не только снизить эффективность биологической очистки, но и вызвать засорение оборудования, образование трудноудаляемых отложений и даже подавление активности микроорганизмов в аэротенках.

Специфика водоотведения и характер залповых сбросов

Помимо химического состава, критически важной является динамика образования сточных вод. На кондитерских фабриках значительная часть стоков (до 60% от общего расхода) образуется в результате периодической мойки технологического и варочного оборудования. Этот процесс часто имеет характер залповых сбросов, которые совпадают с началом и концом рабочих смен или производственных циклов.

Залповые сбросы создают серьезные проблемы для работы очистных сооружений:

1. Нестабильность расхода: Резкие колебания объема поступающих стоков затрудняют поддержание оптимальных гидравлических режимов работы оборудования.
2. Нестабильность концентраций: В момент залпового сброса концентрация загрязняющих веществ может кратно превышать средние значения, что приводит к шоковым нагрузкам на биологические системы и вымыванию активного ила.
3. Гидравлические удары: Быстрые изменения давления в системе могут повредить трубопроводы и насосное оборудование.

Таким образом, при проектировании очистных сооружений для кондитерской фабрики АО «Баян Сулу» необходимо предусмотреть решения, способные нивелировать негативное влияние залповых сбросов, обеспечивая стабильность и эффективность всего комплекса. Что из этого следует? Инвестиции в системы усреднения и регулирования потоков на начальных стадиях очистки не являются дополнительной тратой, а представляют собой критически важный фактор, определяющий долгосрочную надёжность и экономичность всей системы очистки.

Нормативно-правовое регулирование сброса сточных вод (Критический аспект)

Прежде чем приступить к разработке конкретных инженерных решений, необходимо чётко определить «целевые» показатели очистки, которые продиктованы действующим законодательством. В Российской Федерации требования к качеству сбрасываемых сточных вод строго регламентированы, и их несоблюдение влечёт за собой серьёзные юридические и финансовые последствия.

Обзор ключевых нормативных документов РФ

Основным документом, регулирующим вопросы сброса сточных вод в централизованные системы водоотведения (канализации) на территории Российской Федерации, является Постановление Правительства РФ от 29.07.2013 № 644 «Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения» (с последующими изменениями, например, от 28.11.2023). Этот документ устанавливает общие принципы взаимодействия между абонентами (промышленными предприятиями) и организациями, осуществляющими водоотведение (водоканалами).

Согласно данному Постановлению, абонент несёт полную ответственность за соблюдение требований к составу и свойствам отводимых сточных вод. В случае нарушения установленных нормативов, предприятие обязано компенсировать организации, осуществляющей водоотведение, все расходы, связанные с негативным воздействием на канализационные сети и очистные сооружения, что выражается в так называемой плате за сверхнормативный сброс. Эти платежи могут достигать весьма значительных сумм, подчёркивая экономическую важность соблюдения нормативов.

Требования к составу сточных вод и критические лимиты

Приложение № 5 к Постановлению Правительства РФ № 644 является ключевым разделом для инженера-эколога, поскольку именно здесь устанавливаются максимальные допустимые значения загрязняющих веществ для сброса в централизованную бытовую систему водоотведения. Эти «локальные нормативы» определяют границы, в которых должно работать очистное оборудование предприятия.

Для сточных вод кондитерской фабрики АО «Баян Сулу» наиболее критичными являются следующие показатели:

• ХПК (химическое потребление кислорода): до 500 мг/дм³.
• БПК₅ (биохимическое потребление кислорода за 5 суток): до 300 мг/дм³.
• Взвешенные вещества: до 300 мг/дм³.
• Жиры: до 50 мг/дм³.
• Водородный показатель (pH): должен находиться в диапазоне 6–9 единиц. Отклонение за эти пределы может привести к коррозии сетей и нарушению биологических процессов очистки на городских сооружениях.

Особый акцент следует сделать на показателе соотношения ХПК:БПК₅ (или БПК_полн). Этот параметр приобретает критическое значение, если исходное ХПК сточных вод превышает 500 мг/дм³ (или 700 мг/дм³ для общесплавной системы). Постановление Правительства РФ № 644 устанавливает, что максимально допустимое значение данного соотношения составляет не более 2,5.

