В зависимости от вида загрязнений сточные воды подразделяют на четыре потока: хозяйственно-бытовые, сбрасываемые в городскую канализацию; транспортные и транспортно-моечные, характеризующиеся в основном неорганическими загрязнениями; технологические с органическими и биологическими загрязнениями и тепловые. Последние, как правило, после охлаждения используют повторно. Все остальные потоки подвергают механической и биологической очистке и обеззараживанию.
Очищенные сточные воды после разбавления водопроводной водой могут повторно использоваться для технических нужд предприятия, что способствует рациональному решению проблемы водоснабжения. Требования к качеству воды, подаваемой в производство повторно, в каждом конкретном случае определяются особенностями технологического процесса.
Оборудование и параметры очистных сооружений выбирают в зависимости от характера и диапазона изменений основных характеристик воды: концентрации загрязнений, расхода воды, ее температуры и рН.
Механическую очистку применяют для удаления из сточных вод нерастворимых и (частично) коллоидных загрязнений. В состав сооружений механи-ческой очистки входят решетки, сита, гидроциклоны, отстойники. Крупные загрязнения задерживаются решетками и ситами, а взвешенные частицы - гидроциклонами, сепараторами, отстойниками. Первичные отстойники применяются для предварительного отстаивания сточных вод перед биологической очисткой. Если механическая очистка обеспечивает показатели, установленные санитарными требованиями, то осветленные в отстойнике воды после дезинфекции сбрасывают в водоем.
В процессе биологической очистки органические вещества, содержащиеся в сточных водах, окисляются микроорганизмами. Биологическую очистку проводят в условиях, близких к естественным (поля фильтрации, биологичес-кие пруды), а также в созданных искусственно (биологические фильтры, аэротенки). Поля фильтрации и биологические пруды требуют больших площадей и менее производительны. При очистке в биофильтрах на поверхности зерен фильтра сорбируются нерастворенные и коллоидные загрязнения, образуя биологическую пленку, заселенную микроорганизмами. Попадая на эту пленку, растворенные загрязнения сточных вод окисляются. Отмершая пленка смывается сточной жидкостью и выносится из биофильтра, образуя так называемый активный ил. Аналогично происходит очистка сточных вод в аэротенках. Основную роль здесь играют аэробные микроорганизмы, колонии которых образуют активный ил. Отмершая биопленка и активный ил из сооружения биологической очистки вместе с очищенной сточной жидкостью поступает во вторичные отстойники. Технологический режим вторичных отстойников отличается от режима первичных составом и концентрацией осаждаемых взвесей, а также гидродинамическими параметрами.
Обеззараживание сточных вод направлено на уничтожение болезнетворных бактерий. Самый распространенный способ обеззараживания - хлорирование.
На предприятиях пищевой промышленности показатели загрязненности сточных вод подвержены значительным колебаниям, что нарушает очистку и обеззараживание и снижает эффективность работы очистных сооружений. Нап-ример, для биологической очистки используются лишь определенные виды микроорганизмов, а видовое соотношение между ними определяется особенностями и концентрацией органических загрязнений. Нарушение этого соотношения на длительное время снижает эффективность биологической очистки.
Значительно нарушают очистительные процессы (осаждение, обеззараживание и пр.) неравномерное поступление стоков, изменения температуры воды, значения рН.
Чтобы уменьшить влияние неравномерности поступления стоков и концентрации загрязнений, перед очистными сооружениями устраивают усреднители. Вместимость усреднителя определяется частотой и амплитудой колебания показателей расхода и загрязненности.
Современные методы очистки сточных вод достаточно эффективны, но они связаны с большими затратами, в первую очередь на сооружение резервуаров (отстойников, биологических прудов, аэротенков), в которых вода выдерживается довольно длительное время. Следует учитывать также, что биологические процессы интенсивно протекают только летом (за 30÷40 сут), а зимой они замедляются или вовсе приостанавливаются. Поэтому очистные сооружения не гарантируют полностью чистоты, сохранности или восстановления экологического равновесия в водоемах, куда сбрасывается вода после очистки.
