Учебные вопросы:
1) Классификация сточных вод.
2) Физические и химические (реагентные) способы очистки сточных вод.
3) Замкнутые водооборотные системы.
Вода, использованная на производственные или бытовые нужды и получившая загрязнения, которые изменили ее свойства, и подлежащая очистке или удалению с данного объекта или населенного пункта, называется сточной.
Состав сточных вод отличается исключительным разнообразием и зависит от типа производства. В сточных водах могут содержатся токсичные вещества такие, как цианиды, соединения мышьяка, селена, ртути, свинца, кадмия. Наибольшее количество примесей имеют воды химической, горно-металлургической, целлюлозно-бумажной, нефте- и углеперерабатывающей отраслей промышленности. Эти воды содержат кислоты или щелочи, соли, соответственно нефтепродукты и продукты переработки углей и т.п. На производство 1 кВт-ч электроэнергии требуется 200—400 л воды. Для работы ТЭЦ мощностью 1000 МВт необходимо 1,2—1,6 км3 воды в год, а АЭС такой же мощности − 3 км3 в год. На станциях большой мощности в сутки сбрасывается 1000 т и более воды, загрязненной примесями.
В зависимости от назначения исходной воды сточные воды можно разделить на следующие основные виды:
1) реакционные воды, в которых вода является продуктом реакции;
2) исходные воды, содержащиеся в сырье или реагентах, например, воды углей;
3) маточные водные растворы, образующиеся в результате протекания реакций в водных средах;
4) промывные воды, образующиеся после промывки сырья, продуктов реакции и оборудования;
5) охлаждающие воды, используемые для охлаждения аппаратов
и продуктов.
Загрязненность разных видов вод существенно отличается. Например, охлаждающие воды, как правило, мало загрязнены. Поэтому для каждого вида вод применяют свой метод очистки.
Хотя сточные воды существенно отличаются по составу, однако все примеси этих вод можно подразделить на группы.
В зависимости от размеров частиц примеси можно разделить на грубодисперсные, коллоидные и истинно растворенные. Последние в свою очередь подразделяются на примеси ионного и молекулярного характера.
В зависимости от рН сточные воды могут быть щелочные, кислые или нейтральные.
Сточные воды характеризуются рядом технологических показателей (см. лекцию 11) таких, как содержание нерастворимых и растворимых примесей, БПК, окисляемость, рН, жесткость, кислотность, общее содержание солей
Методы очистки сточных вод разнообразнытакже, как и их состав. Все методы воздействия на примеси можно подразделить на две группы: деструктивные и регенеративные.
При деструктивных методах примеси разрушаются и выводятся из воды в виде газов или остаются в воде в обезвреженном состоянии. При регенеративных способах примеси извлекаются и передаются для использования. Применение того или иного метода определяется экономическими соображениями.
По технологическому признаку все методы обезвреживания сточных вод можно подразделить на три группы: очистка от суспензированных и эмульгированных примесей, очистка от растворенных примесей, устранение или уничтожение сточных вод.
Очистка сточных вод от суспензированных и эмульгированных примесей. Грубодисперсные примеси удаляются из сточных вод отстаиванием, фильтрованием и флотацией. Отстаивание проводится в специальных емкостях периодического и непрерывного действия. Очистка от примесей ускоряется при пропускании воды через слои взвешенного осадка. Флотация заключается в образовании комплексов частиц примесей с пузырьками газа, подъема комплексов и удалении их с поверхности воды. Фильтрование обычно проводится как завершающая стадия после других видов очистки. В зависимости oт состава обрабатываемой воды и ее кислотности фильтрующими материалами служат песок, кварц, антрацит, мрамор, доломит, магнезит, полимеры. Очистка от коллоидных примесей проводится методом коагуляции (см. лекцию 21).
Очистка сточных вод от растворенных неорганических примесей. В зависимости от вида и концентрации примесей применяют реагентные, ионообменные, электрохимические и другие методы очистки.
Реагентные методы очистки включают в себя нейтрализацию, осаждение, окисление и восстановление примесей.
