Введение в очистку сточных вод сахарного тростника.

2025-12-12

Сахарная промышленность является основополагающей для пищевой отрасли и важнейшим сырьевым источником для множества других отраслей, включая бумажную, химическую и ферментативную, занимая ключевое положение в национальной экономике. Как значительная отрасль сахарной промышленности, производство свекловичного сахара приводит к значительному загрязнению окружающей среды большими объемами сточных вод, образующихся при его прямом сбросе без очистки. В условиях все более активного внедрения целей по сокращению выбросов углерода, обеспечение экологически чистого производства и эффективной очистки сточных вод стало ключевым вопросом для «зеленой» трансформации отрасли. В этой статье мы расскажем о процессе производства свекловичного сахара и технологиях очистки сточных вод.

I.Краткое введение в процесс производства свекловичного сахара

Свекла транспортируется из погреба в цех, где проходит предварительную обработку, такую как удаление примесей и промывка, после чего измельчается и подается в экстрактор. Затем экстракт очищается от несахарных веществ. После обесцвечивания серой очищенный сахарный сок направляется в многоступенчатый испаритель для концентрирования в сироп. Затем сироп кипятят, кристаллизуют, разделяют, сушат и просеивают, после чего упаковывают в качестве готового сахара.

II.Процесс производства свекловичного сахара и источники сточных вод

1.Предварительная обработка свекловичного сахара.

Производство свекловичного сахара можно разделить на шесть этапов: предварительная обработка свеклы, извлечение сахара (выщелачивание), очистка сахарного сока, выпаривание, кипячение и отделение сахара, сушка и упаковка. Предварительная обработка включает в себя сбор и хранение, удаление почвы и пленки, удаление камней, удаление сорняков, транспортировку свеклы, промывку и измельчение. На этапах удаления почвы и пленки свекла из устройства для удаления почвы поступает в транспортировочный канал и гидравлически транспортируется к устройству для удаления камней и сорняков, прежде чем попасть в моечную машину. После промывки чистая свекла поступает в измельчитель, который измельчает ее на кусочки определенного размера и отправляет в установку выщелачивания. На этом этапе точка сброса сточных вод 1 — это транспортировочная вода для свекловичного сахара в транспортировочном канале, состоящая в основном из ила, песка и клубней свеклы; точка сброса 2 — это промывочная вода в моечной машине, состоящая в основном из сахара и сорняков; Точка сброса 3 — это промывочная вода из измельчителя, состоящая в основном из сахара. Проточная вода и вода для мытья овощей частично используются повторно после осаждения, а промывочная вода из измельчителя сбрасывается на очистные сооружения.

Технологический процесс и факторы, способствующие загрязнению окружающей среды в секции предварительной обработки сахарной свеклы.

2.Секция экстракции сахара

Цель секции экстракции — эффективно извлекать сахар из свеклы, снижать потери сахара и повышать чистоту экстракта. Предварительно обработанная свекла измельчается, взвешивается и подается в непрерывный экстрактор, где она движется противотоком с горячей водой температурой 45-55℃. Сахар переносится в воду, экстракт отводится спереди, а отходы мякоти выгружаются сзади. Сточные воды в этой секции в основном поступают из сточных вод от прессования отходов мякоти, и их основными компонентами являются сахар и свекольная мякоть. После удаления мякоти эти сточные воды возвращаются в экстрактор.

Технологический процесс в секции выщелачивания и точки образования загрязнений.

3.Секция очистки сахарного сока и известковых ям.

Процесс удаления несахарных компонентов из экссудата называется очисткой сахарного сока. В настоящее время сахарные заводы в моей стране используют отработанный процесс двойной карбонизации. На этом этапе образуется только осадок в первом и втором угольных фильтрах и разбавленный сахарный осадок в мешочном фильтре для разбавленного сока. Основными компонентами являются измельченная свекла и свекольный жом, сточных вод не образуется.

Углекислый газ (CO2), используемый в процессе очистки сахарного сока, образуется при обжиге известняка (CaCO3) в известковой печи. На этом этапе образуются сточные воды из газоочистителя печи, которые могут быть направлены на угольный склад для подавления пыли.

