Ścieki przemysłowe stanowią aktualnie dominującą pozycję w ogólnym bilansie
powstających ścieków, przy obserwowanej tendencji do zmniejszania się
ich ilości. W przypadku oczyszczania przedmiotowych ścieków występują znaczne
problemy technologiczne z uwagi na specyfikę produkcji w zakładach przemysłowych,
która wpływa na nierównomierność i wielkość ładunku wprowadzanych
zanieczyszczeń. Duża zmienność ilościowa i jakościowa powstających ścieków
jest widoczna nawet w obrębie zakładów o takim samym profilu produkcji. Stąd
konieczne jest dokładne rozpoznanie właściwości ścieków powstających nie tyle
z tych samych gałęzi przemysłu, ale nawet z poszczególnych zakładów produkcyjnych.
Spośród wszystkich zakładów sektora spożywczego dotychczas najmniej
rozpoznane literaturowo są właściwości fizykochemiczne ścieków powstające
w przemyśle cukierniczym.
Stąd celem pracy jest charakterystyka ścieków powstających w zakładach
przemysłu cukierniczego i porównanie ich z właściwościami ścieków z innych zakładów
przemysłu spożywczego. Główny nacisk położono na analizę wyników
badań nad oczyszczaniem ścieków cukierniczych w modelowym bioreaktorze
z osadem czynnym.
Cechą charakterystyczną powstających ścieków w zakładach przemysłu
cukierniczego są duże wahania ilości zanieczyszczeń, co bardzo często jest powodem
obserwowanych trudności w eksploatacji ciągu technologicznego oczyszczalni.
Na tle innych zakładów przemysłu spożywczego (mleczarni, rzeźni, browarów,
cukrowni) ścieki cukiernicze charakteryzują się mniejszymi zawartościami zanieczyszczeń,
lecz podobnymi ich wahaniami w odpływie. Natomiast w porównaniu
do ścieków bytowych zawierają nieco więcej zanieczyszczeń organicznych, zawiesin
i azotu ogólnego. Powyższe parametry omawianych ścieków wskazują na
możliwość ich wspólnego oczyszczania. Zmieszanie przed oczyszczaniem ścieków
cukierniczych z bytowymi ograniczałoby nierównomierność stężeń i ładunków
zanieczyszczeń, a tym samym wpływałoby korzystnie na ich bilans w dopływie
do oczyszczalni. Badane ścieki można uznać za podatne na biologiczny
rozkład, gdyż ogólny udział substancji organicznej rozkładalnej wynosi 92% całkowitego
ChZT i jest wyższy od spotykanego w ściekach miejskich, który waha
się w granicach 75-80% całkowitego ChZT. Frakcja organiczna nierozpuszczalna
rozkładalna w ściekach cukierniczych stanowi około 20% całkowitego ChZT, co
w porównaniu do ścieków bytowych, w których udział tej frakcji osiąga 50%, stanowi
zdecydowanie mniejszą wartość.
Zastosowany do oczyszczania ścieków cukierniczych układ technologiczny
stanowił dwufazowy reaktor biologiczny z osadem czynnym, przystosowany do
zwiększonego usuwania związków azotu ze ścieków. W skład ciągu technologicz6
nego modelowej oczyszczalni wchodziły następujące elementy: komora denitryfikacji,
bioreaktor składający się z dwóch współśrodkowo umieszczonych komór –
wewnętrznej komory nitryfikacji oraz zewnętrznej, spełniającej rolę osadnika
wtórnego. W badanym układzie zastosowano zewnętrzną i wewnętrzną recyrkulację
osadu.
Przeprowadzone badania i uzyskane wyniki wskazują, że przyjęty układ
technologiczny może zapewnić wystarczającą redukcję zanieczyszczeń ze ścieków,
spełniającą wymogi pozwolenia wodno-prawnego udzielonego zakładowi.
Uzyskane na etapie badań prawdopodobieństwo nie przekroczenia analizowanych
wskaźników zanieczyszczeń w odpływie z osadnika wtórnego przedstawia się następująco:
dla BZT5 – 100%, ChZT – 100%, zawiesiny ogólnej – 100%, azotu
ogólnego – 72,5% i fosforu ogólnego – 100%. Parametry technologiczne bioreaktora,
przy których uzyskano najbardziej zadowalające wyniki przedstawiają się następująco:
stężenie tlenu w komorze napowietrzania: 2,0 mgO2·dm-3, odczyn
w komorze napowietrzania: 8,4 – 8,8, wiek osadu: 6-11 dób, obciążenie osadu ładunkiem
zanieczyszczeń: 0,2 kgBZT5·kgsm-1·d-1, indeks osadu: 120 ml·g-1 i stopień
recyrkulacji osadu: 100 – 240%. Mimo zadowalających efektów oczyszczania,
często, ze względu na bardzo zmienne właściwości fizykochemiczne ścieków
surowych, badany układ pracował niestabilnie. Dotyczyło to głównie wahań stężeń
związków azotu. Występujące gwałtowne obciążenia szokowe osadu czynnego
ładunkiem azotu amonowego prowadziły do zmian w populacji mikroorganizmów,
co w konsekwencji powodowało zmniejszenie szybkości nitryfikacji
i problemy z denitryfikacją. Analiza mikrobiologiczna osadu czynnego wykazała,
że był on w dobrej kondycji i stabilny pomimo problemów związanych z jego
puchnięciem wywołanym przez bakterie nitkowate. W badanym osadzie czynnym
stwierdzono łącznie 17 gatunków orzęsków, w tym 8 gatunków wolno pływających,
4 gatunki pełzających oraz 5 gatunków osiadłych. Jedynie na początku okresu
wpracowania i po zatruciu osadu, przez krótki okres czasu rozwijały się korzenionóżki,
które nie są korzystną grupą organizmów w osadzie. W celu
wyeliminowania problemów z puchnięciem osadu na etapie projektowania przedmiotowej
oczyszczalni należałoby przewidzieć system składający się z wielu wydzielonych
sekcji o różnym obciążeniu substratowym. Innym rozwiązaniem, zapobiegającym
puchnięciu osadu, może być zastosowanie beztlenowego selektora
na początku stopnia biologicznego, który, np. pełniłby rolę komory defosfatacji.
