Экологическая опасность сточных вод пищевой промышленности

Федеральное агентство  по образованию

Государственное образовательное  учреждение высшего профессионального  образования

УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  АВИАЦИОННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Экологическая опасность сточных вод пищевой  промышленности

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к выпускной  квалификационной работе

(обозначение  документа)

Уфа 2006

Содержание

Реферат

Введение

1 Экологическая опасность  сточных вод пищевой промышленности

1.1 Сточные воды пищевой  промышленности

1.1.1 Сточные воды мясной  промышленности

1.1.2 Сточные воды молочной  промышленности

1.1.3 Сточные воды пивоваренной  промышленности

1.2 Влияние сточных  вод на состояние водоемов

1.2.1 Влияние органических  загрязнений на состояние водоемов

1.2.2 Влияние неорганических  соединений на состояние водоемов

1.2.3 Последствия теплового  загрязнения естественных водоёмов

1.2.4 Влияние СПАВ на  состояние водоемов

1.2.5 Влияние нефтепродуктов  на водную флору и фауну

1.2.6 Сокращение запасов  пресных вод из-за загрязнения

1.3 Влияние загрязненных  природных вод на здоровье человека

1.4 Методы очистки сточных  вод

1.4.1 Механическая очистка

1.4.2 Химический метод

1.4.3 Физико-химический  метод

1.4.4 Биологический метод

1.5 Охрана водных ресурсов

2 Правовые основы и  методы обеспечения природоохранного законодательства в области охраны природных вод

3 Методика расчета  нормативов предельно допустимых  сбросов (ПДС) загрязняющих веществ в поверхностные водные объекты со сточными водами

3.1 Расчет кратности  разбавления

3.2 Определение концентраций, допустимых к сбросу С_ПДС

3.3 Расчет нормативов ПДС

Заключение 

Список использованной литературы

Приложения

Реферат

СТОЧНЫЕ ВОДЫ, ПИЩЕВАЯ  ПРОМЫШЛЕННОСТЬ, ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПРИРОДНЫХ  ВОД, ЗДОРОВЬЕ ЧЕЛОВЕКА, МЕТОДЫ ОЧИСТКИ  СТОЧНЫХ ВОД

Объект исследования – сточные воды пищевой промышленности.

Цель дипломной работы – оценка экологической опасности сточных вод пищевой промышленности.

Задачи: оценить влияние  сточных вод на состояние природных  вод, на растительный и животный мир  водоемов и здоровье человека. Отобразить правовые основы и методы обеспечения природоохранного законодательства в области охраны природных вод. Рассчитать предельно допустимые сбросы вредных веществ в водоем.

Пояснительная записка 67 стр., рисунков 1, таблиц 6 , источников 17.

Введение

С каждым годом все острее встает проблема взаимоотношений человека с окружающей средой. Развитие промышленности, стремительное освоение некогда заповедных районов в ряде случаев нанесли природе неисправимый ущерб. Сброс промышленных сточных вод приводит к загрязнению естественных водоемов. Наиболее интенсивному антропогенному воздействию подвергаются пресные поверхностные воды суши (реки, озера, болота и др.).

В настоящее время  проблема загрязнения водных объектов является наиболее актуальной, т.к. всем известно выражение - «вода - это жизнь». Без воды человек не может прожить более трех суток, но, даже понимая всю важность роли воды в его жизни, он все равно продолжает жестко эксплуатировать водные объекты, безвозвратно изменяя их естественный режим сбросами и отходами. Науке известно более 2,5 тыс. загрязнителей природных вод. Это пагубно влияет на здоровье населения и ведет к гибели рыб, водоплавающих птиц и других животных, а также к гибели растительного мира водоёмов. При этом не только ядовитые химические и нефтяные загрязнения, избыток органических и минеральных веществ также опасны для водных экосистем. Очень важным аспектом загрязнения водного бассейна Земли является тепловое загрязнение, которое представляет собой сброс подогретой воды с промышленных предприятий.

