Produkcja napojów obejmuje różnorodne procesy, takie jak mieszanie, butelkowanie, czyszczenie i chłodzenie, z których wszystkie wykorzystują wodę o różnej jakości i w różnych ilościach. W rezultacie powstają ścieki przemysłowe, które mogą znacznie różnić się pod względem ilości i składu. Oczyszczanie tych ścieków jest niezbędne w celu spełnienia wymogów prawnych, optymalizacji kosztów operacyjnych i zminimalizowania zanieczyszczenia środowiska. W tym artykule szczegółowo opisano specyficzne właściwości ścieków w przemyśle napojów, wyzwania technologiczne i praktyczne metody oczyszczania.
Spis treści
Skład ścieków w produkcji napojów
Ścieki z produkcji napojów zwykle zawierają złożoną mieszaninę substancji organicznych i nieorganicznych. Typowe składniki to
Ładunki organiczne:
- Cukier, skrobia i inne węglowodany pochodzące z produkcji napojów bezalkoholowych, soków i napojów alkoholowych.
- Pozostałości po fermentacji, zwłaszcza w produkcji piwa i wina, takie jak etanol, metanol i komórki drożdży.
- Tłuszcze, oleje i białka pochodzące z przetwarzania produktów mlecznych w mleczarniach produkujących napoje takie jak koktajle lub lassis.
Zanieczyszczenia nieorganiczne:
- Pozostałości środków czyszczących, takich jak zasady i kwasy, które są używane do czyszczenia CIP (Cleaning-In-Place) rur, zbiorników i systemów napełniania.
- Sole i minerały ze zmiękczonej lub uzdatnionej wody procesowej.
Ciała stałe:
- Osady z filtracji lub pozostałości po wyciskaniu soków owocowych.
- Zawieszone substancje stałe i organiczne substancje stałe z pozostałości w surowcach.
Specyficzne obciążenia:
- Wysokie wahania wartości pH spowodowane zmianą między alkalicznymi i kwaśnymi środkami czyszczącymi.
- Substancje, które nie ulegają łatwo biodegradacji, takie jak niektóre konserwanty lub dodatki.
Wyzwania techniczne
Oczyszczanie ścieków z produkcji napojów wymaga indywidualnej strategii, ponieważ zanieczyszczenie zależy w dużej mierze od asortymentu produktów, technologii produkcji i stosowanych procesów czyszczenia. Typowe wyzwania to
Wysoka wartość ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen):
- Substancje organiczne prowadzą do wysokiego ChZT, co sprawia, że konieczne jest oczyszczanie biologiczne lub chemiczne.
Zmienne ilości ścieków:
- Sezonowa produkcja lub różne wielkości partii mogą prowadzić do bardzo zróżnicowanych ilości ścieków, co wymaga elastycznych zdolności oczyszczania.
Tworzenie się piany:
- Cukier i środki powierzchniowo czynne mogą powodować pienienie i zakłócenia w procesach oczyszczania biologicznego.
Ryzyko korozji i zanieczyszczenia:
- Pozostałości środków czyszczących mogą atakować materiały systemu i zanieczyszczać systemy membranowe.
Procedura leczenia
Wybór procesu oczyszczania zależy od składu ścieków i prawnie określonych parametrów zrzutu. Połączenie procesów mechanicznych, chemiczno-fizycznych i biologicznych okazało się odpowiednie w praktyce.
1. wstępna obróbka mechaniczna
- Grabie i sita: Usuwanie zanieczyszczeń stałych, takich jak kawałki owoców lub pozostałości etykiet.
- Systemy filtracji: Oddzielanie ciężkich cząstek, np. cząstek szkła lub osadów.
- Sedymentacja: Wstępna separacja zawieszonych ciał stałych w celu odciążenia procesów na dalszych etapach.
Zdjęcie: Nasze filtry wielowarstwowe ALMA FIL z wymiennikiem jonów ALMA ION.
2. obróbka chemiczno-fizyczna
Chemiczno-fizyczne oczyszczanie ścieków łączy reakcje chemiczne i procesy separacji fizycznej w celu skutecznego usuwania substancji rozpuszczonych, koloidalnych i drobno zawieszonych. Często stanowi centralną część wstępnego lub pośredniego oczyszczania ścieków i optymalnie przygotowuje wodę do późniejszych procesów biologicznych lub mechanicznych. Poniżej przedstawiamy szczegółowo główne metody:
Wytrącanie i flokulacja
Wytrącanie i flokulacja to sprawdzone procesy usuwania koloidalnych i drobno zdyspergowanych substancji, których nie można oddzielić w czysto mechanicznej obróbce.
