Pieno perdirbimo įmonės nuotekų valymo įrenginių projektavimas: kaip riebalai, baltymai ir valymo vanduo veikia procesą

Apieno pramonės nuotekų valymo įrenginys turi tvarkyti sudėtingą teršalų mišinį, kuris pieno perdirbimą skiria nuo daugelio kitų pramonės sektorių. Riebalų, baltymų ir valymo vietoje (CIP) chemikalų buvimas kelia unikalius valymo iššūkius, kurie tiesiogiai veikia įmonės projektavimą, eksploatacinę efektyvumą ir atitiktį reguliavimo reikalavimams. Inžinieriams, įmonės valdytojams ir pieno perdirbėjams būtina suprasti, kaip šie komponentai sąveikauja valymo metu, kad būtų galima pasiekti patikimus ir naudingus nuotekų valymo sprendimus.

Pieno gamybos veikla sukuria nuotekų srautus, kuriuose susimaišo pieno likučiai, plovimo vanduo ir cheminiai valymo reagentai. Kiekvienas iš šių komponentų reikalauja specifinių valymo mechanizmų, o riebalų, baltymų ir CIP chemikalų sąveika reikalauja atidžios technologinės schemos kūrimo. Jei šie trys elementai netinkamai kontroliuojami pirminėje ir antrinėje valymo stadijose, pieno gamybos nuotekų valymo įrenginys tampa neefektyvus, susiduria su įrangos užteršimu ir negali laikytis išleidimo normų.

Riebalų ir baltymų supratimas pieno gamybos nuotekose

Kodėl riebalai ir baltymai sudėtingina valymą

Riebalai iš pieno perdirbimo nuotekų kyla iš pieno, grietinės, sūrio serumo ir sviesto gamybos. Baltymai atsiranda iš pieno baltymų, kazeino ir serumo kietųjų dalelių, kurios yra suspenduotos arba ištirpusios technologinėje vandens aplinkoje. Tie riebalai ir baltymai turi aukštą biocheminį deguonies poreikį (BOD) ir cheminį deguonies poreikį (COD), t. y. jie sunaudoja deguonį skylant ir reikalauja reikšmingos biologinės ar cheminės konversijos. Pieno perdirbimo nuotekų valymo įrenginyje šie junginiai turi būti pašalinti arba konvertuoti prieš išleidžiant vandenį; kitaip jie pablogins priimančiojo vandens kokybę ir pažeis aplinkos leidimus.

Fizinis ir biologinis elgesys

Riebalai sudaro emulsijas ir riebalų sluoksnius, kurie plūduriuoja, užsikemša sietus ir trukdo biologiniam valymui. Baltymai tirpsta lengviau, tačiau vėliau tampa sudėtinga organine medžiaga, kuri nepasiduoda paprastam nusėdimui. Pieno produktų riebalų kiekis gali svyruoti nuo 100 iki 500 mg/L, o baltymų kiekis – nuo 200 iki 1000 mg/L, priklausomai nuo gamybos linijos. Gerai suprojektuoto pieno pramonės nuotekų valymo įrenginio pirminio valymo etapai apima riebalų atskyrimą, riebalų žvejyklas, ištirpusio oro flotaciją (DAF) arba banguotų plokščių pertraukiklius (CPI), kad šios medžiagos būtų pašalintos dar prieš patenkant į antrinius biologinius reaktorius. Jei šių medžiagų nepašalinama, baltymų ir riebalų apkrova perkrauna biologinio valymo sistemas, ilgina valymo laiką ir padidina eksploatacijos sąnaudas.