Если сточные воды имеют кислотный характер, то их нейтрализуют основными реагентами (известью Са(ОН)2, едким натром NaOH, известняком СаСО, содой Na2CО3, магнезитом MgO или MgCО3, аммиаком NH3). В промышленности применяют и метод взаимной нейтрализации кислотных и щелочных сточных вод.
Некоторые ионы (Hg2+, Pb2+, Cd2+, Cu2+) можно вывести из сточных вод в виде их малорастворимых солей. Как известно, для мало растворимых солей величина произведения растворимости (см. лекцию 18) постоянна при данной температуре и определяется произведением концентраций ионов в насыщенном растворе над осадком. Увеличивая концентрацию ионов противоположного знака (анионов), можно уменьшить концентрацию указанных выше токсичных катионов тяжелых металлов (свинца, кадмия, ртути и других).
С помощью окислительно-восстановительных реакций (см. лекцию 19) можно превратить вредные вещества в безвредные или в соединения, легко выводимые из раствора. В качестве окислителя используют хлор, озон, гипохлорит натрия. Например, цианид-ион можно окислить гипохлорит-ионом до азота и диоксида углерода:
2CN- + 5OСl- + 2Н+ = 2СO2 + N2 + 5Сl- + Н2O
Гидразин можно окислить кислородом воздуха до азота:
N2H4 + О2 = N2 + 2H2О
Если сточные содержат легко восстанавливаемые примеси, то их можно отделить методом восстановления. В качестве восстановителей используют водород, алюминий, диоксид серы. Например, оксид хрома (IV) можно восстановить диоксидом серы по реакции:
2CrО3 + 3SО2 =Cr2 (SО4)3
Ионообменные методы получают все более широкое применение для удаления примесей из сточных вод. Для очистки сточных вод используют как катионирование, так и анионирование (см. лекцию 11). При катионировании токсичные катионы сточных вод обмениваются на безвредные ионы ионита. Например, для удаления ионов Cd2+ из сточной воды последнюю можно подвергнуть Na-катионированию:
2R-Na+ + Cd2+ ↔ (R-)2 Cd2+ + 2Na+
Катионирование сточных вод обычно проводят как одну из заключительных стадий для глубокой очистки, так как стоимость ионитной обработки достаточно высока. Если концентрация примесей в воде высокая, то основную часть примесей предварительно удаляют другими, более дешевыми методами.
С помощью ионообменных смол можно очистить сточные воды от радиоактивных катионов, например от ионов стронция Sr2+.
Особенно эффективен ионообменный метод очистки от радиоактивных ионов сточных вод, имеющих небольшое солесодержание.
При анионировании вредные ионы сточных вод заменяются на ионы анионита. Например, анионированием можно удалить из сточных вод цианид-ионы:
CN - + R+ ОН - ↔ R+ CN - + ОН -
Для очистки сточных вод используют также электрохимические методы: электродиализ (см. лекцию 21), электроокисление и электровосстановление. Электроокисление и электровосстановление заключаются в пропускании сточных вод через электролизер с нерастворимыми электродами. При этом вредные примеси либо окисляются на аноде, либо восстанавливаются на катоде. Так, ионы хрома, свинца, серебра, меди, олова, мышьяка, ртути, кадмия и цинка можно восстановить до металлов на катоде с высоко развитой поверхностью, например:
Ag+ + е = Ag.
Очистка сточных вод от растворенных органических примесей. Обезвреживание сточных вод, содержащих органические примеси, проводят деструктивным и регенеративным методами.
К деструктивным методам относится термоокисление и электроокисление. Термоокисление заключается либо в сжигании сточных вод совместно с топливом (огневое обезвреживание), либо в окислении примесей кислородом воздуха, озоном, хлором и другими окислителями. При электроокислении сточные воды пропускаются через электролизер, в котором происходит электрохимическое окисление органических примесей на нерастворимом аноде. Например, фенол окисляется на аноде до оксида углерода и малеиновой кислоты:
С6Н5ОН + 7Н2О + 16е = 2СО2 + (СНСООН)2 + 16Н+
При регенеративной очистке происходит как обезвреживание сточных вод, так и извлечение ценных примесей. Для этих целей используют методы экстракции, перегонки, адсорбции, ионного обмена, осаждения.
