Способ очистки сточных вод производства хитина из панциря ракообразных

Способ очистки сточных вод производства хитина из панциря ракообразных

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к очистке сточных вод и может быть использовано при производстве хитина из панцирьсодержащего сырья ракообразных.

В панцире морских ракообразных содержится 20-25% хитина и около 70% карбоната кальция. Наличие других неорганических компонентов на порядок меньше. Таким образом, структура панциря определяется, в основном, наличием в ней карбоната кальция.

Твердость хитиновых структур в организмах ракообразных обусловлена образованием хитино-карбонатного комплекса в результате отложения хитина на карбонате кальция как своеобразной неорганической матрице. Однако твердое роговое вещество панциря представляет собой не чистый хитин-карбонат кальция, а более сложную структуру, в которой только поверхностный слой является более или менее чистым хитин-карбонатом кальция, в то время как внутренние слои содержат белок.

Технология производства хитина заключается в последовательной постадийной обработке панцирьсодержащего сырья щелочными растворами - для удаления белковых веществ (стадия депротеинизации), и растворами кислот (стадия деминерализации) - для удаления минеральных соединений. Технологическая схема производства хитина (в расчете на 1 кг готового продукта) приведена на фиг.1.

Таким образом, в технологическом процессе производства хитина образуется два вида сточных вод: со щелочной реакцией среды (сливы 1 и 3 - фильтраты от первой и второй стадий депротеинизации, промывные воды 1, 3; суммарный объем всех щелочных стоков на 1 кг хитина 258 л с рН смеси 12) и кислой реакцией (слив 2 - фильтрат стадии деминерализации; промывная вода 2; суммарный объем всех кислых стоков на 1 кг хитина 131 л с рН смеси 1,0).

Усредненные показатели загрязнений полученных технологических сливов и промывных вод приведены в таблице 1.

Таблица 1Характеристика сточных вод
Сточная вода	рН	Общий азот, Nобщ, г/л	ХПК, г/л
Сток 1 (после депротеинизации)	12,4	5,6	82,80
Промывная вода 1	11,8	0,2	5,00
Сток 2 (после деминерализации)	0,13	Отсутствует	4,36
Промывная вода 2	1,40	-	1,50
Сток 3 (после повторной депротеинизации)	12,6	0,4	14,83
Промывная вода	12,2	0,05	3,50

Существующая система очистки стоков, получаемых при производстве хитина, предусматривает их локальную обработку методом нейтрализации щелочных и кислых вод путем их смешения и подачу обработанных стоков в городскую сеть водоотведения или на существующие очистные сооружения.

В результате локальной обработки всех получаемых технологических сливов рН полученного стока равняется 10,6, а степень извлечения из них белковых веществ не превышает 40%. Таким образом, происходят потери ценного белкового продукта, увеличивается нагрузка на очистные сооружения.

Более высокая степень очистки сточных вод может быть достигнута их реагентной обработкой, например применением различных коагулянтов или сорбентов.

Например, широко известно применение в качестве сорбентов при очистке сточных вод активированных углей и бентонитовых глин.

Известен также способ очистки воды, содержащей органические и взвешенные вещества, включающий обработку флокулянтом и известью (Авторское свидетельство №1756283, кл. С 02 F 1/52).

Известен также способ очистки сточных вод заводов первичного виноделия (Авторское свидетельство СССР №1231014, кл. С 02 F 1/52), включающий коагуляцию и биологическую очистку, при котором сточные воды, с целью повышения степени очистки, предварительно коагулируют известью до рН 11,3-11,9.

Наиболее близким к предлагаемому методу является метод, взятый за прототип, описанный в статье Новикова В.Ю., Мухина В.В., Харзовой Л.П. "Комплексная переработка панциря ракообразных", ЖПК, 2000, Т. 73, №9, с.1533-1537. Авторами описан следующий принцип очистки промстоков при производстве хитина из панцирьсодержащего сырья:

Сток после первой депротеинизации панциря подкисляется раствором соляной кислоты до рН 5. При этом происходит быстрая коагуляция белков и образование осадка. Осажденный белок отфильтровывается. Оптимальный выход осажденных белков - 71%. После деминерализации панциря кислый фильтрат осаждается нейтрализацией раствором углекислого натрия, при этом выход осадка - 23,2%.

Недостатками перечисленных методов являются как не слишком высокая степень очистки сточных вод, так и использование специальных химических реагентов, усложняющих процесс очистки и, естественно, удорожающий его.

Цель изобретения - изменение схемы обработки стоков, повышающее степень их очистки и обеспечивающее возможность утилизации выделенных осадков.

Это достигается следующим образом.

Выделение белковых веществ из щелочной сточной воды, насыщенной ими при депротеинизации панциря, осуществляется на первом этапе очистки достижением изоэлектрической точки осажденного белка. Это производится смешением щелочной сточной воды с частью кислых стоков, образующихся при деминерализации панциря, в определенном соотношении. Для определения изоэлектрической точки осаждения щелочные и кислые стоки смешивались в различных соотношениях. Динамика изменения содержания белковых веществ в зависимости от соотношения стоков представлена в табл. 2.

Таблица 2Содержание общего азота в воде после нейтрализации
Vщ/Vк	Vщ	5:1	2,25:1	2:1	1,5:1
pH	11,50	9,14	6,64	5,48	3,35
Nобщ.,%	5,6	3,2	2,0	2,4	3,1
ХПК, г/л	82,8	44,1	18,5	21,2	35,4

V_щ, V_к - объемы щелочного и кислого слива, соответственно.

