Elektrochemiczne urządzenia do oczyszczania ścieków z przetwórstwa żywności.

I. Przegląd produktu

Ścieki z przetwórstwa spożywczego pochodzą z wielu podsektorów, w tym z uboju i przetwórstwa mięsnego, produktów mlecznych, browarnictwa (piwo/baijiu/huangjiu), produkcji napojów, przetwórstwa zbóż i oleju, rafinacji cukru, produkcji skrobi, produkcji glutaminianu sodu/drożdży, przetwarzania produktów wodnych, marynowania i konserwowania itp. Jest to typowy rodzaj ścieków o dużej objętości wody i dużym ładunku zanieczyszczeń w sektorze przemysłu lekkiego. Charakterystyka jakości wody jest następująca: wysokie stężenie substancji organicznych (ChZT wynosi zwykle 800 ~ 10000 mg/L, a niektóre ścieki procesowe o wysokim stężeniu mogą osiągnąć ponad 20000 mg/L), zawiera dużą ilość biodegradowalnej materii organicznej (białko, tłuszcz, skrobia, cukier, celuloza itp.), a także zawiera duże stężenie zawiesin (SS), tłuszczu/oleju roślinnego (FOG), azotu amonowego i fosforu ogólnego; ścieki ogólnie charakteryzują się dobrą biodegradowalnością (B/C wynosi zwykle 0,3 ~ 0,6), ale występują oczywiste problemy hamujące - wysokie stężenie tłuszczu pokrywa osad czynny, co prowadzi do utrudnienia w transporcie masy; duże zasolenie (ścieki marynowane/sosy) hamuje aktywność drobnoustrojów; przerywany drenaż powoduje wstrząsy obciążenia hydraulicznego; wysoki SS powoduje blokowanie układu biologicznego i pęcznienie osadu; ścieki często zawierają pozostałości dodatków do żywności, pigmentów i pozostałości środków dezynfekcyjnych, które mają pewne działanie hamujące na mikroorganizmy.

Tradycyjne metody oczyszczania ścieków z przetwórstwa spożywczego zazwyczaj opierają się na procesie „fizycznego oczyszczania wstępnego (siatka/sita/separator oleju) → flotacja/koagulacja, sedymentacja → beztlenowe + tlenowe oczyszczanie biologiczne”. Jednakże podejście to napotyka kilka wyzwań w rzeczywistej eksploatacji: Niecałkowite usunięcie tłuszczu/zawiesin ciał stałych – nawet po oddzieleniu i flotacji oleju pozostaje zemulgowany olej i drobno zdyspergowany olej (50 ~ 200 mg/l). Wysokie stężenia zawieszonych cząstek stałych (SS) dostających się do układu biologicznego z czasem gromadzą się i pokrywają osad, co prowadzi do pogorszenia wydajności osadzania osadu i zmniejszenia wydajności napowietrzania. Wysoki poziom SS powoduje blokadę układu biologicznego — ścieki z rzeźni, przetwarzania skrobi i rafinacji cukru zawierają duże ilości organicznych zawiesin stałych, które są trudne do całkowitego usunięcia w drodze konwencjonalnej sedymentacji, co powoduje, że systemy beztlenowe/tlenowe stają w obliczu blokowania upakowania i trudności w usuwaniu osadu. Wysoko zasolone ścieki spożywcze (marynowane, sos, sos sojowy itp.) hamują procesy biologiczne – gdy zawartość soli (Cl⁻/Na⁺) osiąga 2–5%, ciśnienie osmotyczne konwencjonalnego osadu czynnego staje się niezrównoważone, a stopień usuwania ChZT znacznie maleje. Sezonowy/sporadyczny drenaż utrudnia stabilne działanie układu biologicznego – przetwarzanie żywności jest często sezonowe (sezon tłoczenia, sezon przetwarzania owoców) lub przerywane, co utrudnia konserwację i ponowne ustanowienie układu biologicznego w okresach zimowych/przestojów. System boryka się z kilkoma wyzwaniami: długimi okresami rozruchu i aklimatyzacji; oraz problemy z kolorem ścieków i dezynfekcją. Ścieki z browarnictwa, sosu sojowego i soku owocowego zawierają duże ilości pigmentów, co powoduje, że nawet po oczyszczeniu biochemicznym utrzymuje się wysoki kolor. Ścieki spożywcze wykazują również wskaźniki mikrobiologiczne, takie jak bakterie z grupy coli, wymagające stosowania dużych dawek środków dezynfekcyjnych tradycyjnymi metodami.

System ten wykorzystuje technologię utleniania elektrochemicznego, integrując degradację przez elektroutlenianie z elektrokoagulacją/elektroflotacją, dzięki czemu jest szczególnie odpowiedni do charakterystyki ścieków z przetwórstwa spożywczego.

W przypadku ścieków organicznych o wysokim stężeniu (rzeźnie, browary itp.) bezpośrednie utlenianie anodowe i elektrokataliza generują rodniki hydroksylowe (·OH) w celu bezpośredniej mineralizacji rozpuszczonej materii organicznej (białka, cukry, kwasy organiczne itp.), uzyskując stopień usuwania ChZT na poziomie 60–85%, tworząc warunki dopływu o niskim obciążeniu i stabilnej jakości dla kolejnych systemów beztlenowych/tlenowych.