Почему этот показатель так важен? Соотношение ХПК:БПК характеризует биоразлагаемость органических веществ. Высокое значение ХПК при относительно низком БПК указывает на присутствие в стоках трудноокисляемых или токсичных органических соединений, которые могут подавлять активность микроорганизмов на городских очистных сооружениях. Соответствие этому нормативу является прямым требованием для эффективной и стабильной работы централизованных систем водоотведения. Таким образом, достижение требуемого соотношения ХПК:БПК ≤ 2,5 является одной из главных инженерных задач при проектировании предварительной очистки стоков кондитерской фабрики. Что из этого следует? Несоблюдение этого норматива может привести не только к штрафам, но и к дестабилизации работы всей городской системы водоотведения, что в свою очередь повлечет за собой ещё более серьёзные последствия и санкции для предприятия.

Выбор и обоснование современных методов предварительной очистки

Учитывая высокую концентрацию жиров и органических веществ в сточных водах кондитерской фабрики, а также строгие нормативные требования, предварительная очистка становится не просто желательной, а абсолютно необходимой стадией перед сбросом в городскую канализацию или перед биологической очисткой. Физико-химические методы доказали свою высокую эффективность в решении этих задач.

Применение коагуляции и флокуляции для дестабилизации эмульсий

Жиры в сточных водах пищевых производств часто находятся в эмульгированном состоянии, что делает их удаление обычными механическими способами затруднительным. Здесь на помощь приходят процессы коагуляции и флокуляции.

Коагуляция — это процесс дестабилизации коллоидных систем и эмульсий под воздействием коагулянтов. Коллоидные частицы, несущие электрический заряд, отталкиваются друг от друга, препятствуя их укрупнению и осаждению. Коагулянты, будучи электролитами, нейтрализуют этот заряд, позволяя частицам сближаться.

Флокуляция — это последующий процесс укрупнения дестабилизированных частиц в более крупные агрегаты — хлопья — под действием флокулянтов. Флокулянты, как правило, представляют собой высокомолекулярные полимеры, которые связывают мелкие частицы, образуя крупные, легко осаждаемые или флотируемые хлопья.

В качестве коагулянтов для очистки сточных вод пищевых предприятий наиболее часто применяются:

• Соли алюминия: Например, сульфат алюминия (Al₂(SO₄)₃). Он образует гидроксид алюминия (Al(OH)₃), который обладает высокой сорбционной способностью и эффективно улавливает взвешенные вещества, жиры и коллоиды.
• Соли железа: Например, хлорное железо (FeCl₃). Также образует гидроксиды (Fe(OH)₃), обладающие схожими свойствами.

Выбор конкретного реагента зависит от множества факторов, включая pH среды, концентрацию и состав загрязняющих веществ, а также экономические соображения. Для сульфата алюминия, который является одним из наиболее распространенных и эффективных коагулянтов, наибольшая эффективность процесса коагуляции и образования гидроксида алюминия (Al(OH)₃) наблюдается в диапазоне pH от 5,5 до 7,5. Поддержание этого диапазона критически важно для максимального хлопьеобразования и последующего удаления загрязнений.

Напорная флотация как основной метод удаления жиров

После коагуляции и флокуляции, когда загрязняющие вещества переведены в укрупненные хлопья, одним из наиболее эффективных методов их удаления, особенно для жиросодержащих стоков, является напорная флотация.

Принцип действия напорной флотации основан на использовании мельчайших пузырьков воздуха. Процесс выглядит следующим образом:

1. Часть очищенной воды (или исходных стоков) насыщается воздухом под давлением 4–6 атмосфер в специальном сатураторе.
2. Насыщенная воздухом вода подается в флотационную камеру, где смешивается с обрабатываемыми стоками.
3. При резком падении давления до атмосферного, растворенный воздух выделяется в виде микроскопических пузырьков (20–100 мкм).
4. Эти пузырьки прилипают к частицам загрязнений (жиры, взвешенные вещества, хлопья коагулянта/флокулянта), уменьшая их плотность.
5. Комплексы «пузырек-загрязнение» поднимаются на поверхность жидкости, образуя плотный слой флотошлама.
6. Флотошлам непрерывно удаляется с поверхности специальным скребковым механизмом или вакуумными устройствами.