Метод экстракции (см. лекцию 15) основан на законе распределения вещества между двумя несмешивающимися растворителями и заключается во взаимодействии сточных вод с растворителем-экстрагентом, в котором примеси лучше растворяются, чем в воде. Затем раствор примеси в экстрагенте отделяют от сточных вод и от экстрагента.
Методом перегонки можно выпарить из сточных вод примеси, имеющие более низкую температуру кипения, чем вода, например, метанол.
Метод адсорбции (см. лекцию 8) широко используется для очистки сточных вод. В качестве адсорбентов служат активированные угли, синтетические сорбенты и некоторые отходы производства (зола, шлак, опилки). Например, с помощью активированного угля из сточных вод удаляются бензол, спирт и другие вещества. Все более широкое применение для очистки сточных вод находит биологический метод, заключающийся в удалении органических примесей с помощью микроорганизмов.
Наилучшим путем решения проблемы охраны водного бассейна Земли является создание замкнутых водооборотных систем (рис. 44). В этом случае полностью отсутствует сброс сточных вод в водоемы.
Рис. 44. Замкнутая водооборотная система химического комбината
Важную роль в решении этой проблемы играет химия, так как с помощью химических реакций и физико-химических процессов удается удалить до необходимых пределов примеси из сточных вод, которые после обработки снова поступают на производство. При создании замкнутых водооборотных систем проводят регенерацию отработанных растворов с извлечением солей, чтобы сократить до минимума расход воды. Например, заменяют водное охлаждение на воздушное, водные растворы неводными, проводят многократное использование воды в технологическом процессе, отказываются от воды как абсорбента и так далее. При проектировании промышленных замкнутых водооборотных систем воду пропускают от установок, где требуется более чистая вода, к установкам, где можно использовать загрязненную воду. В настоящее 
время на многих предприятиях используют замкнутые водооборотные системы, где в кругообороте находится до 95-97% всей потребляемой воды.
Выводы:
1. 
Сточные воды промышленных и сельскохозяйственных предприятий, электростанций и других потребителей воды могут содержать большое количество разнообразных примесей.
2. Сточные воды классифицируют по следующим признакам: степени дисперсности частиц примеси, химическому составу, окислительно-восстановительным и кислотно-основным свойствам.
3. Для удаления примесей используют различные химические, физико- химические, биологические и физические методы.
4. Для эффективной охраны водного бассейна Земли наиболее перспективно создание технологий с замкнутыми водооборотными системами.
Контрольные вопросы:
1. Сточная вода содержит коллоидные частицы, оксиды хрома, ионы кобальта Со2+ и свинца Pb2+, цианид-ионы CN- и фенол. Предложите методы очистки сточной воды.
2. Рассчитайте массу гидроксида натрия, необходимую для нейтрализации 100 л «травильного раствора» металлургического производства, содержащего серную кислоту в количестве 1000 мг/л.
3. Перечислите методы обезвреживания сточных вод от растворенных органических примесей.
4. 
Рассчитайте уменьшение концентрации ионов ртути в сточных водах после Na-катионирования, если концентрация ионов натрия в них возросла на 69 мг/л.
Литература:
1. Коровин, Н.В. Общая химия: учеб. для технич. направл. и спец. вузов / Н.В. Коровин. – М.: Высшая школа, 2006. – § 15.3, с. 490 − 496.
Простокваша: обыкновенная, мечниковская (болгарская).
Указанные виды простокваши различаются по способу предварительной термообра-ботки и по микробному составу закваски, вносимой в количестве 5 %.
Обыкновенную простоквашу готовят из пастеризованного (10-15 мин при 85-90 оС) молока, в которое вносят закваску из чистых к-р Str. lactis и Str. сremoris, инкубируют 6-8 час при 30 оС до образования сгустка с кислотностью не менее 75 оТ, затем оставляют при 8 оС для набухания белков. Готовая простокваша имеет ровный сгусток, слабокислый вкус (к-сть 75-120 оТ). На заводах её вырабатывают в небольших количествах, так как при встряхивании при перевозке из-за неплотности сгустка выделяется сыворотка и органолептические свойства ухудшаются. Поэтому для улучшения консистенции к закваске из указанных стрептококков добавляют 0,5-1 % чист. к-ры Lactob. bulgaricum, после инкубации при 38 оС через 4-6 часов появляется сгусток, простоквашу охлаждают при 8 оС, она приобретает плотную консистенцию и слабокислый вкус, используют продукт в течение суток после изготовления.
