Avloppsrening inom fisk- och skaldjursproduktion

• 1. Sammansättning av avloppsvatten från fisk- och skaldjursindustrin
• 2. Avloppsrening och återvinning av biprodukter inom fisk- och skaldjursindustrin
• 3. Avloppsrening med MBR
• 4. Slutsats

1. Sammansättning av avloppsvatten från fisk- och skaldjursindustrin

Tillverkningsprocessen för fisk och skaldjur är inte enhetlig utan varierar avsevärt beroende på vilken slutprodukt som ska säljas. De vanligaste processerna är följande:

Var och en av dessa steg genererar en viss typ av avloppsvatten, vilket innebär att egenskaperna hos det avloppsvatten som produceras inom fisk- och skaldjursindustrin varierar kraftigt beroende på slutprodukten och de processer som den har genomgått.

Fisk som är avsedd enbart för distribution och konsumtion genomgår endast en behandling som består av tvätt, rengöring, lagring och kylning. Det avfall som uppstår är ett avloppsvatten som innehåller vatten, blod och fasta fiskrester.

När det gäller produkter som konserver, saltade varor, rökt kött m.m. kommer avloppsvattnet att innehålla höga halter av COD, SS samt oljor och fetter, och dessutom de ämnen som använts vid bearbetning och konservering.

Man bör även beakta det avloppsvatten som uppstår vid rengöring av industrianläggningar, vilket innehåller svävande partiklar, oljor och fetter, samt de kemikalier som används vid rengöringen.            

Avloppsvattnet från denna industri kan karakteriseras utifrån dess fysikalisk-kemiska parametrar samt halterna av organiska ämnen, kväve och fosfor. De viktigaste variablerna för att bedöma föroreningsgraden är:

• Biologisk syreförbrukning (_BOD5)
• Kemisk syreförbrukning (KSB)
• Totalt suspenderat fast material (TS)
• Fetter och oljor
• pH.

I följande tabell visas de vanliga föroreningsnivåerna i avloppsvatten som uppstår vid produktion av fisk och skaldjur:

pH	COD (mg/l)	BOD5 (mg/l)	TSS (mg/l)	Karboner och fetter (mg/l)
5,5 – 9	2000–5000	800–2500	700–2000	100–1000

Trots att sammansättningen varierar är det uppenbart att dessa utsläpp innehåller höga halter av SST, oljor, fetter och biologiskt nedbrytbart organiskt material, vilka vida överskrider de gränsvärden som fastställts i avloppsvattenlagstiftningen.

De oljor och fetter som finns i dessa avloppsvatten, och som härrör från själva fiskbearbetningen, tenderar att flyta upp till ytan och därmed påverka syreupptaget i vattnet. Kväve och fosfor är å sin sida näringsämnen som kan orsaka algblomning och påverka vattenlevande organismer om halterna överskrider de tillåtna gränsvärdena.

Fisk- och skaldjursindustrin förbrukar stora mängder vatten, varför det är avgörande att säkerställa att de införda reningsmetoderna är tillräckliga för att uppfylla utsläppsgränserna och även för att återanvända en del av vattnet i olika processer och verksamheter inom själva industrianläggningarna.

2. Avloppsrening och återvinning av biprodukter inom fisk- och skaldjursindustrin

Avloppsvattnet från fisk- och skaldjursindustrin är en rik källa till en mängd olika kemiska föreningar av industriellt intresse, varför behandlingen av det har två syften:

• Att avskilja föroreningar som kan ha en negativ inverkan på de marina ekosystemen. 
• Att återvinna vissa värdefulla ämnen som finns i vattnet, såsom olja, fett och vissa typer av fasta ämnen, som sedan omvandlas till fiskmjöl och andra biprodukter.

Förbehandlingen av avloppsvattnet är avgörande för den efterföljande återvinningen av dessa biprodukter. De vanligaste teknikerna för denna förbehandlingsfas är siktning och flotation med upplöst luft, eftersom de gör det möjligt att avskilja mer än 90 % av de fasta ämnena och oljorna i avloppsvattnet.

De extraherade proteinerna koncentreras därefter med hjälp av olika metoder, varav de vanligaste är ultrafiltrering och vakuumindunstning.

Dessutom finns det andra tekniker, såsom membranbioreaktorer, som i kombination med andra processer möjliggör återvinning av dessa biprodukter samtidigt som de förbättrar de näringsmässiga, funktionella och biologiska egenskaperna hos proteinkoncentraten i avloppsvattnet, vilket underlättar återanvändningen av dem inom livsmedels-, agrokemikalie- och läkemedelsindustrin. 

