Oczyszczanie ścieków z przemysłu winiarskiego

• 1. Ścieki powstające podczas produkcji wina
• 2. Powstawanie ścieków w przemyśle winiarskim
• 3. Oczyszczanie ścieków powstających podczas produkcji wina
• 4. Odzysk odpadów
• 5. Podsumowanie

1. Ścieki powstające podczas produkcji wina

Ścieki powstające w winiarniach mają znaczący wpływ na środowisko naturalne ze względu na duże zużycie wody w tej branży oraz wysokie stężenie zanieczyszczeń.

Oczyszczalnie ścieków powstających w winiarniach wymagają wysokiego stopnia dostosowania do indywidualnych potrzeb ze względu na zmienność składu ścieków, ich wysokie stężenie ChZT oraz obecność złożonych związków organicznych, które czasami są trudne do oczyszczenia.

Największa ilość ścieków powstaje w okresie zbiorów winogron. Ścieki te należy odpowiednio oczyszczać, aby zapobiec problemom środowiskowym wynikającym z ich wysokiego obciążenia organicznego, kwasowości oraz obecności związków fenolowych.

2. Powstawanie ścieków w przemyśle winiarskim

Właściwości ścieków powstających w winiarni różnią się w zależności od procesu produkcyjnego, rodzaju produkowanego wina oraz pory roku.

Woda ulega zanieczyszczeniu podczas następujących czynności:

• Mycie i czyszczenie zbiorników i rur.
• Mycie beczek i sprzętu.
• Mycie butelek.
• Procesy tłoczenia i fermentacji.
• Wylewanie odpadów lub osadów.
• Mycie podłóg i zmywanie.
• Straty wina, moszczu i produktów ubocznych.
• Zanieczyszczona woda chłodząca.

Większość zanieczyszczeń występujących w ściekach z winiarni ma charakter organiczny, choć spotykamy się również z:

• Pozostałości mineralne
• Ziemie
• Tłuszcze
• Środki czyszczące i dezynfekujące
• Toksyczne zanieczyszczenia pochodzenia zewnętrznego występujące w winogronach,
• itp.

Oprócz zanieczyszczeń pochodzących z procesów czyszczenia, ścieki te charakteryzują się wysokim obciążeniem zanieczyszczeniami pochodzącymi z suchej masy moszczu lub wina, a także z mikroorganizmów. Są to głównie substancje barwiące, taniny, białka, kwasy organiczne, węglowodany i mikroorganizmy (drożdże, bakterie mlekowe i octowe, grzyby itp.). Pozostałości mineralne składają się zazwyczaj z winianu potasu, który wytrąca się w procesie produkcji wina.

Podstawowe cechy tych zrzutów można podsumować następująco:

• Wysokie stężenie BZT₅ i biodegradowalnego ChZT.
• Kwaśne pH w ściekach z winiarni i zasadowe w ściekach z rozlewni.
• Wysokie stężenie całkowitej zawartości zawiesin stałych (TSS), z których znaczna część występuje w postaci koloidalnej.
• Niska nara nara nara nara nara nara nara nara nara nara nara nara nara nara nara nara nara nara n
• Tłuszcze, oleje i ziemia pochodzące ze zbiorów winogron, które są przenoszone przez procesy i maszyny wykorzystywane podczas zbiorów.
• Środki czyszczące, takie jak: kwasy nieorganiczne, kwasy organiczne,  środki powierzchniowo czynne anionowe, kationowe i amfoteryczne, środki sekwestrujące i dezynfekujące, takie jak chlor i jego związki, związki czwartorzędowego amonu, związki utleniające, takie jak ozon, nadtlenek wodoru itp.
• W winogronach występują również pozostałości środków ochrony roślin. Substancje te przenikają do moszczu i wina, ale większość z nich jest usuwana podczas różnych procesów, takich jak tłoczenie, przelewanie i stabilizacja wina.

Poniższa tabela przedstawia typowe parametry ścieków powstających podczas produkcji wina:

PARAMETR	JEDNOSTKA	ZBIÓR
pH	–	3,5 – 6,5
ChZT	mg/l	2 000 – 12 000
DBO5	mg/l	1 000 – 6 000
BHP	mg/l	200 – 2 000
Przewodność	µS/cm	500 – 5 000
Fenole	mg/l	10 – 100
Składniki odżywcze (N, P)	mg/l	Niskie stężenia

Sezonowość i nieciągłość to dwie charakterystyczne cechy, które mają wpływ na wielkość i skład tych zrzutów. Wpływa to na takie zmienne, jak:

• Częstotliwość dostaw surowców.
• Zastosowana technologia.
• Odmiany winogron wykorzystywanych do produkcji.
• Wielkość piwnicy itp.