Эффективность напорной флотации в очистке жиросодержащих стоков чрезвычайно высока:

• Удаление неэмульгированных и эмульгированных жиров: до 98%. Это позволяет достичь нормативного показателя по жирам (≤ 50 мг/дм³) с высокой степенью надёжности.
• Снижение ХПК и БПК: до 60%. Удаление жиров и взвешенных веществ значительно уменьшает органическую нагрузку на последующие этапы очистки.

Таким образом, напорная флотация, применяемая после стадии коагуляции/флокуляции, является ключевым элементом предварительной очистки, обеспечивающим эффективное удаление жиров и значительное снижение общей органической нагрузки, что критически важно для стабильной работы биологических очистных сооружений и соблюдения нормативных требований.

Проектирование оптимальной технологической схемы очистки

Разработка эффективной системы очистки сточных вод кондитерской фабрики требует интегрированного подхода, объединяющего различные методы в логически выстроенную технологическую схему. Эта схема должна быть способна справиться с высокой концентрацией органических веществ, жиров и углеводов, а также нивелировать влияние залповых сбросов.

Функциональное назначение и расчет усреднителя

В условиях периодических и залповых сбросов сточных вод с высокой вариабельностью расхода и концентраций загрязняющих веществ, усреднитель становится одним из наиболее важных элементов очистной схемы. Его роль выходит за рамки простого накопления стоков.

Ключевые функции усреднителя:

1. Выравнивание расхода: Сглаживает пиковые нагрузки, обеспечивая равномерную подачу сточных вод на последующие этапы очистки. Это критически важно для стабильной работы флотаторов, коагуляторов и, особенно, биологических очистных сооружений, предотвращая гидравлические и шоковые органические нагрузки.
2. Гомогенизация концентраций: Залповые сбросы приводят к резким изменениям концентрации загрязнителей. Усреднитель, благодаря перемешиванию, выравнивает эти концентрации, создавая более однородный состав стоков, что упрощает дозирование реагентов и оптимизирует работу биологических систем.
3. Предотвращение закисания и загнивания: Сточные воды пищевых производств содержат большое количество легкоразлагаемой органики. Без адекватного перемешивания в усреднителе может начаться анаэробное брожение (закисание), приводящее к образованию органических кислот, снижению pH и выделению неприятных запахов. Механическое перемешивание (без барботирования воздухом, чтобы избежать пенообразования от ПАВ) предотвращает застойные зоны, поддерживает аэробные или микроаэробные условия и стабилизирует pH. Это снижает нагрузку на последующие этапы и предотвращает коррозию.

Расчет усреднителя должен основываться на анализе суточного графика водоотведения и залповых сбросов. Объем усреднителя (V_усредн) рассчитывается исходя из максимально возможного объема залпового сброса и времени пребывания стоков, необходимого для гомогенизации, но не менее 2-4 часов. Формула может быть представлена как:

Vусредн = Qmax ⋅ tпреб

где:

• Q_max — максимальный часовой расход сточных вод, м³/ч;
• t_преб — минимальное время пребывания стоков в усреднителе (обычно 2–4 часа), ч.

Для кондитерской фабрики АО «Баян Сулу», где основной объем стоков (до 60%) связан с мойкой оборудования и имеет залповый характер, усреднитель должен быть спроектирован с достаточным запасом по объему и оснащен эффективными механическими перемешивающими устройствами.

Предлагаемая комбинированная технологическая схема

Оптимальная ��ехнологическая схема очистки сточных вод кондитерской фабрики АО «Баян Сулу» представляет собой комплексный, многоступенчатый процесс, интегрирующий механические, физико-химические и биологические методы. Такой подход позволяет поэтапно удалять различные виды загрязняющих веществ, обеспечивая высокую эффективность очистки до требуемых нормативных показателей.

