صنایع لبنی یکی از بزرگترین صنایع بوده که فاضلابی با حجم زیاد تولید می کند. شیر یکی از مواد غذایی اصلی محسوب می شود. شیر به عنوان مهمترین منبع مواد مغذی مورد نیاز بدن در نظر گرفته می شود. برای تولید فرآورده های شیری، آب عمده ترین محتوای مورد استفاده در صنایع لبنی است. تمامی مراحل در صنعت لبنیات اعم از تولید فرآورده های شیری، بسته بندی و نگهداری محصولات، بازاریابی و توزیع موثر، بر محیط زیست تاثیر می گذارد.
فاضلاب تولید شده در این سطوح در صنایع لبنی نیاز به دفع مناسب دارد. در غیر این صورت، منجر به آلودگی محیط زیست خواهد شد. این فاضلاب حاوی مقادیر بالایی از محتویات آلی مانند کربوهیدرات، پروتئین، گریس یا روغن و دمای نامطلوب آب، تغییر در pH آب و غلظت فسفات و نیترات است. بنابراین، صنایع لبنی برای مقابله با آلاینده ها به تکنیک های خاصی برای تصفیه فاضلاب خود نیاز دارند.
صنایع لبنی شامل تبدیل شیر خام به شیر پاستوریزه و ترش، ماست، پنیر سفت، نرم و لطیف، خامه و لبنیات، بستنی، شیر و پودرهای آب پنیر، لاکتوز، شیر تغلیظ شده و انواع مختلف دسرها می باشد. در حدود 50 درصد از تولید آب پنیر جهان، به ویژه در مورد آب پنیر اسیدی، قبل از دفع، تصفیه نشده اند که می توانند مشکلات زیادی را به همراه داشته باشند.
پساب های حاصل از فناوری های مختلف تولید به طور همزمان تخلیه نمی شوند، بنابراین جریانی با تغییرات کیفی و کمی گسترده تشکیل می شود که نیاز به استفاده از واحدهای متعادل سازی قبل از تصفیه خواهد داشت. در کارخانه های لبنی، نوسانات زیاد در کیفیت و کمیت فاضلاب بسیار مشکل ساز است، زیرا هر محصول شیر نیاز به یک خط تکنولوژیکی جداگانه دارد. شرکت آرکاگستر تجارب ارزشمندی در ساخت واحدهای متعادل سازی و سپتیک تانک پلی اتیلنی دارد.
عمده فاضلاب از فرآیندهای تولید نشات می گیرد. آب آلوده، از جمله فعالیت های بهداشتی، به 50 تا 80 درصد کل آب مصرفی در کارخانه لبنیات می رسد، در حالی که 20 تا 50 درصد باقی مانده به صورت مشروط تمیز است. به طور متوسط، تخلیه فاضلاب 70 درصد از مقدار آب شیرین مصرفی در کارخانه است. تخمین زده شده است که مقدار فاضلاب تقریباً 2.5 برابر بیشتر از شیر فرآوری شده در واحد حجم می باشد. مقدار و ویژگی های فاضلاب تا حد زیادی به اندازه کارخانه، فناوری کاربردی، اثربخشی و پیچیدگی روش های تمیزکردن و پاکسازی محل و تجهیزات و غیره بستگی دارد.
تصفیه فاضلاب لبنی شامل استفاده از روش های مکانیکی، فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی می باشد. عملیات مکانیکی برای متعادل سازی تغییرات جریان حجمی و جرمی ضروری است. همچنین درصدی از جامدات معلق را کاهش می دهد. فرآیندهای فیزیکوشیمیایی در حذف ترکیبات امولسیون شده موثر هستند، اما افزودن معرف هزینه های تصفیه فاضلاب را افزایش می دهد. یکی دیگر از معایب این روش، حذف بسیار کم COD است. بنابراین، سیستم های تصفیه بیولوژیکی فاضلاب به دلیل حضور آلاینده های قابل تجزیه بیولوژیکی در فاضلاب ترجیح داده می شوند.
منشاء فاضلاب صنایع لبنی
فاضلاب لبنیات از بخش‌های مختلف صنایع لبنی مانند کارخانه‌های پنیر و کره، کارخانه‌های بستنی و کارخانه‌های شیر تغلیظ شده، کارخانه‌های دریافت و بطری‌سازی تولید می شوند.