Strącanie: Podczas strącania do ścieków dodawane są chemiczne środki strącające, takie jak siarczan glinu, chlorek żelaza(III) lub chlorek poliglinu. Powodują one chemiczną transformację substancji rozpuszczonych w wodzie, w wyniku czego powstają nierozpuszczalne związki. Te nowo utworzone cząstki są często mikroskopijnie małe i nie można ich oddzielić bez dodatkowych środków.
Flokulacja: Flokulanty (np. polimery) są stosowane do łączenia cząstek powstałych podczas wytrącania w większe, łatwiejsze do oddzielenia aglomeraty. Promują one tworzenie większych kłaczków, które można skutecznie oddzielić za pomocą procesów fizycznych, takich jak sedymentacja lub flotacja.
Proces ten jest szczególnie ważny w oczyszczaniu ścieków zawierających wysokie stężenia organicznych lub nieorganicznych substancji koloidalnych, co często ma miejsce w produkcji napojów. Precyzyjne dozowanie i dobór chemikaliów ma kluczowe znaczenie dla osiągnięcia optymalnych wyników.
Neutralizacja
Neutralizacja jest stosowana w celu zrównoważenia wahań pH, które mogą być spowodowane procesami produkcyjnymi lub użyciem chemikaliów czyszczących. Kwasy lub zasady są dozowane w celu doprowadzenia wartości pH ścieków do zakresu neutralnego (pH 6,5-8,5), co ma kluczowe znaczenie dla dalszych procesów oczyszczania.
- Praktische Durchführung: Bei stark alkalischem Abwasser (pH > 9) wird beispielsweise Schwefelsäure oder Kohlendioxid (CO₂) eingesetzt, während bei stark saurem Abwasser (pH < 6) häufig Natronlauge oder Kalkmilch zur Neutralisation verwendet werden. Moderne Anlagen verfügen über pH-Regelkreise, die die Chemikalienzufuhr automatisieren und präzise an den aktuellen Bedarf anpassen.
Prawidłowa neutralizacja chroni dalsze systemy przed korozją lub nieprawidłowym działaniem i zapewnia zgodność z prawnymi limitami zrzutów.
Flotacja rozpuszczonym powietrzem (DAF)
DAF, czyli flotacja rozpuszczonym powietrzem, to proces fizyczny opracowany specjalnie do oddzielania tłuszczów, olejów i białek. Substancje te stanowią szczególne wyzwanie, ponieważ często występują na powierzchni wody lub w postaci emulsji, które są trudne do oddzielenia.
Jak to działa: W DAF woda pod ciśnieniem nasycona powietrzem jest podawana do ścieków. Po zwolnieniu ciśnienia tworzą się mikroskopijnie małe pęcherzyki powietrza, które przyczepiają się do cząstek lub kłaczków i transportują je na powierzchnię wody. Oddzielone substancje można następnie zebrać w postaci piany.
Praktyczne zastosowanie: Systemy takie jak ALMA NeoDAF firmy ALMAWATECH łączą najnowocześniejszą technologię flotacji z precyzyjną kontrolą, aby zapewnić wysoką wydajność separacji i zminimalizować zużycie chemikaliów.
Zdjęcie: Nasz system CP z neutralizacją i filtracją na węglu aktywnym do wstępnego oczyszczania ścieków zawierających metale ciężkie przed odwróconą osmozą.
3. oczyszczanie biologiczne
Oczyszczanie biologiczne wykorzystuje mikroorganizmy do rozkładania zanieczyszczeń organicznych w ściekach. Jest to istotna część oczyszczania ścieków, szczególnie w przypadku ścieków o wysokim chemicznym i biologicznym zapotrzebowaniu na tlen (ChZT i BZT). W zależności od rodzaju ścieków i celu, stosuje się procesy tlenowe i beztlenowe, a także podejścia hybrydowe, takie jak biofiltracja.
Proces tlenowy
Procesy tlenowe opierają się na mikrobiologicznej degradacji substancji organicznych w obecności tlenu. Mikroorganizmy, takie jak bakterie i grzyby, utleniają związki organiczne do dwutlenku węgla (CO₂) i wody.
