Третиране на технологични и отпадъчни води в ХВП

Потреблението на вода е един от ключовите екологични проблеми в хранително-вкусовия сектор. Изискванията към качеството й зависи от нейното специфично приложение. Според проучвания около 60% от общото количество прясна вода, използвано при производството на храни и напитки, са с качеството на питейна. В някои подотрасли като производството на млечни продукти, безалкохолни напитки и минерална вода, както и в пивоварните стойността на този параметър може да достигне до 98%.

Технологични води

Водата за общи цели обхваща всички количества, използвани за измиване на суровините, почистване на основното и спомагателното оборудване. Нейните количества са най-големи и тя трябва да бъде питейна, бистра, без цвят и замърсители, които могат да повлияят на вкуса или мириса й. Обикновено за третирането й е достатъчно да се приложи единствено хлориране на място. Основното предимство на този процес е редуциране на микробите върху суровините, приготвяните продукти и повърхностите на оборудването в завода.

Водата, използвана за термична обработка или добавяна директно към продукта, трябва да е питейна и с достатъчно високо качество, за да не влоши характеристиките му. Това включва липса на разтворени неорганични вещества, които придават прекомерна твърдост на водата или влияят върху вкуса. По-голямата част от произвежданите напитки представлява вода, поради което третирането й за постигане на целите по отношение на вкус е особено важно. Често обработката трябва да е на ниво, надвишаващо изискваното от стандартите за безопасна питейна вода, за да се осигури постоянно качество на продуктите. Процесите на третиране при производството на бутилирана вода например в повечето случаи включват омекотяване, обратна осмоза и дейонизация. Твърдата вода съдържа неорганични вещества, които могат да окажат въздействие върху текстурата на предвидените за преработка суровини, например зеленчуци. Желязото, манганът и сулфатите могат да имат нежелан ефект върху вкуса на продукта. Методите, използвани за крайно обеззаразяване, включват химично, термично, радиационно и ултразвуково третиране.

Охлаждащата вода, която не влиза в контакт с хранителни продукти или запечатани контейнери, не трябва да е питейна или да отговаря на изискванията за технологична вода, тъй като отстраняването на неорганични вещества и миризми не е от такова значение. Предотвратяването на отлагания от котлен камък в тръбите и оборудването е важно, особено когато охлаждащата вода се рециклира. Питателната вода също изисква отстраняване на твърдостта, като това може да е единственият необходим процес на третиране за нея, ако не встъпва в контакт с хранителните продукти.

Отпадъчни води

Въпреки изключително голямото разнообразие, с което се характеризира хранително-вкусовата промишленост, някои източници на отпадъчни води са общи за всички сектори. Сред тях са измиване, накисване и транспортиране на суровините, почистване на инсталации, производствени линии, оборудване или помещения, почистване на контейнери за продукцията, продухване на парни котли, охлаждане, размразяване на фризери и др.

ХВП секторът традиционно консумира големи количества вода като съставка, почистващ агент и средство за пренос на материали. В големите инсталации в отрасъла могат да се изразходват стотици кубични метра вода всеки ден. По-голямата част от водата, която не се използва като съставка, в крайна сметка попада в потока отпадъчни води.

Обемът на генерираните отпадъчни води в сектора може да бъде редуциран съществено чрез прилагането на техники за минимизиране на употребата на вода. Не съществува проста зависимост между количеството вода, използвано за почистване, и хигиенните стандарти. Също така, законодателството в областта на безопасност на храните не дава възможност за свеждане на водопотреблението до минимум поради риска от незадоволителни нива на чистота, хигиена или качество на продукцията.

Дебитът на отпадъчните води може да варира в много широки граници на дневна, седмична или сезонна база. Профилът на отпадъчния воден поток зависи до голяма степен от циклите на производство и почистване. В някои сектори преработката и производството протичат кампанийно (напр. производството на зехтин) и през останалата част от годината се генерират малко или никакви отпадъчни води.

Съставът на отпадъчните води от ХВП се изменя в изключително широк диапазон. Обикновено обаче стойностите на химичната (ХПК) и биохимичната потребност от кислород (БПК) са много високи, като нивата им могат да бъдат от 10 до 100 пъти по-високи от тези на битовите отпадъчни води. Концентрацията на суспендирани твърди частици може да е от незначителна до 120 000 mg/l. Отпадъчните води от месо- и млекопреработвателните сектори съдържат високи концентрации на хранителни мазнини и масла.

Потокът отпадъчни води от преработката на храни се характеризира и с много висока киселинност или алкалност, като pH варира между 3,6 и 11. Факторите, оказващи влияние върху стойността на този параметър, включват естественото pH на суровините, регулирането на pH с цел предотвратяване на влошаването на материалите, използването на киселинни или основни разтвори в преработвателните процеси и при почистване, реакции, при които се формират киселини в отпадъчните води, твърдостта на първичния воден ресурс и др.

