Srvátka je vedľajším produktom výroby syra a iných procesov spracovania mlieka. Vzhľadom na svoj vysoký obsah organických látok predstavuje srvátka významnú výzvu pre priemyselné čistenie odpadových vôd. Obsahuje hlavne laktózu, mliečne bielkoviny, lipidy, soli a stopové prvky, ktoré vedú k vysokej chemickej spotrebe kyslíka (CSB) a biologickej spotrebe kyslíka (BSB). V priemyselnom odvetví čistenia odpadových vôd je efektívne čistenie odpadových vôd zo srvátky rozhodujúce pre zabezpečenie dodržiavania zákonných limitných hodnôt a zároveň pre získavanie zdrojov pre recykláciu alebo opätovné využitie vody.
V tomto príspevku sú podrobne vysvetlené technické pozadie čistenia odpadových vôd zo syrovátky a recyklácie vody. Osobitný dôraz je kladený na aeróbne a anaeróbne biologické čistenie, flotačné zariadenia a použitie biofiltrácii na čistenie a opätovné použitie vody zo syrovinovej odpadovej vody alebo kondenzátov pary.
Obsah
Vlastnosti srvátky a odpadových vôd z mliekarenského priemyslu
Srvátka obsahuje množstvo látok, ktoré ovplyvňujú čistenie odpadových vôd:
Hlavné zložky:
- Organické látky: laktóza (~70 % sušiny), bielkoviny, tuky.
- Anorganické látky: soli ako draslík, vápnik a fosfáty.
- Hodnota pH: Typicky v rozmedzí 4,0–6,5, v závislosti od výrobného procesu.
Znečistenie odpadových vôd:
- Hodnota CSB: 50 000 – 70 000 mg/l, v závislosti od riedenia.
- Hodnota BSB: 35 000–55 000 mg/l.
- Obsah tuku a tuhých látok: Zvýšené hodnoty môžu viesť k upchatiu a zanášaniu.
Kondenzáty pary:
- Vznikajú pri koncentrácii alebo sušení srvátky.
- Nižšia hodnota CSB (typicky 500–5 000 mg/l), ale často zvýšený obsah ľahko rozložiteľných organických látok, ako je mliečna kyselina.
Spracovanie odpadových vôd zo syrovátky
Biologické čistenie odpadových vôd je osvedčená metóda na rozklad organických zlúčenín z odpadových vôd zo srvátky. Používajú sa aeróbne a anaeróbne procesy, ktoré sa vyberajú v závislosti od znečistenia odpadových vôd a cieľa procesu.
1. Aeróbna liečba
Popis procesu:
Pri aeróbnom rozklade mikroorganizmy využívajú kyslík na oxidáciu organických zložiek srvátky a ich premenu na CO₂, vodu a biomasu. Tieto procesy sú obzvlášť účinné pri kondenzátoch výparov a zriedených odpadových vodách.
Technológie:
Metóda aktívneho kalu:
Mikroorganizmy rozkladajú organické látky vo vetraných reaktoroch.- Vhodné pre odpadové vody s nízkym až stredným obsahom CHSK.
- Vysoká spotreba energie na vetranie.
Sekvenčný dávkový reaktor (SBR):
Časovo riadené procesy v reaktore, ktorý umožňuje aeróbne aj anoxické fázy.
Výhody aeróbneho spracovania:
- Rýchla rýchlosť rozkladu ľahko rozložiteľných organických látok.
- Produkuje stabilnú odpadovú vodu s nízkym zvyškovým zaťažením.
Nevýhody:
- Vysoká spotreba energie v dôsledku vetrania.
- Zvýšená tvorba kalu, ktorá si vyžaduje dodatočné spracovanie.
Foto: Aktivované koryto s denitrifikáciou a nitrifikáciou pre odpadové vody z potravinárskeho priemyslu (proces: ALMA BHU BIO)
2. Anaeróbna úprava
Popis procesu:
Pri anaeróbnom rozklade mikroorganizmy rozkladajú organické látky v prostredí bez kyslíka. Konečnými produktmi sú metán (CH₄) a oxid uhličitý (CO₂), ktoré sa dajú využiť ako bioplyn. Tento proces je vhodný najmä pre vysoko znečistené odpadové vody, ako je srvátka.
Technológie:
1. Reaktor UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
- Funkčný princíp:
Odpadová voda preteká zdola cez vrstvu granulovanej biomasy. Organické látky sa rozkladajú a vznikajúci bioplyn stúpa nahor. - Výhody:
- Kompaktná konštrukcia.