در کارخانه ساخت پنیر، پنیر در انواع قالب های بزرگ و متفاوت تولید می شود، بنابراین به همراه آن مقدار زیادی فاضلاب نیز تولید می شود. مرحله اولیه ساخت کشک است. کشک با عملیات مکانیکی از آب پنیر جدا شده و خشک می شود. سپس، به کشک نمک اضافه کرده و متراکم می کنند و در نهایت پنیر را تولید می کنند. در طی این فرآیند مقدار زیادی فاضلاب تولید می شود که یا دفع می شود و یا می توان مجدداً برای تولید پنیرهای دیگر از آن استفاده کرد.
برای تولید کره، خامه اصلی ترین ماده خام مورد استفاده است. در طول تولید، خامه سانتریفیوژ شده و به کره تبدیل می شود و شیر کره در نهایت به عنوان فاضلاب تخلیه می شود. به همین ترتیب در تولید ماست و بستنی نیز مقدار زیادی فاضلاب تولید می شود. در بخش بطری و دریافت، از آب برای تمیز کردن ظروف و فرآیندهای استریل کردن استفاده می شود.
آخرین بخش نیز فاضلاب بهداشتی است که مستقیماً به فاضلاب متصل می شود. به طور کلی، واحد صنایع لبنی فاضلاب زیادی از قسمت های مختلف مانند قوطی های شیر، فرآیند شستشو، تهیه کره از کشک، پنیرسازی، شیر فاسد، نشت آب و شیر خطوط لوله، تمیز کردن کف، مواد پاک کننده برای تمیز کردن لبنیات تولید می کند.
طبقه بندی فاضلاب صنایع لبنی
تنوع گسترده محصولات لبنی منجر به تولید انواع مختلف فاضلاب می شود. با این حال، سه دسته اصلی را می توان با توجه به منشأ و ترکیب آنها مشخص کرد که در ادامه توضیح داده شده است.
- آب فراوری
آب فرآوری در خنک سازی شیر در خنک کننده ها و کندانسورهای مخصوص و همچنین میعانات حاصل از تبخیر شیر یا آب پنیر تشکیل می شود. خشک کردن آب پنیر بخارهایی تولید کرده که پساب را تشکیل می دهد که ممکن است حاوی مواد فرار و همچنین شیر یا قطرات آب پنیر باشد. به طور کلی، آب فرآوری حاوی آلاینده های کم می باشد و پس از یک پیش تصفیه، می توان آنها را مجدداً استفاده کرد یا همراه با آب طوفان یا سیلاب تخلیه کرد.
- فاضلاب مربوط به فرآیندهای پاکسازی
فاضلاب تمیز کردن معمولاً از تجهیزات شستشو که در تماس مستقیم با شیر یا محصولات لبنی هستند به دست می آید. همچنین شامل ریختن شیر و محصول، آب پنیر، پرس و آب نمک، یا خرابی تجهیزات و حتی خطاهای عملیاتی است. بیش از 90 درصد جامدات آلی موجود در پساب ها از شیر و بقایای تکه های پنیر، آب پنیر، خامه، آب حاصل از جداسازی و شفاف سازی، ماست، کنسانتره میوه یا تثبیت کننده ها تولید می شود. این پساب ها در مقادیر زیاد تولید شده و بسیار آلوده هستند، بنابراین نیاز به تصفیه بیشتری دارند.
- فاضلاب بهداشتی
فاضلاب بهداشتی در توالت ها، اتاق های دوش و غیره تولید می شود. فاضلاب بهداشتی از نظر ترکیب مشابه فاضلاب شهری است و عموماً مستقیماً به فاضلاب منتقل می شود. می توان از آن به عنوان منبع نیتروژن برای پساب های لبنی نامتعادل قبل از تصفیه هوازی ثانویه استفاده کرد.
علاوه بر این، محصولات جانبی فرآیندهای تولید، مانند آب پنیر، شیر و آب پنیر نفوذ کرده، اگر به صورت جداگانه از سایر جریان های فاضلاب جمع آوری شوند، نیز می توانند به طور جداگانه گروه بندی شوند.