Z drugiej strony mamy do czynienia z sezonowością roczną, na którą wpływ mają zbiory winogron – jest to pora roku, w której powstaje największa ilość ścieków.

Wyraźnym przykładem jest przestrzeganie limitów dla ChZT i azotu, gdy

3. Oczyszczanie ścieków powstających podczas produkcji wina

Przede wszystkim niezbędne jest wdrożenie strategii segregacji i minimalizacji ilości ścieków powstających w trakcie procesu produkcyjnego. Kluczowe kwestie, które należy wziąć pod uwagę, to:

• Rozdzielanie strumieni: Niezwykle ważne jest oddzielenie wód czystych (takich jak wody opadowe lub niezanieczyszczone wody chłodzące) od ścieków procesowych i poprodukcyjnych. Wynika to z faktu, że zazwyczaj 80% ChZT znajduje się właśnie w tych ostatnich. Takie podejście pozwala na bardziej efektywne oczyszczanie dzięki oddzielnemu zarządzaniu ściekami.
• Ograniczenie zużycia wody: Wprowadzenie takich praktyk, jak czyszczenie na sucho oraz wdrożenie systemów CIP (Clean-In-Place), przyczynia się do zmniejszenia zarówno ilości ścieków, jak i ich ładunku zanieczyszczeń.
• Ujednolicenie składu ścieków: Zastosowanie zbiorników ujednolicających pozwala na wyrównanie szczytowych przepływów i rozcieńczenie wysokich stężeń zanieczyszczeń, co sprzyja bardziej stabilnemu i wydajnemu oczyszczaniu.

Ponadto stosowanie filtrów ekologicznych oraz utylizacja produktów ubocznych, takich jak winiany, pomaga ograniczyć obecność zanieczyszczających substancji stałych i płynnych, zmniejszając w ten sposób ładunek organiczny ścieków.

System zarządzania ściekami można podzielić na następujące etapy:

• Pierwsze czyszczenie na sucho sprzętu i powierzchni.
• Końcowe czyszczenie wodą pod ciśnieniem.
• Wdrożenie planu działania mającego na celu zapobieganie wyciekom i rozlaniom.
• Planowanie zrzutów w celu uniknięcia przeciążenia systemu.
• Monitorowanie pH i ChZT jako skuteczne narzędzie kontroli.

Ze względu na sezonowy charakter powstawania ścieków w winiarniach często stosuje się dwa równoległe systemy oczyszczania lub projektuje się instalacje o elastycznej wydajności, dostosowujące się do zmian natężenia przepływu w ciągu roku.

Typowy proces oczyszczania ścieków w winiarniach wygląda następująco:

3.1. Wstępne oczyszczanie fizykochemiczne

W pierwszej kolejności przeprowadza się fizyczne oddzielenie największych zanieczyszczeń, w tym celu stosuje się:

• Kraty lub sita, które zatrzymują grubsze cząstki stałe (resztki winogron, liście, łodygi, pestki). Ten etap oddzielania cząstek stałych od cieczy jest niezbędny, aby zapobiec ryzyku zatkania rur, pomp i pozostałych elementów systemu uzdatniania wody.
• Odpiaszczacz / separator tłuszczów, umożliwiający oddzielanie ziemi, gęstych cząstek stałych oraz tłuszczów i olejów.
• Homogenizacja w zbiorniku wyrównawczym w celu dostosowania pH, przy jednoczesnym wyrównaniu natężenia przepływu i ładunku zanieczyszczeń.
• Koagulacja-flokulacja to proces fizykochemiczny polegający na kontrolowanym dodawaniu koagulantów (takich jak sole glinu lub żelaza) oraz flokulantów (polimerów organicznych lub nieorganicznych) w celu destabilizacji i aglomeracji cząstek koloidalnych oraz zanieczyszczeń obecnych w ściekach. Obróbka ta sprzyja tworzeniu się kłaczków o większym rozmiarze i gęstości, które można następnie oddzielić poprzez sedymentację lub flotację, co znacznie poprawia wydajność procesu oczyszczania.
• Flotacja powietrzem rozpuszczonym (DAF), która zapewnia skuteczność usuwania zawiesin, olejów i tłuszczów na poziomie ponad 95% oraz redukcję ChZT o co najmniej 50%.

System flotacji powietrzem rozpuszczonym zajmuje mniej miejsca niż osadnik i zapewnia wyższą wydajność, ponieważ osady oddzielone przez DAF osiągają wysokie stężenie (3–4%) suchej masy, co ułatwia ich usuwanie i utylizację.