Ett avloppsreningsverk för fisk- och skaldjursindustrin omfattar vanligtvis följande processer:

• Screening
• DAF-systemet
• Aerob biologisk reaktor med aktivslam, eller MBR-system
• Ultrafiltrering eller vakuumindunstning

Flotation med upplöst luft (DAF) är en effektiv metod för rening av avloppsvatten. Ett DAF-system separerar effektivt suspenderade fasta ämnen, olja, fett och andra föroreningar som finns i avloppsvattnet. De fasta partiklarna fäster sig vid mikrobubblor av inblåst luft och stiger upp till ytan, där de flyter och bildar ett slam som avlägsnas från anläggningen med hjälp av mekaniska skrapningssystem. 

Efter förbehandlingen med DAF kvarstår en betydande del av COD i avloppsvattnet, och i detta skede är det svårt att rena vattnet med fysikalisk-kemiska metoder. Det är inte heller lämpligt att direkt tillämpa en behandling med mikro- och ultrafiltreringsmembran, eftersom endast de större molekylerna kan separeras och membranen dessutom snabbt kan täppas igen på grund av de återstående föroreningsbelastningarna.

För att behandla de organiska belastningar som vanligtvis förekommer i detta processsteg, och med hänsyn till den höga biologiska nedbrytbarhet som normalt konstateras i dessa avloppsvatten, rekommenderas en aerob biologisk behandling med aktivslam. På detta sätt oxideras molekylerna av organiskt material, vilket leder till en betydande minskning av BOD (ca 90 %).

Som bekant kräver den biologiska processen med aktivslam en efterrening, där nytt slam återförs till oxidationsbassängen för att upprätthålla balansen i systemet. En del av det återförda slammet avskiljs som överskottsslam för avvattning och borttransport. 

Ju större volym vatten som ska avvattnas, desto dyrare blir koncentrationsprocessen för detta slam. Därför har DAF-flotation blivit det dominerande alternativet framför sekundär sedimentering, eftersom det ger bättre prestanda vid höga belastningar, vilket innebär mindre utrymmesbehov och en betydligt högre koncentration (4–5 gånger högre) i det avskilda slammet.

Eftersom vattnet har ett mycket lågt innehåll av suspenderade fasta ämnen och spillolja kan det dessutom genomgå en ultrafiltreringsprocess för att återanvändas.

Ultrafiltrering är en membranfiltreringsprocess som avlägsnar suspenderade fasta ämnen, bakterier och virus. Dessutom ger den vatten av hög kvalitet med låg sedimenthalt.

Det ultrafiltrerade vattnet kan återanvändas, eller om användningsområdet så kräver kan det genomgå ytterligare rening med hjälp av nanofiltrerings- eller omvänd osmosmembran.

3. Avloppsrening med MBR

MBR-system är ett utmärkt alternativ till system med aktivslam, eftersom de kombinerar biologisk nedbrytning med separering av fasta ämnen och vätska genom membranfiltrering. Membranbioreaktorer ger utmärkta resultat vid rening av avloppsvatten från produktion av fisk och skaldjur. 

I många fall, och beroende på tillgängligt utrymme och föroreningsbelastningen, är installation av ett MBR-system den mest effektiva och kostnadseffektiva lösningen.

Ett MBR-system består av en aerob bioreaktor med en luftningsanordning och en ultrafiltreringsenhet (UF) genom vilken biomassan återcirkuleras.

Eftersom biomassan helt kvarhålls i membranet och återförs till reaktorn uppnås mycket höga koncentrationer i reaktorn (fem gånger högre än i konventionella system). Detta beror på korta uppehållstider, en enastående nedbrytningsförmåga, minimalt utrymmesbehov och en utmärkt kvalitet på permeatet.

En ytterligare fördel med den högre biomassakoncentrationen är möjligheten att dämpa effekterna av föroreningsbelastningen utan att skada den. Korta fluktuationer på upp till 10 g/l BOD vid reaktorns inlopp påverkar knappt biomassakoncentrationen. Tack vare denna buffertkapacitet garanteras en jämn kvalitet på permeatet.  

I ett MBR-system är det möjligt att uppnå en syresättningshastighet på 200 mg O2/l/h, vilket är ett betydligt högre värde än det som uppnås i konventionella reaktorer. Tack vare att mikroorganismerna är helt suspenderade (utan bildning av flockar) uppnås en stor yta, vilket gör att syret som strömmar i mediet kan absorberas av mikroorganismerna direkt via den kortaste vägen. Detta möjliggör en hög ämnesomsättning hos bakterierna.

En kombination av DAF och MBR för rening av avloppsvatten från fisk- och skaldjursproduktion

En komplett reningslinje för att behandla avloppsvatten från fiskerinäringen skulle kunna bestå av en primärrening genom flotation med upplöst luft samt ett MBR-system som kan betraktas som sekundär- och tertiärrening. Det vatten som erhålls på detta sätt kan återanvändas i många processer inom själva industrin och är dessutom förberett för att renas genom finreningsprocesser såsom nanofiltrering/omvänd osmos eller jonbyte.

Som nämnts genomgår avloppsvattnet en första filtrering, avfettning och klarning med hjälp av en DAF-flotationsanläggning.

Härifrån leds vattnet in i reaktorn, efter att först ha passerat genom den anoxiska denitrifikationszonen, om så krävs, där de organiska ämnena syresätts genom tillförsel av luft.

Omrörningen av reaktorvolymen sker med hjälp av luftningssystemet. I detta skede är det särskilt viktigt att det bildas små bubblor som blandas med hela det avloppsvatten som ska renas. I ett system med nedsänkta membran sker cirkulationen av reaktorvolymen kontinuerligt genom membrankammaren (tanken) som är ansluten till luftningsreaktorn, där ultrafiltreringsmembranen förs direkt in i biomassan.

Membranets sugkraft åstadkoms med minimal energitillförsel från en självsugande centrifugalpump. Detta separerar den behandlade och renade biomassan från de organiska ämnen med hög molekylvikt som ännu inte har brutits ned.

Det renade vattnet, som består av vatten, salter och icke-biologiskt nedbrytbara ämnen med låg molekylvikt, leds ut ur systemet som permeat genom membranens insida med hjälp av undertryck. Samtidigt återförs slammet (biomassan från ultrafiltreringstanken) till denitrifikationssteget och till bioreaktorn.

På Sigmadaf använder vi både UF-membran av ihåliga fibrer med fria övre ändar och parallella planmembran av ny konstruktion, som sänks ned vertikalt i membranbehållaren mitt i biomassan.

Från membranens undersida blåses luft in i behållaren, vilket skapar ett övertryck i mediet mot membranet och samtidigt håller biomassan i rörelse för att förhindra att det bildas ett igensättande skikt.

En pump pumpar kontinuerligt ut det renade vattnet (permeatet) från membranets insida.

Membranytan kan vid behov rengöras genom regelbundna korta cykler där permeatreturen spolas igenom. Detta minimerar kostsamma och arbetskrävande kemiska rengöringar och säkerställer ett jämnt flöde. Membranens fördelaktiga modulära konstruktion möjliggör en mycket hög monteringsdensitet.

MBR-processen kan styras så att mängden överskottsslam kan minskas till 0,05–0,1 kg/kg avlägsnat BOD (värden på 1–3 är normala i den konventionella processen).

Nedan visas ett diagram över den beskrivna processen.

Analys av avloppsvatten från fiskerinäringen, där en reningslinje med DAF och MBR har använts.

Koncept	BOD5 (mg/l) 2050 40 98	COD (mg/l)	SST (mg/l)	Oljor och fetter (mg/l)	pH
Råvatten	2050	4275	1850	942	5,5
Renat vatten	40	128	9,3	41	6,5
% Procentprocentprocentprocentprocentprocentprocentprocentprocentprocentprocentprocentprocentprocentprocentprocentprocent	98	97	99,5	95,6

4. Slutsats

Produktionen av fisk och skaldjur är en av hörnstenarna i den globala livsmedelsindustrin. Från fångsten av fisk, skaldjur och andra havsdjur framställs ett stort antal produkter och biprodukter som efterfrågan på ökar. Vattenförbrukningen är dock hög, liksom halten av föroreningar i det avloppsvatten som uppstår i samband med dessa processer.

Reningsprocessen för detta avloppsvatten består i huvudsak av en primärrening med en DAF-flotationsanläggning, följt av en aerob biologisk process och ett UF-membransystem med återcirkulation och slamuttag (MBR).

SIGMADAF:s MBR-system är en idealisk lösning för rening av avloppsvatten från fiskerinäringen. Det är en kompakt teknik som kräver liten yta för installation och fungerar mycket effektivt, vilket minskar både installations- och energikostnaderna.

Återanvändningen av en del av avloppsvattnet innebär i sig ett sätt att få avkastning på reningsprocesserna. Dessutom är återvinning av proteiner, fetter och andra biprodukter som ingår i avfallet ett genomförbart alternativ, eftersom dessa innehåller höga halter av proteiner, oljor och mineraler med stort kommersiellt och näringsmässigt värde.

Genom att utnyttja avloppsvatten från fiskerinäringen som källa till bioaktiva ämnen kan man bidra till bevarandet av andra arter eller konventionella källor samt till livsmedelssäkerheten. På så sätt ökar man avfallets mervärde och minimerar dess miljöpåverkan. Målet är att främja en kultur av hållbar utveckling, vilket samtidigt bidrar till en bättre behandling av avloppsvatten och minskar de kostnader som detta medför.                                                                                                                           

Litteraturlista och källor

Membranbioreaktor: processsteg, fördelar och jämförelse med konventionella system | iAgua

Biprodukter från fiskförädling och möjligheter till slutlig användning. | Ladda ner vetenskapligt diagram (researchgate.net)

fiske.com/fiskebranschen

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