Αναερόβια Χώνευση Υγρών Αποβλήτων Βιοµηχανίας Επεξεργασίας Πατάτας

Transcript

1 Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 573 Αναερόβια Χώνευση Υγρών Αποβλήτων Βιοµηχανίας Επεξεργασίας Πατάτας Α. Γ. ΒΛΥΣΙ ΗΣ Ε. Μ. Π. ΜΠΑΡΑΜΠΟΥΤΗ Σ. Θ. ΜΑΗ Καθηγητής Ε.Μ.Π. Χηµικός Μηχανικός Χηµικός Μηχανικός Περίληψη Στην παρούσα εργασία µελετήθηκαν τα υγρά απόβλητα από βιοµηχανίες επεξεργασίας πατάτας. Ο κύριος στόχος της ήταν ο προσδιορισµός των ποιοτικών και ποσοτικών χαρακτηριστικών τους καθώς και η απόδοση της αναερόβιας χώνευσης, η οποία εξετάστηκε ως µέθοδος επεξεργασίας τους. Βρέθηκε ότι οι συγκεντρώσεις των εν λόγω αποβλήτων είναι COD mg/l, BOD mg/l, SS 25-48mg/l και ph 6,2-6,9. Αποδείχθηκε ότι τα υγρά απόβλητα από βιοµηχανίες επεξεργασίας πατάτας είναι επιδεκτικά σε αναερόβια βιολογική επεξεργασία µε σηµαντική µείωση 82% COD και 75% σε ΒΟD 5. Abstract In this paper, the wastewater from a potato processing industry was examined. The main aim was to determine its qualitative and quantitative characteristics and the efficiency of anaerobic digestion as a treatment method of such a wastewater. The pollutant load of this wastewater was COD mg/l, BOD mg/l, SS 25-48mg/l and ph 6,2-6,9. It was proved that anaerobic biological treatment is applicable to wastewater of potato processing industries with high efficiency up to 82% in COD and 75% in ΒΟD ΕΙΣΑΓΩΓΗ Τα υγρά απόβλητα που προκύπτουν από µια βιοµηχανία τροφίµων και πιο συγκεκριµένα από την επεξεργασία ενός και µόνο δηµητριακού δεν περιέχουν τοξικές και ε- πικίνδυνες ουσίες. Όσο όµως ακίνδυνα και αν φαίνονται αυτά τα υγρά απόβλητα δεν µπορούν να διατεθούν χωρίς πρώτα να υποστούν κάποια επεξεργασία. Αυτό γιατί η σύστασή τους από µόνη της αποτελεί ένα πολύ καλό υ- πόστρωµα και ευνοϊκό περιβάλλον για την ανάπτυξη µικροοργανισµών. Στις συνήθεις βιοµηχανίες επεξεργασίας πατάτας λύµατα από την παραγωγή των chips προέρχονται από την αποφλοίωση και το πλύσιµο τόσο της πρώτης ύλης όσο και των λεπτών φετών πατάτας πριν τηγανιστούν. Τα παραγόµενα υγρά απόβλητα κατά την παραγωγική διαδικασία αποµακρύνονται µε τη βοήθεια ποσοτήτων νερού. Υγρά απόβλητα παράγονται και από το πλύσιµο του εργοστασίου (δαπέδων) και του εξοπλισµού. Τα υγρά αυτά περιέχουν λάδια, γράσα και διάφορα κατάλληλα απορρυπαντικά, που χρησιµοποιούνται. Πρέπει να να σηµειωθεί ότι κατά την παραγωγκή διαδικασία παράγονται και στερεά απόβλητα, τα οποία όµως διατίθενται στην χωµατερή καθώς δεν περιέχουν κανένα τοξικό συστατικό [1]. Τα υγρά απόβλητα που προκύπτουν από τον εξωτερικό καθαρισµό της πρώτης ύλης περιέχουν εδαφικά κυρίως