Технологическая схема и процесс образования загрязнений в цехе обжига извести

4.Секция испарения сахара и образования сахара

Полученный после очистки разбавленный сок имеет низкую концентрацию и перед кипячением сахара должен быть сначала выпарен до концентрированного состояния. Разбавленный сок концентрируется в концентрированный сок с помощью многоступенчатого выпаривания, называемый выпаренным сиропом. После прохождения через мешочный фильтр для сиропа он направляется в процесс кипячения сахара. Современные сахарные заводы используют многоступенчатые испарители с паром в качестве источника тепла. Образующиеся на этом этапе сточные воды представляют собой конденсат из последней ступени выпаривания в многоступенчатом испарителе, который полностью используется повторно.

Технологическая схема испарительной секции и точки образования загрязнений.

Сироп проходит многократные этапы кипячения, кристаллизации (первый, второй и третий этапы) и разделения, в результате чего получается готовый продукт — гранулированный сахар (белый сахар). Гранулированный сахар второго и третьего этапов растворяется и снова кипятится. Отходы мелассы, содержащие несахарные компоненты, не могут перекристаллизоваться и удаляются в качестве побочного продукта. Весь процесс образует замкнутый цикл удаления сахара и отходов мелассы, при этом в цехе производства сахара не образуются сточные воды.

5.Сухая упаковка

После сушки и просеивания сахар, соответствующий национальным стандартам, взвешивается, упаковывается и хранится в качестве готового продукта. В ходе эксплуатации проекта по производству свекловичного сахара, помимо упомянутых выше источников сточных вод, также используются офисные и бытовые сточные воды, сточные воды столовых и сточные воды от уборки полов.

III. Характеристики сточных вод

Высокая концентрация органических веществ: Сточные воды производства сахарной свеклы содержат большое количество сахаров (сахароза, глюкоза, фруктоза и др.), пектина, целлюлозы, белков, аминокислот и других органических веществ, что приводит к чрезвычайно высокому химическому потреблению кислорода (ХПК) и биохимическому потреблению кислорода (БПК₅), при этом ХПК достигает 12 000 мг/л.
Высокое содержание взвешенных твердых частиц: Сточные воды содержат осадок и песок, попадающие в процессе промывки свекловичного сырья, остатки свекловичной кожуры, волокнистые примеси, а также остатки сахара и хлопья, образующиеся в процессе производства сахара. Концентрация взвешенных твердых частиц обычно составляет 3000-4000 мг/л или даже выше. Склонность к пенообразованию при анаэробной очистке: Природные сапонины и продукты распада белков в свекле обладают сильными пенообразующими свойствами, что приводит к частому пенообразованию во время работы анаэробного реактора. Для решения этой проблемы требуется сочетание механического пеногашения и химического контроля. Сточные воды имеют высокое содержание азота : высокое содержание азота в сточных водах производства сахарной свеклы обусловлено наличием в свекле природных азотсодержащих компонентов, таких как белки, аминокислоты и бетаин. Эти компоненты вымываются в сточные воды в процессе производства сахара, а азот также выделяется при разложении побочных продуктов, таких как меласса и сахарный остаток, а также в результате микробного метаболизма, в результате чего общий уровень азота достигает 100-200 мг/л. Сточные воды также имеют высокое содержание фосфора : это в основном связано с присутствием природной фитиновой кислоты и фосфолипидов в свекольном сырье, которые растворяются после измельчения в процессе производства сахара. В процессе могут добавляться фосфорсодержащие флокулянты (например, фосфаты) или чистящие средства; фосфор выделяется при ферментации и разложении побочных продуктов, таких как меласса и сахарный остаток; а неправильный микробный метаболизм и обработка осадка также могут увеличить фосфорную нагрузку. Производственный цикл отличается высокой цикличностью и резкими колебаниями объема воды : объем сточных вод концентрируется в течение 4-5-месячного производственного периода, резко увеличиваясь за короткий период и резко уменьшаясь в несезонные периоды, что требует от системы очистки устойчивости и способности адаптироваться к потрясениям.

Контроль объема воды основан на оптимизации процесса, что имеет значительный потенциал для экономии воды: мгновенный сброс в периоды пиковой продуктивности может легко повлиять на биологическую систему, требуя буферных резервуаров и усиленной предварительной обработки. Традиционные процессы генерируют приблизительно 1,5–2 м³/т сточных вод от переработки сахарной свеклы, в то время как эффективная рециркуляция воды (например, повторное использование воды от мытья овощей) может снизить этот показатель до менее 0,4 м³/т, значительно уменьшив давление сброса.

IV.Процесс очистки сточных вод

Сточные воды, образующиеся в ходе каждого производственного процесса при переработке сахарной свеклы, собираются и сбрасываются на очистные сооружения. Как правило, технология первичной и вторичной очистки может соответствовать требованиям «Стандарта сброса загрязняющих веществ в воду для сахарной промышленности» (GB21909-2008).