Оборотное водоснабжение в пищевой промышленности принципиально возможно, но это связано с усложнением очистных сооружений и увеличением затрат на очистку. Вода, соприкасающаяся с обрабатываемым продуктом (в процессе мойки и т. п.), загрязняется не только органическими и неорганическими примесями, но и микроорганизмами. Поэтому вторичное использование ее для обработки пищевых продуктов допускается только после полной очистки и обеззараживания. Замкнутые схемы оборотного водоснабжения при-меняются лишь для питания паровых котлов, охлаждения вакуум-аппаратов, холодильных компрессоров.
Расширяют возможности повторного использования воды раздельные схемы водоснабжения и канализации для отдельных производственных участков и вод с различной степенью загрязненности. Например, возврат жомо-прес-совой воды позволяет снизить общий расход воды из расчета на 1 т перерабатываемой свеклы до 2÷3 м3.
Другое важное и перспективное направление рационального водоиспользования - замена «мокрых» процессов «сухими». Исходя из соображений экономии воды гидравлические транспортеры на сахарных и картофелеперерабатывающих заводах заменяют пневматическими и механическими устройствами, обработку продуктов паром и горячей водой (процессы очистки, бланшировки, стерилизации) - обработкой горячими газами и химическими реагентами. Используемые в последние годы методы сухой щелочной очистки корнеплодов (картофеля, свеклы, моркови) можно распространить и на некоторые другие виды овощей и фруктов. Обработку щелочью комбинируют с нагревом инфракрасными лучами. При этом уменьшаются расход щелочи и количество отходов, а расход воды сокращается в 15÷20 раз.
В консервной промышленности для стерилизации тары и оборудования можно применять бактерицидные газы. Значительный эффект обеспечивает тара разового пользования, так как мойка грязных бутылок и банок связана с большим расходом воды, которая, кроме того, загрязняется моющими средствами.
Таким образом, в пищевой промышленности на многих производственных участках объем сточных вод можно уменьшить. Кроме того, если при очистке налажено извлечение полезных питательных веществ из отходов, то получают также дополнительную продукцию, упрощается и сама очистка остаточных стоков.
Один из способов утилизации сточных вод - применение их после очистки для орошения сельскохозяйственных угодий. Содержащиеся в сточных водах органические вещества выступают в этом случае в качестве удобрений. По своему химическому составу сточные воды пищевой промышленности близки к городским бытовым стокам, использование которых на полях орошения практиковалось и в прошлом. Однако сточные воды пищевой промышленности меньше заражены болезнетворными микроорганизмами и их использование более безопасно. Проведенные исследования и данные практики свидетельствуют, что при орошении полей стоками пищевой промышленности урожайность сельскохозяйственных культур (картофеля, свеклы, люцерны) значительно повышается.
3.5. Условия спуска сточных вод в водоемы
При решении вопроса об условиях или допустимости спуска сточных вод в водоем последний подвергают предварительному санитарному обследованию. При этом различают водоиспользование двух типов: I - водоем служит источником централизованного либо нецентрализованного питьевого водоснабжения (в том числе и предприятий пищевой промышленности); II - водоем является местом купания, спортивных занятий и отдыха населения (сюда также относятся водоемы, расположенные в черте населенных пунктов).
Состав и свойства воды в пунктах водоиспользования определяются нормативами, приведенными в Правилах охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Установлено, в частности, что после выпуска очищенных сточных вод концентрация взвешенных веществ не должна увеличиваться более чем на 0,25 мг/л, в водоеме I типа и на 0,75 мг/л - II типа, БПК при 20°С для водоемов I и II типов должна составлять соответственно не более 3 и 6 мг/л, а количество растворенного кислорода быть равным не менее 4 мг/л.
При предварительном обследовании места предполагаемого спуска сточных вод, собирают, кроме того, подробные гидрологические, гидрогеологические и другие сведения о водоеме, в частности изучают расход реки, ее кислородный баланс.
Водоемы как приемники стоков делятся на проточные, в которых вода движется с относительно большими скоростями, проточные с малыми скоростями перемещения воды и совсем непроточные (водохранилища, озера). Очевидно, что в каждом случае перемешивание сточной жидкости с водой водоема-приемника протекает по-разному.
Кратность разбавления сточной жидкости речной водой в максимально загрязненной струе любого створа
, (1.1)
где g – расход сточных вод, м3/с;
G – расход реки, м3/с;
γ – коэффициент смешения, который показывает, какая часть расхода реки смешивается в данном створе со
сточной водой.