Экологический аспект данной проблемы состоит в том, что загрязнение водоемов сточными водами приводит к изменению химического состава, нарушению круговорота веществ, разрушению естественных экосистем, исчезновению видов, генетическому ущербу.

Социальный  аспект состоит в том, что загрязнение природных вод приводит к нарушению качества питьевой воды, вызывает различные заболевания, наносит эстетический ущерб, т.е. население не может использовать водоемы в рекреационных целях.

Затраты на ликвидацию загрязнений, на очистку сточных вод, плата за сброс сточных вод в водные объекты являются экономическим аспектом данной проблемы.

Политическим  аспектом является проведение различных программ по охране водных ресурсов, принятие законов в области охраны водных объектов и условий сброса сточных вод.

Объектом исследования являются сточные воды пищевой промышленности.

Целью дипломной работы является оценка экологической опасности сточных вод пищевой промышленности.

Задачи:

- рассмотреть состав сточных вод пищевой промышленности;

- оценить влияние сточных вод пищевой промышленности на состояние природных вод, на растительный и животный мир водоемов и здоровье человека;

- рассмотреть правовые  основы и методы обеспечения  природоохранного законодательства  в области охраны природных вод;

- рассчитать предельно  допустимый сброс вредных веществ  в водоемы

1 Экологическая опасность  сточных вод пищевой промышленности

Водные ресурсы являются основой жизни и деятельности народов, проживающих на Земле, и  обеспечивают экономическое, социальное благополучие населения, существование животного и растительного мира.

Воды  являются возобновляемым, но ограниченным и уязвимым природным ресурсом.

Масштабное  водохозяйственное строительство  для удовлетворения все возраставших потребностей народного хозяйства и населения в водных ресурсах, в большинстве, осуществлялось без необходимого учета отдаленных последствий и возможных изменений природных циклов в гидросфере, что привело к появлению столь же масштабных негативных изменений в состоянии водных объектов. По сути, водные ресурсы уже не могут в полной мере считаться возобновимыми. Практически все поверхностные и значительная часть подземных водных объектов, особенно в европейской части страны и в районах размещения крупных промышленных и сельскохозяйственных комплексов, испытывают значительное антропогенное воздействие, что выразилось в загрязнении, истощении и деградации водных объектов.

Наиболее  интенсивному антропогенному воздействию  подвергаются пресные поверхностные  воды суши (реки, озера, болота, почвенные и грунтовые воды). Хотя их доля в общей массе гидросферы невелика (менее 0,4%), высокая активность водообмена многократно увеличивает их запасы. Под активностью водообмена понимается скорость возобновления отдельных водных ресурсов гидросферы, которая выражается числом лет (или суток), необходимых для полного возобновления водных ресурсов.[3]

Огромное  количество загрязняющих веществ вносится в поверхностные воды со сточными водами различных предприятий, в  том числе и пищевой промышленности.

Сточные воды пищевой промышленности занимают среди стоков других производств  одно из первых мест по объему и концентрации загрязнений.

1.1 Сточные воды пищевой промышленности

По степени интенсивности  отрицательного воздействия предприятий  пищевой промышленности на объекты окружающей среды первое место занимают водные ресурсы.

По расходу воды на единицу выпускаемой продукции  пищевая промышленность занимает одно из первых мест среди отраслей народного хозяйства. Высокий уровень потребления обуславливает большой объем образования сточных вод на предприятиях, при этом они имеют высокую степень загрязненности и представляют опасность для окружающей среды. Сброс сточных вод в водоемы быстро истощает запасы кислорода, что вызывает гибель обитателей этих водоемов. (таблица 1.1)

Таблица 1.1 Состав сточных вод различных пищевых производств

Таким образом, сточные  воды мясной, молочной и пивоваренной промышленности занимают по загрязнениям одно из первых мест среди других видов пищевой промышленности. [12]

1.1.1 Сточные воды мясной промышленности

Все количество воды, потребляемое на различные технологические процессы, отводится из предприятий в виде сильно загрязненных сочных вод. Количество воды, расходуемой на отдельных предприятиях, колеблется в довольно широких пределах. Оно зависит от мощности предприятия, его производственного профиля, технического оборудования и размеров призаводской территории. Большое влияние на величину расхода воды оказывает также вид и возраст животных подвергающихся забою и переработке.

