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 συγκε-ντρώσεις των εν λόγω αποβλήτων είναι COD 4800-7025mg/l, BOD5 1800-2950mg/l, SS 2500-4800mg/l και pH 6,2-6,9. Απο-δείχθηκε ότι τα υγρά απόβλητα από βιοµηχανίες επεξεργασίας πατάτας είναι επιδεκτικά σε αναερόβια βιολογική επεξεργασία µε σηµαντική µείωση 82% COD και 75% σε ΒΟD5. Abstract

In this paper, the wastewater from a potato processing in-dustry was examined. The main aim was to determine its quali-tative and quantitative characteristics and the efficiency of an-aerobic digestion as a treatment method of such a wastewater. The pollutant load of this wastewater was COD 4800-7025mg/l, BOD5 1800-2950mg/l, SS 2500-4800mg/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 ΒΟD5. 1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Τα υγρά απόβλητα που προκύπτουν από µια βιοµηχα-νία 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 παρά-γονται και στερεά απόβλητα, τα οποία όµως διατίθενται στην χωµατερή καθώς δεν περιέχουν κανένα τοξικό συ-στατικό [1].

Τα υγρά απόβλητα που προκύπτουν από τον εξωτερι-κό καθαρισµό της πρώτης ύλης περιέχουν εδαφικά κυρί-ως συστατικά και σε µικρότερες ποσότητες κάποια ζιζα-νιοκτόνα και ως εκ τούτου θα µπορούσαν να απορρι-φθούν ακίνδυνα αν υπήρχε η δυνατότητα επιλεκτικής συλλογής αυτών. Αντίθετα, υγρά απόβλητα µε επικίνδυ-νες ιδιότητες είναι αυτά που προκύπτουν από το πλύσιµο και την αποφλοίωση της πατάτας καθώς και από τις κα-τεργασίες εκπλύσεως του αµύλου. Το τµήµα, αυτών των αποβλήτων, περιέχει κυρίως άµυλο, στερεά απόβλητα, που προέρχονται από την αποφλοίωση και διάφορα συ-στατικά εν διαλύσει. Τα υλικά που βρίσκονται εν διαλύ-σει σε αυτά τα απόβλητα είναι κυρίως πρωτεΐνες, υδα-τάνθρακες, αζωτούχες ενώσεις, συνδετικοί ιστοί, οργανι-κά 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 µέ-θοδοι για υγρά απόβλητα από βιοµηχανία τροφίµων είναι το αναερόβιο φίλτρο (Anaerobic Filter, AF) και η αναε-ρόβια χώνευση σε αντιδραστήρα UASB (Upflow An-aerobic 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 80% για οργανικό φορτίο έως 5kg COD/m3/d [6].

Ο κύριος στόχος της παρούσας εργασίας είναι ο προσδιορισµός των ποιοτικών και ποσοτικών χαρακτηρι-στικών αποβλήτων που προέρχονται από βιοµηχανία επε-ξεργασίας 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 δείγµα-τα αποβλήτων από βιοµηχανία επεξεργασίας πατάτας.

Τεχνολογία και ∆ιαχείριση Υγρών Αποβλήτων – Οικολογική Μηχανική και Τεχνολογία 574

Στα δείγµατα αυτά εξετάστηκαν οι ακόλουθες παράµε-τροι: 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 µέ-θοδος επεξεργασίας των αποβλήτων αυτών. Τούτο επι-τεύχθηκε 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, περι-λαµβάνουσα µια δεξαµενή εξισορρόπησης-προοξυγένεσης και έναν αναερόβιο αντιδραστήρα τύπου UASB. Στη συνέχεια τα υγρά απόβλητα υφίστανται αε-ρόβια βιολογική επεξεργασία ενεργού ιλύος. Το σύστηµα αυτό περιλαµβάνει µια δεξαµενή εξισορρόπησης, µια δε-ξαµενή 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 παρο-χές αποβλήτων ανά στάδιο παραγωγικής διαδικασίας φαίνονται στον ακόλουθο πίνακα. Πίνακας 1: Ηµερήσια παροχή αποβλήτων βιοµηχανίας πατάτας.

