تصفیه فاضلاب صنایع نان و شیرینی
صنعت نان و شیرینی یکی از مهمترین صنایع مواد غذایی در جهان است. بهمین دلیل تصفیه فاضلاب صنایع نان و شیرینی بسیار مهم است. بطور معمول محصولات نانوایی به گروه های انواع نان، انواع کلوچه و محصولات ویژه مثل کیک دسته بندی می کنند.
تجهیزات اصلی تولید نان شامل آسیاب، اختلاط، ماشین خمیرساز، تخمیرکننده، آون نان ( تنور )، مرحله سرد کردن و بویلرها هستند.
فرآیندهای اصلی تولید نان و شیرینی شامل آسیاب کردن، اختلاط، تخمیر، پختن و ذخیره سازی هستند. آرد، مخمر، نمک، آب و روغن / چربی مواد اصلی مصرفی در تولید این محصولات هستند. در حالیکه بهبود دهنده های نان ( عوامل اصلاح کننده آرد )، ویتامین C و محافظت کننده ها نیز در فرآیندهای تولید نان صنعتی به کار می روند.
آرد از گندم که سرشار از پروتئین و گلوتن است تولید می گردد. مخمر برای تخمیر بی هوازی به کار می رود. در این فرآیند دی اکسید کربن تولید می گردد. اضافه کردن مقداری نمک باعث ایجاد طعم مطبوع در نان می گردد. همچنین نمک به فرآیند تخمیر کمک کرده و باعث افزایش حجم و بافت نان می شود. مقدار کمی روغن گیاهی باعث نرم شدن محصول و عبور سریع آن از فرآیند تولید می گردد. یکی از اجزا مهم تولید نان آب است که برای تولید خمیر به کار می رود. بایستی درصد مناسبی از آب در تولید نان خوب به کار رود. ویتامین C که یک اصلاح کننده نان است به خمیر قوام داده و باعث بالا آمدن خمیر در خمیرگیر می گردد.
برای اطمینان از تازگی و جلوگیری از کهنگی و بیات شدن نان از ترکیبات نگهدارنده مثل اسیداستیک استفاده می شود. بطور معمول نسبت آرد به آب برابر 10:6 است.
منابع تولید فاضلاب در صنایع نان و شیرینی
صنایع نان و شیرینی یکی از پرمصرف ترین آب در بین صنایع است. بیش از نیمی از این آب به فاضلاب تبدیل می گردد. منبع اصلی فاضلاب در این صنایع، شست و شوی دستگاه ها و کف سالن است. این نوع فاضلاب ها دارای خصوصیات بار آلی بالا، تغییرات شدید دبی و غنی از روغن و گریس هستند. آرد، شکر، روغن، گریس و مخمر از ترکیبات اصلی پسماندهای تولیدی هستند.
نسبت آب مصرفی به محصول تولیدی در بیشتر صنایع غذایی برابر 10 است. این نسبت در صنایع شیمیایی 5 و کاغذ و نساجی 2 است. به طور معمول نیمی از آب به کار رفته در این صنعت در خط تولید مصرف شده و مابقی آن برای شستشوی تجهیزات، کف سالن های تولید و مخازن به کار می رود.
مقادیر متداول فاضلاب تولیدی در جدول زیر ارائه شده است. محصولات مختلف میزان مصرف آب متفاوتی دارند. همونطور که از جدول زیر مشخص است تولید کلوچه باعث ایجاد فاضلاب بیشتری می گردد. مقادیر هر یک از پارامترهای کیفی در خطوط تولید مختلف، تا حدود زیادی متفاوت هستند.
مشخصات فاضلاب صنایع نان و شیرینی
| نوع خط تولید | محصولات | فاضلاب تولیدی L/Tone production | COD Kg/Tone production | میزان نقش در تولید COD % |
|---|---|---|---|---|
| نان | نان و نان باگت | 230 | 1/5 | 63 |
| کلوچه | انواع کلوچه | 6000 | 18 | 29 |
| محصولات ویژه | کیک، بیسکویت و غیره | 74 | - | - |
مشخصات فاضلاب صنایع نان
فاضلاب ناشی از کارخانجات کیک پزی قوی تر از فاضلاب کارخانجات تولید نان است. فاضلاب تولیدی در این صنایع در دامنه اسیدی تا خنثی است. جامدات معلق کارخانجات کیک پزی بسیار زیاد است.
گریس ناشی از صنایع تولید نان معمولا بالا است که ناشی از عملیات تولید است. بار آلی و دبی فاضلاب تولیدی در این صنعت تا حدود زیادی به عملیات بهره برداری بستگی دارد.
