Oddzielanie i odzyskiwanie tłuszczów ze ścieków garbarskich

• 1. Ścieki w przemyśle garbarskim i ich wpływ na środowisko.
• 2. Koagulacja i flokulacja z wykorzystaniem systemu DAF w celu odzysku tłuszczów i klarowania ścieków.
• 3. Badanie w laboratorium Sigmalab.
• 4. Wnioski

1. Ścieki w przemyśle garbarskim i ich wpływ na środowisko

Przemysł garbarski, a zwłaszcza produkcja skóry, w znacznym stopniu przyczynia się do rozwoju przemysłowego poszczególnych krajów oraz do globalnej gospodarki, stanowiąc jedną z najważniejszych gałęzi przemysłu, zwłaszcza w takich krajach jak Indie, Bangladesz, Chiny, Pakistan, Turcja i Brazylia.

Proces produkcji skóry składa się z poszczególnych etapów realizowanych w trybie wsadowym, w których wykorzystuje się dużą liczbę i ilość substancji chemicznych, które są niebezpieczne dla środowiska i organizmów (roślin, zwierząt i ludzi) oraz silnie zanieczyszczają środowisko wodne. Niektóre z najczęściej stosowanych produktów to: wodorotlenek sodu (NaOH), chlorek sodu (NaCl), pentachlorofenol (C6HCl5O), siarczek sodu (Na2S), enzymy, wapno (Ca(OH)₂), chlorki i wolny chlor, kwas siarkowy (H₂SO₄), chrom, kwas mrówkowy (CH₂O₂), chlorek amonu (NH₄Cl), siarczan amonu ((NH₄)₂SO₄), sole metali, chemikalia organiczne.

Oprócz tych produktów zużycie wody w tej branży należy do najwyższych i sięga ponad 40 m³ na tonę przetworzonego surowca. Szczegółowe informacje na temat procesu garbowania oraz zanieczyszczenia ścieków można znaleźć w poniższym artykule opublikowanym na blogu SIGMADAF poświęconym technologiom.

Procesy oczyszczania skupiają się na dwóch celach: oczyszczaniu ścieków i odzyskiwaniu surowców. Woda jest oczyszczana tak, aby nadawała się do odprowadzenia do ogólnej sieci kanalizacyjnej, a w przypadku procesów o wysokiej intensywności nawet do odprowadzenia do środowiska wodnego lub wykorzystania do celów wtórnych. Surowce, które można odzyskać na poszczególnych etapach oczyszczania, to: kolagen, żele i włókna kolagenowe, tłuszcze, keratyna, polipeptydy i białka.

2. Koagulacja i flokulacja z wykorzystaniem systemu DAF w celu odzysku tłuszczów i klarowania ścieków

Spośród wszystkich możliwych metod i kompleksowych procesów oczyszczania i zagospodarowania ścieków garbarskich procesy fizykochemiczne (zakwaszanie lub alkalizowanie, rozbijanie emulsji oraz koagulacja – flokulacja) w połączeniu z flotacją DAF stanowią niezbędny element nie tylko wstępnego oczyszczania ścieków, ale również odzyskiwania surowców, takich jak tłuszcze i inne związki.

Koagulacja to proces destabilizacji związków koloidalnych, tłuszczów, cząstek zawieszonych oraz cząstek stałych i substancji organicznych, które mogą wytrącać się z fazy ciekłej, poprzez neutralizację sił je rozdzielających oraz oddziaływanie ładunków, które umożliwia przejście tych związków do fazy stałej i oddzielnej. Cząsteczki zderzają się, tworząc większe cząsteczki; zderzenia te należy wspomagać poprzez zastosowanie drugiego środka chemicznego: flokulantów polielektrolitowych.

Wykazano, że stosowanie koagulantów nieorganicznych w połączeniu z flokulantem polielektrolitowym pozwala na skuteczne usuwanie tłuszczów, substancji organicznych i metali ciężkich, zwłaszcza chromu (III) – metalu, który w bardzo wysokim stopniu zanieczyszcza środowisko wodne i jest szkodliwy dla zdrowia organizmów.

Najczęściej stosowane środki koagulujące to:

• Siarczan glinu
• Polichlorek glinu
• Chlorek żelaza(III)
• Siarczan żelaza

Proces koagulacji i flokulacji można wspomóc poprzez etapy rozbijania emulsji przy użyciu specjalnych środków chemicznych przeznaczonych do tego celu: poprzez zmianę pH w drodze alkalizacji lub zakwaszenia oraz stosowanie produktów opracowanych specjalnie z myślą o tłuszczach garbarskich.