Принципиальная технологическая схема:

1. Механическая очистка (Решетки/Сита, Песколовки):
   • Назначение: Первичная стадия для удаления крупных механических примесей (упаковочные материалы, остатки продуктов, песок).
   • Оборудование: Механизированные решетки с прозорами 5-10 мм, песколовки для удаления минеральных частиц.
   • Эффект: Предотвращение засорения насосов и трубопроводов, снижение нагрузки на последующие этапы.
2. Жироуловитель:
   • Назначение: Предварительное отделение крупных неэмульгированных жиров и масел за счет разницы плотностей.
   • Оборудование: Гравитационные жироуловители.
   • Эффект: Снижение концентрации жиров на начальном этапе, что уменьшает нагрузку на флотацию.
3. Усреднитель:
   • Назначение: Выравнивание расхода и концентрации сточных вод, предотвращение закисания органики.
   • Оборудование: Емкость с механическими мешалками.
   • Эффект: Стабилизация работы всей системы очистки, оптимизация дозирования реагентов.
4. Физико-химическая очистка (Коагуляция/Флокуляция и Напорная Флотация):
   • Назначение: Удаление эмульгированных жиров, коллоидных и мелкодисперсных взвешенных веществ, значительное снижение ХПК и БПК.
   • Оборудование: Реакторы-смесители для коагулянтов/флокулянтов, флотатор напорного типа.
   • Эффект: Достижение нормативных показателей по жирам (≤ 50 мг/дм³), снижение ХПК и БПК до уровня, приемлемого для биологической очистки (ХПК до 500-1000 мг/дм³, БПК до 300-500 мг/дм³), а также соблюдение критического соотношения ХПК:БПК ≤ 2,5.
5. Биологическая очистка (Аэротенк):
   • Назначение: Удаление растворенной органики (снижение БПК и ХПК) за счет жизнедеятельности активного ила.
   • Оборудование: Аэротенки (возможно, с элементами МБР для повышения эффективности), вторичные отстойники.
   • Эффект: Доведение ХПК и БПК до нормативов сброса в централизованную канализацию.
6. Доочистка (по необходимости):
   • Назначение: В случае особо строгих требований к сбросу в водоемы или при необходимости повторного использования воды.
   • Оборудование: Фильтры (песчаные, угольные), установки УФ-обеззараживания.
   • Эффект: Удаление остаточных загрязнений, обеззараживание.

Эта комбинированная схема обеспечивает поэтапное и глубокое удаление загрязняющих веществ, позволяя достичь всех нормативных показателей, включая критическое соотношение ХПК:БПК, что делает проект устойчивым и соответствующим всем требованиям природоохранного законодательства.

Мероприятия по обеспечению стабильности биологической очистки

Биологическая очистка является одним из краеугольных камней в системе водоотведения большинства промышленных предприятий, однако её эффективность напрямую зависит от стабильности работы активного ила. Сточные воды кондитерских фабрик, с их высоким содержанием углеводов и жиров, могут создавать особые вызовы для биологических систем, вызывая негативные явления, такие как вспухание ила.

Контроль за питательной средой и предотвращение вспухания ила

Вспухание активного ила — это серьезная проблема, при которой иловый индекс (объем, занимаемый 1 граммом сухого ила после 30-минутного отстаивания) превышает 150 мл/г. Это приводит к резкому ухудшению седиментационных свойств ила, его выносу из вторичных отстойников и, как следствие, нарушению процесса очистки.

Основные причины вспухания ила в стоках кондитерских фабрик:

• Высокое содержание углеводов: Сахара и другие углеводы, присутствующие в больших количествах, являются легкодоступным источником питания для нитчатых бактерий и грибов. Эти микроорганизмы, активно потребляя углеводы, образуют длинные нити, которые препятствуют компактному хлопьеобразованию ила.
• Низкое соотношение биогенных элементов (N:P): Для полноценного развития активного ила необходим сбалансированный состав питательных веществ, включая азот (N) и фосфор (P). Если стоки богаты органическим углеродом (БПК), но бедны азотом и фосфором, это создает благоприятные условия для роста нитчатых бактерий.

Оптимальным для полноценного функционирования активного ила считается соотношение питательных элементов БПК : N : P в диапазоне 100 : 3–7 : 0,8–1,5. Отклонение от этого соотношения, особенно при БПК_полн : N : P > 100 : 5 : 1, однозначно указывает на дефицит азота и фосфора, что является прямым фактором, способствующим росту нитчатых форм.