Сточные воды мясоперерабатывающего  предприятия образуются в основном при мойке мясного сырья, водяном  душировании колбас и мытье оборудования, инвентаря, тары и полов.

В производственный сток попадают жир, частицы мяса, кровь, белки, соль, фосфаты.

В мясной промышленности образуются два основных потока сточных  вод - производственные и бытовые. Производственные стоки подразделятся на содержащие жир (стоки цехов первичной переработки, кишечного, пищевых жиров, субпродуктного, колбасного, технических полуфабрикатов) и на не содержащие жир (стоки остальных цехов, а также часть сточных вод кишечного цеха, незагрязненные условно- чистые воды от теплообменных аппаратов, вакуум-насосов, силовой и котельной установок). Из общего объема сточных вод объем производственных стоков составляет 70-75 %, не содержащих жир 4-8 %, а условно чистых 14-18 %. Объем сточных вод 8-12 %. [9]

В пробе общего стока  мясоперерабатывающего предприятия  содержится, мг/л: 526 взвешенных веществ, 46,5 жиров, 320 эфироизвлекаемых, 1,7 алюминия, 2,3 нефтепродуктов, 2,9 железа, 56 кальция, 0,15 меди, 94 натрия, 0,12 никеля, 0,2 стронция, 1,9 цинка, 1020 плотного осадка, 2,4 сероводорода и сульфидов, 1600 сухого остатка, 2,7 фосфатов, 35 фосфора общего, 1,4 фторидов, 95 хлоридов, 9,7 азота аммонийных солей, 2,1 азота нитратов. ХПК и БПК пробы составляют соответственно 2450 и 1020 мг/л, рН = 7,4.

Сточные воды предприятий мясной промышленности имеют высокую степень бактериальной обсемененности. Особую опасность представляют содержащиеся в них патогенные микроорганизмы – кишечная палочка, яйца глистов, сибирская язва и другие. Поэтому перед сбросом в водоемы или на земляные площадки сточных вод предприятий мясной промышленности их необходимо подвергать механической и биологической очистке и обеззараживанию. В случае присоединения системы канализации к городскому коллектору, сточные воды перед сбросом необходимо очищать от жира и животных отбросов. [13]

1.1.2 Сточные воды молочной промышленности

Сточные воды, сбрасываемые предприятиями молочной промышленности, можно разделить на четыре вида: производственные, хозяйственно-бытовые, теплообменные, ливневые.

Соотношение количеств отдельных видов сточных вод складывается на каждом молочном предприятии по-разному, и состав их меняется в зависимости от времени года. Самое большое количество загрязнений содержится в сточных водах в летние месяцы.

Производственные сточные воды являются наиболее загрязненными. Они образуются в результате различных технологических операций, а также при мойке емкостей и уборке производственных помещений. Их нагрузка по БПК₅ зависит от ряда факторов и при экономном хозяйствовании (без спуска побочных продуктов в канализацию) колеблется в пределах от 500 до 2000 г О₂ на 1 м³.

Хозяйственно- бытовые  сточные воды составляют большую  часть общего количество сточных  вод. Их нагрузка зависит исключительно от количества людей на производстве и живущих на территории предприятии, а также от степени обеспечения предприятия санитарным и хозяйственным оборудованием и, выраженная в БПК₅, составляет в среднем 400 г О₂ на 1 м³.

Теплообменные сточные  воды относятся к группе так называемых условно чистых вод. Они образуются при охлаждении молочного оборудования (пастеризаторов, охладителей, емкостей), а также холодильной аппаратуры и чаще всего благодаря небольшой степени загрязнений направляются в сборник оборотных вод. Оттуда часть воды идет на мойку помещений, а часть сбрасывается через чересной перелив в канализацию. Нагрузка теплообменных вод по БПК₅ около 20 г О₂ на 1 м³.