- Vysoká účinnosť pri odpadových vodách so stredným až vysokým zaťažením.
2. Reaktor EGSB (Expanded Granular Sludge Bed)
- Funkcia:
Podobný ako reaktor UASB, avšak s vylepšeným hydraulickým premiešaním a vyššou prietokovou kapacitou. - Výhody:
- Vhodný pre silne znečistené odpadové vody.
- Vyšší výťažok bioplynu vďaka intenzívnejším kontaktným časom.
Výťažnosť bioplynu
Výťažnosť bioplynu je rozhodujúcim faktorom pre ekonomickú efektívnosť anaeróbneho čistenia odpadových vôd. Závisí od zloženia odpadových vôd a podmienok procesu.
Faktory, ktoré ovplyvňujú výťažnosť bioplynu:
Organické zaťaženie (CSB):
- Vysoká hodnota CSB koreluje s vyšším výťažkom bioplynu.
- Typicky: 1 kg rozloženého CSB produkuje 0,35–0,50 m³ bioplynu.
Typ odpadovej vody:
- Odpadové vody bohaté na tuky, bielkoviny a sacharidy: Vysoký výťažok bioplynu, pretože tieto látky sú bohaté na energiu.
- Ťažko rozložiteľné látky: Nižšia výťažnosť bioplynu, pretože na rozklad je potrebné viac energie.
Teplota procesu:
- Mesofilné podmienky (30–40 °C): Bežné a ekonomické.
- Termofilné podmienky (50–60 °C): Vyššia rýchlosť rozkladu, ale vyššie náklady na energiu.
Hodnota pH:
- Optimálny rozsah: 6,5–7,5.
- Odchýlky vedú k inhibícii metanogenézy.
Doba zotrvania:
- Na dokončenie procesu rozkladu je potrebná dostatočná hydraulická doba zotrvania (10–30 dní).
Typický výťažok bioplynu:
- Odpadová voda z srvátky: 0,4–0,6 m³ bioplynu na kg CHSK.
- Odpadové vody z potravinárskeho priemyslu: 0,3–0,5 m³ bioplynu na kg CHSK.
Výhody anaeróbneho spracovania
Výroba energie:
Bioplyn vznikajúci pri metanogenéze možno využiť na výrobu energie, čo znižuje prevádzkové náklady zariadenia.Vysoká účinnosť rozkladu:
Rozklad 70–90 % organického zaťaženia (merané ako chemická spotreba kyslíka, CSB).Nízka tvorba kalu:
V porovnaní s aeróbnymi procesmi sa vytvorí len asi 10–20 % biomasy, čím sa znižujú náklady na likvidáciu.Udržateľnosť:
Výťažok bioplynu nahrádza fosílnu energiu a znižuje emisie skleníkových plynov.
Foto: Naša bioplynová stanica ALMA BHU GMR na fermentáciu odpadových vôd z mliekarenských podnikov
Recyklácia vody prostredníctvom biofiltrácie
Biofiltrácia ako dodatočná úprava:
Po biologickej predúpravke môžu byť zvyšné zvyšky a živiny v biofiltračnej jednotke . Táto metóda je obzvlášť účinná pri kondenzátoch pary alebo predbežne upravených odpadových vodách zo srvátky.
Kroky procesu:
Vypúšťanie odpadových vôd:
Predbežne upravené odpadové vody (napr. z flotačného alebo anaeróbneho zariadenia) prechádzajú cez filtračné lože z upravených ílovitých materiálov.Aktivita biofilmu:
- Mikroorganizmy na filtračnom materiáli rozkladajú organické látky a živiny.
- Okrem zníženia chemickej spotreby kyslíka (CSB) a biologickej spotreby kyslíka (BSB) sa rozkladajú aj rušivé zlúčeniny, ako sú tuky, oleje a uhľohydráty.
- Možné aj s nitrifikáciou a denitrifikáciou.
Filtrácia častíc:
Okrem biologickej aktivity slúži biofiltrácia aj ako fyzikálny filtračný systém, ktorý odstraňuje suspendované tuhé látky z odpadových vôd.Kvalita vody na výstupe:
Filtrát vykazuje výrazne nižšie hodnoty CSB a BSB, ako aj znížené koncentrácie fosforu a dusíka.