Меры по предотвращению вспухания ила:

1. Эффективная предварительная очистка: Критически важно максимально удалить жиры и трудноразлагаемую органику на механической и физико-химической стадиях. Это снижает общую органическую нагрузку на биологический этап и устраняет благоприятные условия для роста нежелательных микроорганизмов.
2. Корректировка соотношения N:P: При выявлении дефицита биогенных элементов необходимо организовать дозирование растворов солей азота (например, аммонийные соли) и фосфора (фосфаты) в аэротенк. Расчет дозировки основывается на текущих концентрациях БПК, N и P в стоках.
3. Контроль pH и температуры: Поддержание оптимальных значений этих параметров также важно для жизнедеятельности ила.
4. Обеспечение достаточного содержания растворенного кислорода: Недостаток кислорода способствует развитию анаэробных и факультативных микроорганизмов, в том числе нитчатых.

Применение систем с высоким возрастом ила

Высокое содержание трудноокисляемых органических веществ, даже после предварительной очистки, может вызывать стресс у активного ила. В таких условиях активный ил выделяет большое количество экзоферментов, что приводит к увеличению общего объема хлопьев ила и усугубляет проблему вспухания. Для повышения устойчивости биологической системы к таким факторам целесообразно рассмотреть применение систем с высоким возрастом активного ила.

Системы с высоким возрастом активного ила отличаются увеличенным временем пребывания ила в системе, что способствует развитию медленно растущих микроорганизмов, включая нитчатые формы, которые в контролируемых условиях могут быть полезны. Эти системы более устойчивы к колебаниям состава стоков и к присутствию некоторых токсикантов.

Одним из наиболее перспективных решений являются мембранные биореакторы (МБР). В МБР мембранные элементы используются для разделения активного ила и очищенной воды, полностью исключая необходимость во вторичных отстойниках. Преимущества МБР:

• Высокая концентрация ила: В МБР поддерживается значительно более высокая концентрация активного ила (до 15-20 г/л) по сравнению с классическими аэротенками (2-4 г/л). Это увеличивает биомассу, способную перерабатывать загрязнения.
• Длительный возраст ила: Благодаря удержанию ила мембранами, возраст ила может достигать 30-60 суток и более. Это позволяет закрепиться медленно растущим нитчатым бактериям, которые более устойчивы к токсикантам и обладают повышенной окислительной способностью по отношению к трудноокисляемым загрязнениям.
• Высокое качество очистки: МБР обеспечивают практически полное удаление взвешенных веществ и значительное снижение БПК, ХПК, а также бактериологическую очистку.

Альтернативой МБР может быть двухступенчатая схема биологической очистки с илоотделителями на каждой ступени. По сравнению с одноступенчатой, такая схема позволяет:

• Повысить эффект очистки сточных вод до 95% по БПК.
• Сократить объемы сооружений за счет более эффективной работы ила на каждой ступени, где условия могут быть оптимизированы под разные типы органики.

Таким образом, для обеспечения стабильности и эффективности биологической очистки сточных вод кондитерской фабрики необходимо не только строго контролировать соотношение питательных веществ и проводить предварительную очистку, но и рассмотреть внедрение передовых технологий, таких как МБР или двухступенчатые аэротенки, которые способны адаптироваться к специфике высококонцентрированных органических загрязнений. Какой важный нюанс здесь упускается? Несмотря на все преимущества МБР, их внедрение требует значительных капитальных вложений и более квалифицированного обслуживающего персонала, что необходимо учитывать при технико-экономическом обосновании.

Технико-экономическое обоснование проекта

Любой инженерный проект, помимо технической реализуемости, должен быть экономически целесообразным. Технико-экономическое обоснование (ТЭО) позволяет оценить эффективность предложенных решений с финансовой точки зрения, сравнивая капитальные и эксплуатационные затраты с ожидаемыми выгодами.

Расчет материального баланса и технологических режимов

Расчет материального баланса является фундаментальным этапом проектирования очистных сооружений. Он позволяет количественно оценить потоки загрязняющих веществ на каждом этапе очистки, определить необходимую производительность оборудования и подтвердить достижение целевых показателей.