Ливневые сточные воды образуются из атмосферных осадков, которые, проходя через околоземные  слои воздуха, улавливают пыль, газы, продукты неполного сгорания топлива. Их нагрузка зависит от состояния территории предприятия, покрытия кровли, вида колесного транспорта и его интенсивности, степени загрязнения воздуха, интенсивности и длительности дождя. Нагрузка по БПК₅ колеблется в пределах от 30 до 100 г О₂ на 1 м³.

В зависимости от системы  канализационной сети сточные воды отводятся в водоем либо по одному общему коллектору, либо по нескольким. При общей сточной канализации  производственные, хозяйственно-бытовые, ливневые и теплообменные сточные воды попадают в один канализационный водовод и направляются к ближайшему водоему. При раздельной канализации сбрасываются вместе производственные и хозяйственно бытовые воды, а в ливневую канализацию направляются также теплообменные воды.[5]

Производственные сточные воды молочных предприятий относятся к группе стоков с органическими загрязнениями. Загрязнения этих вод состоят главным образом из органических веществ в виде водных растворов, коллоидных суспензий (таблица 1.2).

Таблица 1.2 Состав сточных  вод молочных предприятий

Свежие производственные стоки имеют белый или желтоватый цвет. Реакция их щелочная. Так как  в сточных водах содержатся белковые вещества, углеводы и жиры, они быстро повергаются загниванию и закисанию. Наступает сбраживание молочного сахара в молочную кислоту, что приводит к осаждению казеина и других протеиновых веществ. Загнивание последних сопровождается выделением очень неприятного запаха. рН сточных вод при этом снижается до 4,5. Самыми опасными для водоемов являются сточные воды, сбрасываемые при производстве казеина, твердых сыров и творога.

Производственные сточные  воды молочных заводов, кроме перечисленных выше загрязнений, содержат химические соединения, применяемые для мойки емкостей, аппаратуры и полов (детергенты).

Сточные воды предприятий  молочной промышленности в случае сброса их в водоемы без предварительной  очистки оказывают вредное воздействие  на воду последних. В результате биохимического окисления органические соединения, содержащиеся в сточных водах, из водоемов поглощают большое количество кислорода, в результате чего фауна и флора водоемов могут погибнуть.[7]

Органические вещества, попадающие в водоемы со сточными водами мясной и молочной промышленности, вызывают процессы гниения. В результате чего резко уменьшается содержание кислорода в воде, что вызывает так называемые заморы – массовую гибель рыб и других животных. [1]

1.1.3 Сточные воды пивоваренной промышленности

В пивоваренной и солодовенной промышленности воду применяют для  производства солода, варки сусла, мойки аппаратуры и емкостей, охлаждения. Расход воды зависит от принятой схемы водоснабжения, степени обеспечения предприятия водой и, наконец, от оборудования заводов.

Наиболее существенная часть в водном балансе пивоваренных заводов приходится на теплообменные воды. Вода для целей охлаждения может быть использована однократно, но может и возвращаться для рециркуляции. Оборотная система требует межоперационного охлаждения воды, но более выгодна в отношении расхода воды, а при недостатке свежей воды необходима.

Рециркуляция теплообменных  вод имеет большое значение для  водного хозяйства пивоваренного  завода. Исключение теплообменных вод  не влияет в сторону снижения загрязнений, отводимых со сточными водами, но позволяет значительно сократить размеры некоторого оборудования очистных станций для сточных вод.