συστατικά και σε µικρότερες ποσότητες κάποια ζιζανιοκτόνα και ως εκ τούτου θα µπορούσαν να απορριφθούν ακίνδυνα αν υπήρχε η δυνατότητα επιλεκτικής συλλογής αυτών. Αντίθετα, υγρά απόβλητα µε επικίνδυνες ιδιότητες είναι αυτά που προκύπτουν από το πλύσιµο και την αποφλοίωση της πατάτας καθώς και από τις κατεργασίες εκπλύσεως του αµύλου. Το τµήµα, αυτών των αποβλήτων, περιέχει κυρίως άµυλο, στερεά απόβλητα, που προέρχονται από την αποφλοίωση και διάφορα συστατικά εν διαλύσει. Τα υλικά που βρίσκονται εν διαλύσει σε αυτά τα απόβλητα είναι κυρίως πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, αζωτούχες ενώσεις, συνδετικοί ιστοί, οργανικά οξέα, λίπη και ανόργανα συστατικά [2-5]. Οι πιο κατάλληλες µέθοδοι για την επεξεργασία υ- γρών αποβλήτων, προερχόµενων από βιοµηχανίες τροφί- µων είναι οι αναερόβιες επεξεργασίες. Σύµφωνα µε τους LC.H.V. Oliva et al. [6], οι προτεινόµενες αναερόβιες µέθοδοι για υγρά απόβλητα από βιοµηχανία τροφίµων είναι το αναερόβιο φίλτρο (Anaerobic Filter, AF) και η αναερόβια χώνευση σε αντιδραστήρα UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket). Η απόδοση των δύο µεθόδων, οι οποίες εφαρµόστηκαν σε εργαστηριακό επίπεδο για διάφορα απόβλητα βιοµηχανιών τροφίµων της Βραζιλίας ήταν και για τις δύο µεγαλύτερη από 8% για οργανικό φορτίο έως 5kg COD/m 3 /d [6]. Ο κύριος στόχος της παρούσας εργασίας είναι ο προσδιορισµός των ποιοτικών και ποσοτικών χαρακτηριστικών αποβλήτων που προέρχονται από βιοµηχανία επεξεργασίας πατάτας καθώς και η απόδοση της αναερόβιας χώνευσης, η οποία εξετάζεται ως µέθοδος επεξεργασίας τους. 2. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΑ ΙΚΑΣΙΑ 2.1. Υλικά και µέθοδοι Σε χρονικό διάστηµα 18 µηνών λαµβάνονταν δείγµατα αποβλήτων από βιοµηχανία επεξεργασίας πατάτας.

2 574 Τεχνολογία και ιαχείριση Υγρών Αποβλήτων Οικολογική Μηχανική και Τεχνολογία Στα δείγµατα αυτά εξετάστηκαν οι ακόλουθες παράµετροι: χηµικώς απαιτούµενο οξυγόνο (COD), βιολογικώς απαιτούµενο οξυγόνο (ΒOD), ολικά αιωρούµενα στερεά (TSS) και ph. Οι αναλύσεις αυτές πραγµατοποιήθηκαν σύµφωνα µε τις πρότυπες µεθόδους ανάλυσης [7]. Όσον αφορά τον ποσοτικό χαρακτηρισµό των παραγόµενων αποβλήτων, πραγµατοποιείτο συνεχής καταγραφή της παροχής τους. Παράλληλα εξετάστηκε η αναερόβια χώνευση ως µέθοδος επεξεργασίας των αποβλήτων αυτών. Τούτο επιτεύχθηκε µέσω της παρακολούθησης του συστήµατος ε- πεξεργασίας των αποβλήτων στη βιοµηχανία πατάτας που αναφέρθηκε. Το σύστηµα αυτό βασίζεται στο συνδυασµό ενός αναερόβιου και ενός αερόβιου αντιδραστήρα. Τα υγρά απόβλητα της παραγωγικής διαδικασίας υφίστανται µια πρωτοβάθµια επεξεργασία διαχωρισµού των στερεών και ακολούθως αναερόβια βιολογική επεξεργασία, περιλαµβάνουσα µια δεξαµενή εξισορρόπησηςπροοξυγένεσης και έναν αναερόβιο αντιδραστήρα τύπου UASB. Στη συνέχεια τα υγρά απόβλητα υφίστανται αερόβια βιολογική επεξεργασία ενεργού ιλύος. Το σύστηµα αυτό περιλαµβάνει µια δεξαµενή εξισορρόπησης, µια δεξαµενή αερισµού και µια δεξαµενή καθίζησης. 3. ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΩΝ 3.1. Ποσοτικά χαρακτηριστικά αποβλήτων Η ποσότητα των αποβλήτων συµπίπτει πρακτικά µε την αντίστοιχη κατανάλωση νερού. Εποµένως, οι παροχές αποβλήτων ανά στάδιο παραγωγικής διαδικασίας φαίνονται στον ακόλουθο πίνακα. Πίνακας 1: Ηµερήσια παροχή αποβλήτων βιοµηχανίας πατάτας. Στάδιο παραγωγικής Παροχή αποβλήτων (m 3 /d) διαδικασίας Ελάχιστη Μέγιστη Μέση Πρόπλυση Πατάτας Αποφλοίωση Πατάτας Τεµαχισµός πατάτας σε chips και πλύση Η χρονική διακύµανση της συνολικής παροχής του αποβλήτου παρουσιάζεται στο Σχήµα 1. Η παροχή του εισερχόµενου αποβλήτου παρουσιάζει, όπως µπορούµε να παρατηρήσουµε από το διάγραµµα, µια σχεδόν σταθερή µέση τιµή και το γεγονός αυτό οφείλεται στο ότι οι πηγές παραγωγής αποβλήτων είναι σταθερές καθώς η λειτουργία τη µονάδας επεξεργασίας πατάτας είναι σταθερή και δεν παρουσιάζει ιδιαίτερες αλλαγές Ποιοτικά χαρακτηριστικά αποβλήτων Στα ακόλουθα Σχήµατα 2, 3, 4 και 5 παρουσιάζεται η χρονική διακύµανση της συγκέντρωσης του COD, BOD 5, των ολικών αιωρούµενων στερεών SS και του ph του αποβλήτου βιοµηχανίας επεξεργασίας πατάτας. Συνοπτικά, µπορεί να αναφερθεί ότι το ρυπαντικό φορτίο της ε- ξεταζόµενης βιοµηχανικής µονάδας παραγωγής chips παρουσιάζεται στον Πίνακα 2. Q (m3/d) 12 1 Σχήµα 1: COD (mg/l) Μεταβολή της παροχής του υγρού αποβλήτου. 4 Σχήµα 2: Μεταβολή της συγκέντρωσης του COD του υγρού α- ποβλήτου. BOD5 (mg/l) Σχήµα 3: Μεταβολή της συγκέντρωσης του BOD 5 του υγρού α- ποβλήτου Αναερόβια χώνευση υγρών αποβλήτων Η αναερόβια επεξεργασία σε αντιδραστήρα UASB βασίζεται στην τεχνολογία της αναερόβιας βιοµάζας κοκκώδους µορφής. Οι ιδιότητες της κοκκώδους λάσπης επιβάλλεται από τις εσωτερικές συνθήκες και από την ταχύ-

3 Ολοκληρωµένη ιαχείριση Υδατικών Πόρων 575 τητα ανόδου του υγρού και του αερίου να είναι εξαιρετικά καλές. Πραγµατικά, η κοκκώδης λάσπη έχει καλές ι- διότητες καθίζησης (35-8 m/h) και υψηλή ενεργότητα (πάνω από 1 kg COD/kg VSS d). Ο αντιδραστήρας αυτός (Σχήµα 6) έχει ειδικό σύστηµα εισόδου του αποβλήτου προκαλώντας διασπορά του εισρέοντος υγρού. Το σύστηµα αποτελείται από τέσσερις κεφαλές και συνολικά υπάρχουν 24 σηµεία εισόδου του αποβλήτου, τα οποία είναι κατάλληλα διασκορπισµένα