آلاینده اصلی فاضلاب فرآوری شیر به دلیل بار آلی و حجمی بالا، آب پنیر است. حدود 85 تا 95 درصد از حجم شیر و 55 درصد از اجزای شیر را تشکیل می دهد. آب پنیر متشکل از کربوهیدرات (5 – 4 %) بوده که عمدتاً لاکتوز است. پروتئین ها و اسید لاکتیک کمتر از 1%، چربی ها به حدود 0.5 – 0.4%، در حالی که محتوای نمک ها از 1 تا 3% متغیر هستند.
آب پنیر عمدتاً در فرآیند پنیرسازی تولید می شود و حجم آن به بهره وری پنیر و نوع شیر فرآوری شده گاو، بز، گوسفند و غیره بستگی دارد. جریان های ضایعات آب پنیر منابع ارزشمندی از ترکیبات مختلف (پروتئین، لاکتوز، عناصر معدنی) هستند و در ساخت محصولات مختلف مانند اسید لاکتیک، پروتئین تک سلولی، مخمر نانوایی، کشت استارتر، نوشیدنی های تخمیر شده آب پنیر، آنزیم ها، آنتی‌بیوتیک‌ها، اسیدهای آلی، ویتامین‌ها، آدامس‌های غذایی و غیره به کار می روند. با این وجود، باید در نظر گرفت که بازیابی آب پنیر یا محصول آب پنیر منجر به جریان‌های زائد جدیدی می‌شود که نیاز به تصفیه دارند، اگرچه این گونه پساب‌ها آلودگی کمتری نسبت به آب پنیر و محتوای آلی آنها در مقایسه با سایر فاضلاب های لبنی دارند.
خصوصیات فاضلاب صنایع لبنی
فاضلاب صنایع لبنی دارای محتویات زیر می باشد:
- TSS
- BOD
- COD
- نیتروژن کل (TN)
- فسفر کل (TP)
- چربی، روغن و گریس (FOG)
به طور معمول، فاضلاب لبنیات به رنگ سفید است (آب پنیر سبز مایل به زرد) و دارای بوی نامطبوع و کدر است. با دمای سالانه 25-17 درجه سانتیگراد، فاضلاب لبنی گرمتر از فاضلاب شهری (10 تا 20 درجه سانتیگراد) است که منجر به تجزیه بیولوژیکی سریعتر در مقایسه با تصفیه خانه‌های فاضلاب شهری می شود. میانگین دمای پساب های لبنیات صنعتی از 17 تا 18 درجه سانتی گراد در زمستان و 22 تا 25 درجه سانتی گراد در تابستان متغیر است.
یکی از پارامترهای مهم برای تصفیه بیولوژیکی فاضلاب لبنیات، مقدار pH آنها است که باید بین 6 تا 9 باشد. کارخانه های تولید شیر و کره دارای پساب هایی با pH بین 6.8 تا 7.4 هستند. در صنایعی که مقدار مشخصی آب پنیر تخلیه می شود،pH خروجی به زیر 6.2 کاهش می یابد.
غلظت چربی، روغن و گریس در فاضلاب کارخانه های لبنی پیشرو در تولید محصولات پرچرب، 0.2 تا 0.4 گرم در لیتر است اگرچه مقادیر بالاتری تا 2.88 گرم در لیتر در کارخانه کره گزارش شده است. در فاضلاب سایر کارخانه های لبنی، معمولاً از 0.1 گرم در لیتر تجاوز نمی کند.
فاضلاب لبنیات به دلیل محتوای آلی بالا که عمدتاً توسط کربوهیدرات‌های سریع جذب‌شونده و پروتئین‌های آهسته تجزیه‌پذیر و لیپیدها نشان داده می‌شود، با مقادیر بالای BOD و COD متفاوت از 0.1 تا 100 گرم در لیتر مشخص می‌شود. بالاترین غلظت COD و BOD5 آب پنیر به ترتیب بین 60-80 و 30-50 گرم در لیتر گزارش شده است. حدود 90٪ از BOD و COD توسط لاکتوز ایجاد می شود، در حالی که حذف پروتئین تنها در حدود 12٪ از کاهش COD آب پنیر کمک می کند.
