Technologia, wiedza praktyczna i rozwiązania służące redukcji tłuszczów (FOG), wahań pH i ChZT

Ścieki z mleczarni należą do najbardziej wymagających ścieków przemysłowych: zawierają duże ilości substancji organicznych, zmienne zawartości tłuszczu, białka i chemikalia czyszczące pochodzące z procesów CIP. Jednocześnie ich skład i przepływ często ulegają znacznym wahaniom w ciągu dnia, między liniami produkcyjnymi oraz w zależności od reżimu produkcji i czyszczenia. Niezawodne wstępne oczyszczanie przed odprowadzeniem do kanalizacji jest zatem nie tylko kwestią przestrzegania wartości granicznych, ale przede wszystkim czynnikiem wpływającym na bezpieczeństwo eksploatacji, stabilność opłat i możliwość planowania procesów.

W niniejszym artykule przedstawiono, gdzie i dlaczego powstają ścieki w przemyśle mleczarskim, jak różnią się strumienie ścieków w zależności od produktu oraz jakie sprawdzone technologie przyjęły się w zakresie wstępnego oczyszczania, ze szczególnym uwzględnieniem substancji lipofilowych (tłuszcze/oleje/FOG), regulacji pH i redukcji ChZT.

Dlaczego ścieki mleczarskie muszą być wstępnie oczyszczane

Miejska kanalizacja i oczyszczalnia ścieków są wrażliwe na typowe właściwości ścieków mleczarskich:

• Wysoki poziom CSB/BSB spowodowany składnikami mleka (laktoza, białka, tłuszcze)

• Tłuszcze/oleje (FOG), które zatykają przewody, zakłócają pracę pomp i prowadzą do osadzania się osadów

• Silne wahania pH spowodowane przez CIP (alkaliczne/kwaśne), które zakłócają procesy biologiczne i niszczą materiały

• Cząstki zawieszone i płatki, które osadzają się w przewodach lub unoszą się/pienią się w instalacji

• Obciążenia udarowe (slug loads) – krótkie szczyty często determinują konstrukcję i ryzyko opłat/zakłóceń.

Celem wstępnego oczyszczania jest zatem zazwyczaj:znaczne zmniejszenie FOG/TSS (
), stabilizacja pH oraz odcięcie znacznej części (cząsteczkowego) CSB już na miejscu, w miarę możliwości przy rozsądnych nakładach inwestycyjnych i eksploatacyjnych oraz wysokiej niezawodności.

Gdzie powstają ścieki w przemyśle mleczarskim? Typowe miejsca powstawania ścieków

W mleczarniach ścieki nie powstają „w jednym miejscu”, ale są rozłożone na kilka obszarów. Do zaplanowania wstępnego oczyszczania kluczowa jest znajomość tych źródeł, ponieważ mają one różne właściwości i generują różne wartości szczytowe:

1) Odbiór mleka i logistyka

• Woda używana do płukania i czyszczenia w obszarach odbioru mleka

• Czyszczenie cystern (wnętrze/zewnętrzna strona)

• Straty podczas przelewania (rozlania): Często zmieniający się ładunek organiczny, częściowo szczyty tłuszczu, stosunkowo „krótkie” szczyty.

2) Linie technologiczne (produkcja)

• Separatory, homogenizatory, pasteryzacja/UHT

• Opróżnianie, zmiana produktu, zwroty: w zależności od produktu: zawartość tłuszczu/białka jest bardzo zróżnicowana; często występują emulsje.

3) Czyszczenie CIP (Cleaning-in-Place) – czynnik napędzający wzrost

• czyszczenie alkaliczne (zazwyczaj NaOH)

• czyszczenie kwasem (w zależności od eksploatacji, np. w celu usunięcia kamienia)

• Etapy dezynfekcji, środki powierzchniowo czynne: powodują skoki pH, skoki temperatury i często tworzenie stabilnych emulsji, które utrudniają rozdzielanie.

4) Napełnianie, czyszczenie podłogi, zmiana zmiany/produktu

• Woda czyszcząca z resztkami produktu

• Piana, drobne cząsteczki, składniki cukrowe/aromatyczne (w deserach/jogurtach): ładunek podlega znacznym wahaniom, często występują wysokie wartości ChZT.

5) Skruber/płuczka powietrza wylotowego (w przypadku mleka w proszku/suszenia)

• Woda z systemów odpylania: drobne cząsteczki, zmienne ładunki, zazwyczaj dobrze poddające się flotacji/strącaniu (w zależności od składu).

