Oczyszczanie ścieków w produkcji ryb i owoców morza

• 1. Skład ścieków z przemysłu rybnego i owoców morza
• 2. Oczyszczanie ścieków i odzyskiwanie produktów ubocznych w przemyśle rybnym i owoców morza
• 3. Oczyszczanie ścieków metodą MBR
• 4. Podsumowanie

1. Skład ścieków z przemysłu rybnego i owoców morza

Proces produkcji ryb i owoców morza nie jest jednolity i różni się znacznie w zależności od rodzaju produktu końcowego przeznaczonego do sprzedaży. Najczęściej stosowane procesy to:

Każdy z tych etapów generuje określony rodzaj ścieków, dlatego też właściwości ścieków powstających w przemyśle rybnym i owoców morza są bardzo zróżnicowane w zależności od produktu końcowego i procesów, którym został on poddany.

Ryby przeznaczone wyłącznie do dystrybucji i spożycia będą poddawane obróbce obejmującej mycie, czyszczenie, przechowywanie i chłodzenie. Powstały odpływ to ścieki zawierające wodę, krew i resztki rybne.

W przypadku produktów przetworzonych, takich jak konserwy, produkty solone, wędzone itp., ścieki będą zawierały duże ilości ChZT, SS oraz olejów i tłuszczów, a także związki stosowane podczas ich przetwarzania i konserwacji.

Należy również uwzględnić ścieki powstające podczas czyszczenia obiektów przemysłowych, które zawierają cząstki zawieszone, oleje i tłuszcze, a także środki chemiczne stosowane w procesie czyszczenia.            

Ścieki z tej branży można scharakteryzować na podstawie ich parametrów fizykochemicznych, zawartości substancji organicznych, azotu i fosforu. Głównymi zmiennymi służącymi do oceny stopnia ich zanieczyszczenia są:

• Biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (_BZT₅)
• Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (CZT)
• Całkowita zawartość zawiesin stałych (SST)
• Tłuszcze i oleje
• pH.

W poniższej tabeli przedstawiono typowe poziomy zanieczyszczenia ścieków powstających podczas produkcji ryb i owoców morza:

pH	ChZT (mg/l)	BZT₅ (mg/l)	TSS (mg/l)	Zawartość kwasów i tłuszczów (mg/l)
5,5 – 9	2000–5000	800 – 2500	700 – 2000	100 – 1000

Pomimo ich zróżnicowania oczywiste jest, że są to zrzuty zawierające duże ilości zawiesin stałych, olejów, smarów i biodegradowalnej materii organicznej, które znacznie przekraczają limity określone w przepisach dotyczących ścieków.

Oleje i tłuszcze obecne w tych ściekach, które powstają w wyniku samego przetwarzania ryb, mają tendencję do unoszenia się na powierzchni, co utrudnia przenikanie tlenu do wody. Z kolei azot i fosfor to składniki odżywcze, które mogą powodować rozrost glonów i negatywnie wpływać na organizmy wodne, jeśli ich stężenie przekroczy dopuszczalne normy.

Przemysł rybny i owoców morza zużywa duże ilości wody, dlatego konieczne jest zapewnienie, by stosowane procesy oczyszczania były wystarczające do spełnienia limitów zrzutu, a także umożliwiały ponowne wykorzystanie części wody w różnych procesach i operacjach prowadzonych w samych zakładach przemysłowych.

2. Oczyszczanie ścieków i odzyskiwanie produktów ubocznych w przemyśle rybnym i owoców morza

Ścieki powstające w przemyśle rybnym i owoców morza stanowią bogate źródło różnorodnych związków chemicznych o znaczeniu przemysłowym, dlatego ich oczyszczanie ma dwojaki cel:

• Oddzielanie zanieczyszczeń, które mogą mieć negatywny wpływ na ekosystemy morskie. 
• Odzyskiwanie niektórych cennych składników zawartych w wodzie, takich jak olej, tłuszcz i niektóre rodzaje substancji stałych, które następnie zostaną przetworzone na mączkę rybną i inne produkty uboczne.

