PL213725B1 - Sposób uzdatniania permeatów poserwatkowych z procesów odwróconej osmozy serwatki lub nanofiltracji serwatki - Google Patents

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób uzdatniania permeatów poserwatkowych z procesów zatężania serwatki metodą odwróconej osmozy /RO/ lub nanofiltracji /NF/, mający zastosowanie w przemyśle mleczarskim, jako woda procesowa służąca do mycia urządzeń mleczarskich i/lub do zasilania kotłowni i wodnych obiegów chłodniczych.

W znanej publikacji H. Chmiel, V. Mavrov i E. Belieres pt. „Możliwość ponownego użycia kondensatów wyparnych z mleka po zastosowaniu nanofiltracji”, opublikowanej w czasopiśmie Filtration + Separation, kwiecień 2000 r. przedstawiono sposób, oczyszczania kondensatu z procesów wyparnych ze związków nieorganicznych takich, jak jony wapnia oraz ze związków organicznych, za pomocą instalacji nanofiltracyjnej składającej się z dwóch osobnych urządzeń nanofiltracyjnych, pracujących szeregowo.

W znanej publikacji kondensat z wyparki zatężającej mleko jest zbierany w zbiorniku nadawy, po czym jest przesyłany poprzez lampę UV na dwustopniową instalację zawierającą membrany nanofiltracyjne celem jego oczyszczenia i użycia go do mycia urządzeń proszkowni mleka oraz do użycia go do uzupełniania wody do kotłów parowych mleczarni. Po wyjściu z instalacji nanofiltracji tę część permeatu, która używana jest jako woda do mycia i doprowadzana do systemu centralnego mycia urządzeń /CIP/ naświetla się promieniami UV, po czym dodaje do niej kwas, zasadę i środek bakteriobójczy w zależności od rodzaju kąpieli myjącej. Permeat z procesu nanofiltracji kondensatu z przeznaczeniem do zasilania kotłów przesyłany jest bezpośrednio do kotłowni bez użycia lampy UV. Wskutek znanego procesu oczyszczania otrzymuje się obniżenie wartości przewodnictwa wody oraz obniżenie wartości biologicznego zapotrzebowania tlenu BZT5 i chemicznego zapotrzebowania tlenu ChZT, skutkujące obniżeniem się poziomu zawartości ogólnego węgla organicznego w tej wodzie.

W znanym oczyszczonym kondensacie chemiczne zapotrzebowanie tlenu ChZT obniżono z wartości ponad 40 mgO2/I do wartości 5 - 10 mg O2/I, a przewodnictwo elektryczne wody z wartości ok. 70 - 100 μS/cm do wartości poniżej 40 μS/cm.

Niedogodnością znanego sposobu jest niemożność użycia zaproponowanego sposobu do oczyszczania kondensatów po procesie wyparnym serwatki, a tym bardziej permeatów po membranowych procesach zatężania serwatki na instalacji nanofiltracji (NF) lub odwróconej osmozy (RO). Kondensaty po procesie wyparnym serwatki charakteryzują się przewodnictwem elektrycznym wyjściowym 80 - 180 μS/cm, a ich ChZT wynosi 100 - 300 mgO₂/l.

Wartości przewodnictwa elektrycznego permeatów po procesie zatężania serwatki na instalacji nanofiltracji (NF) wynoszą 400 - 2000 μS/cm, a ChZT wynosi 600 - 7000 mg O₂/I. Permeaty po procesie zatężania serwatki na instalacji odwróconej osmozy (RO) serwatki wykazują przewodnictwo elektryczne 200 - 400 μS/cm, a ich ChZT wykazuje wartości z przedziału 180 - 750 mg O₂/I. Tak dużych zanieczyszczeń, jakie wykazują skropliny z wyparek serwatki, a szczególnie permeaty z procesów nanofiltracji (NF) lub odwróconej osmozy (RO) serwatki nie da się usunąć z wody w znanej podwójnej instalacji nanofiltracyjnej z udziałem stabilizacji mikrobiologicznej za pomocą naświetlania lampami UV.