Παροχή αποβλήτων (m3/d)Στάδιο παραγωγικής διαδικασίας Ελάχιστη Μέγιστη ΜέσηΠρόπλυση Πατάτας 70 106 96 Αποφλοίωση Πατάτας 70 106 96 Τεµαχισµός πατάτας σε chips και πλύση 212 318 288

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 σταθε-ρή µέση τιµή και το γεγονός αυτό οφείλεται στο ότι οι πηγές παραγωγής αποβλήτων είναι σταθερές καθώς η λειτουργία τη µονάδας επεξεργασίας πατάτας είναι στα-θερή και δεν παρουσιάζει ιδιαίτερες αλλαγές. 3.2. Ποιοτικά χαρακτηριστικά αποβλήτων

Στα ακόλουθα Σχήµατα 2, 3, 4 και 5 παρουσιάζεται η χρονική διακύµανση της συγκέντρωσης του COD, BOD5, των ολικών αιωρούµενων στερεών SS και του pH του αποβλήτου βιοµηχανίας επεξεργασίας πατάτας. Συνοπτι-κά, µπορεί να αναφερθεί ότι το ρυπαντικό φορτίο της ε-ξεταζόµενης βιοµηχανικής µονάδας παραγωγής chips πα-

ρουσιάζεται στον Πίνακα 2.

0

200

400

600

800

1000

1200

0 100 200 300 400Χρόνος (d)

Q (m

3/d)

Σχήµα 1: Μεταβολή της παροχής του υγρού αποβλήτου.

4000

5000

6000

7000

8000

9000

10000

0 100 200 300 400Χρόνος (d)

CO

D (m

g/l)

Σχήµα 2: Μεταβολή της συγκέντρωσης του COD του υγρού α-

ποβλήτου.

1200

1700

2200

2700

3200

3700

0 100 200 300 400Χρόνος (d)

BOD

5 (m

g/l)

Σχήµα 3: Μεταβολή της συγκέντρωσης του BOD5 του υγρού α-

ποβλήτου. 3.3. Αναερόβια χώνευση υγρών αποβλήτων

Η αναερόβια επεξεργασία σε αντιδραστήρα UASB βασίζεται στην τεχνολογία της αναερόβιας βιοµάζας κοκ-κώδους µορφής. Οι ιδιότητες της κοκκώδους λάσπης επι-βάλλεται από τις εσωτερικές συνθήκες και από την ταχύ-

Ολοκληρωµένη ∆ιαχείριση Υδατικών Πόρων

575

τητα ανόδου του υγρού και του αερίου να είναι εξαιρετι-κά καλές. Πραγµατικά, η κοκκώδης λάσπη έχει καλές ι-διότητες καθίζησης (35-80 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 σύ-στηµα αποτελείται από τέσσερις κεφαλές και συνολικά υπάρχουν 24 σηµεία εισόδου του αποβλήτου, τα οποία είναι κατάλληλα διασκορπισµένα στην επιφάνεια του πυθµένα του αντιδραστήρα.

1300

1800

2300

2800

3300

3800

4300

4800

5300

0 100 200 300 400Χρόνος (d)

SS (m

g/l)

Σχήµα 4: Μεταβολή της συγκέντρωσης των ολικών αιωρούµε-

νων στερεών του υγρού αποβλήτου.

66,16,26,36,46,56,66,76,86,9

7

0 200 400Χρόνος (d)

pH

Σχήµα 5: Μεταβολή του pH του υγρού αποβλήτου.

Πίνακας 2: Ρυπαντικό φορτίο αποβλήτων βιοµηχανίας πατά-

τας.

Ρυπαντικό φορτίο COD (mg/l) 4200 – 9300 BOD5 (mg/l) 1200 – 3800 SS (mg/l) 1300 – 5300 pH 6,1 – 6,9 Έτσι, τα υγρά απόβλητα ανέρχονται µέσω του στρώ-

µατος κοκκώδους λάσπης, που έχει ιδιότητες ταχείας κα-θίζησης, όπου γίνεται η διάσπαση και η παραγωγή βιοαε-ρίου κρατώντας παράλληλα τη λάσπη σε αιώρηση. Λόγω

της υψηλής ταχύτητας ανόδου του παραγόµενου αερίου και του υγρού επιβάλλεται η χρησιµοποίηση κατάλληλου συστήµατος διαχωρισµού τριών φάσεων (αερίου-υγρού-στερεού) στο πάνω µέρος του αντιδραστήρα. Στον αντιδραστήρα αυτό, συγκεκριµένα, υπάρχουν δύο ειδικά σχεδιασµένοι διαχωριστήρες. Το παραγόµενο βιοαέριο καίγεται στην ατµόσφαιρα µε πυρσό. Το υγρό αποµακρύ-νεται από τον αναερόβιο αντιδραστήρα µε υπερχείλιση.

