Сравнительная оценка эффективности химических коагулянтов в очистке сточных вод молочной промышленности: подход на основе многокритериального принятия решений

Почему молочные фабрики и реки связаны

За каждым стаканом молока или куском сыра скрывается поток загрязнённой воды. Молочные заводы потребляют большие объёмы воды для ополаскивания, очистки и переработки продуктов, и эти сточные воды богаты молочным осадком, жирами и моющими средствами. Если их не очищать должным образом, близлежащие реки и озёра быстро теряют кислород и перестают поддерживать рыб и другую жизнь. В этом исследовании рассматривается, как крупный молочный завод в Бангладеш очищает свои стоки и как простые, недорогие химические вещества могут сделать эту очистку более эффективной и проще в управлении.

Как завод очищает свою воду

Исследователи сосредоточились на установке очистки сточных вод, примыкающей к крупному молочному заводу вблизи Дакки, Бангладеш. Эта установка сочетает два распространённых биологических процесса: один использует микроорганизмы в присутствии кислорода, другой работает в бескислородных условиях. Вместе они разлагают органическое вещество, оставшееся после переработки молока. Команда брала пробы воды на входе и выходе очистного сооружения в три сезона — в период муссонов, зимой и летом — чтобы понять, сохраняет ли установка эффективность при изменениях погоды и объёмов производства.

Проверка, соответствует ли вода нормативам

Для оценки работы учёные отслеживали несколько стандартных показателей качества воды. В число показателей входили то, сколько кислорода потребуется стокам при их разложении (БПК и ХПК), сколько растворённых минералов содержит вода (ТСО — общее содержание растворённых веществ), сколько взвешенных частиц присутствует (ВБВ), а также уровень кислотности (pH). Они сравнили очищенную воду завода с новыми национальными нормами по сбросу в Бангладеш. Во всех трёх сезонах установка стабильно снижала БПК и ХПК примерно на 97–98% и уменьшала содержание растворённых и взвешенных веществ более чем на 90%. pH воды изменялся от слегка кислого на входе до безопасного нейтрального уровня на выходе. Проще говоря, существующая система очистки уже превращала сильно загрязнённые молочные стоки в воду, достаточно чистую, чтобы соответствовать последним экологическим стандартам страны.

Зачем добавлять химическую «помощь»

Даже при хорошей биологической обработке заводы часто выигрывают от первичного этапа очистки, который проводится первым. В этом исследовании команда изучала такой этап на основе химической коагуляции, когда добавляемые вещества заставляют мельчайшие частицы и некоторые растворённые вещества слипаться и оседать. Они протестировали три широко используемых и недорогих коагулянта — хлорид железа, сульфат железа и полиалюминиевый хлорид — в сочетании с известью, которая помогает корректировать кислотность и укреплять образование хлопьев. С помощью баночных тестов, имитирующих реальные танки, испробовали разные комбинации доз и затем измеряли, сколько дополнительного загрязнения было удалено. Ни одна смесь не оказалась лучшей для всех показателей одновременно, что создаёт практическую дилемму: какой вариант выбрать заводу, если нужно одновременно контролировать несколько проблем качества воды?

Пусть инструменты принятия решений выберут лидера

Чтобы разрешить эту дилемму, исследователи использовали методы науки о принятии решений, известные как многокритериальные методы. Вместо того чтобы оценивать каждую химическую комбинацию по одному числу, эти методы взвешивают результаты по нескольким целям одновременно — в данном случае по улучшению БПК, ХПК, ТСО и ВБВ. Команда применила три разных метода ранжирования, каждый с собственной математической основой, но придавала одинаковое значение всем четырём показателям загрязнения. Удивительно, что все три метода указали на одного победителя: смесь извести и сульфата железа в дозировке 100 миллиграмм на литр. Эта комбинация удаляла примерно 94% БПК, 86% ХПК, 52% растворённых веществ и 94% взвешенных веществ, обеспечивая сильную, хорошо сбалансированную эффективность, а не превосходство только по одному показателю.

Что это значит для чище воды и доступной очистки

Для неспециалистов главный вывод таков: относительно простая химия, направляемая тщательными сравнительными инструментами, может сделать очистку сточных вод молочной промышленности чище и надёжнее. Бангладешский завод уже соответствует строгим национальным нормам, но добавление оптимизированного химического предварительного этапа — особенно извести в сочетании с сульфатом железа в установленной дозировке — может снизить нагрузку на биологические блоки и дать запас прочности при росте производства. Исследование показывает, что вместо того чтобы полагаться на догадки или фокусироваться на одном показателе загрязнения, операторы заводов могут использовать структурированные методы ранжирования, чтобы выбрать химический рецепт, который лучше всего защищает реки и сообщества и при этом остаётся доступным и практичным в эксплуатации.

Цитирование: Al Jobair, A., Kwoshik, M.M.K., Ahmed, T. et al. Comparative performance evaluation of chemical coagulants in dairy wastewater treatment: a multi-criteria decision-making approach. Sci Rep 16, 13097 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42339-9

Ключевые слова: сточные воды молочной промышленности, коагуляционная обработка, промышленность Бангладеш, стандарты сброса, методы принятия решений