Gospodarka wodno - ściekowa przemysłu mleczarskiego

Woda i Ścieki w Przemyśle Spożywczym
Gospodarka wodno - ściekowa
przemysłu mleczarskiego
prof. dr hab. inż. Anna M. Anielak
Katedra Technologii Wody i Ścieków, Politechnika Koszalińska
Przemysł mleczarski należy do głównych kierunków produkcji rolniczej w Europie. Produkcja mleka
w Polsce, będącej trzecim na świecie jego producentem, a piątym eksporterem, w latach 1980
÷ 1988 wynosiła średnio 15 mln m3. W latach 2003÷2006 produkcja mleka spadła o 3 mln m3,
stanowiła jednak około 2% światowej produkcji. Typowa polska mleczarnia odprowadza
450÷600 m3/d ścieków, zawierających przeciętnie 200÷700 g O2/m3 BZT5, maksymalnie
3 000÷5 000 g O2/m3 BZT5. Ilość odprowadzanych ścieków zależy od wielkości zakładu i rodzaju
produkcji.
Ogólna charakterystyka ścieków
i źródeł ich powstawania
W zależności od rodzaju przerobu mleka
rozróżnia się:
• zlewnie mleka – gdzie przyjmuje się mleko
od producentów i, po schłodzeniu, przesyła
się je do dalszej przeróbki,
• małe zakłady mleczarskie – w których
wytwarza się mleko pasteryzowane, śmietany, kefiry, jogurty, twarogi,
• średnie i duże zakłady mleczarskie
o rozszerzonym lub pełnym profilu produkcyjnym (mleko spożywcze, twarogi,
sery topione i długo dojrzewające, masło,
mleko w proszku, lody itp.).
Z ilością odprowadzanych ścieków łączy
się jednostkowe zużycie wody, które zależy od
wielkości zakładu mleczarskiego i charakteru
produkcji. Zużycie wody w zlewniach wynosi
średnio 0,3÷0,5 m3/m3 mleka oraz 5÷15 m3/m3
w zakładach mleczarskich.
Ścieki poprodukcyjne, mleczarskie powstają głównie w procesie mycia i płukania.
Głównym ich zanieczyszczeniem są substancje
organiczne, takie jak resztki mleka, serwatka
i tłuszcze. W zlewniach mleka ścieki powstają
w wyniku mycia naczyń, urządzeń i cystern,
którymi mleko jest transportowane. Są to
ścieki rozcieńczone, zawierające substancje
myjące. W mleczarniach mleko transportowane jest przewodami, które myte są okresowo
chemicznymi, kwasowymi lub alkalicznymi
substancjami myjącymi. Są to preparaty znane
pod różnymi nazwami handlowymi, takimi
jak: alkaliczny MANUREN (>30% węglan sodu
+ 5÷15% metakrzemian dwusodowy, pH 10
w 1% roztworze), kwasowy FAL (20÷70% kwas
Agro Przemysł
2/2008
Tab. 1. Średni skład ścieków przemysłu mleczarskiego
azotowy + 10÷25% kwas fosforowy, pH 1,6
w 1% roztworze), alkaliczny P3-mip SP (15÷30%
wodorotlenek sodu, 5÷15% + wodorotlenek
potasu, pH 12,5÷13,1, w 1% roztworze), kwa-
Fot. 1. Komora wstępnego napowietrzania ze szczotkami napowietrzającymi
57
Woda i Ścieki w Przemyśle Spożywczym
Fot. 2. Rów cyrkulacyjny o objętości 1980 m3
się osadów dennych. Dlatego ścieki przemysłu mleczarskiego, przed
odprowadzeniem do odbiornika, powinny być poddane procesowi
oczyszczania.
Metody oczyszczania ścieków mleczarskich
sowy CIP ACIDAN (>60% kwas fosforowy + <5% niejonowe substancje
powierzchniowo-czynne, pH 1,9 w 1% roztworze), kwasowy P-3 – ultrasil
110 (1÷5% wodorotlenek sodu + 15÷30% etylenodiamonitetraoctowy
+ 1÷5% alkilobenzylosulfonian) i inne.