3.2. Oczyszczanie wtórne w reaktorze biologicznym

W zależności od wielkości zbiornika i zawartości substancji organicznych w ściekach można zastosować różne technologie, wśród których na szczególną uwagę zasługują:

Systemy aerobowe

Ogólnie rzecz biorąc, ścieki z winiarni mają niską zawartość składników odżywczych (N, P, K), dlatego zazwyczaj dodaje się do nich sole bogate w te pierwiastki:

• Osady aktywne: Jest to bardzo wydajny system w przypadku ścieków o wysokiej biodegradowalności, jednak reaktory te zajmują sporo miejsca, a ilość wytwarzanych osadów jest znaczna
• Sekwencyjny reaktor biologiczny (SBR): Bardzo dobrze sprawdza się w przypadku nieregularnych przepływów, a jednocześnie pozwala zaoszczędzić miejsce, ponieważ nie wymaga dodatkowego osadzania, jednak jego wydajność nie jest wysoka.
• Biologiczny reaktor membranowy (MBR): Zapewnia skuteczne oczyszczanie poprzez redukcję zanieczyszczeń, co pozwala uzyskać ścieki wysokiej jakości, nadające się do ponownego wykorzystania. System ten obejmuje proces filtracji za pomocą membran mikrofiltracyjnych lub ultrafiltracyjnych, które zastępują tradycyjny osadnik wtórny wraz z zagęszczaczem osadu.

Oto główne zalety bioreaktora membranowego:

1. Mniejsza objętość w reaktorze biologicznym.
2. Mniejsze wytwarzanie osadu, rzędu 50–60% w porównaniu z oczyszczaniem w procesie osadu czynnego o niskim obciążeniu.
3. Wyższa jakość uzdatnionej wody.
4. Przestrzeganie rygorystycznych norm środowiskowych

Inne technologie stosowane w oczyszczaniu wtórnym

Oczyszczanie biologiczne z wykorzystaniem ruchomego złoża (MBBR)

Są to reaktory o mniejszych rozmiarach, które osiągają wysoką wydajność. Polegają one na zastosowaniu różnych nośników (carriers) i etapów oczyszczania, w których niektóre bakterie dominują nad innymi w celu optymalizacji oczyszczania biologicznego. Konieczne będzie zainstalowanie osadnika w celu usuwania powstałego osadu.

Systemy beztlenowe

Przeznaczone do oczyszczania ścieków o wysokim obciążeniu organicznym. Chociaż ich wydajność nie jest zbyt wysoka (70–80%), ponieważ nie wykorzystują one ciepłej wody, mają szereg zalet:

• Wymagają niewielkiej ilości składników odżywczych (N, P).
• Zajmują niewiele miejsca.
• Prawie prawie w ogóle prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie prawie pra
• Wytwarzają biogaz, który można wykorzystać do produkcji energii.

Najczęściej spotykane typy to: UASB i EGSB.

3.3. Oczyszczanie trzeciego stopnia

Jeśli chce się ponownie wykorzystać oczyszczone ścieki, konieczne może być przeprowadzenie oczyszczania trzeciego stopnia. Najczęściej stosowane techniki to:

• Filtracja na piasku lub innych materiałach wypełniających (nie jest konieczna w przypadku MBR)
• Dezynfekcja (promieniowanie UV, ozon lub chlor)
• Odsalanie metodą nanofiltracji (NF) lub odwróconej osmozy (RO)

Gospodarka osadami

Szlamy uzyskane w procesie fizykochemicznym osiągają wysokie stężenia (około 4% suchej masy) i w niektórych przypadkach mogą być wykorzystywane jako produkty uboczne.

Osady powstające w procesie MBR (bioreaktor membranowy) charakteryzują się niższym stężeniem substancji stałych w porównaniu z osadami pierwotnymi. Można je jednak mieszać ze sobą w celu wspólnego przetwarzania za pomocą systemu mechanicznego odwadniania, takiego jak prasa filtracyjna. Proces ten pozwala osiągnąć stopień wysuszenia powyżej 30%.

Ze względu na swój charakter osady te mogą być również wykorzystywane do kompostowania w rolnictwie.

4. Odzysk odpadów

Przemysł winiarski wytwarza znaczne ilości produktów ubocznych bogatych w związki bioaktywne, takie jak taniny, polifenole, antocyjany i błonnik roślinny. Związki te, obecne w odpadach takich jak wytłoki, osady i ścieki, można odzyskać za pomocą technologii umożliwiających ich ekstrakcję i utylizację, przyczyniając się w ten sposób do bardziej zrównoważonej i rentownej produkcji. Związki te mogą być wykorzystywane w przemyśle spożywczym, kosmetycznym, farmaceutycznym i rolniczym.