Polichlorek glinu uznaje się za najskuteczniejszy środek koagulujący. Środek ten, wraz z innymi specjalnymi substancjami chemicznymi, zostanie wykorzystany w badaniu dotyczącym oczyszczania i odzyskiwania tłuszczów, przeprowadzanym w laboratoriach Sigma, które opisano poniżej.

Odpowiednio zaprojektowany proces fizykochemiczny z wykorzystaniem flotacji DAF umożliwia wstępne oczyszczanie wody oraz odzyskiwanie tłuszczów.

3. Badanie w laboratorium Sigmalab

Badania i analizy w skali laboratoryjnej pozwalają określić konkretne środki chemiczne do oczyszczania ścieków, a także dawki i czasy przebywania, jakie są wymagane dla każdej reakcji. Analiza osadu osadzonego pozwala ustalić, jaką skuteczność oczyszczania można osiągnąć.

Do laboratoriów SIGMA trafiają cztery rodzaje ścieków pochodzących z różnych etapów procesu garbowania: A) pierwsze płukanie lub „ribera”, B) drugie płukanie lub „ribera”, C) kalcynacja oraz D) maceracja. Każdy z tych ścieków ma specyficzne właściwości i wymaga oddzielnego oczyszczania chemicznego w celu oddzielenia tłuszczów i klarowania wody. Następnie wszystkie klarowane ścieki zostaną połączone i oczyszczone na wspólnej linii.

Zapraszamy do zapoznania się z naszą ofertą usług laboratoryjnych na stronie internetowej. W razie jakichkolwiek pytań dotyczących tej usługi lub w celu zlecenia badań ścieków prosimy o kontakt.

A. Oczyszczanie ścieków z pierwszego płukania lub z brzegu.

Ścieki o mlecznym wyglądzie i pozornie jednorodnej konsystencji wymagają oczyszczania łączącego zastosowanie adsorbentu w postaci węgla aktywnego, a następnie koagulantu PAC, regulacji pH oraz flokulantu kationowego. Oddzielenie cząstek stałych następuje po dodaniu koagulantu i podwyższeniu pH do 8–9. Ponadto podwyższenie pH sprzyja również oddzielaniu tłuszczów. W każdym etapie wymagany jest długi czas retencji, aby każdy środek chemiczny miał wystarczająco dużo czasu na reakcję z wodą. Tłuszcze i substancje stałe są usuwane w postaci spójnych kłaczków.

Wyniki analiz są następujące: wysoki stopień usuwania substancji organicznych i zawiesin oraz odzysk prawie połowy tłuszczów.

	Próbka A	Wyjaśnienie	Wydajność
pH	7	8 – 9
Tłuszcze	292	157	46%
Całkowita zawartość węgla organicznego	2750	2270	17%
ChZT	15000	4500	70%
DBO5	6060	1520	75%
Biodegradowalność		34%
Ciała stałe w zawiesinie	4570	912	80%

B. Oczyszczanie ścieków z drugiego płukania lub z brzegu.

Ten mleczny i pozornie jednorodny ściek wymaga oczyszczania polegającego na połączeniu szokowego zakwaszenia kwasem siarkowym z późniejszym oddzieleniem tłuszczów za pomocą środka rozbijającego emulsję. Najpierw obniża się pH do skrajnie kwaśnych wartości, a następnie dodaje się środek rozbijający emulsję, co powoduje natychmiastowe oddzielenie tłuszczu. Tłuszcze i oleje są miękkie i puszyste, a po pozostawieniu próbki w spokoju na ponad godzinę ulegają separacji i unoszą się na powierzchni.

Wyniki analiz są następujące: bardzo wysoka skuteczność usuwania tłuszczów, substancji stałych i materii organicznej.

