Återvinning av organiskt avfall i avloppsvatten från livsmedelsindustrin och industrin

• 1. Introduktion till organiskt livsmedelsavfall och industriavfall
• 2. Egenskaper hos organiskt avfall som kan återvinnas
• 3. Processer för återvinning av organiskt avfall
• 4. Sammanfattning

1. Inledning om organiskt avfall från livsmedel och industri

En betydande del av de råvaror som används inom livsmedelsindustrin går förlorad i det avloppsvatten som uppstår under tillverkningsprocesserna.

Detta förekommer inom en rad olika verksamheter, såsom konservfabriker, frukt- och grönsaksförädlingsföretag, fiskindustrin, slakterier, mejerier och tillverkare av färdigmat.

Ett väl utformat vattenreningsverk gör det möjligt att återvinna dessa biprodukter, som kan användas inom djurfoder, tillverkning av funktionella ingredienser, produktion av biogas eller tillverkning av gödselmedel.

Följaktligen kan återvinning av massa, fibrer och proteiner ur avloppsvatten från livsmedelsindustrin ses som en miljöförbättring och en möjlighet att sänka kostnaderna, optimera resurserna och förbättra hållbarheten i den industriella processen.

Organiskt avfall uppstår främst vid tvättning, skalning, pressning, styckning, kokning, blanchering och rengöring av utrustning. Dessa processvatten innehåller fraktioner av fruktkött, växtfibrer, proteiner, fetter och lösliga sockerarter som, om de inte återvinns, avsevärt ökar föroreningsbelastningen i avloppsvattnet.

De processer där mest återvinningsbara råvaror spolas bort med vattnet är de som innefattar hydraulisk transport, våtmalning eller intensiv tvättning. I dessa fall innehåller avloppsvattnet betydande mängder växtmassa, fibrer eller proteiner som kan återvinnas genom siktning, flotation eller mekanisk separation.

Varje bransch har olika mängder råvaror som förs med i avloppsvattnet:

1. Mycket högt motstånd:

• Pappersindustrin. Innehåller fina cellulosafibrer som spolas med processvattnet.
• Stärkelseindustrin (potatis, majs m.m.). Rika på växtfibrer, stärkelse och växtproteiner.
• Bearbetning av frukt och grönsaker. Tar bort fruktkött, skal och växtfibrer.

2. Hög dragkraft:

• Slakterier. Proteiner (blod, muskelbitar, vävnader).
• Fiskindustrin. Lösliga proteiner och muskelfibrer.

3. Medelhög dragkraft:

Mejeribranschen. Fetter, vattenlösliga proteiner i tvättvatten och CIP-system.

Införandet av system för återvinning av råvaror och biprodukter förbättrar hållbarheten i den industriella processen, underlättar efterlevnaden av lagstiftningen och stärker företagens konkurrenskraft inom ramen för en cirkulär ekonomimodell.

2. Egenskaper hos organiskt avfall som kan återvinnas

Avfallet i dessa avloppsvatten har följande egenskaper:

• Höga halter av organiskt material och hög biologisk nedbrytbarhet.
• Typiska COD-värden mellan 2 000 och 20 000 mg/l.
• BOD₅ mellan 1 500 och 12 000 mg/l.
• Suspenderade fasta ämnen mellan 500 och 8 000 mg/l, beroende på sektor.
• Inom kött- och fiskeindustrin förekommer dessutom höga halter av fetter (200–3 000 mg/l) och organiskt kväve.
• I frukt och fruktjuicer dominerar socker och kostfiber, och pH-värdet är ofta surt. Inom mejerisektorn är laktos, lösliga proteiner och emulgerade fetter viktiga beståndsdelar.

I tabellen nedan redovisas de typiska analysresultaten för återvinningsbart avfall, uppdelat efter sektor:

Industri/processer	Avfall	DQO (mg/l)	BOD (mg/l)	TSS (mg/l)	FOG (mg/l)
Bearbetning av frukt och grönsaker ( tvättning, skalning, blanchering, malning, skärning och rengöring).	Fruktkött. Växtfibrer, lösliga sockerarter, stärkelse.	2 000–10 000	1 500–6 000	500–5 000
Köttbearbetning och slakterier ( avblodning, skållning, styckning, tillagning, tvätt och CIP).	Blod, fetter, proteiner, vävnader och kollagen.	5 000–20 000	3 000–12 000	1 000–8 000	200–3 000
Mejeriprodukter ( avvattning av ost, mjölkförluster, lackering och rengöring).	Laktos, proteiner (kasein, vassle), mjölkfetter. Upplösta fasta ämnen.	2 000–15 000	1 500–10 000	200–1 000	100–1 500
Fiskbearbetning ( rensning, filéning, tillagning, tvättning).	Proteiner, oljor, fiskbitar, fiskfjäll	4 000–15 000	2 500–10 000	200–1 500	300–2 500

Även om halterna av återvinningsbart material vanligtvis ligger mellan 0,1 % och 2 %, motsvarar dessa procentandelar betydande mängder återvinningsbart material när det rör sig om stora industriella flöden.

En adekvat analytisk karakterisering (COD, BOD₅, TSS, fetter, kväve och fosfor) är avgörande för att utforma system för selektiv återvinning som gör det möjligt att minska föroreningsbelastningen och utnyttja resurser med ekonomiskt värde före den biologiska reningen.

3. Processer för återvinning av organiskt avfall

Återvinningen av massa, fibrer, proteiner och fetter sker med hjälp av fysiska, fysikalisk-kemiska och avancerade separationstekniker, vilka vanligtvis tillämpas före den biologiska behandlingen. Valet beror på avfallets beskaffenhet (partikulärt, kolloidalt eller löst), dess koncentration och den avsedda användningen av biprodukten.

En vanlig behandlingsplan består i huvudsak av följande steg:

3.1.Förbehandling

Tekniker som siktning (0,25–1 mm) och galler (grova och fina) används för att återvinna växtmassa, fibrer, kötrester och grova fasta ämnen. Det är processer som är kostnadseffektiva och enkla att driva.

3.2. Fysikalisk-kemisk behandling

• Klarning: Används för att separera sedimenterbara och flytande fasta ämnen, framför allt inom vegetabilisk industri och i vissa köttbearbetningsprocesser, till exempel vid återvinning av fetter och proteiner på slakterier samt vid separering av fina fasta ämnen inom mejeri- och fiskerinäringen.
• Koagulering – flockning: Det är mycket vanligt att använda koaguleringsmedel (järnsalter, aluminium) och polymerer (polyelektrolyter) för att destabilisera kolloider och bilda avskiljbara flockar.
• Flotation med upplöst luft (DAF): Detta är en av de mest använda teknikerna inom livsmedelsindustrin. Separationsgraden är betydligt högre än hos sedimenteringsbassängerna (90–95 %), och det slam som bildas har mycket högre koncentrationer (3–4 %).

3.3. Koncentration av restprodukter

Det sorterade avfallet har en halvfast konsistens som försvårar hanteringen och upptar stora volymer, vilket gör att en koncentrations- eller avvattningsprocess krävs. De vanligaste systemen är:

• Centrifugering: Separerar fasta ämnen med hjälp av centrifugalkraft. De har en relativt hög energiförbrukning, men kännetecknas av hög verkningsgrad och kompakt konstruktion. Används vanligtvis för separation av fetter, koncentrering av proteiner och återvinning av fina fasta ämnen.
• Pressfilter: Dessa anläggningar består av plattor med filterdukar som utsätter slammet för höga tryck med hjälp av elektrohydrauliska enheter och avvattnar det genom filtrering. Torkningsgraden är hög (30–40 % torrsubstans), energiförbrukningen är måttlig och de används ofta för återvinning av avfall.

3.4. Specialteknik

När de ämnen som ska återvinnas förekommer i upplöst form eller är svåra att separera används system med högre separationskapacitet.

• Membranseparation, som kan vara mikrofiltrering (MF) för att kvarhålla mycket små fasta partiklar och bakterier, ultrafiltrering (UF) för återvinning av proteiner och makromolekyler (mycket vanligt vid bearbetning av mjölkserum), nanofiltrering (NF) eller omvänd osmos (RO) för koncentrering av lösta ämnen och återanvändning av vatten. De används på grund av sin höga selektivitet och för att man kan erhålla koncentrerade strömmar av högt värde.
• Termiska processer, såsom vakuumindunstning, kristallisation eller termisk torkning, som används när man vill framställa fasta biprodukter såsom proteinmjöl eller koncentrat. Dessa processer har hög energiförbrukning och används vanligtvis efter ett föregående koncentreringssteg.

Återvinningsteknikerna gör det möjligt att omvandla ett avfallsström till en källa till sekundärråvara.

En kombination av inledande mekanisk avskiljning, flotation med upplöst luft och, vid behov, membranteknik är oftast den mest effektiva lösningen för att maximera återvinningen och minimera belastningen på den biologiska reningen.

4. Sammanfattning

Avloppsvattnet från livsmedelsindustrin – frukt- och grönsaks-, kött-, mejeri-, fiskeri- och dryckesindustrin – innehåller värdefulla organiska fraktioner som hamnar i vattnet vid tvätt, skalning, pressning, styckning, tillagning och rengöring. Dessa avloppsströmmar uppvisar höga koncentrationer av organiskt material (vanligtvis COD mellan 2 000 och 20 000 mg/l), suspenderade fasta ämnen, fetter och proteiner, med hög biologisk nedbrytbarhet.

Även om procentkoncentrationerna av massa, fibrer, proteiner eller fetter oftast är relativt låga (i storleksordningen tiondelar till några procentenheter), innebär de stora industriella flödena att den totala återvinningsbara mängden blir betydande. Därför är den analytiska karakteriseringen (COD, BOD₅, fasta ämnen, fetter, kväve, fosfor och löslig/partikulär fraktion) avgörande för att fastställa återvinningsstrategin.

Genom att införa fysikaliska tekniker (siktning, filtrering, dekantering, flotation med upplöst luft), fysikalisk-kemiska tekniker eller membranseparation kan man återvinna användbara fraktioner före den biologiska behandlingen, vilket också avsevärt minskar reaktorns storlek, energiförbrukningen och slamproduktionen.

Återvinningen av organiskt avfall i avloppsvattnet är avgörande inom en cirkulär ekonomimodell. Detta avloppsvatten innehåller värdefulla beståndsdelar såsom massa, växtfibrer, fetter och proteiner, som kan separeras och återföras till produktionskedjan eller utnyttjas som biprodukter.

Litteraturlista och källor

Europeiska modeller för hantering och återvinning av livsmedelsavfall – Avfallshanterare

https://www.refood.es/wp-content/uploads/2023/05/ReFood_jerarquia-de-residuos-1200×440.png