Пример принципа расчета материального баланса по ХПК:

Пусть Q_исх – расход сточных вод, м³/ч; С_исх – исходная концентрация ХПК, мгО/л.

1. Механическая очистка + Жироуловитель: Предположим, что на этой стадии удаляется 10% ХПК (в основном, за счет взвешенных веществ и неэмульгированных жиров).
   • С₁ = С_исх ⋅ (1 — 0,10)
2. Усреднитель: Концентрация ХПК остается неизменной, но усредняется.
3. Физико-химическая очистка (Коагуляция/Флокуляция + Напорная Флотация): Эффективность удаления ХПК на этой стадии может достигать 60% от поступающей концентрации.
   • С₂ = С₁ ⋅ (1 — 0,60)
4. Биологическая очистка (Аэротенк): Эффективность удаления ХПК на биологической стадии для хорошо биоразлагаемых стоков может составлять 85-90%.
   • С₃ = С₂ ⋅ (1 — 0,85)

Итоговая концентрация ХПК (С₃) должна быть сравнена с нормативным значением (например, ≤ 500 мг/дм³). Аналогичные расчеты проводятся для БПК, жиров, взвешенных веществ и других контролируемых параметров.

Пример расчета для АО «Баян Сулу» (гипотетические данные для иллюстрации):

• Исходное ХПК (С_исх) = 4000 мгО/л
• Исходное БПК (БПК_исх) = 2000 мгО₂/л
• Нормативное ХПК = 500 мгО/л
• Нормативное БПК = 300 мгО₂/л
• Нормативное ХПК:БПК ≤ 2,5

Стадия очистки	Концентрация ХПК, мгО/л	Концентрация БПК, мгО₂/л	Соотношение ХПК:БПК	Эффект очистки ХПК, %	Эффект очистки БПК, %
Исходные стоки	4000	2000	2,0	–	–
Механическая + Жироулов.	3600	1800	2,0	10	10
Физ-хим. (Коаг.+Флот.)	1440	720	2,0	60	60
Биологическая (Аэротенк)	216	108	2,0	85	85
После очистки (факт)	216	108	2,0	94,6	94,6
Норматив	≤ 500	≤ 300	≤ 2,5	–	–

Как видно из таблицы, предложенная схема обеспечивает достижение нормативных показателей. Особо стоит отметить, что даже при значительном снижении ХПК и БПК, соотношение ХПК:БПК остается в пределах 2,0, что соответствует требованию Постановления Правительства РФ № 644 (≤ 2,5).

Расчет технологических режимов включает определение необходимого объема усреднителя, размеров флотатора (площади рабочей поверхности, расхода рециркуляционной воды), объема аэротенка (исходя из объемной органической нагрузки), дозировки реагентов и т.д.

Оценка капитальных и эксплуатационных затрат

Оценка технико-экономических показателей (ТЭП) позволяет сравнить различные варианты технологических решений и выбрать наиболее оптимальный с точки зрения инвестиций и операционных расходов.

Капитальные затраты (CAPEX) включают в себя:

• Стоимость приобретения и монтажа основного технологического оборудования (флотаторы, насосы, аэротенки, усреднители, системы дозирования реагентов, компрессоры и т.д.).
• Стоимость строительно-монтажных работ (фундаменты, здания, резервуары, трубопроводы).
• Затраты на проектирование, пусконаладочные работы и разрешительную документацию.

Эксплуатационные затраты (OPEX) включают:

• Затраты на электроэнергию: Для работы насосов, компрессоров (аэрация), мешалок, флотатора.
• Затраты на реагенты: Коагулянты, флокулянты, пеногасители, источники азота и фосфора.
• Затраты на утилизацию отходов: Образующийся флотошлам и избыточный активный ил требуют утилизации, что может быть значительной статьей расходов.
• Затраты на обслуживание и ремонт: Заработная плата персонала, запасные части, ремонтные работы.
• Аналитический контроль: Затраты на лабораторные исследования сточных вод.
• Плата за водоотведение: Снижение концентраций загрязняющих веществ позволяет значительно сократить платежи за негативное воздействие на централизованные системы водоотведения.