Ścieki z wytwórni kazeiny w proszku mają dużo zawiesiny - od
9÷14 g/L, zawierają około 160 mg/L azotu ogólnego, od 2 do 3 mg/L
fosforu ogólnego oraz od 3 do 4 mg/L związków potasu. Ścieki z serowni zawierają 20% serwatki, trudnej do usunięcia ze ścieków przed
ich odprowadzeniem do odbiornika. W wytwórni mleka w proszku powstają ścieki, które pochodzą głównie z mycia naczyń i urządzeń oraz
ze skraplacza barometrycznego.
Ścieki przemysłu mleczarskiego łatwo ulegają procesowi fermentacji, w wyniku której zachodzi znaczne obniżenie pH (nawet do 4,5) i
intensywne zużycie tlenu w wodach odbiornika. Substancje organiczne
łatwo ulegają biodegradacji i są dobrą pożywką do rozwoju mikroorganizmów i grzybów ściekowych, obrastania brzegów i tworzenia
Do oczyszczania ścieków przemysłu mleczarskiego stosowane są
różne metody:
• Nawadnianie pól i łąk, metodą bruzdową i rozdeszczawiania.
Metoda ta jest prosta, posiada jednak wady. Gleba po kilku latach
nawadniania staje się niezdatna do uprawy, a dowożenie ścieków
jest uciążliwe i kosztowne. Ze względu na wegetację roślin, rolnicze wykorzystanie serwatki może być tylko okresowe. W procesie
rozkładania się białka wydziela się siarkowodór i amoniak. Istnieje
niebezpieczeństwo wtórnego zarażenia gruźlicą bydła wypasanego
na nawadnianych polach.
• Złoża biologiczne stosowane były głównie w latach 50. Znaczne
obciążenie złoża substancjami organicznymi przyczynia się do
Tab.2. Fizyczno-chemiczna charakterystyka pracy oczyszczalni
ścieków w OSM Chojnice (badania wyk. 26 lipca 2000 r.)
Fot. 3. Rów cyrkulacyjny stosowany do oczyszczania ścieków mleczarskich
58
2/2008
Agro Przemysł
Woda i Ścieki w Przemyśle Spożywczym
Fot. 4. Widok z góry na SBR ze ściekami mleczarskimi
•
•
•
•
silnego rozwoju mikroorganizmów. Dlatego wskazana jest recyrkulacja ścieków oczyszczonych od 1:5 do 1:10, stężenie BZT5 ścieków
rozcieńczonych powinno wynosić poniżej 300 mgO2/L. Obciążenie
300–800 gBZT5/(m3d) limituje skuteczność oczyszczania. Oprócz recyrkulacji ścieków oczyszczonych złoża można stosować w układzie
naprzemiennym, szeregowym.
Rowy cyrkulacyjne stosowane są od lat 60. W 1972 roku było ich
72, a w 1975 już ponad 120. Prędkość przepływu ścieków w rowie
cyrkulacyjnym powinna wynosić v ≥ 0,25 m/s. Do napowietrzania
ścieków stosowane są głównie szczotki napowietrzające, najlepiej
typu klatkowego (fot.1 i 2 ). Odcinek prosty za szczotką jest ˆ 5 m,
odstępy między szczotkami x 100 m, czas zatrzymania ścieków od
3 do 10 dni. Efekt obniżenia BZT5 ścieków w rowach cyrkulacyjnych wynosi około 95÷99%. Wartość BZT5 ścieków oczyszczonych
waha się w granicach od 8 do 40 g O2/m3. Ścieki oczyszczane są,
najczęściej, w układzie technologicznym: piaskownik, komora napowietrzania (fot.1), rów cyrkulacyjny (fot. 2 i 3), osadnik wtórny,
poletka osadowe. Efektywność oczyszczania zależy od wielu czynników, przede wszystkim od jakości i ilości ścieków w stosunku do
wydajności układu i związanym z tymi wielkościami, czasem zatrzymania ścieków w poszczególnych węzłach układu technologicznego.
W tabeli 2 przedstawiono charakterystykę pracy oczyszczalni ścieków OSM Chojnice.
Układy oczyszczalni ścieków z osadem czynnym mogą stanowić:
oczyszczalnie jednostopniowe, dwustopniowe, oczyszczalnie
z biosorpcją i biostabilizacją, oczyszczalnie trzystopniowe,
z zastosowaniem chemicznego doczyszczania oraz oczyszczalnie
wielofazowe.