CIP chemikalų poveikis valymo proceso projektavimui

CIP reagentų sudėtis ir koncentracija

Valymo vietose sistemos naudoja natrinę šarmą, rūgštis, paviršiaus aktyviąsias medžiagas ir specialius dezinfekuojamuosius priemones pieno pramonės įmonėse, kad būtų palaikoma įrangos higiena. Šios CIP cheminės medžiagos patenka į nuotekų srautą, padidindamos pH reikšmę, pridedamos paviršiaus aktyviosios medžiagos, kurios emulguoja riebalus, bei nebiologinio skilimo medžiagos. Tipinė pieno pramonės nuotekų valymo įmonė gauna CIP plovimo vandenį, kuriame yra koncentruota natrio hidroksido (pH 12–14), fosforinės rūgšties (pH 1–2) ir paviršiaus aktyviųjų medžiagų 500–2000 mg/L koncentracijoje. Staigūs pH pokyčiai ir cheminių medžiagų apkrova sukuria smūginę apkrovą, kuri destabilizuoja biologinį valymą, nebent sistema suprojektuota su išlyginimo ir pH buferinės talpos galimybėmis.

Sąveika su riebalais ir baltymais

CIP paviršiaus aktyviosios medžiagos stabilizuoja riebalų ir baltymų emulsijas, neleisdamos natūraliai atsiskirti ir darant fizinį pašalinimą mažiau veiksmingą. Aukštas pH lygis iš šarminių CIP tirpalų saponifikuoja riebalus, paverčiant juos muilo pavidalo junginiais, kurie išsisklaido visame nuotekų baseine ir reikalauja aktyvaus biologinio valymo vietoj paprasto nusėdimo. Šis sąveikos efektas reiškia, kad pieno pramonės nuotekų valymo įrenginys turi turėti patikimus išlyginamuosius bakus, cheminio dozavimo sistemas pH reguliavimui ir pakankamai ilgą retencijos trukmę biologiniuose reaktoriuose, kad mikroorganizmai galėtų suardyti tiek pradinius riebalus ir baltymus, tiek paviršiaus aktyviųjų medžiagų modifikuotas jų formas. Projektuotojai, nepakankamai įvertinę šią sąveiką, dažnai nurodo per mažą biologinio valymo pajėgumą, dėl ko kyla leidimų pažeidimų ir netikėtų plėtros išlaidų.

Integruoto valymo projektavimo strategijos

Pirminis valymas: riebalų pašalinimas prieš antrines stadijas

Pirmasis kritinis projektavimo sprendimas pieno perdirbimo įmonės nuotekų valymo įrenginyje – pirminio valymo pasirinkimas. Išplėtoto oro flotacijos (DAF) metodas dažnai renkamas, nes jis veiksmingai pašalina riebalus esant kintamiems srautams ir koncentracijoms, gerai prisitaiko prie CIP viršūnių ir išlaiko našumą net tada, kai nuotekose yra paviršiaus aktyvių medžiagų. Rėminiai plokščių separatoriai (CPI) užtikrina žemesnes eksploatacines sąnaudas, tačiau reikalauja kasdienės priežiūros ir blogai veikia aukštos paviršiaus aktyvių medžiagų koncentracijos metu. Po pirminio valymo gerai suprojektuota sistema apima išlyginamąjį rezervuarą, kurio talpa sudaro bent 6–10 valandų vidutinio pieno perdirbimo įmonės nuotekų srauto. Šis išlyginamasis rezervuaras neleidžia staigaus apkrovimo antriniam biologiniam valymui ir suteikia laiko pH koregavimui prieš nuotekoms patenkinant į bioreaktorių.

Antrinis valymas: biologinis skilimas kontroliuomomis sąlygomis

Po riebalų pašalinimo ir pH reguliavimo pieno pramonės nuotekų valymo įmonė nukreipia dalinai apdorotas nuotekas į antrinį biologinį valymą, kuriame baltymai ir likę organiniai medžiagų likučiai verčiami į biomasę ir anglies dioksidą. Aktyviosios dumblo sistemos, cikliniai periodiniai reaktoriai (SBR) arba membraniniai bioreaktoriai (MBR) kiekvienas skirtingai tvarko baltymais turtingas pieno pramonės nuotekas. Aktyviųjų dumblo sistemoms reikia 12–24 valandų išlaikymo laiko, kad visiškai suardyti pieno baltymus, tuo tarpu MBR sistemos pasiekia aukštesnius valymo našumus mažesniuose tūriuose, bet su didesniu energijos suvartojimu. CIP cheminės medžiagos, po to kai jos yra praskiedžiamos ir neutralizuojamos lyginamajame rezervuare, turi minimalų toksiškumą biologiniam valymui, jei pH lieka tarp 6,5 ir 8,5 ir jei hidraulinė bei organinė apkrova nepviršija projektuotų specifikacijų.