Сравнительный анализ ТЭП будет включать:

• Сравнение затрат на различные типы флотаторов: Например, напорная флотация против электрофлотации.
• Оценка инвестиций в биологическую очистку: Классический аэротенк против МБР (последний имеет более высокие CAPEX, но ниже OPEX и обеспечивает более высокое качество очистки).
• Расчет срока окупаемости проекта: Оценка того, за какой период инвестиции окупятся за счет снижения платежей за сверхнормативный сброс и возможных выгод от утилизации шлама (например, производство биогаза).

Для кондитерской фабрики АО «Баян Сулу», выбор оборудования должен быть обоснован не только его эффективностью, но и способностью обеспечить устойчивую работу в условиях постоянно изменяющейся нагрузки, минимизируя при этом как капитальные, так и операционные расходы в долгосрочной перспективе.

Выводы и заключение

Проведенное исследование и разработка инженерного проекта для очистки сточных вод кондитерской фабрики АО «Баян Сулу» демонстрируют необходимость и эффективность комплексного подхода к решению экологических задач промышленных предприятий. При этом становится очевидно, что без такого подхода современное предприятие не сможет соответствовать ни экологическим стандартам, ни экономическим реалиям.

Ключевые выводы исследования:

1. Специфика сточных вод: Стоки кондитерской фабрики характеризуются высокими концентрациями органических веществ (ХПК 2000-5000 мгО/л, БПК 1000-3000 мгО₂/л) и жиров (500-2500 мг/л), что требует специальных методов очистки. Залповые сбросы, связанные с мойкой оборудования, являются дополнительным усложняющим фактором.
2. Строгие нормативные требования: Действующие российские нормативы, в частности Постановление Правительства РФ от 29.07.2013 № 644 (Приложение № 5), устанавливают жесткие лимиты на сброс сточных вод в централизованные системы водоотведения (ХПК ≤ 500 мг/дм³, БПК₅ ≤ 300 мг/дм³, Жиры ≤ 50 мг/дм³). Особое значение имеет требование к соотношению ХПК:БПК ≤ 2,5, которое является критическим индикатором биоразлагаемости и требует глубокой предварительной очистки.
3. Обоснование предварительной очистки: Выбор физико-химических методов, таких как коагуляция/флокуляция и напорная флотация, является обязательным и наиболее эффективным этапом для удаления жиров (до 98%) и значительного снижения ХПК/БПК (до 60%). Это обеспечивает не только соблюдение нормативных показателей по жирам, но и подготавливает стоки к стабильной работе биологической очистки, а также помогает соблюсти критическое соотношение ХПК:БПК.
4. Комплексная технологическая схема: Предложенная комбинированная схема, включающая механическую очистку, жироуловители, усреднитель с механическим перемешиванием, физико-химическую очистку (коагуляция/флокуляция и напорная флотация) и биологическую очистку (аэротенк), позволяет поэтапно и эффективно удалять загрязняющие вещества. Роль усреднителя с механическим перемешиванием критически важна для выравнивания расхода и концентраций, предотвращая закисание органики и стабилизируя работу всей системы.
5. Защита активного ила: Для обеспечения стабильности биологической очистки необходимо строго контролировать соотношение питательных элементов БПК : N : P (оптимально 100 : 3–7 : 0,8–1,5) для предотвращения вспухания ила. Применение систем с высоким возрастом активного ила, таких как мембранные биореакторы (МБР) или двухступенчатые аэротенки, позволяет повысить устойчивость к трудноокисляемым веществам и обеспечить высокую степень очистки.

В заключение, разработанная технологическая схема очистки сточных вод кондитерской фабрики АО «Баян Сулу» является интегрированным, нормативно-обоснованным инженерным проектом. Она не только позволяет очистить сточные воды до требуемых нормативов, включая критический лимит ХПК:БПК ≤ 2,5, но и обеспечивает стабильную и экономически эффективную работу очистных сооружений в долгосрочной перспективе, минимизируя негативное воздействие на окружающую среду и риски для предприятия. Этот проект представляет собой полноценное решение для дипломной работы инженерно-экологического профиля, обладающее высокой практической значимостью.