W przypadku ścieków z marynowania/sosu o wysokiej zawartości soli elektrochemia nie jest zakłócana przez wysoką zawartość soli; Cl⁻ zawarty w soli można przekształcić w aktywny chlor w celu zwiększenia wydajności utleniania, umożliwiając bezpośrednie oczyszczanie ścieków spożywczych o wysokiej zawartości soli przed odparowaniem lub usunięciem.

Cały proces zużywa wyłącznie energię elektryczną. Aby wspomóc przewodzenie, można dodać niewielką ilość elektrolitu (takiego jak sól, która jest bardzo tania). Nie wprowadza szkodliwych chemicznych flokulantów (zastępuje PAC/PAM) i nie wytwarza dużej ilości osadów chemicznych. Sprzęt może pracować okresowo i jest od razu gotowy do użycia, dzięki czemu doskonale sprawdza się w sezonowych modelach produkcji w przetwórstwie spożywczym.

II. Trudności w oczyszczaniu ścieków przetwórstwa spożywczego i rozwiązania tego urządzenia

III. Zasada działania

Ścieki z przetwórstwa spożywczego, po oczyszczeniu na sicie/siatce w celu usunięcia grubych cząstek stałych, trafiają do reaktora elektrochemicznego, gdzie poddawane są synergistycznemu oczyszczaniu poprzez wiele mechanizmów pod działaniem elektrod:

(1) Elektroutlenianie bezpośrednie – mineralizacja i degradacja rozpuszczonej materii organicznej: Rozpuszczone białka, peptydy, aminokwasy, cukry, kwasy organiczne, alkohole itp. w ściekach spożywczych tracą elektrony bezpośrednio na powierzchni anody i ulegają utlenieniu: Łańcuchy węglowe dużych cząsteczek organicznych ulegają utlenieniu i rozerwaniu, stopniowo rozkładając się na małe kwasy organiczne; grupy aminowe w aminokwasach/białkach ulegają utlenieniu i uwolnieniu jako NH3 (dalsze utlenienie do N₂); cukry i kwasy organiczne są bezpośrednio mineralizowane do CO₂ i H₂O, przy współczynniku usuwania ChZT wynoszącym 40% ~ 70% (etap obróbki wstępnej)

(2) Pośrednie elektroutlenianie (głównymi składnikami są • OH i aktywny chlor). OH- i aktywny chlor powstają w wyniku anodowej elektrolizy wody. Rodniki hydroksylowe powstają w wyniku wykorzystania jonów chlorkowych naturalnie występujących w ściekach (ścieki spożywcze zawierają pewną ilość NaCl lub można dodać śladowe ilości soli) w celu wytworzenia aktywnego chloru (Cl₂, HOCl, OCl⁻): Rodniki hydroksylowe bezkrytycznie utleniają materię organiczną w roztworze, który nie miał bezpośredniego kontaktu z anodą. Aktywny chlor dyfunduje i utlenia resztkową rozpuszczoną materię organiczną, a ChZT i azot amonowy w ściekach ulegają jednoczesnej redukcji.

(3) Głębokie odbarwianie i dezynfekcja Barwnik karmelowy, polimery utlenione polifenolami, produkty reakcji Maillarda i inne chromofory w ściekach spożywczych, takich jak warzelnia/sos sojowy/sok, ulegają utlenieniu, a ich sprzężone struktury są rozbijane przez rodniki hydroksylowe i aktywny chlor, a ścieki są bezbarwne i przezroczyste. Jednocześnie aktywny chlor skutecznie inaktywuje znajdujące się w ściekach mikroorganizmy chorobotwórcze takie jak bakterie z grupy coli kałowej i Salmonella, a wskaźniki mikrobiologiczne ścieków w pełni odpowiadają normom.

IV. Podstawowe zalety (ukierunkowanie na ścieki z przetwarzania żywności)

V. Parametry techniczne (konfigurowalne)

VI. Lokalizacja procesu

Opcja 1: Wzmocniona obróbka wstępna przed obróbką biochemiczną

Ścieki z przetwórstwa spożywczego → Sito prętowe/sito (usuwanie grubych cząstek stałych) → Zbiornik wyrównawczy → Urządzenia do obróbki elektrochemicznej → Separacja/sedymentacja oleju i wody (separacja kłaczków) → Układ biologiczny beztlenowy/tlenowy → Osadnik wtórny → Zrzut spełniający normy

Opcja 2: Zaawansowane oczyszczanie ścieków biologicznych (modernizacja do standardów lub ponowne wykorzystanie)

Ścieki z przetwórstwa spożywczego → Oczyszczanie wstępne → System biologiczny → Osadnik wtórny → Zaawansowany sprzęt do oczyszczania elektrochemicznego (usuwanie resztkowego ChZT, koloru, fosforu ogólnego, azotu amonowego, dezynfekcja) → Zrzut spełniający standardy/Ponowne wykorzystanie

Opcja 3: Bezpośrednie oczyszczanie ścieków spożywczych o wysokim zasoleniu (marynowanie/sos/sos sojowy)

Ścieki z trawienia/sosu o wysokiej zawartości soli → Sito prętowe/zbiornik wyrównawczy → Sprzęt do obróbki elektrochemicznej (degradacja ChZT + odbarwianie + usuwanie azotu amonowego) → Ścieki → Zrzut spełniający normy/Krystalizacja przez parowanie (odzyskiwanie zasobów)