Степень возможного разбавления сточных вод в водохранилище определяют по методу М. А. Руффеля. В соответствии с ним, полное разбавление п является результатом совместного влияния начального разбавления пн, происходящего при выпуске сточных вод, и основного по, продолжающегося по мере удаления сточных вод от места выпуска:
. (1.2)
Если сточные воды выпускаются в мелководной прибрежной части водохранилища, то
(1.3)
где Hср – средняя глубина прибрежной полосы водохранилища, в которой происходит разбавление, м;
υср – средняя скорость течения, м/с;
r – отношение концентрации загрязнений в водоеме к концентрации загрязнений в сточной воде.
В соответствии с требованиями Правил охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами, необходимую степень очистки стоков рассчитывают по общесанитарным показателям загрязненности: концентрации взвешенных веществ, БПК и балансу кислорода. Расчетная формула для определения предельно допустимого содержания взвешенных веществ в водах, спускаемых в непроточный водоем, имеет вид
, (1.4)
где п – кратность разбавления сточных вод в расчетном пункте;
кдоп – допустимое увеличение содержания взвешенных веществ в водоеме, мг/л;
кв – концентрация взвешенных веществ в воде водоема, мг/л.
Расчёт по предельно допустимому значению БПК для водохранилищ основан только на учете разбавления сточных вод в водоеме:
(1.5)
Для проверки по кислородному балансу существует приближенная формула вида
,
где Ор – концентрация растворенного кислорода в воде водоема до, выпуска сточных вод, мг/л.
4. Энергетика в пищевой промышленности
В пищевом производстве энергия затрачивается на выполнение технологических, транспортных и вспомогательных операций. Показателем энергоемкости предприятия пищевой промышленности является расход энергии на единицу массы выпускаемой продукции. Наиболее энергоемкие отрасли пищевой промышленности, характеризующиеся высокой электровооруженностью труда, – сахарная, мукомольно-крупяная, маслобойно-жировая, крахмалопаточная, соляная; менее энергоемкие – хлебопекарная, кондитерская, консервная, винодельческая.
Экономное использование энергии – важнейший фактор, снижения себестоимости пищевой продукции. Критерием экономичного использования энергии ηЭявляется отношение количества энергии, которую требуется затратить на получение единицы продукций, Qт, к количеству фактически затраченной Qф:
Для экономии энергии в пищевой промышленности широко используют теплоту химических реакций, отходящих рабочих агентов, различные рекуператоры и регенераторы. Особенно эффективно повторное использование низкотемпе-ратурных теплоносителей, выходящих потоков продукта при пастеризации, ректификации, многокорпусном выпари-вании.
Электроэнергия в пищевой промышленности применяется преимущественно для приведения в движение различного технологического оборудования, а также для освещения. В последние годы с появлением новых прогрессивных методов приготовления пищи она все чаще используется непосредственно как движущая сила технологических процессов. Так, ультразвук используют для интенсификации процессов перемешивания и разделения, токи низкой и высокой частот – для подогрева и сушки, ультразвук и инфракрасные лучи – при выпечке хлеба и кондитерских изделий, а также при пастеризации молока, бета- и гамма-излучения – при консервировании, дезинсекции плодов и овощей, для «старения» вин, коньяка. В некоторых случаях электроэнергию выгодно применять непосредственно для подогрева.
С увеличением производства электроэнергии и по мере совершенствования технологических процессов потребление ее в отрасли увеличивается. Масштаб и уровень электрификации предприятий пищевой промышленности определяются рядом показателей.
Коэффициент потенциальной электрификации производственных процессов
где NМ, NT.У, NС – соответственно мощность электрического привода, технологических установок (электроаппаратов и
т. п.) и суммарная энергетическая мощность предприятия.
Коэффициент электрификации производства
где Э – количество электроэнергии, потребленной электродвигателями, электроаппаратами и технологическими
установками;
– общее количество всех видов энергии (тепловой, механической, электрической), используемой
где ЭТ – количество электроэнергии, потребляемой на технологические цели;
Э – общее количество электроэнергии, потребляемой на производственные нужды.
Коэффициент электроемкости продукции
qЭ = СЭ/ В
где СЭ – стоимость потребляемой в производстве электроэнергии;
В – стоимость валовой продукции предприятия, произведенной за данный период времени.