01 Технология обработки уровня 1

Данная технология в первую очередь удаляет взвешенные твердые частицы и ил из сточных вод переработки сахарной свеклы и включает в себя сито, уравнительный резервуар и отстойник. После удаления взвешенных твердых частиц с помощью сита сточные воды поступают в уравнительный резервуар, где их качество и количество гомогенизируются и регулируются перед поступлением в отстойник. В отстойнике взвешенные твердые частицы с плотностью, превышающей плотность сточных вод, удаляются естественным путем под действием силы тяжести. Время пребывания сточных вод в уравнительном резервуаре может определяться на основе качества и объема поступающей воды. Качество очищенной воды должно соответствовать требованиям для стабильной работы последующей вторичной очистки. В качестве отстойников для первичной очистки используются вертикальные, горизонтальные, радиальные и наклонные трубчатые (пластинчатые) отстойники. Радиальные отстойники предпочтительны для больших объемов сточных вод. Поверхностная гидравлическая нагрузка отстойников с вертикальным, горизонтальным и радиальным потоком обычно составляет 1,5–3,0 м³/(м²·ч), тогда как в отстойниках с наклонными трубами (пластинами) она обычно составляет 2,5–5,0 м³/(м²·ч). Благодаря седиментации, степень удаления ХПК, БПК₅ , общего азота и общего фосфора из сточных вод обычно составляет от 10% до 25%, а степень удаления взвешенных твердых частиц — от 40% до 70%.

02 Технология вторичной обработки

Данная технология в первую очередь предназначена для удаления органических веществ из сточных вод переработки сахарной свеклы и включает в себя как анаэробные, так и аэробные биологические методы очистки. Анаэробные биологические методы очистки в основном включают гидролизное подкисление и обработку с использованием восходящего анаэробного илового слоя (USBB). Аэробные биологические методы очистки в основном включают традиционные процессы с активным илом, реакторы периодического действия (SBR), окислительные каналы, биологическое контактное окисление и вращающиеся биологические диски. Когда концентрация ХПК в сточных водах переработки сахарной свеклы составляет менее 500 мг/л, для вторичной очистки обычно используется аэробная биологическая очистка; когда концентрация ХПК составляет от 500 до 1500 мг/л, обычно используется гидролизное подкисление в сочетании с аэробной биологической очисткой; и когда концентрация ХПК превышает 1500 мг/л, обычно используется обработка с использованием восходящего анаэробного илового слоя в сочетании с аэробной биологической очисткой.

2.1 Анаэробная биологическая технология очистки:

Технология гидролиза и подкисления: Эта технология использует действие анаэробных или факультативных бактерий на стадии гидролиза и подкисления для гидролиза нерастворимых макромолекулярных органических веществ в сточных водах до растворимых органических веществ. Хотя степень удаления ХПК в сточных водах может быть не очень высокой, она может значительно улучшить биоразлагаемость сточных вод. При концентрации ХПК на входе 500–1500 мг/л и времени гидравлического удержания 3–6 ч, при использовании этой технологии для очистки сточных вод степень удаления ХПК составляет 20–40%, а степень удаления БПК₅ — 20–40%. Анаэробный реактор: Эта технология использует устройство распределения воды для последовательной подачи высококонцентрированных сточных вод в слой осадка на дне илового слоя и в верхнюю и среднюю зоны суспензии осадка. Под действием анаэробных микроорганизмов в иловом слое происходит разложение высококонцентрированных органических отходов с образованием биогаза, что значительно снижает ХПК и БПК₅ в сточных водах , обеспечивая соответствие требованиям к поступающим сточным водам для последующей аэробной биологической очистки. Объемная нагрузка восходящего потока анаэробного илового слоя значительно варьируется при разных температурах. При 35-40℃ объемная нагрузка по ХПК составляет 10-20 кг/(м³·сут), а при комнатной температуре — 3-5 кг/(м³·сут).

При концентрации ХПК в поступающей воде более 1500 мг/л, соотношении БПК₅ /ХПК₅ более 0,3 и содержании взвешенных твердых частиц менее 1000 мг/л, данная технология позволяет достичь степени удаления ХПК₅ 80–90%, БПК₅ 70–80% и взвешенных твердых частиц 30–50%.