W znanym opisie patentowym nr WO2007/107992 pt.: „Hybrydowe moduły membranowe, systemy i metody uzdatniania ścieków przemysłowych” przedstawiono metodę redukcji stężenia związków organicznych zawartych w ściekach przemysłowych. Strumień ścieku poddaje się procesowi nanofiltracji (NF), w wyniku którego otrzymuje się zanieczyszczony zatężony koncentrat i permeat pozbawiony rozpuszczalnych soli, stanowiący czystą wodę. Następnie strumień koncentratu poddaje się obróbce z zastosowaniem modułu do ultrafiltracji (UF) z opcją przeciwprądowego mycia wraz z zastosowaniem filtracji na węglu aktywnym. W skład modułu wchodzą: urządzenie do nanofiltracji, urządzenie do ultrafiltracji z opcją do wstecznego mycia oraz instalacja rurowa przystosowana do przesyłu koncentratu powstałego w urządzeniu do nanofiltracji. W skład znanej instalacji ponadto wchodzą filtr wypełniony węglem aktywnym oraz system płukania filtra.

Niedogodnością znanego rozwiązania jest okresowa i częsta konieczność wymiany węgla aktywnego ze względu na duże ładunki zanieczyszczeń, zaś duża liczba urządzeń membranowych, tj. nanofiltracyjnych i uItrafiItracyjnych, powoduje konieczność częstego ich mycia, co wiąże się ze znacznymi stratami wody. Prowadzenie sorpcji na węglu aktywnym poważnie zwiększa koszty eksploatacyjne i inwestycyjne znanego rozwiązania, gdyż węgiel aktywny musi być okresowo wymieniany po utracie zdolności sorpcyjnych.

W znanym opisie patentowym nr WO03094623 pt.: „Sposób otrzymania produktów mlecznych nie zawierających laktozy” mleko poddaje się procesowi ultrafiltracji (UF), nanofiltracji (NF) i zatężaniu

PL 213 725 B1 metodą odwróconej osmozy (RO), poprzedzonej dodatkiem soli do przesączu z procesu ultrafiltracji. W opisanym procesie powstają znaczne ilości wody pochodzącej z mleka, która mogłaby zostać użyta do mycia urządzeń. Musi ona spełniać wymogi sanitarne dla wody procesowej, opisane w najlepszych dostępnych technikach procesowych dla mleczarstwa. Niedogodnością jest brak gwarancji czystości mikrobiologicznej wody i niezbędnego stopnia jej odsolenia, a także brak pewności usunięcia z niej związków organicznych, charakteryzujących się wysokim poziomem utlenialności według wymagań branży spożywczej.

W znanym opisie patentowym produkt mleczarski jest otrzymywany w procesach kolejnych zatężeń mleka w instalacjach ultrafiltracji, nanofiltracji, odwróconej osmozy.

Niedogodnością znanego sposobu jest brak zagospodarowania wody poprocesowej jako odpadu poprodukcyjnego.

Istotą wynalazku jest sposób uzdatniania permeatów poserwatkowych powstałych w procesach zatężania serwatki w instalacjach odwróconej osmozy lub nanofiltracji serwatki, charakterystyczny tym, że poprzez zestaw dozujący (1) alkalizuje się permeat otrzymany z procesów zatężenia serwatki wodorotlenkiem sodowym lub potasowym lub węglanami sodu lub potasu do odczynu od 5,0 pH do 8,3 pH, a następnie skierowuje się roztwór wodny nadawy do urządzenia odwróconej osmozy (2) pracującego przy ciśnieniu od 1000 do 4000 kPa i w temperaturze od 10 do 40°C, korzystnie od 15 do 35°C, gdzie następuje rozdział na zawierający zanieczyszczenia koncentrat w ilości 5 do 45% oraz na permeat w ilości 95 do 55% nadawy, stanowiący czystą wodę o przewodnictwie od 5 do 50 μS/cm i chemicznym zapotrzebowaniu tlenu od 3 do 50 mg O2/dm³, po czym na wyjściu z urządzenia odwróconej osmozy (2) do permeatu dozuje się za pomocą zestawu dozującego (4) nadtlenek wodoru ₃ w ilości od 5 do 150 g na 1 m³ permeatu, a następnie natychmiast naświetla się lampą UV (5) w pa22 śmie promieniowania UV o długości fali 180 do 270 nm dawką energii w ilości od 500 J/m² do 5000 J/m² i gromadzi się go w zbiorniku retencyjnym (6) jako wodę procesową.

W celu otrzymania wody o wyższym stopniu czystości permeat po wyjściu z urządzenia odwróconej osmozy (2) z prędkością przepływu liniowego od 5 do 50 m/h, kieruje się na wymiennik jonitowy (3), zawierający złoże jonowymienne anionitowe, które po wyczerpaniu się jego własności jonowymiennych i sorpcyjnych jest regenerowane roztworem wodnym wodorotlenku sodowego lub potasowego o stężeniu od 1% wag. do 10% wag. wodorotlenku w temperaturze od 20 do 60°C. Do otrzymanego filtratu dozuje się za pomocą zestawu dozującego (4) nadtlenek wodoru w ilości od 5 do 150 g ₃ na 1 m³ permeatu i następnie natychmiast w przepływie naświetla się lampą UV (5) w paśmie promie22 niowania UV o długości fali 180 do 270 nm, dawką energii w ilości od 500 J/m² do 5000 J/m² i gromadzi się go w zbiorniku retencyjnym (6) jako wodę procesową. Wodę procesową zgromadzoną w zbiorniku retencyjnym (6) poddaje się stałej cyrkulacji przez lampę UV (5) i naświetla się w paśmie promie22 niowania UV o długości fali od 180 - 270 nm dawką napromieniowania w ilości od 500 J/m² do 5000 J/m² z czasem wymiany wody w zbiorniku retencyjnym (6) nie dłuższym jak 20 godzin.

Korzystnym skutkiem zastosowania sposobu według wynalazku jest prowadzenie uzdatniania permeatów poserwatkowych z procesu odwróconej osmozy serwatki lub nanofiltracji serwatki bez zastosowania procesów ultrafiltracji i nanofiltracji, a także bez wykorzystywania w procesie węgla aktywnego.

Sposób wg wynalazku zapewnia, iż z oczyszczonych permeatów poserwatkowych odzyskuje się wodę pozbawioną zanieczyszczeń mineralnych, organicznych oraz czystą mikrobiologicznie. Wodę tą używa się jako wodę procesową do mycia urządzeń mleczarskich, do zasilania kotłów parowych, do uzupełniania układów chłodzenia i obiegów wody lodowej. Woda ta spełnia wszelkie wymagania jako woda procesowa do stosowania w przemyśle mleczarskim zgodnie z wymaganiami ujętymi w najlepszych dostępnych technikach dla przemysłu mleczarskiego.

Przedmiot wynalazku wyjaśnia przykład wykonania sposobu uzdatniania permeatów poserwatkowych i jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia dwudrogowy schemat blokowy uzdatniania permeatów poserwatkowych z procesów zatężania serwatki, a fig. 2 przedstawia schemat blokowy oczyszczania permeatów poserwatkowych niezbyt zanieczyszczonych i fig. 3 przedstawia schemat blokowy oczyszczania permeatów o znacznym stopniu zanieczyszczenia.

Zakład mleczarski - producent proszku serwatkowego zatęża serwatkę w instalacji odwróconej osmozy. Zatężony czterokrotnie koncentrat serwatki z instalacji odwróconej osmozy jest kierowany na wyparki, natomiast permeat jest kierowany na instalację odzysku wody (oczyszczania wody) wg fig. 2. Permeat stanowiący nadawę posiada odczyn 6,7 pH, przewodnictwo elektryczne 300 μS/cm oraz jego ChZT wynosi 380 mg O2/l, natomiast ogólna liczba bakterii wynosi 45 w 100 ml próby. Nadawa zostaje

PL 213 725 B1 zalkalizowana przez zestaw dozujący (1) do odczynu 7,5 pH za pomocą roztworu 10% wodorotlenku ₃ sodowego. Po przepływie przez urządzenie odwróconej osmozy (2) pracujące z wydajnością 20 m³/h i składające się z jednostopniowej odwróconej osmozy zamontowanej na ramie wspólnie z pompą 33 wysokociśnieniową o ciśnieniu tłoczenia 1200 kPa otrzymuje się 18,5 m³/h permeatu oraz 1,5 m³/h koncentratu kierowanego do ścieków. Po wyjściu z urządzenia odwróconej osmozy (2) oczyszczona woda jest traktowana roztworem 30% nadtlenkiem wodoru poprzez zestaw dozujący (4) w ilości 30 g na ₃ m³ przepływającej wody przez instalację i natychmiast naświetlana lampą UV (5) o długości fali 180 nm ₂ i dawką energii 500 J/m^{1 2}. W zbiorniku retencyjnym (6) jest gromadzona oczyszczona woda procesowa, której analiza wykazuje 0 komórek bakteryjnych w 100 ml próby, przewodnictwo elektryczne tej wody wykazuje wartość 22,5 μS/cm, a jej ChZT wynosi 4 mg O₂/l. Woda nadaje się do mycia urządzeń mleczarskich i do zasilania kotłów, na potrzeby chłodnictwa oraz uzupełniania obiegu wody lodowej. Woda jest systematycznie rozbierana wraz z napływem i nie ma potrzeby stosować cyrkulacji wody między zbiornikiem retencyjnym (6) a lampą UV (5).

Zakład mleczarski - producent proszku serwatkowego zatęża serwatkę w instalacji nanofiltracji. Zatężony czterokrotnie koncentrat serwatki z urządzenia nanofiltracji jest kierowany na wyparki, natomiast permeat jest kierowany do instalacji odzysku wody (oczyszczania wody) przedstawionej na fig. 3. Permeat stanowiący nadawę posiada odczyn 4,7 pH, przewodnictwo elektryczne 4000 μS/cm oraz jego ChZT wynosi 2800 mg O2/l, natomiast ogólna liczba bakterii jest równa 3200 w 100 ml próby. Nadawa zostaje zalkalizowana przez zestaw dozujący (1) za pomocą roztworu 10% wodorotlenku sodowego do odczynu 5,5 pH i skierowana jest do dwustopniowego urządzenia odwróconej osmozy (2) zamontowanego na ramie wspólnie z pompą wysokociśnieniową o ciśnieniu tłoczenia 3200 kPa.

₃

Po przepływie nadawy przez urządzenie odwróconej osmozy (2) pracujące z wydajnością 20 m³/h ₃ otrzymuje się 11,5 m³/h permeatu, który jest kierowany na wymiennik jonitowy (3) wypełniony żelo₃ wym anionitem oraz 8,5 m³/h koncentratu kierowanego do ścieku. Po wyjściu z wymiennika oczyszczona woda jest traktowana za pomocą zestawu dozującego (4) roztworem 30% nadtlenku wodoru ₃ w dawce 30 g na 1 m³ przepływającej wody przez instalację i natychmiast naświetlana lampą UV (5) ₂ o długości fali 180 nm i dawce napromieniowania 1200 J/m². W zbiorniku retencyjnym (6) jest gromadzona otrzymana woda procesowa, której analiza wykazuje 0 komórek bakteryjnych w 100 ml próby, przewodnictwo elektryczne tej wody wykazuje wartość 22,5 μS/cm a jej ChZT wynosi 15 mgO₂/l.

Woda nadaje się do mycia urządzeń mleczarskich i do zasilania kotłów oraz na potrzeby chłodnictwa. Aby woda procesowa nie ulegała mikrobiologicznej destrukcji w przypadku dłuższego jej postoju niż 4 godziny cyrkuluje się ją między zbiornikiem retencyjnym (6) a lampą UV (5) i naświetla się ₂ ją w paśmie promieniowania UV o długości fali 254 nm dawką energii 1200 J/m² uzyskując pełną wymianę wody w zbiorniku retencyjnym (6) co 5 godzin.

Wykaz elementów zestaw dozujący urządzenie odwróconej osmozy wymiennik jonitowy zestaw dozujący lampa UV zbiornik retencyjny

Claims (3)

1. Sposób uzdatniania permeatów poserwatkowych powstałych w procesach zatężania serwatki w instalacjach odwróconej osmozy lub nanofiltracji, znamienny tym, że za pomocą zestawu dozującego (1) alkalizuje się permeat otrzymany z procesów zatężenia serwatki wodorotlenkiem sodowym lub potasowym lub węglanami sodu lub potasu od 5,0 pH do 8,3 pH, a następnie skierowuje się roztwór wodny nadawy do urządzenia odwróconej osmozy (2) przy ciśnieniu od 800 kPa do 4000 kPa i w temperaturze od 10° do 40°C, gdzie następuje rozdział na zawierający zanieczyszczenia koncentrat uzyskiwany w ilości od 5% do 45% nadawy oraz na oczyszczony permeat w ilości od 55% do 95% nadawy stanowiący czystą wodę o przewodnictwie elektrycznym od 5 μS/cm do 50 μS/cm i chemiczPL 213 725 B1 nym zapotrzebowaniu tlenu od 3 mg O2/dm³ do 50 mg O2/dm³, po czym na wyjściu z urządzenia odwróconej osmozy (2) do permeatu dozuje się przy pomocy zestawu dozującego (4) nadtlenek wodoru ₃ w ilości od 5 g do 150 g na 1 m³ permeatu, a następnie natychmiast w przepływie naświetla się lampą

UV (5) w paśmie promieniowania UV o długości fali od 180 nm do 270 nm dawką energii w ilości od 22

500 J/m² do 5000 J/m² i gromadzi się go w zbiorniku retencyjnym (6) jako wodę procesową.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że permeat wypływający z urządzenia odwróconej osmozy (2) kieruje się na wymiennik jonitowy (3), zawierający złoże jonowymienne anionitowe z prędkością przepływu liniowego od 5 do 50 m/h, które jest regenerowane po wyczerpaniu się jego własności jonowymiennych i sorpcyjnych roztworem wodnym wodorotlenku sodowego lub potasowego o stężeniu od 1% wag. do 10% wag. wodorotlenku w temperaturze od 20 do 60°C, po czym do otrzymanego filtratu dozuje się za pomocą zestawu dozującego (4) nadtlenek wodoru w ilości od 5 do 150 g ₃ na 1 m³ permeatu, po czym natychmiast w przepływie naświetla się lampą UV (5) w paśmie promie22 niowania UV o długości fali od 180 do 270 nm dawką energii w ilości od 500 J/m² do 5000 J/m² i gromadzi się go w zbiorniku retencyjnym (6) jako wodę procesową.

3. Sposób według zastrz. 1 lub 2, znamienny tym, że wodę procesową zgromadzoną w zbiorniku retencyjnym (6) poddaje się stałej cyrkulacji przez lampę UV (5) i naświetla się w paśmie promie22 niowania UV o długości fali od 180 do 270 nm dawką napromieniowania w ilości od 500 J/m² do 5000 J/m², z czasem wymiany wody w zbiorniku retencyjnym (6) nie dłuższym 20 godzin.