Industrial effluents have currently constituted the main portion of a total
volume of generated sewage, however a tendency to diminish their quantity has
been observed. Treatment of specific sewage faces serious technological problems
due to the special character of production in the manufacturing plants, which
affects the irregularity and amount of pollutants. Considerable quantitative and qualitative
variability of the generated sewage is perceivable even at the plants with
the same profile of production. Therefore, it is necessary to identify precisely the
properties of effluents produced not only by the same branches of industry but
even by single factories. Considering the food sector enterprises, the least amount
of literature data is available on physicochemical properties of effluents generated
by confectionery industry.
Therefore, the study aims to characterize the effluents produced by confectionery
factories and compare them with the properties of sewage from other food
manufacturing plants. The main emphasis was put on the analysis of the results of
research on confectionery effluent treatment in a model bioreactor with activated
sludge.
The main characteristics of sewage generated by confectionery factories are
considerable fluctuations of pollutant quantities, which is a frequent cause of observed
operational problems with the treatment plant process line. Compared with
other food industry enterprises (such as dairy plants, slaughter houses, breweries
or sugar mills) confectionery effluents reveal smaller pollutant contents but their
fluctuations in the outflow are similar. On the other hand, in comparison with domestic
sewage they contain slightly greater concentrations of organic impurities,
suspended matter and total nitrogen. The above mentioned parameters of the discussed
sewage point to their potential joint treatment. Mixing confectionery effluents
with domestic sewage would reduce the irregularity of concentrations and
loads of impurities and at the same time it would positively affect their balance in
the inflow to a treatment plant. The analyzed sewage may be regarded as susceptible
to biological decomposition, since total percentage of degradable organic substance
is 92% of total COD and is higher than registered in municipal wastes, where
it ranges from 75-80% of total COD. Biodegradable organic particulate fraction
in confectionery effluents constitutes about 20% of total COD, which in comparison
with domestic sewage, where this fraction share reaches 50%, is a definitely
lower value.
Technological system applied for confectionery effluent treatment was
a two step biological reactor with activated sludge adapted for enhanced removal
of nitrogen compounds from sewage. The technological line of model treatment
plant comprised the following elements: denitrification chamber, bioreactor composed of two concentrically placed chambers, the internal nitrification chamber
and the external one functioning as secondary settlement tank. External and internal
sludge recirculation was used in the analysed system.
Conducted research and obtained results show that the applied technological
system may guarantee a sufficient reduction of impurities from sewage, meeting
the requirements of sewage effluent disposal consent granted to the enterprise.
The experimental results showed a probability of not exceeding the analysed pollution
indices in the outflow from the secondary settlement tank: 100% for BOD5,
100% for COD, 100% for total suspended solids, 72.5% for total nitrogen and
100% for total phosphorus. Technological parameters of the bioreactor at which
the most satisfactory results were obtained are as follows: oxygen concentration in
the aeration chamber: 2.0mgO2 ·dm-3, reaction in the aeration chamber: 8.4 – 8.8,
sludge age:6-11 days, sludge pollutant loading: 0.2kg BOD5·kgsm-1·d-1, sludge
index: 120ml ·g-1 and degree of sludge recirculation: 100 – 240%. Despite the satisfactory
results of treatment, the analysed system did not work steadily because
of highly variable physicochemical properties of raw sewage. This pertained mainly
to nitrogen compounds. Occasional sudden shock loadings of the activated
sludge with ammonium nitrogen caused changes in microorganism population,
which in consequence led to a decrease in nitrification rate and caused problems
with nitrification. Microbiological analysis of the activated sludge revealed that it
was stabile and in good condition despite problems with its bulking caused by filamentous
bacteria. A total of 17 ciliate species were identified in the analysed activated
sludge, including 8 free swimming species, 4 crawling and 5 sessile species.
Rhizopods, which are not an advantageous group of organisms in the sludge,
were developing only at the initial stages of research and after the sludge contamination.
In order to eliminate the problems with sludge bulking, a system composed
of many separate sections cascade with various substrate loading should be planned
at the stage of the discussed treatment plant designing. Anther solution
preventing sludge bulking may involve using anaerobic selector at the beginning
of biological step, which would function as a phosphate relase chamber.