Wstępne oczyszczanie ścieków ma kluczowe znaczenie dla późniejszego odzysku tych produktów ubocznych. Najczęściej stosowanymi technologiami na tym etapie wstępnego oczyszczania są przesiewanie i flotacja powietrzem rozpuszczonym, ponieważ pozwalają one na oddzielenie ponad 90% obecnych w ściekach substancji stałych i olejów.

Wyizolowane białka są następnie zagęszczane przy użyciu różnych metod, z których najczęściej stosowane to ultrafiltracja i odparowywanie próżniowe.

Ponadto istnieją inne technologie, takie jak bioreaktory membranowe, które w połączeniu z innymi procesami umożliwiają odzyskiwanie tych produktów ubocznych, poprawiając jednocześnie właściwości odżywcze, funkcjonalne i biologiczne koncentratów białkowych obecnych w ściekach, co ułatwia ich ponowne wykorzystanie w przemyśle spożywczym, agrochemicznym i farmaceutycznym. 

Oczyszczalnia ścieków dla przemysłu rybnego i owoców morza zazwyczaj obejmuje następujące procesy:

• Przesiewanie
• System DAF
• Aerobowy reaktor biologiczny z osadem czynnym lub system MBR
• Ultrafiltracja lub odparowywacz próżniowy

Flotacja z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza (DAF) to skuteczny proces oczyszczania ścieków. System DAF skutecznie oddziela zawieszone cząstki stałe, oleje, tłuszcze i inne zanieczyszczenia obecne w ściekach. Cząstki stałe przyczepiają się do mikropęcherzyków wdmuchiwanego powietrza i unoszą się na powierzchnię, gdzie tworzą osad, który jest usuwany z urządzenia za pomocą mechanicznych systemów zgarniających. 

Po wstępnym oczyszczaniu metodą DAF znaczna część ChZT pozostaje w roztworze w ściekach i na tym etapie trudno jest ją usunąć metodami fizykochemicznymi. Nie jest również wskazane bezpośrednie stosowanie oczyszczania za pomocą membran mikro- i ultrafiltracyjnych, ponieważ możliwe będzie oddzielenie jedynie cząsteczek o większych rozmiarach, a ponadto membrany mogą się szybko zatykać z powodu pozostałych zanieczyszczeń.

W celu oczyszczenia ścieków z typowych zanieczyszczeń organicznych występujących na tym etapie procesu oraz biorąc pod uwagę wysoką biodegradowalność charakterystyczną dla tych ścieków, zaleca się zastosowanie biologicznego oczyszczania tlenowego z wykorzystaniem osadu czynnego. W ten sposób następuje utlenianie cząsteczek substancji organicznych, co pozwala uzyskać znaczne obniżenie wartości BZT (ok. 90%).

Jak wiadomo, proces biologiczny z wykorzystaniem osadu czynnego wymaga dalszego oczyszczania poprzez recyrkulację świeżego osadu do zbiornika utleniającego w celu utrzymania równowagi w systemie. Część recyrkulowanego osadu jest usuwana jako nadmiar osadu w celu odwodnienia i wywiezienia. 

Im większa jest objętość wody przeznaczonej do odwadniania, tym kosztowniejszy będzie proces zagęszczania tych osadów, dlatego też flotacja DAF zyskuje przewagę nad sedymentacją wtórną, ponieważ zapewnia wyższą wydajność przy dużych obciążeniach, co przekłada się na mniejsze zapotrzebowanie na miejsce oraz znaczny wzrost (4- lub 5-krotny) stężenia w oddzielonych osadach.

Z drugiej strony, ponieważ uzyskuje się wodę o bardzo niskiej zawartości zawiesin i olejów resztkowych, można ją poddać procesowi ultrafiltracji w celu ponownego wykorzystania.

Ultrafiltracja to proces filtracji membranowej, w wyniku którego usuwane są zawieszone cząstki stałe, bakterie i wirusy. Ponadto uzyskuje się wodę wysokiej jakości o niskiej zawartości osadów.

Woda poddana ultrafiltracji może zostać ponownie wykorzystana lub, jeśli wymagają tego warunki w miejscu zastosowania, poddana dodatkowemu oczyszczaniu za pomocą membran do nanofiltracji lub odwróconej osmozy.