Предизвикателства

Консумацията на вода и генерирането на силно замърсени отпадъчни води са едни от основните екологични проблеми, свързани с преработката на риба. Значителни количества вода се използват на всеки етап – почистване, термична обработка, охлаждане, миене на оборудването и подовете. По-голямата част от консумираните води в този отрасъл се превръщат в отпадъчни, които съдържат органични замърсители в разтворима, колоидна и твърда форма. Биоразградимата органична материя е предимно под формата на протеини и липиди. Концентрацията и обемът на отпадъчните води от преработката на риба варират в широки граници в зависимост от вида на рибата, използваните добавки, източника на вода и др.

Отпадъчните води са основният екологичен проблем и в млекопреработвателната индустрия, където огромни количества вода се използват за поддържане на съответствие със строгите изисквания за нивото на хигиена и чистота.

В пивоварните обикновено се наблюдават флуктуации в генерирането на отпадъчни води. Пиковият поток може да бъде от порядъка на 2,5-2,35 пъти по-голям от средния дебит в зависимост от това колко близо до производствената зона се прави измерването. Периодът с пиков поток в повечето случаи е с малка продължителност. Тези пикове обикновено са свързани с дейности по почистване, измиване на бутилките и изпразване на тунелните пастьоризатори. Отпадъчните води от пивоварната индустрия обикновено са със съотношение ХПК:БПК от 1,5 до 1,7, което е индикатор, че са лесно биоразградими.

Технологии

Методите за пречистване на технологичните и отпадъчните води от ХВП сектора не се отличават от използваните в други индустриални сектори. И тук се прилагат процеси на първично (утаяване, отделяне на мазнините и маслата, изравняване, неутрализация), вторично (пречистване с активна утайка, капещи филтри, биореактори, анаеробни филтри) и третично пречистване (биологична нитрификация/денитрификация, отстраняване на фосфор, мембранна филтрация, дезинфекция и стерилизация).

Анаеробните технологии стават обект на все по-голям интерес за третиране на отпадъчни води от производството на храни и напитки заради възможността за генериране на метан като страничен продукт, който може да се използва за получаване на топлинна и електроенергия, което е предпоставка за намаляване на експлоатационните разходи на предприятието. Анаеробните процеси често са относително бавни и чувствителни на температурни изменения и изискват по-големи съоръжения. Затова целта е разработването на процеси, които протичат по-бързо, за да може да се оптимизира производството на метан. Капиталовите инвестиции в тези технологии са значителни.

Отпадъчните води от преработката на риба се третират чрез утаяване, центрофугиране, флотация и др. Ако след първично пречистване водите не са подходящи за подаване към градска пречиствателна станция, е необходимо да се приложи и вторично третиране. Ефективността на аеробните процеси за отпадъчни води с БПК/ХПК 3000 mg/l се прилагат анаеробни технологии. Третичното пречистване в този подотрасъл включва мембранна сепарация и дезинфекция и стерилизация.

След първично третиране отпадъчните води от млекопреработвателната индустрия с БПК над 1000-1500 mg/l се подлагат на анаеробни процеси. Тези техники са широко разпространени в отрасъла в Европа за отпадъчни води с БПК над 3000 mg/l. След повърхностна аерация пречистените води могат да бъдат отведени директно към градска пречиствателна станция.

При преработката на месо отпадъчните води отново се подлагат на анаеробни процеси, като за по-незамърсени потоци могат да се използват и аеробни техники. С двустъпална биологична система – анаеробно, последвано от аеробно пречистване, може да се постигне качество на водата, позволяващо заустване във водно тяло. В случай че стойността за допустимата концентрация на суспендирани частици е ниска, може да е необходимо да се приложи и третично пречистване. За да се рециклира цялото количество или част от отпадъчните води, и особено ако рециклираната вода ще се използва повторно в производството като питейна, третичното пречистване, включително стерилизация и дезинфекция, е от критично значение.

Отпадъчните води от производството на зехтин се смятат за едни от най-замърсяващите от ХВП сектора и представляват сериозна екологична заплаха. Те са с много висока ХПК, около 200 000 mg/l, ниско pH около 3-5,9 и високо съдържание на суспендирани частици – 20 000 mg/l. В допълнение, високото съдържание на полифеноли (до 80 000 mg/l) затрудняват биологичното пречистване на отпадъчните води и им придават фитотоксични свойства. Обикновено малките предприятия за производство на зехтин използват изпарителни лагуни за отпадъчните си води, но това крие риск от замърсяване на подземните води и генериране на неприятни миризми. Чрез анаеробни процеси нивото на ХПК може да се редуцира с 65-95%. Инвестициите в тях обаче са високи най-вече поради сезонния работен режим на предприятията. Алтернативно решение е прилагането на ефективно първично пречистване (флокулация), чрез което да се елиминира голям процент от разтворените и суспендираните органични вещества, които след това да бъдат филтрирани. Последният етап се състои в мембранна сепарация за осигуряване на 95% редуциране на органичните замърсители.

Водите, генериращи се при преработката на плодове и зеленчуци често се характеризират с недостиг на азот и фосфор, което налага добавянето на тези хранителни елементи за биологичното третиране на отпадъчните потоци. Третично пречистване може да осигури и възможност за рециклиране.