Oczyszczalnie typu SBR (Sekwencyjne Biologiczne Reaktory) – fot.
4, zbudowane są z reaktorów pracujących w układzie cyklicznym,
trwającym najczęściej 6, 8, 12 godzin. Każdy cykl składa się z faz procesowych: fazy napełniania, mieszania, napowietrzania, sedymentacji
i dekantacji. Czas trwania poszczególnych faz może być różny, a fazy
tlenowe i beztlenowe mogą występować naprzemiennie.
Oczyszczanie i frakcjonowanie składników organicznych, zawartych
w ściekach i serwatce, metodami membranowymi. Serwatka jest
cennym białkiem, zazwyczaj odprowadzanym ze ściekami. Koncentrat serwatki może być wykorzystany w przemyśle spożywczym do
produkcji lodów, odżywek i jako substancja wzbogacająca różne
produkty spożywcze. Instalacje membranowe stosowane do zatężania i frakcjonowania serwatki działają od 1971 (Nowa Zelandia).
Agro Przemysł
2/2008
Obecnie takie instalacje stosowane są w USA, Australii, w Europie
Zachodniej. W latach 80. metodami membranowymi przerabiano
15% serwatki na koncentraty białkowe. W instalacjach wykorzystywane są: mikrofiltracja (wstępna obróbka serwatki), ultrafiltracja
(otrzymywanie koncentratu białka), osmoza odwrócona (otrzymywanie koncentratu laktozy, zatężanie serwatki), elektrodializa
i nanofiltracja (demineralizacja serwatki).
Podsumowanie
Ścieki przemysłu mleczarskiego zawierają substancje organiczne,
łatwo ulegające biodegradacji. Zanieczyszczenia te, ze względu na szybko
zachodzące w nich procesy fermentacji, muszą być usunięte ze ścieków
przed odprowadzeniem ich do odbiornika. Do unieszkodliwiania ścieków przemysłu mleczarskiego głównie stosuje się procesy biologiczne.
W ostatnich latach istnieje tendencja do zamykania oczyszczalni przyzakładowych i odprowadzania ścieków mleczarskich do zbiorczej miejskiej
oczyszczalni mechaniczno biologicznej.
Do nowoczesnych metod należy membranowe frakcjonowanie oraz
zatężanie serwatki i laktozy.
Literatura
1.
A.M. Anielak: Chemiczne i fizykochemiczne oczyszczania ścieków. PWN
(2002).
2.
Burak Demirel, Orhan Yenigun, Turgut T. Onay: Anaerobie treatment of dairy
wastewaters: a review. Process Biochemistry 40 (2005) 2583-2595.
3.
T.L. Wierzbicki, W. Dąbrowski, L. Magrel; Oczyszczanie ścieków, unieszkodliwianie i przeróbka osadów ściekowych pochodzących z zakładów przetwórstwa
mleczarskiego. Projekt badawczy Nr 7 TO7G 029 11. Politechnika Białostocka
(1998).
4.
B. Bartkiewicz, Oczyszczanie ścieków przemysłowych. PWN (2002).
5.
Wywiad własny, przeprowadzony w Zakładzie Arla Foods (2008).
6.
Wywiad własny, przeprowadzony w OSM w Chojnicach (2007).
7.
R. Chmielarski. Ścieki przemysłu mleczarskiego. Praca dyplomowa magisterka.
8.
A.M. Anielak, K. Piaskowski: Modified zeolites in the process sof biological sew-
Politechnika Koszalińska (2001), promotor A.M. Anielak
age purification in sequencing batch reaktor. Rinok Instalacij. No 3, 98 (2005)
39-42.
9.
B. Koziorowski: Oczyszczanie ścieków przemysłowych. W N-T, W-wa (1980).
10. De Boer R., J. Hiddink: Membrane proceses in the dairy industry. State of the
art, Desalination, 35, (1980), 168-192.
11. M. Cheryn., J.R. Alverez: Food and beverage industry applications in “Membrane
Separations Technology. Principles and Applications”, Elsevier Science B.V.,
Amsterdam (1995), 415-465.
59