3. Oczyszczanie ścieków metodą MBR

Systemy MBR stanowią doskonałą alternatywę dla systemów z osadem czynnym, łącząc proces biodegradacji z separacją faz stałej i ciekłej poprzez filtrację membranową. Bioreaktory membranowe charakteryzują się doskonałą wydajnością w oczyszczaniu ścieków powstających podczas produkcji ryb i owoców morza. 

W wielu przypadkach, w zależności od dostępnej przestrzeni i poziomu zanieczyszczeń, instalacja systemu MBR stanowi najbardziej wydajne i opłacalne rozwiązanie.

System MBR składa się z bioreaktora tlenowego wyposażonego w układ napowietrzania oraz moduł ultrafiltracji (UF), przez który przepływa biomasa.

Ponieważ biomasa jest całkowicie zatrzymywana na membranie i ponownie wprowadzana do reaktora, osiąga się w nim bardzo wysokie stężenia (5-krotnie wyższe niż w systemach konwencjonalnych). Wynika to z krótkich czasów przebywania, niezwykłej zdolności do rozkładu, minimalnych wymagań przestrzennych oraz doskonałej jakości permeatu.

Kolejną zaletą większego stężenia biomasy jest możliwość łagodzenia skutków obciążenia zanieczyszczeniami bez powodowania jej uszkodzeń. Krótkotrwałe wahania stężenia BZT na poziomie do 10 g/l na wlocie do reaktora mają zaledwie nieznaczny wpływ na stężenie biomasy. Dzięki tej zdolności buforowej zapewniona jest stała jakość permeatu.  

W systemie MBR można osiągnąć szybkość natleniania na poziomie 200 mg O₂/l/h, co stanowi wartość znacznie wyższą niż w przypadku reaktorów konwencjonalnych. Dzięki całkowitemu zawieszeniu mikroorganizmów (bez tworzenia się kłaczków) uzyskuje się dużą powierzchnię, co pozwala mikroorganizmom na bezpośrednie wchłanianie tlenu przepływającego w medium najkrótszą drogą. Fakt ten umożliwia bakteriom wysokie tempo metabolizmu.

Połączenie technologii DAF i MBR w oczyszczaniu ścieków powstających podczas produkcji ryb i owoców morza

Kompletna linia oczyszczania ścieków pochodzących z przemysłu rybnego mogłaby składać się z oczyszczania wstępnego metodą flotacji z wykorzystaniem rozpuszczonego powietrza oraz systemu MBR, który można by uznać za oczyszczanie wtórne i trzeciorzędne. Woda uzyskana w ten sposób może być ponownie wykorzystana w wielu procesach przemysłowych, a ponadto jest przygotowana do oczyszczania za pomocą procesów końcowych, takich jak nanofiltracja/odwrócona osmoza lub wymiana jonowa.

Jak już wspomniano, ścieki są poddawane wstępnemu przesiewaniu, odtłuszczaniu i klarowaniu za pomocą separatora DAF.

Stąd woda trafia do reaktora, przechodząc wcześniej, w razie potrzeby, przez strefę beztlenowej denitryfikacji, gdzie następuje utlenianie substancji organicznych poprzez wprowadzenie powietrza.

Mieszanie objętości reaktora odbywa się za pomocą systemu napowietrzania. Na tym etapie szczególne znaczenie ma tworzenie się drobnych pęcherzyków, które mieszają się z całą oczyszczaną wodą ściekową. W systemie membran zanurzonych cyrkulacja objętości reaktora odbywa się w sposób ciągły przez komorę membranową (zbiornik) przyłączoną do reaktora napowietrzającego, w której membrany ultrafiltracyjne są wprowadzane bezpośrednio do biomasy.

Odsysanie membrany odbywa się przy minimalnym zużyciu energii dzięki pompie odśrodkowej z funkcją samozasysania. Pozwala to oddzielić przetworzoną i oczyszczoną biomasę od nieulegających jeszcze rozkładowi substancji organicznych o dużej masie cząsteczkowej.

Woda oczyszczona, składająca się z wody, soli i niebiodegradowalnych substancji o niskiej masie cząsteczkowej, opuszcza układ jako permeat, przechodząc przez wewnętrzną stronę membran pod wpływem podciśnienia. Z kolei osad (biomasa pochodząca ze zbiornika ultrafiltracji) jest ponownie wprowadzany do etapu denitryfikacji oraz do bioreaktora.