	Próbka B	Wyjaśnienie	Wydajność
pH	8 – 9	3
Tłuszcze	2140	140	93%
Całkowita zawartość węgla organicznego	13700	1640	88%
ChZT	81200	6210	92%
DBO5	36900	3440	91%
Biodegradowalność		55%
Ciała stałe w zawiesinie	15700	520	97%

C. Oczyszczanie ścieków z procesu kalcynacji.

Ścieki te mają oleistą i tłustą konsystencję, ciemny kolor oraz zawierają widoczne cząstki stałe i „kawałki”, które ulegają naturalnej separacji, jednak w stopniu niewystarczającym do uzyskania klarowatej wody o odpowiedniej jakości. Wstępne oczyszczanie polega na mechanicznej separacji cząstek gruboziarnistych, a następnie na szokowym dodaniu kwasu siarkowego oraz separacji tłuszczów za pomocą emulgatora. W przypadku tej próbki wymagana jest wstępna separacja osadów, polegająca na pozostawieniu gruboziarnistych cząstek do sedymentacji, a następnie mechanicznym oddzieleniu fazy ciekłej. Następnie stosuje się szok kwasowy. PH obniża się początkowo do wartości neutralnej (wychodząc od wartości próbki wynoszącej 13), a gdy natychmiast obserwuje się oddzielenie tłuszczu, stosuje się środek rozbijający emulsję. Tłuszcze i oleje łatwo oddzielają się w postaci zwartych, oleistych grudek.

Wyniki analizy są następujące: wysoka skuteczność w usuwaniu tłuszczów oraz umiarkowana skuteczność w usuwaniu substancji organicznych.

	Próbka C	Wyjaśnienie	Wydajność
pH	13	7
Tłuszcze	474	98.4	79%
Całkowita zawartość węgla organicznego	10700	5500	49%
ChZT	54900	42600	22%
DBO5	36200	16200	55%
Biodegradowalność		38%

D. Oczyszczanie ścieków z maceratu

Ścieki te mają wygląd i konsystencję „serwatki” – są białawy i lepkie; oczyszczanie odbywa się bezpośrednio poprzez koagulację za pomocą PAC, a następnie flokulację przy użyciu kationowego polielektrolitu. Oddzielenie cząstek stałych następuje natychmiast po dodaniu koagulantu, a następnie flokulant aglomeruje skoagulowany materiał. Wymagane są długie czasy reakcji.

Wyniki analizy są następujące: umiarkowane usunięcie substancji organicznych; zawartość substancji stałych i tłuszczów w próbce nie jest zbyt wysoka, dlatego proces oczyszczania ma na nie niewielki wpływ.

	Próbka D	Wyjaśnienie	Wydajność
pH	8 – 9	8
Tłuszcze	42.8	40.8	5%
Całkowita zawartość węgla organicznego	2675	2180	19%
ChZT	10500	7830	25%
DBO5	4340	2700	38%
Biodegradowalność		34%
Ciała stałe w zawiesinie	236	101	57%

4. Wnioski

• Przemysłowa produkcja skór i futer stanowi jedną z największych gałęzi przemysłu na świecie, wnosząc ogromny wkład w gospodarkę poszczególnych krajów. Jest to jednak również jedna z branż zużywających najwięcej wody i wytwarzających najwięcej ścieków, które charakteryzują się wysokim stopniem zanieczyszczenia i stanowią zagrożenie dla środowiska oraz organizmów żywych.

• Ścieki pochodzące z procesów garbarskich zawierają duże ilości niebezpiecznych związków chemicznych, substancji stałych, tłuszczów i substancji organicznych. Wymagają one kompleksowego oczyszczania, obejmującego wstępne oczyszczanie i kondycjonowanie ścieków, procesy biologiczne oraz etapy oczyszczania końcowego z wykorzystaniem membran i innych zaawansowanych technologii. Celem oczyszczania jest uzdatnienie wody oraz odzysk surowców, takich jak tłuszcze.

• W laboratoriach SIGMALAB przeprowadza się badania dotyczące wstępnego oczyszczania ścieków z czterech linii technologicznych garbarni: dwóch linii płukania, kalcynacji i maceracji. Każdy strumień ścieków wymaga oddzielnego wstępnego oczyszczania, ponieważ do jego oczyszczenia potrzebne są inne środki chemiczne. Osady z tych czterech procesów wstępnego oczyszczania zostaną połączone w celu dalszego wspólnego oczyszczania.

• Obróbka wstępna obejmuje procesy fizykochemiczne, w których wykorzystuje się kwasy, zasady, środki rozbijające emulsje, koagulanty i flokulanty. Skuteczność usuwania zanieczyszczeń jest wysoka. Oddzielone flokule i tłuszcze można oddzielić metodą flotacji w urządzeniu Sigma DAF w celu ich usunięcia lub odzyskania jako produkty o wartości użytkowej.