6) Solanka/brina (typowa dla produkcji sera)

• Częściowo wysoka przewodność/chlorki: istotne dla wyboru materiałów, ochrony przed korozją i przebiegu procesu.

Dlaczego ścieki różnią się tak bardzo w zależności od produktu?

Asortyment produktów mleczarni ma decydujący wpływ na to, czy dominuje tłuszcz, białko czy rozpuszczone substancje organiczne, a tym samym również na to, która obróbka wstępna jest szczególnie skuteczna.

Ser i twaróg

• wysoka zawartość białka/serwatki

• często wysokie wartości CSB/BSB, częściowo ładunki związane z fosforem

• W zależności od linii więcej substancji stałych (resztki połamane): instalacja flotacyjna z wytrącaniem/flokulacją bardzo skuteczna w przypadku cząstek stałych; cząstki rozpuszczone pozostają częściowo.

Masło, śmietana, produkty śmietankowe

• Bardzo wysoka zawartość tłuszczu, emulsje: wyraźna „dyscyplina paradna” dla flotacji DAF (redukcja FOG), jeśli pH/emulsje są pod kontrolą.

Jogurt, desery, mieszanka lodowa

• Cukier, stabilizatory, częściowo wysoka lepkość: wyższa zawartość rozpuszczonych substancji organicznych, które można jednak usunąć poprzez dozowanie środków strącających i flotację z rozprężaniem ciśnienia. 

Mleko UHT/ESL

• Częste zmiany produktów, regularne czyszczenie w miejscu (CIP): dominują szczyty pH i temperatury; decydujące znaczenie ma wyrównanie/neutralizacja. Częściowo wystarcza prosta instalacja do neutralizacji CO2 z wprowadzaniem sterowanym ładunkiem ChZT.

Mleko w proszku/suszenie rozpyłowe

• Intensywne czyszczenie, woda z płuczki: często zmieniające się drobne cząsteczki; sensowne stosowanie wytrzymałych etapów wstępnych + flotacja.

Główne cele wstępnego oczyszczania: substancje lipofilowe, pH i ChZT

W praktyce wstępne oczyszczanie ścieków mleczarskich można podzielić na trzy „główne etapy”:

1. Substancje lipofilowe (FOG/tłuszcz/olej): powodują osadzanie się osadów, unoszenie się na powierzchni, tworzenie się piany, zakłócenia.

2. Wahania pH: utrudniają strącanie/flokulację, zwiększają zapotrzebowanie na środki chemiczne i obciążają kanalizację/urządzenia.

3. CSB: parametry opłat i wprowadzania; przede wszystkim cząsteczkowy CSB można ekonomicznie oddzielić za pomocą flotacji.

Najlepsze praktyki techniczne: łańcuch procesów w zakresie wstępnej obróbki mleka

1) Przesiewanie/drobne przesiewanie: ochrona dla wszystkiego, co następuje później

Automatyczne drobne przesiewanie (np. przesiewanie bębnowe, często w zakresie kilku milimetrów) chroni pompy, zawory i flotację. Zwłaszcza w przypadku ścieków mleczarskich włókna, grudki lub resztki produktów mogą szybko prowadzić do awarii.

Co jest ważne:

• Niezawodne automatyczne czyszczenie/płukanie wsteczne

• konstrukcja ułatwiająca konserwację

• Sensowne strategie redundancji/bypassu zapewniające ciągłość działania

2) Zbiornik buforowy: wystarczająco duży – ale nie za duży

W mleczarniach odpowiednio zwymiarowany zbiornik buforowy/wyrównawczy jest często najważniejszym elementem pozwalającym obniżyć koszty eksploatacji:

• Wyrównuje pH i ładunek z produkcji i CIP.

• Dzięki temu zmniejsza się zużycie środków neutralizujących (np. NaOH), a strącanie/flokulacja staje się bardziej stabilne.

Jednakże: zbiornik nie może być zbyt duży. Ścieki mleczarskie mogą zakwaszać się podczas długiego przechowywania. Wówczas część nierozpuszczonych składników organicznych przekształca się w substancje organiczne rozpuszczalne.
Rozpuszczonych substancji organicznych nie da się już tak łatwo i tanio usunąć poprzez flotację z wytrącaniem/flokulacją.

Zasada praktyczna:
Bufor należy zaprojektować tak, aby skutecznie „amortyzował” wahania, ale nie powodował niepotrzebnie długich czasów przebywania.