هر پساب شیر دارای غلظت های متفاوت TN و TP است. نیتروژن عمدتاً به شکل گروه های آمینه از پروتئین های شیر وجود دارد. سایر ترکیبات نیتروژنی نیز شناسایی می شوند مانند: اوره، اسیدهای اوریک، و یون های NH4+، NO2– و NO3–. مقادیر کمی از نمک های آمونیوم نیتروژن که از کمپرسورهای آمونیاک منشا می گیرند نیز می توان یافت. ترکیبات فسفر عمدتاً غیر آلی، و به شکل فسفات و دی فسفات هستند، اما می توانند به شکل آلی نیز وجود داشته باشند. میزان نیتروژن کل در فاضلاب کارخانه های لبنی شهری، لبنیات و کارخانه های لبنی 4.2-6٪ و از کارخانه های پنیر 3.7٪ BOD5 است.
تصفیه فاضلاب صنایع لبنی
- تصفیه مکانیکی
تصفیه مکانیکی مواد جامد معلق را از فاضلاب حذف می کند. روش های مکانیکی مرسوم به دلیل غلظت کم جامدات قابل ته نشینی در فاضلاب لبنیات، بار آلی را به اندازه کافی کاهش نمی دهند. با این وجود، هرچه فاضلاب سریعتر توسط آشغالگیر غربال شود، به دلیل تجزیه زیستی کمتر TSS و افزایش COD محلول پایین، بهتر است. پکیج های تصفیه فاضلاب ساخت شرکت آرکاگستر مجهز به توری های آشغالگیر می باشد تا از ورود آشغال و جامدات بزرگتر به درون واحد هوادهی یا سیستم بیولوژیک جلوگیری کند.
- تصفیه فیزیکوشیمیایی
تصفیه فیزیک وشیمیایی باعث از بین رفتن و کاهش کلوئیدهای چربی شیر و پروتئین در فاضلاب لبنیات می شود. حذف چربی، روغن و گریس یک مشکل عمده در صنایع تولید کننده شیر بدون چربی، در جداسازی شیر و آب پنیر، تولید پنیر و همچنین در بطری شیر است.
- تصفیه شیمیایی
تصفیه شیمیایی عمدتا کلوئیدها و آلاینده های محلول را از پساب های فرآوری شیر حذف می کند. این فرآیند شامل اکسیداسیون با افزودن ماده اکسید کننده یا تنظیم pH است. در طی واکنش فاضلاب پنیر با FeSO4 و H2O2، تا 80 درصد چربی (غلظت اولیه 1.93 گرم در لیتر) حذف می شود. pH فاضلاب لبنیات زیر 6.5 و بالاتر از 10 می تواند خوردگی لوله ها را افزایش داده و برای میکروارگانیسم های موجود در فرآیندهای بیولوژیکی بسیار مضر باشد. بنابراین برای کاهش عوارض جانبی، pH باید تنظیم شود. اگر از واحد شناورسازی با هوای محلول (DAF) استفاده شود، کنترل pH یک گام ضروری برای دستیابی به شرایط منعقد کننده بهینه است.
تصفیه بیولوژیکی توسط پکیج تصفیه فاضلاب شرکت آرکاگستر به روش لجن فعال هوادهی گسترده
یکی از مطمئن ترین روش ها برای تصفیه پساب های لبنی، تصفیه بیولوژیکی توسط پکیج تصفیه فاضلاب است. با استفاده از روش های بیولوژیکی مانند فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده می توان فاضلاب لبنیات را به بهترین شکل ممکن تصفیه کرد. این روش در درجه اول به ویژگی های فاضلاب و میکروارگانیسم های مسئول فرآیند تصفیه بستگی دارد. این فرآیند در شرایط هوازی انجام می شود.
یکی دیگر از روش های تصفیه بیولوژیکی به کار رفته در پکیج تصفیه فاضلاب شرکت آرکاگستر، استفاده از یک راکتور بیوفیلم بستر متحرک (MBBR) می باشد که یک فرآیند رشد چسبیده نیز محسوب می شود. به عبارت دیگر بسته به مشخصات فاضلاب تولیدی صنعت مورد نظر، کارشناسان فنی ما، فرآیند پیشنهادی را خدمت شما ارائه می نمایند. به منظور کسب مشاوره در این زمینه، با کارشناسان فنی ما در ارتباط باشید.