Ponadto uzdatnioną wodę można ponownie wykorzystać do takich celów, jak nawadnianie, mycie, woda użytkowa, a nawet woda technologiczna.

Istnieją inne możliwości wykorzystania odpadów powstających w winiarniach:

• Wytwarzanie biogazu: Odpady organiczne (osady, szlamy, pozostałości po fermentacji) są wysoce biodegradowalne i nadają się do fermentacji beztlenowej oraz wytwarzania biogazu, który może być wykorzystywany do ogrzewania procesów lub wytwarzania energii elektrycznej.
• Kompostowanie i zastosowanie w rolnictwie: Stabilizowane osady i oddzielone substancje stałe można kompostować wraz z wytłoczynami i innymi odpadami stałymi, uzyskując w ten sposób nawozy organiczne dla winnic.
• Odzysk cennych związków: Niektóre procesy umożliwiają odzyskiwanie naturalnych przeciwutleniaczy z osadu i pozostałości płynnych, które znajdują zastosowanie w przemyśle kosmetycznym i spożywczym.
• Inne wartościowe produkty, które zasługują na szczególną uwagę, to:

ODPAD	ZASTOSOWANIE
Taniny	Przeciwutleniacze, naturalne konserwanty, garbarstwo, kosmetyki i dodatki paszowe.
Antocyjany	Naturalne barwniki w żywności i kosmetykach
Flawonoidy	Leki przeciwzapalne i suplementy diety
Polisacharydy	Stabilizatory spożywcze i kosmetyki.
Olej z pestek dyni	Kosmetyka i zdrowe odżywianie (bogate w kwas linolowy)

5. Podsumowanie

Przemysł winiarski odgrywa znaczącą rolę zarówno w sferze gospodarczej, jak i żywieniowej na całym świecie. Chociaż tradycyjnie kojarzony jest z krajami europejskimi, w ostatnich dziesięcioleciach powstał wysoce konkurencyjny rynek globalny, napędzany dynamicznym rozwojem krajów wschodzących. Na ten wzrost wpłynęły zmiany klimatyczne oraz postęp w wiedzy technicznej dotyczącej uprawy winorośli, zbiorów i procesów produkcyjnych.

Branża ta charakteryzuje się wysokim zużyciem wody, zwłaszcza na etapach produkcji wina i czyszczenia. W rezultacie powstają ścieki o wysokim obciążeniu organicznym (wysoki wskaźnik ChZT) oraz zawierające szeroki wachlarz zanieczyszczeń, od pozostałości środków czyszczących i środków ochrony roślin po cukry resztkowe i taniny.

Tradycyjne metody oczyszczania często napotykają trudności w dostosowaniu się do sezonowości, zmienności i niestabilności tych ścieków. W tym kontekście pojawia się potrzeba optymalizacji procesów produkcyjnych w celu zminimalizowania zarówno objętości, jak i ładunku zanieczyszczeń w ściekach. Ponadto wydzielanie strumieni o większym stężeniu może ułatwić ich późniejsze wykorzystanie.

Produkcja wina generuje znaczne ilości ścieków, pochodzących głównie z mycia sprzętu, fermentacji, produkcji wina oraz czyszczenia obiektów. Odpowiednie gospodarowanie tymi ściekami i ich utylizacja pozwalają nie tylko zmniejszyć wpływ na środowisko i spełnić obowiązujące przepisy, ale także odzyskać cenne zasoby, takie jak woda, energia i produkty uboczne.

Wdrożenie zrównoważonych strategii i zaawansowanych technologii przetwarzania nie tylko przyczynia się do ograniczenia wpływu na środowisko, ale stanowi również szansę na innowacje i zwiększenie rentowności. Przejście na model gospodarki o obiegu zamkniętym w sektorze winiarskim jest wykonalne zarówno pod względem technicznym, jak i ekonomicznym, i jawi się jako kluczowy czynnik pozwalający utrzymać konkurencyjność w środowisku, które stawia coraz wyższe wymagania w zakresie ochrony środowiska.

Bibliografia i źródła

• Grupa Codorniu – Raport dotyczący zrównoważonego rozwoju 2023.
• OIV (Międzynarodowa Organizacja ds. Winorośli i Wina) – Podręcznik techniczny dotyczący zrównoważonego rozwoju.
• Ministerstwo ds. Transformacji Ekologicznej – Przewodnik po dobrych praktykach środowiskowych w winiarniach.
• Oczyszczanie i utylizacja ścieków z przemysłu rolnego.
• Czasopismo „Inżynieria Wodna”, tom 29, nr 4, 2024.