Потенциальная электровооруженность труда, характеризующая мощность электромашин и аппаратов, приходящуюся на одного рабочего,
ЭП= N / P
где N – установленная мощность электромашин и аппаратов, кВт;
Р – число рабочих в наибольшей смене, чел.
Фактическая электровооруженность труда
ЭФ = Э / Р
где Э – количество потребленной электроэнергии за месяц, год, кВт·ч;
Р – число рабочих или количество человеко-дней (человеко-часов), отработанных рабочими за определенный период.
5. Интенсификация производства и основные пути развития
пищевой промышленности
Существует два принципиальных метода увеличения выпуска продукции: интенсивный, осуществляемый за счет сокращения времени процесса, и экстенсивный, который предусматривает увеличение количества (вместимости, мощности) оборудования. Интенсификация - более эффективное направление развития производства. Ее значение, пути и методы достижения отмечаются в решениях правительства нашего государства. Именно за счет интенсификации производства обеспечивается основной прирост продукции пищевой промышленности.
Интенсивный и экстенсивный методы взаимосвязаны. Так, экстенсификация производства увеличивает мощность пред-приятий, что в свою очередь позволяет применить более совершенные технологические приемы, т. е. интен-сифицировать производство.
Основные производственные фонды пищевой промышленности наращиваются преимущественно за счет строи-тельства новых и реконструкции действующих предприятий. Перевооружение отрасли осуществляется разными путями: внедрением комплексно механизированных и автоматизированных линий, новых непрерывных интенсивных технологических процессов, комплексных способов переработки сырья, широким использованием холодильной техники, повышением единичной мощности машин и аппаратов, механизацией трудоемких, прежде всего складских и погрузочно-разгрузочных работ, автоматизацией контроля качества и учета продукции, а также управления производством.
Развитие технической базы пищевой промышленности происходит одновременно с совершенствованием организации общественного производства – его концентрацией, специализацией, кооперированием и комбинированием, которые, в свою очередь, стимулируют дальнейший технический прогресс в отрасли.
Во всех подотраслях пищевой промышленности через определенный промежуток времени увеличивается средняя мощность предприятий. Строительство заводов большой единичной мощности позволяет повысить производительность труда и улучшить другие технико-экономические показатели. Если раньше типовые кондитерские фабрики вырабатывали 10 и 20 тыс. т изделий в год, то теперь они выпускают до 40 тыс. т и более, что дало возможность снизить себестоимость 1 т одинаковых изделий. Типовые проекты хлебозаводов предусматривают повышение мощности от 20÷50 до 135 т/сут. Особенно интенсивно повышается концентрация производства в сахарной промышленности, что позволяет, обеспечить прирост производственной мощности главным образом за счет нового строительства. По величине он равен производственной мощности, созданной за полуторавековой период развития отрасли. Следует отметить, что затраты труда на переработку 100 т свеклы на заводах производительностью 1,5 и 6 тыс. т в сутки составляют соответственно 18,6 и 7 чел.-дней. Повышение производственной мощности сахарного завода от 1,5 до 3 тыс. т свеклы, перерабатываемой в сутки, сокращает удельные капитальные вложения на 25%, снижает себестоимость единицы продукции на 3%, повышает производительность труда на 80%.
В консервной промышленности строят заводы производительностью 50, 100 и даже 200 млн. условных банок в год. Средняя производительность винодельческого завода значительно увеличилась до 1 млн. дал (декалитров) в год, число заводов мощностью более 1 млн. дал розлива вин в год возросло.
В первичном виноделии ранее по типовым проектам строили предприятия мощностью 1; 2 и 4 тыс. т винограда, перерабатываемого за сезон. В настоящее время разработаны типовые проекты заводов мощностью за сезон 10; 15; 20 и более тыс. т. Такая же тенденция наблюдается в крахмалопаточной и других отраслях пищевой промышленности.
Снижение капитальных затрат обеспечивается также комбинированием производств. Крупными комбинатами являются многие кондитерские фабрики, пивоваренные, сахарные и другие заводы. Концентрация мелких и средних предприятий осуществляется на основе межзаводской специализаций путем сосредоточения их в крупных производственных объединениях.