Температура общих сточных  вод пивоваренных заводов близка к 20єС. Реакция почти нейтральная, период времени, в течение которого они загнивают, очень короткий и  составляет 2-3 ч. В случае особо низких концентраций этот период несколько более длительный. Сточные воды содержат сравнительно большое количество биогенных элементов: азота, фосфора и калия. Это имеет большое значение при сельскохозяйственном использовании сточных вод и при их биологической очистке. Показатели, характеризующие загрязнения сточных вод, - окисляемость, БПК₅ и содержание взвешенных веществ - в среднем в два раза выше, чем в типичных городских стоках, но на отдельных предприятиях они могут быть несколько меньшими, а на других - в несколько раз большими.[5]

Количество израсходованной воды, а также сточных вод на пивоваренных заводах зависит от целого ряда факторов, сложившихся на данном предприятии. Если принять, что на единицу пива или солода приходится всегда одинаковое количество загрязнений, отводимых со сточными водами, то увеличение количества сточных вод сопровождалось бы снижением их концентрации. Это предположение было бы правильным только при условии, что на всех предприятиях применяется одна и та же схема использования сырья, полуфабрикатов, готовой продукции и отходов производства, используются одинаковые технологические методы, созданы одинаковые условия производства, и установлено идентичное оборудование. Но поскольку в условиях пивоваренной промышленности нет реальных оснований для такого предположения, сточные воды на разных предприятиях получаются с разной характеристикой (таблица 1.3).

Таблица 1.3 Состав сточных вод пивоваренных предприятий

Непосредственный сброс в водоем теплых теплообменных сточных вод как условно чистых в обход очистных сооружений возможен только в том случае, если на пивоваренном заводе существует отдельная канализационная сеть для непосредственного сброса ливневых вод, но это неблагоприятно сказывается на состоянии водоема. Теплообменные воды, повышая среднюю температуру вод, с которыми они смешиваются, тем самым затрудняют растворение кислорода воде, а, следовательно, и ход процесса самоочищения.[5]

1.2 Влияние сточных вод на состояние водоемов

Загрязняющие вещества, поступая в природные воды, вызывают изменение физических свойств среды (нарушение первоначальной прозрачности и окраски, появление неприятных запахов и привкусов и т.п.); изменение химического состава, в частности появления в ней вредных веществ; появление плавающих веществ на поверхности воды и отложений на дне; сокращение в воде количества растворенного кислорода вследствие расхода его на окисление поступающих в водоем органических веществ загрязнения; появление новых бактерий, в том числе и болезнетворных.

Из-за загрязнения природных вод  они оказываются непригодными для питья, купания, водного спорта и технических нужд. Особо пагубно оно влияет на рыб, водоплавающих птиц, животных и другие организмы, которые заболевают и гибнут в больших количествах.[8]

Последствия загрязнения опасны, прежде всего, для всех живых обитателей морей и океанов. Эти последствия разнообразны. Первичные критические нарушения в функционировании живых организмов под действием загрязняющих веществ возникают на уровне биологических эффектов: после изменения химического состава клеток нарушаются процессы дыхания, роста и размножения организмов, возможны мутации и канцерогенез; нарушаются движение и ориентация в морской среде. Морфологические изменения нередко проявляются в виде разнообразных патологий внутренних органов: изменений размеров, развития уродливых форм. Особенно часто эти явления регистрируются при хроническом загрязнении.

Все это отражается на состоянии отдельных популяций, на их взаимоотношениях. Таким образом, возникают экологические последствия загрязнения. Важным показателем нарушения состояния экосистем является изменение числа высших таксонов - рыб. Существенно изменяется фотосинтезирующее действие в целом. Растет биомасса микроорганизмов, фитопланктона, зоопланктона. Это характерные признаки эвтрофикации морских водоемов, особенно они значительны во внутренних морях, морях закрытого типа. В Каспийском, Черном, Балтийском морях за последние 10-20 лет биомасса микроорганизмов выросла почти в 10 раз. В Японском море сущим бедствием стали "красные приливы", следствие эвтрофикации, при которой бурно развиваются микроскопические водоросли, а затем исчезает кислород в воде, гибнут водные животные и образуется огромная масса гниющих остатков, отравляющих не только море, но и атмосферу.

Загрязнение Мирового океана приводит к постепенному снижению первичной биологической продукции. По оценкам ученых, она сократилась к настоящему времени на 10%. Соответственно этому снижается и ежегодный прирост других обитателей моря.