Список использованной литературы

1. Водный кодекс Российской Федерации от 16.11.1995 № 167-ФЗ (ред. от 31.12.2005 № 45-ФЗ) [Электронный ресурс]. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
2. Постановление Правительства РФ от 29.07.2013 № 644 (ред. от 28.11.2023) «Об утверждении Правил холодного водоснабжения и водоотведения и о внесении изменений в некоторые акты Правительства Российской Федерации» [Электронный ресурс]. Доступ из справ.-правовой системы «КонсультантПлюс».
3. Биосфера: загрязнение, деградация, охрана: Краткий толковый словарь / Д.С. Орлов, Л.К. Садовникова, Н.И. Суханова, С.Я. Трофимов. — М.: Высшая школа, 2003. — 125 с.
4. Большая советская энциклопедия [Электронный ресурс]. — URL: http://slovari.yandex.ru (дата обращения: 23.10.2025).
5. Дедю И.И. Экологический энциклопедический словарь. — Кишинев: Гл. ред. Молдавской сов. энциклопедии, 1999. — 408 с.
6. Новиков Ю.В. Охрана окружающей среды. — М.: Высшая школа, 2003. — 287 с.
7. Погудина С.П. Что делать со сточными водами. — М.: Стройиздат, 2005. — 120 с.
8. Методы очистки сточных вод коагуляцией, флокуляцией и флотацией [Электронный ресурс]. — URL: https://studfile.net/preview/9253488/page:4/ (дата обращения: 23.10.2025).
9. Нитчатое вспухание активного ила и его влияние на биологическую очистку сточных вод [Электронный ресурс]. — URL: https://watermagazine.ru/articles/ochistka-stochnyh-vod/nitchatoe-vspuhanie-aktivnogo-ila-i-ego-vliyanie-na-biologicheskuyu-ochistku-stochnyh-vod (дата обращения: 23.10.2025).
10. Физико-химические методы очистки жиросодержащих стоков [Электронный ресурс]. — URL: https://vo-da.ru/articles/ochistka-stochnyh-vod/fiziko-himicheskie-metody-ochistki-zhirosoderzhashchih-stokov/ (дата обращения: 23.10.2025).
11. БПК и ХПК сточных вод. Определение, показатели и нормы в стоках [Электронный ресурс]. — URL: https://acs-nnov.ru/stati/bpk-i-khpk-stochnyh-vod-opredelenie-pokazateli-i-normy-v-stokakh/ (дата обращения: 23.10.2025).
12. Совершенствование технологического режима очистки сточных вод кондитерских фабрик / В.Ф. Лавриненко [и др.] // Вестник экологического образования в России. — 2021. — № 4. — С. 22–30 [Электронный ресурс]. — URL: http://tsutmb.ru/nauka/internet-zhurnal/vestnik-ekologicheskogo-obrazovaniya-v-rossii/2021/4/22-30.pdf (дата обращения: 23.10.2025).
13. Методы и технологии очистки сточных вод сыроваренных заводов [Электронный ресурс]. — URL: https://vo-da.ru/articles/ochistka-stochnyh-vod/metody-i-tekhnologii-ochistki-stochnykh-vod-syrovarennykh-zavodov/ (дата обращения: 23.10.2025).
14. Влияние загрязнений сточных вод на биоценоз активного ила [Электронный ресурс]. — URL: https://naukaru.ru/ru/nauka/article/19598/vliyanie-zagryazneniy-stochnyh-vod-na-biotsenoz-aktivnogo-ila (дата обращения: 23.10.2025).
15. Активный ил в очистных сооружениях [Электронный ресурс]. — URL: https://helyx-systems.com/active-sludge-treatment-plant (дата обращения: 23.10.2025).
16. Коагуляция [Электронный ресурс]. — URL: https://me-system.ru/promyshlennaya-vodopodgotovka/ochistka-stochnyh-vod/koagulyatsiya/ (дата обращения: 23.10.2025).
17. Эффективность перечисленных методов очистки зависит от совокупности производственных факторов // Водные ресурсы: проблемы и решения. — 2011. — № 1. [Электронный ресурс]. — URL: https://bsc.by/pdf/01_2011_ru.pdf (дата обращения: 23.10.2025).