στην επιφάνεια του πυθµένα του αντιδραστήρα. της υψηλής ταχύτητας ανόδου του παραγόµενου αερίου και του υγρού επιβάλλεται η χρησιµοποίηση κατάλληλου συστήµατος διαχωρισµού τριών φάσεων (αερίου-υγρούστερεού) στο πάνω µέρος του αντιδραστήρα. Στον αντιδραστήρα αυτό, συγκεκριµένα, υπάρχουν δύο ειδικά σχεδιασµένοι διαχωριστήρες. Το παραγόµενο βιοαέριο καίγεται στην ατµόσφαιρα µε πυρσό. Το υγρό αποµακρύνεται από τον αναερόβιο αντιδραστήρα µε υπερχείλιση. SS (mg/l) Σχήµα 4: Μεταβολή της συγκέντρωσης των ολικών αιωρούµενων στερεών του υγρού αποβλήτου. Σχήµα 6: Εσωτερική µορφή αναερόβιου αντιδραστήρα UASB. Α: εισρέον υγρό Β: στρώµα λάσπης (Sludge Bed) C: διαχωριστές D: βιοαέριο F: παχύ στρώµα λάσπης (Sludge Blanket) ph 7 6,9 6,8 6,7 6,6 6,5 6,4 6,3 6,2 6, Σχήµα 5: Μεταβολή του ph του υγρού αποβλήτου. Πίνακας 2: Ρυπαντικό φορτίο αποβλήτων βιοµηχανίας πατάτας. Ρυπαντικό φορτίο COD (mg/l) BOD 5 (mg/l) SS (mg/l) ph 6,1 6,9 Έτσι, τα υγρά απόβλητα ανέρχονται µέσω του στρώ- µατος κοκκώδους λάσπης, που έχει ιδιότητες ταχείας καθίζησης, όπου γίνεται η διάσπαση και η παραγωγή βιοαερίου κρατώντας παράλληλα τη λάσπη σε αιώρηση. Λόγω Στο Σχήµα 7 αντιπαραβάλλονται οι συγκεντρώσεις COD του εισερχόµενου και εξερχόµενου από τον αναερόβιο χωνευτήρα τύπου UASB αποβλήτου. Από το Σχήµα 7 παρατηρείται σηµαντική αποµείωση της συγκέντρωσης του COD του αποβλήτου, γεγονός που µαρτυρά αφενός την επιδεκτικότητα του συγκεκριµένου τύπου αποβλήτου σε αναερόβια βιολογική επεξεργασία και αφετέρου την καλή λειτουργία του υπό εξέταση συστήµατος αναερόβιας χώνευσης. Συγκεκριµένα, η µέση απόδοση του συστήµατος ανέρχεται σε 82% ως προς COD. COD (mg/l) CODin CODout

4 576 Τεχνολογία και ιαχείριση Υγρών Αποβλήτων Οικολογική Μηχανική και Τεχνολογία Σχήµα 7: Μεταβολή συγκέντρωσης COD του εισερχόµενου και εξερχόµενου από τον αναερόβιο χωνευτήρα τύπου UASB υγρού αποβλήτου. Αντίστοιχα αποτελέσµατα προέκυψαν και κατά την µελέτη της συγκέντρωσης του BOD 5 του αποβλήτου µε µέση απόδοση του συστήµατος 75% ως προς BOD 5. Κατά την αναερόβια επεξεργασία των αποβλήτων πραγµατοποιείται παραγωγή βιοαερίου. Η παραγωγή και η σύσταση του βιοαερίου αποτελούν σηµαντική πληροφορία για τη σωστή λειτουργία της µονάδας, καθώς η παράµετρος αυτή συνδέεται άµεσα µε την αποµείωση του COD. Στη βιοµηχανική εγκατάσταση που µελετήθηκε, η παροχή του παραγόµενου βιοαερίου καταγραφόταν συνεχώς µε απευθείας µετρητή. Τα αποτελέσµατα παρουσιάζονται στο Σχήµα 8. Βιοαέριο (m3/d) Σχήµα 8: Μεταβολή της παροχής του παραγόµενου βιοαερίου. Ο ρυθµός παραγωγής βιοαερίου, όπως είναι φανερό από το Σχήµα 8, κυµαίνεται σηµαντικά µέσα στο χρόνο. Το γεγονός αυτό µπορεί να αποδοθεί στην έντονη διακύ- µανση της συγκέντρωσης του αποβλήτου που καθορίζει έµµεσα την παραγωγή βιοαερίου. 6. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Κατά την µελέτη των αποβλήτων που προέρχονται από βιοµηχανία επεξεργασίας πατάτας προέκυψε ότι η παροχή τους παρουσιάζει περιορισµένες διακυµάνσεις µε µέση τιµή 385 m 3 /d. Tο γεγονός αυτό µπορεί να αποδοθεί στη σταθερότητα των διεργασιών που λαµβάνουν χώρα κατά την παραγωγική διαδικασία. Όσον αφορά τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του αποβλήτου διαπιστώθηκε ότι το ρυπαντικό φορτίο τους είναι: COD 42-93mg/l, BOD mg/l, SS 13-53mg/l και ph 6,1-6,9. Τέλος, αποδείχθηκε ότι τα υγρά απόβλητα από βιοµηχανίες επεξεργασίας πατάτας είναι επιδεκτικά σε αναερόβια βιολογική επεξεργασία, καθώς παρατηρήθηκε σηµαντική αποµείωση του COD κατά 82% και του BOD 5 κατά 75%. Ο ρυθµός παραγωγής βιοαερίου, ο οποίος αποτελεί ένδειξη της καλής λειτουργίας του συστήµατος, κυµαίνεται σηµαντικά µέσα στο χρόνο, λόγω της έντονης διακύ- µανσης της συγκέντρωσης του αποβλήτου. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ 1. Lisinka G., Leszcynski W., (1989). Potato science and technology, Elsevier Applied Science. 2. Βαλκανάς Γ., (1983). Οργανική χηµική τεχνολογία Η σύνθετος χηµική βιοµηχανία, 2 η Έκδοση, Αθήνα, Εκδόσεις Ε.Μ.Π. 3. Karpati A., Schultheisz Z., (1984). Food industries and the environment Possibilities of liquid waste control in starch manufacture, Edited by J. Hollo, Hungary 4. Μαρκαντωνάτος Π.Γ., (1986). Επεξεργασία και διάθεση υγρών αποβλήτων, Αθήνα 5. ροσερού Α.Ι., (1996). Μελέτη περιβαλλοντικών επιπτώσεων και επεξεργασίας αποβλήτων της βιοµηχανίας τυποποιηµένων τροφίµων TASTY FOODS ABEE 6. Oliva L.C.H.V., Zaiat M., Foresti E., (1995). Anaerobic reactors for food processing wastewater treatment: established technology and new developments, Water Science and Technology, 32, APHA, AWWA, WPCE, (198). Standard Methods for the Examination of Water and Waste Water, 15 th ed. Α.Γ. Βλυσίδης, Αναπλ. Καθηγητής, Τοµέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιοµηχανικών ιαδικασιών, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα 157. Τηλ.: Fax: avlys@tee.gr.

5 Τεχνολογία και ιαχείριση Υγρών Αποβλήτων Οικολογική Μηχανική και Τεχνολογία 2 E.M.Π. Μπαραµπούτη, Χηµικός Μηχανικός, Υποψήφιος ιδακτωρ, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα 157. Τηλ.: belli@central.ntua.gr. Σ.Θ. Μάη, Χηµικός Μηχανικός, Υποψήφιος ιδακτωρ, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα 157. Τηλ.: mai@central.ntua.gr.