В результате экспериментальных исследований установлено, что наибольшая эффективность извлечения белковых веществ из сточной воды достигается при величине рН в интервале 6,0-6,5. Отделенный белок выделяется от раствора.

Однако даже в этом интервале рН в очищенной воде содержание органических веществ велико: ХПК составляет 18,5-21,2 г/л, концентрация общего азота - 2,0-2,4 г/л.

Поэтому на втором этапе очистки в белоксодержащем растворе, освобожденном от высокомолекулярных фракций белка, осуществляется удаление низкомолекулярных белковых фракций методом соосаждения с использованием в качестве реагента гидроксида кальция, не вносимого извне, а образующегося в результате химической реакции в кислом стоке при его смешении со щелочным стоком.

При деминерализации панциря основную часть растворенных минеральных веществ в кислом сливе составляют соли кальция. Увеличение рН слива (введение в кислый слив щелочного слива) приводит к образованию в нем в результате химической реакции из растворенного карбоната кальция труднорастворимого гидроксида кальция, хлопья которого, осаждаясь, сорбируют низкомолекулярные фракции белковых загрязнений. Осадок вновь отделяется от раствора и направляется на утилизацию.

Образование гидроксида кальция происходит при рН≥7. Результаты экспериментальных исследований второй стадии обработки предварительно нейтрализованных сточных вод щелочным раствором (объединенный неиспользованный слив: сливы 2, 3, промывные воды 1, 2, 3; фиг.1) представлены в табл. 3.

Таблица 3Показатели сточных вод после второй стадии обработки
Показатели	Очищаемый сток	Очищенный сток
	после первой стадии очистки	объединенная смесь всех оставшихся стоков
pH	6,6	12,0	8,9
ХПК, г/л	18,8	5,5	0,7
Nобщ. г/л	2,1	0,01	0,08
Са2+ г/л	46,7	13,3	1,1

Полученные данные свидетельствуют о том, что в результате объединения потоков нейтрализованного слива после первой стадии обработки и неиспользованных технологических сливов достигается высокая эффективность осаждения белковых фракций загрязнений сточных вод.

Принципиальная схема локальной очистки сточных вод производства хитина (с объемом стоков на 1 кг хитина) представлена на фиг.2. Здесь: 1 - смеситель-нейтрализатор; 2 - отстойник №1; 3 - смеситель; 4 - камера хлопьеобразования, 5 - отстойник №2.

Описание процесса очистки сточных вод от производства 1 кг хитина:

Наибольшее количество белка содержится в сточных водах после первой депротеинизации панциря. При этом образуется 43 л технологического стока с рН 12,4, общим азотом N_общ.=3,53, ХПК=82,8. При деминерализации же панциря образуется 35 л технологического стока с рН 0,13 и ХПК=4,36.

На первой стадии очистки весь сток после первой депротеинизации смешивается с частью стока от деминерализации (21,5 л) и его рН устанавливается равной 6-6,5. Достигается изоэлектрическая точка смеси высокомолекулярных белков. При этом из смеси выделяется 56,7% всех белковых веществ, которые представляют собой высокомолекулярные фракции.

На второй стадии очистки сток после освобождения от высокомолекулярных фракций смешивается со всеми оставшимися сточными водами, образовавшихся при производстве хитина. Эта смесь оставшихся стоков имеет рН 12. Добавление ее к фильтрату, полученному в первой стадии очистки, увеличивает рН общего слива до 8,9 и приводит в результате химической реакции к образованию в нем из растворенного карбоната кальция труднорастворимого гидроксида кальция, хлопья которого, осаждаясь, сорбируют низкомолекулярные фракции белковых загрязнений.

Выделенный из сточных вод осадок представляет собой смесь белковых фракций и гидроксида кальция и является цепным кормовым продуктом.

Очищенный фильтрат содержит низкий уровень общего азота и солей кальция, позволяющий направлять очищенный сток в канализационную систему.

В отличие от прототипа очистке подвергается весь объем сточных вод, а не только технологические стоки от первой депротеинизации. Степень очистки стоков от белковых включений составляет 88,6%, степень очистки от ионов кальция - 97,6%. Эти результаты существенно выше, чем в прототипе.

Таким образом, предлагаемый способ очистки сточных вод отличается от всех известных технологических решений в данной области, реализуя принципиально новый подход, основанный на различии химического состава стоков и возможности эффективного постадийного извлечения из них различных белковых фракций и минеральных солей только путем смешения различных видов стоков в определенных пропорциях.

Способ очистки сточных вод производства хитина из панциря ракообразных, включающий двухстадийную очистку щелочного и кислого стоков, содержащих высокомолекулярные и низкомолекулярные белковые вещества и минеральные соли, заключающийся в выделении белковых веществ из щелочного стока понижением его рН на первой стадии очистки и в выделении минеральных солей из кислого стока повышением его рН на второй стадии очистки, отличающийся тем, что на первой стадии очистки осуществляют выделение только высокомолекулярных белковых веществ путем смешения щелочных стоков с частью кислых стоков в соотношении 2:1-2,25:1 и до образования общего стока с рН от 6,0 до 6,5, а на второй стадии очистки осуществляют выделение низкомолекулярных белковых веществ и минеральных солей путем смешения стоков, очищенных от высокомолекулярных белковых веществ на первой стадии, с оставшимися кислыми стоками до образования общего стока с рН больше или равно 7.