همچنین تعداد کارگران و وسعت کارخانه نیز در مقدار فاضلاب تولیدی موثر هستند. معمولا در کارخانه های تولید نان پس از پایان کار، کف سالن تولید قبل از شستشو جارو می گردد. بنابراین فاضلاب ناشی از این واحدها معمولا ضعیف بوده و حاوی آرد و روغن است. در حالیکه فاضلاب ناشی از تولید کیک حاوی روغن، آرد، شکر، مواد پر کننده و پاک کننده است. شدت فاضلاب در شرایط بهره برداری مختلف متغیر است.
فاضلاب نانوایی از نظر مواد مغذی فقیر است. وجود روغن و گریس، انتقال اکسیژن به محیط آبی را کاهش می دهد. سمیت ناشی از پاک کننده های بکار رفته در شستشو، راندمان تصفیه بیولوژیکی را کاهش می دهد. بنابراین همیشه پیش تصفیه این فاضلاب ها ضروری است.
تصفیه فاضلاب صنایع نان
معمولا پسماندهای تولیدی در صنعت نان غیر سمی هستند و به سه شکل جامد، مایع و گاز وجود دارند. آلاینده های آلی در فاز مایع به مقدار زیادی وجود دارند که در نتیجه مقادیر عوامل کیفی BOD،COD، چربی روغن و گریس و SS بالا هستند. فاضلاب این صنعت معمولا با بکارگیری فرآیندهای مختلف فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیکی قابل تصفیه است.
خصوصیات کیفی فاضلاب صنایع تولید نان
| نوع نانوایی | pH | (BOD (mg/L | (SS (mg/L | (TS (mg/L | (FOG (mg/L |
|---|---|---|---|---|---|
| TS نان | 6/9-7/8 | 155-620 | 130-150 | 708 | 60-68 |
| کارخانه کیک | 4/7-8/4 | 2240-8500 | 963-5700 | 4238-5700 | 400-1200 |
| کارخانجات مختلف نان | 5/6 | 1600 | 1700 | 630 | |
| کارخانجات غیر اختصاصی | 4/7-5/1 | 1160-8200 | 650-13430 | 1070-4490 |
فرآیند تصفیه فاضلاب
1- پیش تصفیه
- آشغال گیری
- متعادل سازی و خنثی سازی
- حذف روغن و چربی و گریس
- انعقاد و لخته سازی
- ته نشینی
- شناورسازی به کمک هوای محلول
سيستمهاي پيش تصفيه فاضلاب صنایع نان و شیرینی
تصفيه مقدماتي و تصفيه اوليه يك سري از عمليات فيزيكي و شيميايي هستند كه ضمن حذف بعضي از مواد موجود در فاضلاب، آن را براي تصفيه بيشتر آماده مي كنند. معمولاً مراحل تصفيه بـه ترتيـب عبـارت از آشـغال گيري، متعادل سازي و خنثي سازي، يك واحد اختياري حذف FOG ،يك واحد اختياري اسيدي كردن، انعقاد – ته نشيني و شناورسازي با هواي محلول هستند.
در تصفيه فاضلاب صنايع توليد نان معمولاً هميشه پيش تصفيه نياز است. زيرا فاضلاب ايـن صـنعت همـواره حاوي غلظت هاي بالايي از جامدات معلق و روغن و چربي است. پيش تصفيه ميزان بارگذاري فراينـدهاي تصـفيه بيولوژيكي يا شيميايي كه پس از آن قرار گرفته اند را كاهش مي دهد. همچنـين يـن كـار از تجهيـزات فراينـدها محافظت نموده و باعث افزايش عمر مفيد آنها مي گردد. بعلاوه، پيش تصفيه از لحـاظ اقتصـادي، در مقايسـه بـا تصفيه بيولوژيكي و شيميايي مقرون به صرفه تر است.
تعادل سازي و خنثي سازي
دركارخانجات توليد نان، ميزان جريان فاضلاب و ميزان بارگذاري در طي زمان توليد بسيارمتغير است. از لحاظ اقتصادي، اسـتفاده از حـوض متعـادل سـازي بـراي تصـفيه فاضلاب هاي صنعتي ضروري است. پيش بيني زمان هاي ماند طولاني در حوض متعادل سازي باعث ايجاد شرايط بي هوازي در اين واحد مي گردد. ايجاد بوهاي نامطبوع از مشكلات متداول در طي بهره برداري از اين تأسيساتي است.
آشغالگيري
آشغالگيري براي حذف ذرات درشت از فاضلاب ورودي بـه كـار مـي رود. در ايـن مرحلـه، انـواع مختلفـي از آشغالگيرها بكار گرفته مي شوند. منافذ اين آشغالگيرها از چند متغيرند. آشغالگيرهاي دهانه ريز داراي سوراخ هايي به اندازهي كمتر از mm 6 هستند. سـوراخ هاي ريزتـر باعـث راندمان حذف بيشترمي شوند.
اما بايستي توجه داشت كه اين نوع آشغالگيرها با مشكلاتي از قبيل گرفتگي و افت فشار بالا روبرو خواهند بود. در ساخت آشغالگيرهاي دهانه ريز از مواد ضد زنگ استفاده مي شود.
پارامترهاي اصلي طراحي آشغالگيرها شامل سرعت، انتخاب نوع منافذ و افت فشار ايجاد شـده حـين عبـور از آشـغالگير هسـتند. عمليات تميز كردن و دفع پسماندها نيز بايستي مد نظر قرار گيرد.
جداسازي چربي،روغن وگريس (FOG )
چون فاضلاب حاوي غلظت بالايي از FOG است، بنابراين نصب يك جداساز FOG توصيه مي گردد. شكل زیر مثالي از جداسازهاي FOG است.FOG را مي توان براي مصارف احتمالي بعدي بازيافت نمود. جداسازي FOG باعث كاهش مشكلات ناشي از آنها در فرايندهاي بيولوژيكي مي گردد.
اسیدی کردن
اسيدي كردن يك فرايند اختياري است و به خصوصيات فاضلاب بستگي دارد. در صورت وجود FOG اسـيد (اسيدسولفوريك غليظ) به حوض اسيدي سازي اضافه مي گردد و به اين ترتيب هيدروليز مواد آلي اتفاق مي افتد. اسيدي كردن و هيدروليز باعث تقويت قابليت تجزيه پذيري زيسـتي مـي گـردد.
انعقاد – لخته سازي
فرايند انعقاد براي ناپايداري ذرات معلق ريز پايدار بكار مي رود. لخته سازي براي رشد و افـزايش انـدازه ذرات معلق ناپايدار بكار مي رود. بنابر اين در طي اين فرايند، ذرات معلق بزرگ تر و سنگين تـر شـده و بـه انـدازهاي كـه قابليت ته نشيني و سقوط داشته باشند مي رسند.
فرايند انعقاد – لخته سازي را مي توان براي حذف ذرات معلـق ريز از فاضلاب نانوايي بكار برد. اين فرايند به عنوان يك مرحله آماده سازي براي ته نشيني و شناورسازي به كمك هواي محلول بكار مي رود. فاضلاب توسط منعقد كننده هايي مانند آلوم و كلرور فريك مورد تصفيه قرار مي گيرد. معيار pH و مقدار مـاده منعقد كننده جهت انجام يك تصفيه خوب، مهم است.
ته نشینی
مكانيسم حذف ته نشيني كه به زلال سازي نيز معروف است، بر پايه اختلاف دانسـيته بـين آب و ذره معلـق است. اين اختلاف دانسيته به ذرات معلق با اندازه بزرگتر اجازه ته نشيني و حذف مي دهد.
از مخازن ته نشيني كه براي حذف ذرات معلق بكار مي روند، مي توان به حوض هاي ته نشيني چهارگوش، استوانه اي، سيستم هاي تركيبي لخته ساز -زلال ساز و زلال سازهاي چند مرحله اي اشاره كرد
شناورسازي به كمك هواي محلول (DAF )
شناورسازي به كمك هواي محلول (DAF ) معمولاً با پمپاژ حباب هاي هواي فشرده براي حذف ذرات معلق ريز و FOG از فاضلاب نانوايي بكار مي رود. فاضلاب ابتدا در يك مخزن سر پوشيده و تحت فشار ذخيره مـي گـردد. سپس از طريق شيرهاي كاهش فشار،وارد حوض شناورسازي مي گردد. با حذف ناگهاني فشار، حباب هاي هوا شكل گرفته و ضمن حركت به سمت بالا، ذرات معلق را با خود به طرف سطح بالاي حوض حمـل مـي نماينـد.
تصفيه بيولوژيكي
هدف از تصفيه بيولوژيكي تصفیه فاضلاب صنایع نان و شیرینی حذف تركيبات محلول و معلق قابل تجزيه زيستي از فاضلاب است. ايـن مرحلـه از تصفيه، واحد اصلي تصفيه ثانويه فاضلاب به روش بيولوژيكي است.
در اين فرايند، ميكروارگانيسم ها براي تجزيـه مواد آلي بكار مي روند. با توجه به نوع رشد، سيستم هاي بيولوژيكي را مي توان به دو دسته رشد معلق و رشد چسـبيده دسـته بنـدي كرد. همچنين تصفيه بيولوژيكي را مي توان بر اساس مصرف اكسيژن به گروه هاي هوازي، بي هـوازي و اختيـاري دسته بندي نمود.
در سيستم هوازي، مواد آلي به دي اكسيد كربن، آب و يك سـري از تركيبـات سـاده تجزيـه مي گردند. اگر سيستم بي هوازي باشد، محصولات نهايي دي اكسيدكربن و متان خواهند بود. در مقايسه با فرايندهاي تصفيه بي هوازي، فرايندهاي هوازي داراي كيفيت پساب توليدي بهتر، راهبري ساده تر و زمان ماند جامدات كوتاه ترهستند.
اما هزينه هوادهي و مقدار لجن توليدي بيشتر، از معايب آنها اسـت. زمـاني كه بار آلي فاضلاب ورودي بالا باشد. تصفيه بيولوژيكي هوازي، از نظر اقتصـادي مقـرون بـه صرفه نبوده و فرايندهاي بي هوازي مناسب هستند.
راهبري سيستم هاي بيولوژيكي بي هـوازي پيچيـده بـوده و نگهداري آنها در شرايط مطلوب، مشكل است. در بيشتر موارد سيستم بي هوازي بـه عنـوان يـك فراينـد پـيش تصفيه بكار مي رود. سيستم هاي رشد معلق (فرايند لجن فعال) و سيستم هاي رشد چسبيده (صافي چكنـده) دو فرايند عمده تصفيه بيولوژيكي هوازي فاضلاب هستند.
معمولاً فرايند لجن فعال براي تصفيه انواع فاضلاب ها بكار مي رود. كنترل صافي چكنده در مقايسه با لجن فعال راحت تر است. در ضمن لجن توليدي آن نيز كمتـر اسـت. اين سيستم نسبت به بارگذاري هاي بالا بسيار مقاوم بوده و انرژي مصرفي آن نيز پايين است. با اين حال عيب اصلي آن، هزينه بهره برداري بالاي آن است. بعلاوه اين سيستم نسبت به درجه حرارت بسيار حساس بوده و مشكلات ناشي از بوي نامطبوع نيز از محدوديت هاي ديگر آن است. هنگام انتخاب سيستم مناسـب بـراي تصـفيه فاضـلاب صنايع توليد نان، بايستي نكات فوق الذكر مد نظر قرار گيرند.
تصفيه هوازي
فرايند لجن فعال در فرايند لجن فعال از ميكروارگانيسم هاي معلق استفاده مي شود. يك سيسـتم لجـن فعـال متـداول شـامل مراحل پيش تصفيه (عمدتاً آشغالگيري و زلال سازي)، حوض هوادهي (راكتور زيستي)، ته نشيني نهايي و تصفيه لجن مازاد (تصفيه بي هوازي و فرايند آبگيري) است. ته نشيني نهايي، ميكروارگانيسم ها را از محلـول آبـي جـدا مي نمايد. براي افزايش راندمان عملكرد سيستم، عمده لجن ناشي از تـه نشـيني ثانويـه بـه حوض هاي هـوادهي برگردانده مي شود و مابقي آن به واحد تصفيه بي هوازي هدايت مي گردد.
عملكرد فرايندهاي لجن فعال تحت تـأثير خصوصـيات فاضـلاب ورودي، شـكل و ترتيـب راكتـور زيسـتي و پارامترهـاي بهــره بــرداري اسـت. خصوصــيات فاضــلاب ورودي عبـارت از نــوع فاضــلاب، غلظـت مــواد آلــي (BOD) و( COD) ،تركيب مواد مغذي (نيتروژن و فسفر(، FOG ،قليائيت، فلزات سنگين، سموم و درجه حـرارت و غيـره هستند.
تصفيه بيولوژيكي بي هوازي
فاضلاب صنعت توليد نان داراي بارآلي، FOG و SS بالايي است كه ترجيحاً با بكارگيري فرايندهاي بي هوازي قابل تصفيه است. انواع مختلفي از فرايندهاي بي هوازي براي تصفيه اينگونه فاضلاب ها بكار مي روند.
واضح ترين پارامترهاي بهره برداري در اين راكتورها عبـارت از SRT ،HRT و غلظـت تـوده زيسـتي هسـتند. فرايندهاي بي هوازي بطور گسترده اي براي تصفيه انواع مختلف فاضـلاب هاي صـنايع فـراوري مـواد غـذايي بكـار رفته اند.
فرايند بي هوازي علاوه بر تصفيه مواد آلي گاز متان نيز توليد مي كند كه براي توليـد الكتريسـيته بكـار مي رود. از معايب آن مي توان به پيچيدگي فرايند و مشكلات بهره برداري، حساسـيت بـه تغييـرات درجه حرارت و سميت، زمان راه اندازي طولاني و حساسيت بالا بـه عوامـل نامسـاعد اشـاره كـرد.
فراينـدهاي بي هوازي براي تصفيه انواع مختلفي از فاضلاب هاي صنايع توليد نان مناسب هستند. براي كاهش بيشتر بار آلي فاضلاب مي توان از يك سيستم تصفيه هوازي تكميلي استفاده نمود. بدين ترتيب مي توان با اطمينان كامل پساب توليـدي را بـه آب هـاي جاري تخليه كرد.