Proceso integracija ir stebėsena

Visiškai integruota pieno pramonės nuotekų valymo įmonė apima pirminį riebalų pašalinimą, pH reguliuojamą išlyginimą, biologinį valymą su pakankamu laikymo laiku ir galutinį šlifavimą. Kontrolės riebalų koncentracijos įeinančiose nuotekose, baltymų lygio po pirminio valymo ir COD pašalinimo per biologinius etapus suteikia realaus laiko atsiliepimą operaciniam koregavimui. Kai pieno perdirbimo įmonė padidina CIP dažnumą, nuotekų valymo įmonė turi reaguoti ilgesniu išlyginimo laikymo laiku ir galbūt pridėti šarmingumo, kad būtų neutralizuoti staigūs pH sumažėjimai. Be tokios integruotos konstrukcijos ir reaktyvaus valdymo pieno pramonės nuotekų valymo įmonė negali patikimai laikytis BOD, COD, azoto ir fosforo išmetimo ribų, kurias šiuo metu taiko dauguma teisės aktų.

DUK

Kokia yra pagrindinė priežastis, kodėl riebalai sukelia problemas pieno pramonės nuotekų valymo įmonėje?

Riebalai sudaro riebalų sluoksnius, kurie užsikemša sietuose, vamzdžiuose ir biologinio valymo įrangoje, o jų skilimo metu sunaudojama didelė ištirpusio deguonies kiekis. Pieno pramonės nuotekų valymo įrenginyje riebalai turi būti pašalinami pirminio valymo etape, dažniausiai naudojant oru sotintą plūdėjimą arba riebalų gaudytuvus, kol nuotekos pasiekia antrąjį biologinį reaktorių. Jei šis pašalinimo žingsnis nėra atliekamas, riebalai kaupiasi bioreaktoriuje, sumažėja valymo efektyvumas ir žymiai padidėja eksploatacijos bei priežiūros sąnaudos.

Kaip CIP cheminės medžiagos veikia pieno pramonės nuotekų valymo įrenginio projektavimą?

CIP chemikalai sukelia ekstremalias pH svyravimus ir paviršiaus aktyviąsias medžiagas, kurios emulsifikuoja riebalus ir baltymus, neleisdamos jiems natūraliai nusėsti. Pieno pramonės nuotekų valymo įrenginyje būtina įrengti išlyginimo talpas su pH reguliavimo galimybe bei chemikalų dozavimo sistemas, kad būtų neutralizuoti stiprūs šarminiai ir rūgštiniai CIP srautai. Biologinio valymo etape turi būti užtikrintas pakankamas retencijos laikas, kad būtų apdorotos paviršiaus aktyvių medžiagų sukeltos modifikuotos baltymų ir riebalų formos; priešingu atveju valymas nepavyks ir bus pažeisti leidimai.

Kas nutinka, jei pieno pramonės nuotekų valymo įrenginys yra per mažas baltymų apkrovai?

Per mažas pieno pramonės nuotekų valymo įrenginys negali užtikrinti pakankamo biologinių mikroorganizmų laikymo laiko, kad baltymai būtų visiškai suardyti, todėl išleidžiamų nuotekų BOD ir COD rodikliai yra aukšti. Tai sukelia leidimo išleisti nuotekas pažeidimus, taikomos reguliavimo institucijų baudos, o įrenginys priverstas arba sumažinti gamybą, arba skubiai plėsti savo pajėgumus. Tinkamas įrenginio dydis nustatomas atsižvelgiant į maksimalią baltymų koncentraciją, sezoniškumą ir ateities gamybos augimą, kad pieno pramonės nuotekų valymo įrenginys visą savo eksploatacijos laikotarpį išlaikytų atitiktį reikalavimams.