Proces osadu czynnego: Proces ten jest stosowany w systemach takich jak ALMA BHU Bio. Ścieki są doprowadzane do napowietrzanego reaktora, w którym mikroorganizmy są utrzymywane w zawiesinie w postaci osadu czynnego. Ciągły dopływ tlenu i mieszanie zapewniają skuteczną aktywność biologiczną.
Zalety: Procesy tlenowe są szczególnie odpowiednie do oczyszczania łatwo rozkładalnych substancji organicznych, takich jak cukier lub skrobia. Są one w stanie osiągnąć wysoką redukcję ChZT i wytworzyć stabilny osad nadmierny.
Procesy beztlenowe
Procesy beztlenowe odbywają się bez udziału tlenu i są idealne dla ścieków o dużej zawartości substancji organicznych. Wykorzystują one specjalne mikroorganizmy, które przekształcają substancje organiczne w biogaz (metan i dwutlenek węgla).
Reaktory biogazu: Instalacje takie jak ALMA BHU GMR wykorzystują ten proces do przekształcania substancji organicznych w metan. Powstały biogaz może być wykorzystywany do wytwarzania energii, np. pary lub elektryczności.
Zalety: Procesy beztlenowe nie tylko zapewniają wydajne oczyszczanie ścieków, ale także pomagają obniżyć koszty operacyjne poprzez generowanie energii. Ponadto powstaje mniej osadów niż w przypadku procesów tlenowych.
Biofiltracja
Biofiltracja łączy procesy biologiczne i mechaniczne w celu usunięcia resztek materii organicznej.
- Jak to działa: W bioaktywnych filtrach, takich jak ALMA BHU BioFil, mikroorganizmy przylegają do materiału nośnego. Ścieki przepływają przez filtr, w którym mikroorganizmy rozkładają pozostałości organiczne.
- Zalety: Technologia ta jest idealna do podczyszczania ścieków i przygotowania do dalszych procesów membranowych. Zmniejsza biofouling, a tym samym umożliwia ekonomiczne działanie systemów odwróconej osmozy.
Zdjęcie: Nasza biofiltracja do wstępnego oczyszczania ścieków zanieczyszczonych organicznie przed systemem odwróconej osmozy
4. oczyszczanie wtórne i recykling wody
Oczyszczanie końcowe służy do usuwania wszelkich pozostałych substancji śladowych i oczyszczania ścieków w celu ich ponownego wykorzystania jako wody procesowej.
Odwrócona osmoza (RO)
Odwrócona osmoza to proces separacji oparty na membranach, który działa pod wysokim ciśnieniem. Usuwa rozpuszczone sole, cząsteczki organiczne i inne zanieczyszczenia.
- Zastosowanie: Oczyszczona woda może być ponownie wykorzystana jako woda procesowa lub do zasilania kotła. Systemy RO zapewniają spełnienie nawet najbardziej rygorystycznych wymagań dotyczących jakości wody.
Filtracja z węglem aktywnym
Filtracja z węglem aktywnym służy do usuwania śladowych substancji organicznych, zapachów i smaków. Służy również do redukcji chloru, który może uszkadzać membrany i mikroorganizmy.
Dezynfekcja
Na koniec woda jest dezynfekowana w celu zminimalizowania zanieczyszczenia mikrobiologicznego. Systemy takie jak ALMA OXI UV wykorzystują światło UV lub ozon do skutecznego zabijania bakterii, wirusów i innych mikroorganizmów. Gwarantuje to higieniczną jakość wody i zapobiega ponownemu zanieczyszczeniu w cyklu.
Zdjęcie: Nasz system odwróconej osmozy do wewnętrznego recyklingu wody
Wnioski
Oczyszczanie ścieków w produkcji napojów wymaga niestandardowych rozwiązań, które są elastycznie dostosowywane do konkretnych obciążeń i wymagań produkcyjnych. Dzięki zastosowaniu nowoczesnych technologii, takich jak biofiltracja, procesy membranowe i biogazownie, można w równym stopniu osiągnąć cele ekologiczne i ekonomiczne.
Aby uzyskać więcej informacji na temat naszych produktów, prosimy skontaktować się z nami w dowolnym momencie!