Важнейшим резервом интенсификации производства является применение более высоких режимов обработки - температур, давлений, концентраций, катализации процессов. Так, при сушке зерна повышение температуры сушильного агента в начальный период до 180÷200°С позволяет увеличить производительность шахтных сушилок в два раза, а применение жидкой кислоты - снизить температуру выпеченного хлеба с 85 до 24°С за 30 с. Применение повышенных давлений и специальных ферментов в два-три раза ускоряет процесс приготовления пива. Стимулирующие добавки и интенсивная механическая обработка сокращают время приготовления теста. Применение высоких давлений в инжекторах для создания вакуума интенсифицирует выпаривание (повышает концентрацию) соков и улучшает их качество. Введение ферментов и других катализаторов позволяет значительно сократить процессы созревания сыра, брожения теста и пр.
Правительство Азербайджана последовательно осуществляет курс на подъем материального и культурного уровня жизни народа на основе динамичного и пропорционального развития общественного производства, повышения его эффективности, ускорения научно-технического прогресса. Дальнейшее развитие пищевой промышленности – задача огромной политической и экономической важности, направленная на выполнение программных установок партии, повышение благосостояния народа. Современный уровень потребления продуктов питания на душу населения в республике обеспечивает полное покрытие энергетических потребностей человека. Поэтому основным заданием в настоящее время является дальнейшее улучшение структуры питания населения Азербайджана за счет роста потребления наиболее ценных в питательном отношении продуктов - мясных, молочных, овощей, фруктов и пр.
Важнейшими направлениями развития пищевой промышленности являются:
разработка и внедрение на предприятиях передовой техники и технологии, освоение производства новой, более совершенной продукции, повышение ее качества;
организация выпуска продуктов детского и диетического питания, пищевых концентратов для быстрого приготовления и других новых пищевых продуктов, обладающих высокими вкусовыми и питательными свойствами;
разработка и внедрение прогрессивных, более интенсивных технологических процессов производства;
внедрение и расширение бестарных методов перевозки и хранения сырья и полуфабрикатов;
совершенствование способов хранения сырья и готовой продукции (применение вентиляции, увлажнения, сушки, замораживания, помещение в среду инертных газов и другие способы консервирования), использование автоматических средств измерения и контроля качества продукции в процессе хранения;
широкое использование новых методов производства пищевых продуктов с применением обработки ультразвуком и токами высокой частоты, сублимации, асептической стерилизации, сорбиновой кислоты и других оксидантов, а также антибиотиков, обеспечивающих сохранение биологической ценности и увеличение сроков сохранности продуктов;
комплексная механизация и автоматизация производственного процесса, ускорение технического перевооружения действующих предприятий, внедрение автоматизированных систем управления, планирования и учета с применением вычислительной техники.
Контрольные вопросы.
1.Дайте общую характеристику и классификацию отраслей пищевой промышленности Азербайджана.
2.Назовите средние нормы потребления основных питательных веществ.
3.Как классифицируют пищевые производства?
4.Какие перспективы развития пищевой промышленности?
5.Какие требования предъявляют к качеству сырья для производства пищевых продуктов?
6.Какие решения предпринимаются правительством по вопросам обеспечения пищевых предприятий сырьем?
7.В чем заключается экономическая эффективность применения в качестве пищевого сырья полуфабрикатов?
8.В чем заключается преимущество комплексного использования сырья в пищевой промышленности?
9.Объясните причины образования вредных выбросов на предприятиях пищевой промышленности.
10.Какие меры предпринимаются по охране окружающей среды в Азербайджане?
11.Какие санитарные нормы учитываются при проектировании предприятий?
12.Какие требования предъявляют к питьевой воде?
13.По каким причинам образуются сточные воды на предприятиях пищевой промыш-ленности?
14.Какими показателями характеризуется загрязненность сточных вод?
15.Какие методы применяют для определения загрязненности сточных вод?
16.Как классифицируются сточные воды предприятий пищевой промышленности?
17.Каким путем уменьшают загрязненность окружающей среды сточными водами, газовыми выбросами и пылью?
18.Какие требования предъявляют к спуску сточных вод в водоемы?
19.Как проводят оценку степени загрязнения окружающей среды предприятиями?
20.Назовите предельно допустимые содержания загрязнений в сточных водах.
, (1.1)
. (1.2)
(1.3)
, (1.4)
(1.5)
,
– общее количество всех видов энергии (тепловой, механической, электрической), используемой