Мечниковскую (болгарскую) простоквашу готовят из пастеризованного молока (иногда добавляют сливки до 6 %-ной концентрации жира), при 40 оС вносят закваску из чист. к-р Str. thermophilus и Lactob. bulgaricum, через 3-4 часа молоко свертывается при кислотности 70-75 оТ. Простокваша имеет плотный сгусток, сметанообразную консистенцию и приятный кислый вкус.
В производстве ряженки и варенца используют закваску термофильного молочнокислого стрептококка в количестве 3-5%. Иногда добавляют болгарскую палочку. Содержание термофильного стрептококка в 1 см3 продукта составляет 107-108 клеток.
· Продукты, приготовляемые с использованием мезофильных и термофильных молочнокислых стрептококков
К этим продуктам относят сметану творог, вырабатываемый ускоренным методом, а также напитки пониженной жирности с плодово-ягодными наполнителями. Сквашивание молока ведут при температурах 35-380С в течение 6-7 часов.
Микроорганизмами, ведущими молочнокислые процессы, являются мезофильные и термофильные стрептококки. Мезофильные стрептококки осуществляют активное течение молочнокислого процесса и участвуют в обеспечении влагоудерживающей способности сгустка. Их количество в 1 см3 продукта составляет 106-108 клеток. Основной функцией термофильных стрептококков является обеспечение необходимой вязкости сгустка, способности его к удерживанию сыворотки и восстановление структуры после перемешивания. Содержание их в продукте 106-108 клеток в 1 см3.
· Продукты, приготовляемые с использованием ацидофильных палочек и бифидобактерий
Это продукты лечебно-профилактического назначения. К ним относятся: ацидофильное молоко, ацидофилин, ацидофильно-дрожже-вое молоко, ацидофильная паста, детские ацидофильные смеси, кисломолочные продукты с использованием бифидобактерий.
Использование бактерий рода Lactobacillus acidophilus в производстве продуктов детского и диетического питания обусловлено наличием у этих бактерий способности выделять в процессе жизнедеятельности специфические антибиотические вещества, подавляющие рост бактерий группы кишечной палочки, дизентерийной палочки, сальмонелл, коагулазоположительных стафилококков и др. Бактерицидные свойства ацидофильной палочки усиливаются в присутствии молочной кислоты.
Ацидофильное молоко готовят, сквашивая пастеризованное молоко чистыми культурами ацидофильных палочек. Ацидофильную пасту вырабатывают из ацидофильного молока определенной кислотности (80-900Т), отпрессовывая часть сыворотки. Ацидофилин вырабатывают из пастеризованного молока, сквашивая его закваской, состоящей из ацидофильных палочек, молочнокислых стрептококков и кефирной закваски в равных соотношениях. При приготовлении ацидофильно-дрожжевого молока в состав закваски помимо ацидофильных палочек входят дрожжи вида Saccharomyces lactis.
Ацидофильная простокваша =ацидофилин (от лат. acidus — кислый и греч. φιλέω — люблю) — кисломолочный продукт, который изготавливается путём сквашивания пастеризованного коровьего молока при помощи особых бактерий (ацидофильная палочка, кефирные грибки, молочнокислый стрептококк).
Для получения продукта пастеризованное коровье молоко сквашивают при температуре не ниже 32 °C в течение 10–12 часов. Как и другие кисломолочные продукты, ацидофилин усваивается организмом человека гораздо лучше, чем обычное молоко, за счёт ферментации лактозы. Поэтому этот продукт используют в лечебном и диетическом питании, в том числе детском.
Ацидофильная палочка, входящая в состав закваски для ацидофилина, обладает высокой антагонистической активностью по отношению к широкому спектру патогенных и условно-патогенных бактерий, включая стафилококки (в том числе Золотистый стафилококк). Попав в кишечник человека, ацидофильная палочка выделяет антибиотики (низин, лизин, лакталин, никозин), вытесняет вредные микробы и подавляет процессы гниения. Ацидофильная палочка отличается от болгарской палочки тем, что может некоторое время развиваться в кишечнике, возбуждая секреторную работу желудка и поджелудочной железы[2].