W firmie Sigmadaf stosujemy zarówno membrany UF z włóknami pustymi w środku i wolnymi głowicami górnymi, jak i nowo zaprojektowane płaskie membrany równoległe, które są zanurzane pionowo w zbiorniku membranowym wewnątrz biomasy.

Z dolnej części membran powietrze jest wdmuchiwane do wnętrza zbiornika, co powoduje nadciśnienie medium po stronie membrany, a jednocześnie utrzymuje biomasę w ruchu, zapobiegając tworzeniu się warstwy zanieczyszczeń.

Pompa nieustannie wypompowuje uzdatnioną wodę (permeat) z wnętrza membrany.

W razie potrzeby powierzchnię membrany można czyścić w regularnych, krótkich cyklach poprzez przepłukiwanie strumienia powrotnego permeatu. Minimalizuje to kosztowne i pracochłonne czyszczenie chemiczne oraz zapewnia stały przepływ. Korzystna modułowa konstrukcja membran pozwala na bardzo dużą gęstość montażu.

Proces MBR można kontrolować w taki sposób, aby ilość nadmiarowego osadu można było ograniczyć do 0,05–0,1 kg na kilogram usuniętego BZT (w procesie konwencjonalnym wartości te wynoszą zazwyczaj 1–3).

Poniżej przedstawiono schemat opisanego procesu.

Analiza przeprowadzona na ściekach z przemysłu rybnego, w ramach której wykorzystano linię do oczyszczania ścieków z filtrami DAF i systemem MBR.

Koncepcja	BZT₅ (mg/l) 2050 40 98	ChZT (mg/l)	SST (mg/l)	Oleje i tłuszcze (mg/l)	pH
Woda surowa	2050	4275	1850	942	5,5
Woda uzdatniona	40	128	9,3	41	6,5
% Zmiana zmiana zmiana zmiana zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm zm	98	97	99,5	95,6

4. Podsumowanie

Produkcja ryb i owoców morza stanowi jeden z filarów światowego przemysłu spożywczego. Z połowów ryb, owoców morza i innych zwierząt morskich wytwarza się wiele produktów i półproduktów, na które popyt stale rośnie. Jednak zużycie wody jest wysokie, podobnie jak poziom zanieczyszczeń zawartych w ściekach powstających w trakcie tych procesów.

Linie oczyszczania tych ścieków składają się zasadniczo z oczyszczania wstępnego z wykorzystaniem separatora DAF, a następnie z procesu biologicznego tlenowego oraz systemu membranowego UF z recyrkulacją i usuwaniem osadu (MBR).

System MBR firmy SIGMADAF stanowi idealne rozwiązanie do oczyszczania ścieków pochodzących z przemysłu rybnego. Jest to kompaktowa technologia, która zajmuje niewiele miejsca i działa z dużą wydajnością, co pozwala obniżyć koszty instalacji i zużycie energii.

Ponowne wykorzystanie części ścieków stanowi samo w sobie sposób na zwiększenie opłacalności procesów oczyszczania ścieków. Ponadto odzyskiwanie białek, tłuszczów i innych produktów ubocznych zawartych w ściekach jest realną opcją, ponieważ zawierają one duże ilości białek, olejów i minerałów o wysokiej wartości handlowej i odżywczej.

Wykorzystanie ścieków z przemysłu rybnego jako źródła związków bioaktywnych może pomóc w ochronie innych gatunków lub konwencjonalnych źródeł oraz przyczynić się do zapewnienia bezpieczeństwa żywnościowego. W ten sposób zwiększa się wartość dodaną odpadów i minimalizuje ich wpływ na środowisko. Celem jest promowanie kultury zrównoważonego rozwoju, która jednocześnie pozwoli przyczynić się do lepszego oczyszczania ścieków i obniżenia związanych z tym kosztów.                                                                                                                           

Bibliografia i źródła

Bioreaktor membranowy: etapy procesu, zalety i porównanie z systemami konwencjonalnymi | iAgua

Powstawanie produktów ubocznych przetwórstwa rybnego i możliwości ich wykorzystania. | Pobierz schemat naukowy (researchgate.net)

espesca.com/przemysł-rybny

https://es.scribd.com/presentation/92333892/La-Industria-Pesquera-02-1