Поступающие в  реки, озера, водохранилища и моря, загрязняющие вещества вносят значительные изменения в установившийся режим и нарушают равновесное состояние водных экологических систем. В результате процессов превращения загрязняющих водоемы веществ, протекающих под воздействием природных факторов, в водных источниках происходит полное или частичное восстановление их первоначальных свойств. При этом могут образовываться вторичные продукты распада загрязнений, оказывающих отрицательно влияние на качество воды.

Промышленные сточные  воды, содержат растворимые, нерастворимые  и коллоидные вещества. Характер и концентрация загрязнений могут оказывать на состояние воды в водоемах самое разнообразное влияние. Взвешенные вещества после сброса в реку могут частично раствориться, а их нерастворимая часть увеличит содержание суспензии в воде. Некоторые вещества, будучи сброшенными в водоем в растворимом состоянии, вследствие изменения pH среды или других химических реакций могут вызвать образование вторичных взвешенных веществ. Примером такого рода изменений является окисление железистых солей в реке, в аэробных условиях, с образованием нерастворимой гидроокиси железа.[16]

Попадание в водоем сточных  вод, содержащих суспензии, весьма неблагоприятно отражается на его состоянии. Осаждаясь, суспензии заиливают дно и  задерживают развитие или полностью прекращают жизнедеятельность донных микроорганизмов, участвующих в процессе самоочищения вод. При гниении донных осадков могут образоваться вредные соединения и даже отравляющие вещества, такие, как сероводород, которые приводят к загрязнению всей воды в реке. Наличие суспензий затрудняет также проникновение света в глубь воды и задерживает процессы фотосинтеза в водяных растениях, особенно в водорослях, которые под действием солнечного света образуют кислород, необходимый для окисления органических загрязнений.

Загрязнения, попадающие в сточные воды в растворимом  состоянии, содержат большое количество минеральных и органических соединений. Многие из этих соединений оказывают  вредное или отравляющее действие на растительные и животные организмы, живущие в воде, и приводят к тому, что вода становится непригодной для употребления в коммунальном хозяйстве и промышленности.

К минеральным токсическим  соединениям можно отнести соли свинца, мышьяка, фтора, хрома меди. Токсическим действием отличаются также кислоты и основания, поскольку они вызывают изменения pH среды, доводя его до величины ниже 6,5 или выше 8,0. при таких изменениях наступает гибель или приостанавливается жизнедеятельность организмов, принимающих активное участие в процессе самоочищения водоемов.[17]

Все более становится проблема загрязнения поверхностных  вод органическими соединениями, неблагоприятно отражающегося на вкусовых качествах и запахе воды. Органические соединения с трудом поддаются разложению, замедляя в тоже время биологические процессы, имеющие решающее значения для самоочищения поверхностных вод.

Одним из основных санитарных требований, предъявляемых к качеству воды, является содержание в ней  необходимого количества кислорода. Вредное  воздействие оказывают все загрязнения, которые, так или иначе, способствуют снижению содержанию кислорода в воде. Поверхностно- активные вещества- жиры, масла, смазочные материалы - образуют на поверхности воды пленку, которая препятствуют газовому обмену между водой и атмосферой, что снижает степень насыщения воды кислородом.

Основную группу соединений составляют соединения, вредное действие которых вызывается расходованием  растворенного в воде кислорода  на процессы их разложения и окисления. Загрязнения могут подвергнуться  окислению в результате химических или биологических процессов. Например, сульфиты в водной среде, содержащей кислород, при соответствующем pH подвергаются химическому окислению до образования сульфатов, а закисные соли железа – до образования окисных солей. Органические загрязнения городских и промышленных стоков окисляются в результате биологических процессов. В сточных водах пищевой промышленности загрязнения содержатся главным образом в виде растворимых органических соединений – углеводов, органических кислот, белков и жиров, которые при растворении в воде подвергаются биологическому окислению.