Наряду с ацидофилином производят ацидофильное молоко, ацидофильную простоквашу и ацидофильную пасту. Ацидофилин нормализует пищеварительную деятельность желудочно-кишечного тракта, улучшает обменные процессы организма, способствует восстановлению естественного иммунитета.
В годы Великой Отечественной войны группа ученых разработали технологию производства ацидофильной пасты, которую использовали для лечения гнойных, долго незаживающих ран.
А цидофильная паста – ценный и очень полезный диетический продукт. Пасту готовят следующим образом. Молоко, сквашенное при температуре +40+42 град культурой ацидофильной палочки, выкладывают в лавсановые мешочки для отделения сыворотки, для чего подвешивают мешочки в прохладном помещении. Можно использовать груз, перфорированную емкость(типа дуршлага) и поддон для сбора сыворотки. После отделения сыворотки пасту можно смешать с различными вкусовыми наполнителями и хранить при температуре +4+6 градусов. Ацидофильная паста должна иметь однородную, вязкую консистенцию. Это незаменимый продукт для детского и лечебного питания, а без наполнителей - для лечения ран в домашних условиях.
Основным пороком кисломолочных продуктов с использованием ацидофильных палочек является перекисание продукта. Это происходит в том случае, когда не проводят быстрого охлаждения продукта.
Продукты, обогащенные бифидобактериями, характеризуются высокими диетическими свойствами, так как содержат ряд биологически активных соединений: свободные аминокислоты, летучие жирные кислоты, ферменты, антибиотические вещества, микро- и макроэлементы. О положительной роли этих микроорганизмов на организм человека отмечалось в п. 1.5.
В настоящее время выпускают широкий ассортимент молочных продуктов с бифидобактериями. Все эти продукты условно можно разделить на три группы. В первую группу входят продукты, в которые вносят жизнеспособные клетки бифидобактерий, выращенные на специальных средах. Размножение этих микроорганизмов в продукте не предусматривается. Ко второй группе относятся продукты, сквашенные чистыми или смешанными культурами бифидобактерий, в производстве которых активизация роста бифидобактерий достигается обогащением молока бифидогенными факторами различной природы. Кроме того, можно использовать мутантные штаммы бифидобактерий, адаптированные к молоку и способные расти в аэробных условиях. Третья группа включает продукты смешанного брожения, чаще всего сквашенные совместными культурами бифидобактерий и молочнокислых бактерий.
Микробиологический контроль производства кисломолочных продуктов заключается в проведении контроля технологического процесса, санитарно-гигиенического контроля условий производства и готовой продукции.
При контроле технологии проверяют эффективность пастеризации молока не реже 1 раза в 10 дней.
Особое внимание уделяют контролю качества заквасок на наличие бактерий группы кишечной палочки, отбирая пробы из трубопровода при подаче закваски в ванну (БГКП не допускаются в 10 см3 закваски). Исследуют также смесь после заквашивания и сквашивания. В последнем случае пробы отбирают из ванны, резервуара или бутылки при термостатном способе производства. Определяют наличие БГКП, которые не должны содержаться в 1 см3.
Контроль технологических процессов производства кисломолочных продуктов проводят один раз в месяц.
Готовую продукцию контролируют на наличие БГКП, а при необходимости – по микроскопическому препарату не реже одного раза в 5 дней. БГКП не допускаются в 0,1 см3 кефира, простокваши, йогурта, ацидофильно-дрожжевого молока и других кисломолочных напитков. В сметане 20%-ой и 25%-ой жирности БГКП не должны обнаруживаться в 0,01 см3, в твороге – в 0,001 г. В твороге нормируется также содержание золотистого стафилококка (не допускаются в 0,01 г). Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы не допускаются в 25 см3 (г) всех видов кисломолочных продуктов.
При ухудшении микробиологических показателей готового продукта проводят дополнительный контроль технологических процессов для установления причин, влияющих на качество продукта.
Дата добавления: 2014-11-24; просмотров: 149 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |