Rening av avloppsvatten från mejeriindustrin

• 1. DAF-system för rening av avloppsvatten från mejeriindustrin
• 2. Rening av avloppsvatten från mejeriindustrin
• 3. Behandlingsalternativ
• 4. Rening av avloppsvatten från mejeriindustrin inför bortskaffande eller utsläpp
• 5. Rening av avloppsvatten från mejeriindustrin för återanvändning
• 6. DAF-system för hantering av avloppsvatten från mejeriindustrin
• 7. Produkter och tillämpningar

Mejeribranschen genererar stora mängder avloppsvatten, som uppstår både vid tillverkningen av produkterna och i förpackningsanläggningarna. Avloppsvattnet från mejeribranschen består av en blandning av vatten, fasta ämnen, fetter och rengöringsmedel. Mängden och egenskaperna hos avloppsvattnet från mejeriindustrin kan variera beroende på faktorer som vilken typ av mejeriprodukt som tillverkas, vilka bearbetningsmetoder som används och anläggningens storlek.

Avloppsvattnet från mejeriindustrin måste renas ordentligt innan det släpps ut, eftersom det innehåller höga halter av organiskt material, kväve och fosfor, vilket kan bidra till vattenföroreningar.

De viktigaste föroreningarna som förekommer i avloppsvattnet från mejeriindustrin är följande:

• Organiskt material: Avloppsvattnet från mejeriindustrin innehåller höga halter av organiskt material, däribland fetter, proteiner och laktos. Om detta organiska material inte behandlas på rätt sätt kan det bidra till att höja nivåerna av den biokemiska syreförbrukningen (BOD) och den kemiska syreförbrukningen (COD) i mottagande vattendrag, vilket kan minska halterna av löst syre och skada vattenlevande organismer.
• Näringsämnen: Avloppsvattnet från mejeriindustrin är rikt på näringsämnen som kväve och fosfor, vilka kan bidra till övergödning av mottagande vattendrag. Övergödning är den process där ett överskott av näringsämnen leder till snabb tillväxt av alger och andra vattenväxter, vilket i sin tur försämrar vattenkvaliteten, leder till syrebrist och orsakar fiskdöd.
• Sjukdomsalstrare: Avloppsvatten från mejeriindustrin kan innehålla bakterier, virus och andra mikroorganismer som kan utgöra en risk för människors hälsa om de intas eller inandas. Dessa sjukdomsalstrare kan härröra från djurens avföring, mänsklig avföring eller från kontaminerad utrustning eller ytor i mejerianläggningarna.
• Rengöringsmedel: Anläggningar för bearbetning av mejeriprodukter använder olika rengöringsmedel, såsom syror, alkalier och tvättmedel, för att rengöra och desinficera utrustning och ytor. Dessa medel kan vara skadliga för vattenlevande organismer och bidra till vattenföroreningar om de inte hanteras på rätt sätt.
• Antibiotika och hormoner: Avloppsvattnet från mejeriindustrin kan innehålla rester av antibiotika och hormoner som används för att behandla mjölkkor eller öka mjölkproduktionen. Dessa rester kan bidra till utvecklingen av antibiotikaresistenta bakterier och utgöra en risk för människors hälsa och miljön.

Sammansättningen av avloppsvattnet från mejeriindustrin varierar också avsevärt mellan olika produktkategorier.

Inom mejeriindustrin finns det en stor variation av produkter, främst pastöriserad och steriliserad mjölk, yoghurt, ost, grädde, smör, glass och mjölkpulver.

Analysen av avloppsvattnet spelar en viktig roll vid utformningen av reningssystemet. Koncentrationen av kemiskt syrebehov (KSB) i avloppsvatten från mejerier varierar avsevärt beroende på vilken produkt som tillverkas. Till exempel skiljer sig föroreningsbelastningen i avloppsvattnet från ett företag som tillverkar yoghurt avsevärt från föroreningsbelastningen hos ett företag som tillverkar ost. Eftersom yoghurtfabriker har låga halter av oljor och fetter samt låga COD-värden krävs vanligtvis endast fysikalisk och biologisk rening för att uppfylla utsläppsnormerna. Eftersom parametrarna för oljor och fetter samt KOI (Kjeldahls oxiderbart kväve) är höga i ostproduktionsanläggningar föredras dock i allmänhet enheter för fysikalisk, kemisk och biologisk behandling i småskaliga anläggningar.

I följande tabell anges de vanliga medel-, lägsta och högsta värdena för vissa viktiga parametrar och föroreningar, såsom BOD, COD, suspenderade ämnen, ammoniak och kväve.

Parameter	Högsta koncentration (mg/l)	Koncentration (mg/l) Min	Koncentration (mg/l) Genomsnitt
Ammonium N	100	5	25
BOD	6000	500	1800
DQO/DQOt	0.9	0.6	0.7
LösligaDQO	8000	600	2500
TotaltDQOt	9000	900	3500
Kväve (N)	8	2	6
Oljor och fetter	140	400	290
pH	6	5	5.5
Suspenderade fasta ämnen (SS)	800	100	400
Totalt kväve (TN)	200	10	110
Totalfosfor	100	10	36
Flyktiga suspenderade ämnen	500	150	350

Rening av avloppsvatten från mejeriindustrin

Många mejeriproducenter använder en kombination av fysiska, kemiska och biologiska reningsmetoder för att hantera sitt avloppsvatten. Dessa metoder omfattar bland annat klarning, filtrering, biologisk rening och avskiljning av näringsämnen.

Valet av teknik för hantering av avloppsvatten från mejeriindustrin beror på faktorer som avloppsvattnets volym och egenskaper, tillgången på resurser samt lokala bestämmelser. Det är avgörande att känna till avloppsvattnets sammansättning innan man kan utforma en reningsanläggning för mejeriindustrin på rätt sätt.

I allmänhet kan man använda en kombination av följande tekniker för att uppnå önskad reningsnivå och återanvändning eller utsläpp av avloppsvattnet:

• Fysikalisk-kemisk rening: Fysikalisk-kemiska reningsmetoder som koagulering, flockning och flotation med upplöst luft kan användas för att avskilja fasta ämnen, näringsämnen och metaller från avloppsvattnet. Dessa metoder går ut på att tillsätta kemikalier i avloppsvattnet för att bilda flockar, som sedan enkelt kan avlägsnas genom klarning.
• Anaerob nedbrytning: Anaerob nedbrytning är en biologisk process som omvandlar det organiska materialet i avloppsvattnet till biogas, som kan användas för energiproduktion. Denna process kan bidra till att minska det organiska innehållet i avloppsvattnet, eliminera patogener och generera förnybar energi.
• Aerob rening: Aerob rening innebär att man använder bakterier och syre för att bryta ned det organiska materialet i avloppsvattnet, vilket leder till att BOD- och COD-värdena i avloppsvattnet sänks och att patogener elimineras.
• Membranfiltrering: Membranfiltreringstekniker, såsom ultrafiltrering och omvänd osmos, kan användas för att avlägsna fasta ämnen, organiskt material, näringsämnen och patogener från avloppsvatten. Dessa tekniker kan vara effektiva för att producera avloppsvatten av hög kvalitet för återanvändning eller utsläpp.
• Avancerad oxidation: Avancerade oxidationstekniker, såsom ozon och väteperoxid, kan användas för att bryta ned organiskt material och patogener i avloppsvatten. Dessa tekniker kan vara effektiva för att producera avloppsvatten av hög kvalitet för återanvändning eller utsläpp.

Behandlingsprocess	Beskrivning	Värmeverkningsgrad (%)	Källor
Kemisk fällning	Järnsulfat och järnklorid som koaguleringsmedel.	BOD: 64 % (järnsulfat) och 85 % (järnklorid)	[25]
Kemisk fällning	Förbehandling med Ca(OH)₂ ochFeSO₄	Hög reningsgrad av kemisk syreförbrukning (KSB)	[26]
Koagulation	Alun och järnsulfat som koaguleringsmedel.	Alun var effektivare än järnsulfat och eliminerade 5 % mer COD än järnsulfat.	[27]
Koagulation	Järnklorid, aluminiumsulfat och kalciumklorid som koaguleringsmedel.	Kalciumhydroxid: organiskt material: 40 %, suspenderade fasta ämnen: 94 %, fosfor: 89 %	[28]
Koagulation	FeCl₃som koaguleringsmedel Förbehandling	Tillsatsen av 0,10–0,15 mgFeCl₃·6H₂O/mgCOD, eller cirka 0,20 mgAl₂(SO₄)₃·18H₂O/mgCOD, räckte för att uppnå en god avskiljning av organiskt material. Maximal avskiljningseffekt på 67 % till 90 % av den totala COD	[29]
Koagulering/flockning	FeCl₃,Fe₂(SO₄)₃och alun Förbehandling	FeCl₃och Fe₂(SO₄)₃: COD: >70 % Alun: COD: >65 %	[30]
Koagulering/flockning	FeCl₃som koaguleringsmedel	FeCl3 Svagt förorenat avloppsvatten: Dos: 550, 180, 180 mg/l KBE: 76, 88 respektive 82 % Starkt förorenat avloppsvatten: Dos: 500, 500, 500 mg/l KBE: 45, 28 respektive 29 %	[11]
Adsorption	Prisvärda adsorbenter såsom pulveriserat aktivt kol, bagass, halmpulver, sågspån, flygaska och kokosfiber.	TSS: Aktivt kol visade bättre reningsverkan	[31]
Adsorption	Lanthaum-modifierad bentonit som adsorbent	Fosfat: 100 % under de första 15 minuterna.	[32]
membranprocess	Omvänd osmos	95 % vattenåtervinning med ett genomsnittligt flöde på cirka 10–11l/h·m² TOC: 99,8 %, TKN: 96 %, konduktivitet: 97 % och laktos: 99,5 %	[33]
membranprocess	Omvänd osmos	Ledningsförmåga: 98,2 %, BOD: 97,8 %	[34]
membranprocess	Ultrafiltrering + omvänd osmos (avloppsvattnet har förbehandlats med koaguleringsmedel och PAC)	Avloppsvattnet från mejeriindustrin kan återvinnas och återanvändas	[35]
membranprocess	Membranbioreaktor + nanofiltrering	MBR: KBE: 98 %, näringsämnen: 86 % (86 % kväve och 89 % fosfor) NF: KBE: 99,9 %, TSS: 93,1 %	[36]
Elektrokoagulation		DQO: 98 % (under optimala förhållanden vid en elektrolystid på 7 minuter)	[16]
Elektrokoagulation	Löslig aluminiumanod vid användning.	Fosfor: 89 %, kväve: 81 %, COD: 61 %	[37]
Elektrokoagulation	järnelektroder	organiskt material: 97,4 % (vid ett slutligt pH på 7,4)	[38]
Kombinerat elektrodsystem	Elektroder av järn och aluminium.	20 minuters elektrolys räckte för att behandla COD.	[39]
Elektrokemisk oxidation	Anoder belagda med IrO2 -Pt/Ti	Efter 360 minuter hade 3700 mg/l COD avlägsnats vid en strömtäthet på 100mA/cm²med hjälp av enIrO₂/Ti-elektrod, och fullständig avfärgning uppnåddes på mindre än 60 minuter.	[40]
elektrokemisk process	Anoder belagda med Sn/Sb/Ni-Ti	COD: 98 % vid en strömtäthet på 50mA/cm²i 10 minuter	[41]
Elektrokoagulation	Aluminiumelektroder användes i närvaro av kaliumklorid som elektrolyt.	98,84 % avlägsnande av COD, 97,95 % avlägsnande av BOD₅, 97,75 % avlägsnande av SST och >99,9 % av bakteriella indikatorer vid 60 °C under 60 minuter.	[42]
Elektrokoagulation	Aluminiumplattor av likströmstyp användes som offerelektroder.	DQO: 87 % (de optimala värdena för strömstyrka, pH och elektrolystid vid 1070mg/dm³var 3 A, 9 och 75 minuter. Den genomsnittliga energiförbrukningen uppgick till 112,9 kWh/kg)	[43]

Behandlingsalternativ

Det finns olika åtgärder som kan vidtas när det gäller det avloppsvatten som genereras av mejeriindustrin.

• Lagra avloppsvattnet och skicka det till ett avfallshanteringsföretag. För producenter med stora mängder avloppsvatten, vilket ofta är fallet, är detta alternativ extremt kostsamt.
• Leda avloppsvattnet ut i avloppsnätet. I detta fall måste avloppsvattnet renas så att det uppfyller de utsläppskrav som gäller i det område där produktionsanläggningen är belägen.
• Utsläpp av avloppsvatten i naturen. Precis som i föregående fall måste det vatten som släpps ut i naturen renas så att det uppfyller de utsläppsgränser som fastställts i lag.
• Återanvändning av avloppsvatten. Det mest miljövänliga alternativet, men det kräver också installation av en mer avancerad och komplett avloppsreningsanläggning. Det återvunna vattnet kan återanvändas till exempelvis bevattning och tvätt.

Rening av avloppsvatten från mejeriindustrin inför bortskaffande eller utsläpp

Nedan beskrivs de steg som ingår i en vanlig process för att hantera de olika föroreningarna i avloppsvattnet från mejeriindustrin (näringsämnen, oljor och fetter, kemisk syreförbrukning (KSB), biologisk syreförbrukning (BSB), totalt suspenderat material (TS) samt organiska och oorganiska ämnen) inför utsläpp:

• pH-värdet justeras med hjälp av pH-regulatorer såsom kaustisk soda eller syra. Därefter bryts emulsionerna ned och de fasta ämnena fälls ut med hjälp av ett demulgeringsmedel.
• De viktigaste stegen i denna process är koagulering-flockning och flotation med upplöst luft. Avloppsvattnet koaguleras och pumpas sedan till en zon med långsam omrörning, där partiklarna klumpar ihop sig till större flockar genom flockning innan de behandlas i DAF-systemet.
• Bubblorna i luftflotationssystemet drivs av ett system för återvinning av upplöst luft, som blåser in det renade avloppsvattnet i luftflotationssystemet.
• Därefter passerar slammet genom filterpressen och bortskaffas i enlighet med miljökraven.

Om avloppsvattnet ska släppas ut i naturen måste reningsverket förses med ett biologiskt reningssystem innan vattnet släpps ut.

Rening av avloppsvatten från mejeriindustrin för återanvändning

Om man vill få vatten av hög kvalitet för återanvändning i produktionsprocessen måste avloppsreningsverket inom mejeriindustrin omfatta några ytterligare steg. En vanlig process för att få återanvändbart vatten av hög kvalitet ser ut så här:

• Siktning: Det första steget i processen består i att sila avloppsvattnet för att avlägsna stora partiklar och avfall som kan täppa till hjälputrustningen. För detta ändamål används vanligtvis en mekanisk sil eller en stängsil.
• Flotation med upplöst luft (DAF): Därefter leds avloppsvattnet till ett DAF-system, där mikrobubblor används för att separera suspenderade fasta ämnen och fetter från vattnet. De fasta ämnena och fetterna stiger upp till vattenytan och skummas bort, vilket resulterar i ett renat utflöde.
• Biologisk rening: Det avloppsvatten som erhålls efter reningen i DAF-anläggningen leds vidare till ett biologiskt reningssystem, till exempel en process med aktivt slam, där bakterier och andra mikroorganismer används för att bryta ned det organiska materialet i vattnet. Denna process kan avlägsna näringsämnen som kväve och fosfor från vattnet.
• Membranfiltrering: Vattnet leds till ett membranfiltreringssystem, som vanligtvis består av en ultrafiltreringsenhet följd av omvänd osmos, för att avlägsna alla rester av fasta ämnen, näringsämnen och patogener från vattnet. Detta steg ger ett avloppsvatten av hög kvalitet som kan återanvändas för icke-dricksvattenändamål, såsom bevattning eller rengöring.
• Desinfektion: Vattnet kan desinficeras före återanvändning med hjälp av metoder som ultraviolett ljus (UV) eller klor för att eliminera eventuella rester av patogener och säkerställa att vattnet är säkert att återanvända.
• Lagring och återanvändning: Därefter lagras det renade vattnet i en tank eller behållare och återanvänds för icke-dricksvattenändamål, såsom bevattning, kylning eller rengöring.

Denna process kan producera vatten av hög kvalitet som kan återanvändas på plats, vilket minskar behovet av sötvatten och skyddar miljön.

Anläggningar för flotation med upplöst luft (DAF) för hantering av avloppsvatten från mejeriindustrin

System för flotation med upplöst luft (DAF) kan användas för att rena avloppsvatten från mejeriindustrin och är ett vanligt val för många mejeriproducenter. DAF-tekniken är en fysikalisk separationsprocess som använder mikrobubblor av luft för att separera suspenderade fasta ämnen och fetter från avloppsvattnet. Mikrobubblorna fäster vid suspenderade fasta ämnen och fetter och får dem att flyta upp till ytan av avloppsvattnet, där de kan skummas bort.

DAF-system är mycket effektiva när det gäller att avskilja fasta ämnen och fetter från avloppsvatten från mejeriindustrin, vilket kan sänka BOD- och COD-värdena i utflödet. På så sätt blir avloppsvattnet lämpligt för återanvändning eller utsläpp i naturen. Dessutom är hanteringen och underhållet av DAF-system relativt enkelt.

Dessa anläggningar kan fylla olika funktioner beroende på mjölkproducentens specifika behov och utformningen av hans eller hennes avloppsreningssystem. DAF-system kan användas som ett fristående reningssystem för avloppsvatten från mejeriindustrin eller som en del av en mer omfattande reningskedja som inkluderar andra reningstekniker.

I vissa fall används DAF-system som ett steg i den primära reningen för att avlägsna fasta ämnen och fetter från avloppsvattnet från mejeriindustrin innan det behandlas med ytterligare tekniker, såsom aerob eller anaerob rötning, membranfiltrering eller kemisk behandling. I denna konfiguration fungerar DAF-systemet som en förbehandlingsfas som minskar det organiska innehållet i avloppsvattnet, vilket underlättar och effektiviserar behandlingen i efterföljande processer.

I andra fall används DAF-system som fristående reningssystem, där avloppsvattnet släpps ut direkt i naturen eller återanvänds på plats för icke-dricksvattenändamål, såsom bevattning eller rengöring. I denna konfiguration måste DAF-systemet uppnå en högre reningsgrad för att uppfylla lokala bestämmelser och skydda miljön och folkhälsan.

Koagulerings-/flockningsprocesser

I de flesta reningssystem för avloppsvatten från mejerier sker utfällning och koagulering-flockning samtidigt och genomförs innan avloppsvattnet leds in i systemet för flotation med upplöst luft.

Koagulerings- och flockningsprocesser används i huvudsak för att separera suspenderade, kolloidala och lösta ämnen från avloppsvattnet och tillämpas direkt på orenat avloppsvatten. Processen delas in i två kategorier:

• Koagulering är den kemiska process som används för att avlägsna fasta ämnen från vatten genom att påverka de elektrostatiska laddningarna hos partiklarna i vattnet. I denna process tillförs små, starkt laddade molekyler till vattnet för att destabilisera laddningarna hos partiklarna, kolloiderna eller de fettartade ämnena i suspensionen.
• Flockning, vilket gör att de destabiliserade partiklarna klumpar ihop sig till större flockar och lätt kan separeras i flotationssystemet.

Produkter och tillämpningar

De föreslagna lösningarna kan med framgång tillämpas vid rening av avloppsvatten som uppstår vid tillverkningen av alla mejeriprodukter.

Mejeribranschen tillverkar ett brett utbud av produkter baserade på mjölk och mjölkingredienser. Några av de vanligaste mejeriprodukterna är följande:

• Mjölk: detta är mejeriindustrins mest grundläggande och centrala produkt. Den används både som dryck och som ingrediens i andra produkter.
• Ost: Ost tillverkas genom att man koagulerar mjölkens proteiner och separerar ostmassan från vasslen. Därefter pressas, formas och mognar ostmassan för att skapa olika ostsorter, såsom cheddar, mozzarella och parmesan.
• Smör: Smör framställs genom att vispa grädde för att separera fettet från vätskan. Det används som smörgåspålägg och som ingrediens i matlagningen.
• Yoghurt: Yoghurt tillverkas genom att mjölk fermenteras med bakterier, som omvandlar laktos till mjölksyra. Detta ger yoghurten dess karakteristiska syrliga smak och krämiga konsistens.
• Glass: Glass tillverkas genom att man blandar mjölk, grädde, socker och smaksättare och fryser blandningen under omrörning för att få en mjuk och krämig konsistens.
• Vassleprotein: Vassleprotein är en biprodukt från osttillverkningen, som är rik på protein och används som kosttillskott.
• Mjölkpulver: Mjölkpulver framställs genom att vattnet avlägsnas från mjölken och de kvarvarande fasta beståndsdelarna torkas. Det används som ett praktiskt och hållbart alternativ till färsk mjölk.
• Kondenserad mjölk: Kondenserad mjölk framställs genom att man avlägsnar större delen av vattnet ur mjölken och tillsätter socker. Den används som sötningsmedel och ingrediens i desserter och bakverk.
• Grädde: Grädde är det fettrika skikt som samlas på ytan av mjölken. Den används som tillbehör och som ingrediens i matlagningen.
• Kondenserad mjölk: Kondenserad mjölk framställs genom att man värmer mjölk tills cirka 60 % av vattnet har avdunstat. Den har en lätt karamelliserad smak och en tjockare konsistens än vanlig mjölk, och används ofta i recept på tårtor, kakor och andra desserter.