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)

Στο Σχήµα 7 αντιπαραβάλλονται οι συγκεντρώσεις

COD του εισερχόµενου και εξερχόµενου από τον αναε-ρόβιο 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 συ-στήµατος αναερόβιας χώνευσης. Συγκεκριµένα, η µέση απόδοση του συστήµατος ανέρχεται σε 82% ως προς COD.

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

0 100 200 300 400Χρόνος (d)

CO

D (m

g/l)

CO DinCO Dout

Τεχνολογία και ∆ιαχείριση Υγρών Αποβλήτων – Οικολογική Μηχανική και Τεχνολογία 576

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 BOD5 του αποβλήτου µε µέση απόδοση του συστήµατος 75% ως προς BOD5.

Κατά την αναερόβια επεξεργασία των αποβλήτων πραγµατοποιείται παραγωγή βιοαερίου. Η παραγωγή και η σύσταση του βιοαερίου αποτελούν σηµαντική πληρο-φορία για τη σωστή λειτουργία της µονάδας, καθώς η πα-ράµετρος αυτή συνδέεται άµεσα µε την αποµείωση του COD. Στη βιοµηχανική εγκατάσταση που µελετήθηκε, η παροχή του παραγόµενου βιοαερίου καταγραφόταν συνε-χώς µε απευθείας µετρητή. Τα αποτελέσµατα παρουσιά-ζονται στο Σχήµα 8.

0

500

1000

1500

2000

0 100 200 300 400Χρόνος (d)

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 m3/d. Tο γεγονός αυτό µπορεί να αποδοθεί στη σταθερότητα των διεργασιών που λαµβάνουν χώρα κατά την παραγωγική διαδικασία.

Όσον αφορά τα ποιοτικά χαρακτηριστικά του απο-βλήτου διαπιστώθηκε ότι το ρυπαντικό φορτίο τους είναι: COD 4200-9300mg/l, BOD5 1200-3800mg/l, SS 1300-5300mg/l και pH 6,1-6,9.

Τέλος, αποδείχθηκε ότι τα υγρά απόβλητα από βιοµη-χανίες επεξεργασίας πατάτας είναι επιδεκτικά σε αναερό-βια βιολογική επεξεργασία, καθώς παρατηρήθηκε σηµα-ντική αποµείωση του COD κατά 82% και του BOD5 κατά 75%. Ο ρυθµός παραγωγής βιοαερίου, ο οποίος αποτελεί ένδειξη της καλής λειτουργίας του συστήµατος, κυµαίνε-ται 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, 2η Έκδοση, Αθήνα, Εκδόσεις Ε.Μ.Π. 3. Karpati A., Schultheisz Z., (1984). Food industries and the envi-

ronment – Possibilities of liquid waste control in starch manu-facture, 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 τρο-φίµων 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, 157- 163.

7. APHA, AWWA, WPCE, (1980). Standard Methods for the Ex-amination of Water and Waste Water, 15th ed.

Α.Γ. Βλυσίδης, Αναπλ. Καθηγητής, Τοµέας Σύνθεσης και Ανάπτυξης Βιοµηχανικών ∆ιαδικασιών, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα 15700. Τηλ.: 2107723268. Fax:2107723269. E-mail: avlys@tee.gr.

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 15700. Τηλ.: 2107723124. E-mail: belli@central.ntua.gr. Σ.Θ. Μάη, Χηµικός Μηχανικός, Υποψήφιος ∆ιδακτωρ, Σχολή Χηµικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο, Αθήνα 15700. Τηλ.: 2107723124. E-mail: mai@central.ntua.gr.