Integrácia biofiltrácie do procesu recyklácie vody
Biofiltrácia je často medzistupňom vo viacstupňovej čističke vody. Pripravuje odpadovú vodu na ďalšie procesy, ako je reverzná osmóza (RO), ktorá umožňuje ďalšie čistenie a odsoľovanie.
1. Predbežná úprava pred biofiltráciou
Pred biofiltráciou je potrebné odpadovú vodu predbežne upraviť, aby nedošlo k preťaženiu filtračného zariadenia. Typické postupy sú:
- Flotácia: Odstraňovanie tukov a tuhých látok.
- Anaeróbna úprava: redukcia organického zaťaženia a výroba bioplynu.
- Aeróbna úprava: zníženie organického zaťaženia.
2. Dodatočná úprava reverznou osmózou
Po biofiltrácii môže byť odpadová voda ďalej čistená prostredníctvom reverznej osmózy, aby:
- Odstrániť rozpustené soli a minerálne látky.
- Odfiltrovanie zvyškov organických látok a mikropurifikátov.
- Znížiť vodivosť vody na úroveň, ktorá umožňuje jej opätovné použitie.
Typické zlepšenia kvality vďaka kombinácii:
- CSB: < 10 mg/l nach der Umkehrosmose.
- Vodivosť: 10 – 200 µS/cm, v závislosti od oblasti použitia.
- Baktérie a vírusy: Úplne zadržané membránami.
Výhody recyklácie vody pomocou biofiltrácie a reverznej osmózy
1. Udržateľnosť:
- Zníženie spotreby čerstvej vody a šetrenie prírodných zdrojov.
- Minimalizácia množstva odpadových vôd a ich vypúšťania do verejných kanalizácií alebo povrchových vôd.
2. Zlepšenie kvality vody:
- Biofiltrácia účinne odstraňuje rušivé organické látky, čím minimalizuje zanášanie a biologické zanášanie v reverznej osmóze.
- Reverzná osmóza zabezpečuje takmer úplné odstránenie solí, živín a mikropurifikátov.
3. Hospodárnosť:
- Zníženie prevádzkových nákladov vďaka opätovnému využitiu vody.
- Zníženie nákladov na odvod odpadových vôd a úpravu čerstvej vody.
4. Prispôsobivosť:
- Kombinácia biofiltrácie a reverznej osmózy má modulárnu štruktúru a dá sa prispôsobiť rôznym zloženiam odpadových vôd.
Foto: Naša biofiltrácia ALMA BioFil Compact na úpravu kondenzátov pary a predupravených odpadových vôd z potravinárskeho priemyslu
Predbežná úprava odpadovej vody zo srvátky pomocou flotačných zariadení
Flotácia je osvedčená technológia na predbežnú úpravu silne znečistených odpadových vôd, ako sú napríklad odpadové vody z mliekarenského priemyslu a zo spracovania srvátky. Cieleným dávkovaním zrážacích činidiel a flokulačných prostriedkov sa z odpadových vôd odstraňujú rozpustené a koloidné organické látky, tuky a tuhé látky. Táto predbežná úprava výrazne znižuje organické a anorganické znečistenie a optimálne pripravuje odpadovú vodu na následné biologické alebo fyzikálno-chemické procesy, ako je biofiltrácia.
Funkcia flotácie
Flotácia je založená na princípe, že častice sú unášané na povrch vody pomocou pripájania plynových bublín (zvyčajne vzduchu). Častice tvoria penu, ktorá sa odoberá z povrchu reaktora. Pre efektívne oddelenie látok je rozhodujúca chemická predúprava pomocou prostriedkov na zrážanie a flokuláciu.
Kroky procesu pri flotácii
1. Chemická predúprava
Predbežná úprava sa vykonáva pridaním zrážacích činidiel a flokulačných prostriedkov, ktoré sú špecificky prispôsobené zloženiu odpadovej vody zo srvátky.
Prostriedky na rúbanie:
- Cieľ: Premena rozpustených látok na ťažko rozpustné zlúčeniny, ktoré sa ľahšie oddeľujú.
- Typické zrážacie činidlá: síran hlinitý, chlorid železitý alebo polyaluminiumchlorid.
- Reakcia: Koagulanty reagujú s rozpustenými organickými a anorganickými látkami, napr. fosfátmi, a vytvárajú vločky.
Flokulačné prostriedky:
- Cieľ: Zväčšenie a stabilizácia vznikajúcich vločiek.
- Typické flokulačné prostriedky: polyméry s vysokou molekulovou hmotnosťou (aniontové, katiónové alebo neiónové).