2.2 Аэробная биологическая технология очистки:

Традиционный процесс активного ила. Эта технология подходит для очистки сточных вод низкой концентрации с высокими требованиями к очистке и стабильности. Она характеризуется стабильными процессами, высокой степенью удаления органических веществ и эффективным удалением органических загрязнителей из сточных вод. При концентрации ХПК в поступающей воде менее 500 мг/л, концентрации осадка в сточных водах 2-4 г/л и времени гидравлического удержания 6-20 ч, степень удаления ХПК может достигать 80-90%, степень удаления БПК₅ — 70-80%, а степень удаления взвешенных твердых частиц — 30-50% при использовании данной технологии очистки сточных вод.

Последовательный периодический процесс активного ила: Эта технология подходит для очистки сточных вод с большими колебаниями качества и количества воды. Она эффективно удаляет органические загрязнители из сточных вод, а также обладает хорошими показателями удаления азота и фосфора. Основные варианты включают периодический процесс циркуляции активного ила, непрерывный и прерывистый процесс аэрации, а также процесс чередующейся внутренней циркуляции активного ила. При концентрации ХПК в поступающей воде менее 500 мг/л, соотношении БПК₅ /ХПК₅ более 0,3, концентрации осадка 3–5 г/л и времени гидравлического удержания 8–20 ч, очистка сточных вод с использованием этой технологии позволяет достичь степени удаления ХПК₅ 80–95%, БПК₅ 80–90%, взвешенных твердых частиц 70–90%, аммонийного азота 85–95%, общего азота 60–85% и общего фосфора 50–85%.

Окислительный канал: Эта технология обеспечивает стабильную эффективность очистки сточных вод, высокую устойчивость к резким нагрузкам и позволяет осуществлять биологическую денитрификацию. Основные технологические процессы включают в себя однорезервуарные, двухрезервуарные и трехрезервуарные окислительные каналы, аэрационные окислительные каналы с вертикальной осью и концентрические круговые центростремительные окислительные каналы. Модифицированные процессы включают в себя интегрированные окислительные каналы и микропористые аэрационные окислительные каналы. При концентрации ХПК на входе менее 500 мг/л, соотношении БПК₅ /ХПК более 0,3, концентрации осадка 2–4,5 г/л и времени гидравлического удержания 4–20 ч, эта технология позволяет достичь степени удаления ХПК 80–90%, БПК 80–95%, взвешенных твердых частиц 70–90%, аммиачного азота 85–95%, общего азота 55–85% и общего фосфора 50–75%.

Биологическое контактное окисление: Эта технология подходит для очистки сточных вод низкой концентрации с высокими требованиями к качеству очищенной воды в условиях низкой нагрузки. Использование этой технологии обеспечивает высокую степень удаления ХПК, интенсивную нитрификацию аммонийного азота, а также оказывает определенное очищающее воздействие на трудноразлагаемые органические вещества. При концентрации ХПК на входе менее 500 мг/л, соотношении БПК₅ /ХПК₅ более 0,3, содержании взвешенных твердых частиц менее 500 мг/л и времени гидравлического удержания в зоне набивки 4–12 ч, очистка сточных вод с использованием этой технологии позволяет достичь степени удаления ХПК 80–90%, БПК₅ 80–95%, содержания взвешенных твердых частиц 70–90%, аммонийного азота 60–90% и общего азота 50–80%.

Биологический метод вращающегося диска: Эта технология очищает сточные воды без аэрации или рециркуляции осадка; Процесс прост и удобен в эксплуатации. При концентрации ХПК на входе менее 500 мг/л, соотношении БПК₅ /ХПК₅ более 0,3, линейной скорости на краю вращающегося биологического диска приблизительно 20 м/мин и времени гидравлического удержания 0,6–3 ч, степень удаления ХПК₅ может достигать 70–85%, степень удаления БПК₅ — 70–90%, а степень удаления взвешенных твердых частиц — 70–90% при использовании данной технологии очистки сточных вод. Очистка сточных вод сахарного завода — сложная и важная задача, требующая комплексного применения нескольких процессов очистки для достижения соответствия нормам сброса и эффективного использования ресурсов. В условиях ужесточения экологических требований и непрерывного технологического прогресса технология очистки сточных вод сахарного завода будет продолжать развиваться и совершенствоваться, обеспечивая экологически безопасное развитие сахарной промышленности. Если у вас возникнут какие-либо вопросы или потребности, касающиеся технологии очистки сточных вод сахарного завода, пожалуйста, свяжитесь с нами по номеру телефона, указанному на карточке ниже.