- Účinok: Polymerové reťazce spájajú menšie častice a vločky, čím vznikajú väčšie, sedimentovateľné alebo flotovateľné vločky.
2. Kontaktná zóna a vstrekovanie plynu
V kontaktnej zóne flotačnej jednotky sa chemicky upravená odpadová voda zmieša s najjemnejšími vzduchovými bublinkami. To sa zvyčajne vykonáva prostredníctvom:
Flotácia s uvoľnením tlaku:
Voda je pod tlakom nasýtená vzduchom. Pri poklese tlaku sa vytvárajú najjemnejšie vzduchové bubliny (mikrobubliny), ktoré sa pripájajú k vločkám.Vzduchové injektory alebo difúzory:
Priame vháňanie vzduchu alebo iných plynov do flotačnej zóny.
Vznikajúce vločky s vzduchovými bublinami majú nižšiu hustotu ako voda a stúpajú na povrch.
3. Odstránenie vrstvy bahna
Látky nahromadené na povrchu tvoria vrstvu kalu, ktorá sa odstraňuje priebežne alebo nepravidelne. Odstránený kal je vysoko koncentrovaný a môže sa ďalej odvodňovať alebo spracovávať anaeróbnym kvasením.
4. Výtok čistej vody
Zvyšná čistá voda je odvádzaná zo spodnej časti flotačnej jednotky a môže byť priamo biologicky ďalej spracovaná alebo, v závislosti od kvality, použitá pre interný proces recyklácie vody.
Výhody predbežnej úpravy flotáciou
Flotácia s chemickou predúpravou ponúka viacero výhod:
Efektívne odstraňovanie tukov, olejov a tuhých látok:
Najmä v prípade odpadových vôd zo srvátky, ktoré obsahujú vysoký obsah tukov a bielkovín, flotácia zabezpečuje výrazné zníženie hodnôt CSB a BSB.Zníženie organického zaťaženia:
Vďaka zrážaniu laktózy a bielkovín sa znižuje zaťaženie biologického rozkladu v ďalších fázach.Flexibilita:
Dávkovanie prostriedkov na zrážanie a flokáciu možno prispôsobiť rôznym zaťaženiam a odpadovým vodám.Kompaktná konštrukcia:Flotačné zariadenia
vyžadujú málo miesta a môžu byť integrované do existujúcich procesov.
Foto: Naše flotačné zariadenie ALMA NeoDAF s dávkovaním flokulačných a zrážacích prostriedkov úmerným zaťaženiu a patentovaným systémom nasýtenia vzduchom.
Výzvy a riešenia
1. Vysoká hodnota CSB a BSB:
Odpadová voda zo srvátky vyžaduje vzhľadom na svoj vysoký obsah organických látok výkonné biologické procesy.
- Riešenie: Kombinácia anaeróbnej predúpravy a aeróbnej následnej úpravy na dosiahnutie úplnej mineralizácie.
2. Kolísavé zaťaženie odpadových vôd:
Zloženie odpadových vôd zo srvátky sa líši v závislosti od výroby a čistiacich procesov.
- Riešenie: Použitie flexibilných technológií, ako sú SBR alebo flotačné zariadenia, ktoré dokážu reagovať na kolísanie zaťaženia.
3. Energetická náročnosť:
Aeróbne procesy majú vysokú energetickú náročnosť.
- Riešenie: Integrácia anaeróbnych systémov na výrobu energie z bioplynu.
4. Recyklácia vody:
Opätovné použitie čistej vody vyžaduje vysokú kvalitu.
- Riešenie: Použitie biofiltrácie a membránových procesov, ako je reverzná osmóza.
Záver
Spracovanie odpadových vôd zo syrovátky a kondenzátov z pary kladie vysoké nároky na technológiu čistenia odpadových vôd, ale ponúka aj množstvo možností na spätné získavanie zdrojov. Kombináciou aeróbnych a anaeróbnych biologických procesov je možné efektívne znížiť organické zaťaženie a zároveň využiť bioplyn ako zdroj energie. Následné technológie, ako je biofiltrácia, umožňujú opätovné použitie vody v uzavretých okruhoch a prispievajú tak k udržateľnosti a hospodárnosti procesov. S modernými zariadeniami a postupmi je možné úspešne zvládnuť tieto výzvy a zároveň minimalizovať zaťaženie životného prostredia.
Pre ďalšie informácie o našich produktoch nás môžete kedykoľvek kontaktovať!
