c8_epurarea apelor uzate provenite de la fabricarea amidonului

Sisteme de depoluare în industria alimentară

As.dr.ing. Nicoleta Ungureanu 1

CURS 8

EPURAREA APELOR UZATE PROVENITE DIN INDUSTRIA ALIEMNATARĂ

EPURAREA APELOR UZATE PROVENITE DE LA FABRICAREA AMIDONULUI

Prelucrarea produselor alimentare poate fi împărțită în patru sectoare importante: fructe șilegume; carne, carne de pasăre și fructe de mare; băuturi și îmbuteliere; brânzeturi și lactate.Toate aceste sectoare consumă o mare cantitate de apă pentru procesarea alimentelor. O parteconsiderabilă a acestor ape sunt potențiale ape uzate care trebuie să fie tratate pentru eliminareaîntr-un curs de apă receptor, în condiții de siguranță pentru mediu [1].

Formarea apelor uzate provenite de la fabricarea amidonuluiAmidonul se fabrică din cartofi sau din cereale (porumb, grâu, etc.). În continuare vor fi

analizate tehnologiile de fabricare a amidonului din cartofi şi din porumb.

8.1. Fabricarea amidonului din cartofi

Principalele operaţii ale procesului tehnologic de fabricare a amidonului din cartofi, cuevidenţierea modului de formare a apelor uzate, sunt prezentate în figura 8.1.

Procesul tehnologic de fabricare a amidonului din cartofi este următorul:- prelucrarea cartofilor în vederea fabricării amidonului se face imediat după recoltare,

(lucru foarte important pentru calitatea produselor fabricate deoarece la stocare se producdeteriorări prin putrefacţie şi congelare, rezultând pierderi care pot atinge 5-10% din recoltaanuală) de regulă campania normală de fabricaţie a amodonului din cartofi fiind în perioadaseptembrie-ianuarie; cartoful conţine între 68-84% apă, 9-25% amidon, 0,8-3,7% albumine şi înplus celuloză, grăsimi şi săruri;

- cartofii sunt preluaţi din silozul de depozitare şi curăţaţi preliminar de impurităţi(fragmente de sol, resturi vegetale, pietre, etc.) pe separatoare de tip grătar, oscilante sauvibratoare, după care sunt preluaţi prin hidrotransport şi introduși pe fluxul de fabricaţie, unde suntmai întâi spălaţi în mai multe faze, pe site sau în tambure, prin folosirea unor debite mari de apă,eventual sub presiune, în scopul îndepărtării impurităţilor aderente (fazele 4, 3 din figura 8.1) - înurma acestor faze rezultă ape uzate (efluenţi) de transport şi spălare;

- tuberculii sunt apoi zdrobiţi şi mărunţiţi în maşini speciale, care au în componenţă cilindrirotativi prevăzuţi cu lame tăietoare, după care sunt clătiţi abundent cu apă, rezultând o suspensieapoasă de terci (faza 2 inferioară din figura 8.1); terciul este supus unei filtrări în microsite (faza 1inferioară din figura 8.1) în urmă căreia se obţin laptele de amidon, care este transmis mai departepe fluxul de fabricaţie şi fragmentele (pulpa) de cartofi, reţinute pe microsite; dacă se doreşterecuperarea albuminelor din cartofi, pulpa de cartofi va fi deshidratată în centrifuge, lichidulobţinut fiind tratat în vederea extragerii albuminelor, însă cel mai adesea pulpa de cartofi separatăeste supusă dilacerării (mărunţirii) în maşini cu perii sau râşniţe pentru terci (faza 2 superioară din



figura 8.1), şi filtrării în microsite (faza 1 superioară din figura 8.1), din care rezultă o cantitatesuplimentară de lapte de amidon; în urma acestor faze rezultă ape uzate (efluenţi) cu pulpe;

Fig. 8.1. Schema procesului tehnologic de fabricare a amidonului din cartofi,cu evidenţierea modului de formare a apelor uzate

1 - micrositare; 2 - zdrobire-mărunţire; 3 - spălare; 4 - curăţare preliminară (la silozul dedepozitare); 5 - sedimentare; 6 - spălare complementară; 7 - centrifugare; 8 - separare prinsedimentare amidon brun; 9 - filtrare pe vacuum-filtre; 10 - înmagazinare; 11 - decantare

amidon; 12 - uscare cu aer cald; 13 - pulverizare; 14 - ambalare

- laptele de amidon este transmis în bazine de decantare (faza 5 din figura 8.1) în caregranulele de amidon, cu densitate mai mare decât a apei se separă din apă, apoi acesta este supusunei spălări complementare în vederea purificării (faza 6 din figura 8.1) şi unei centrifugări (faza 7din figura 8.1) - în urma acestor faze rezultă ape uzate de spălare a amidonului, al căror conţinut înamidon poate ajunge la 2500 mg/dm3 în apa rezultată din spălarea complementară şi la 25 mg/dm3

în apa rezultată după centrifugare; în practică există variante de proces tehnologic în care utilajelede spălare (fazele 6, 7 din figura 8.1) sunt înlocuite cu hidrocicloane în care într-un singur ciclu delucru se face atât spălarea cât şi îngroşarea cu randamente foarte bune, adică aproape fără pierderi;



- amidonul purificat separat este uscat în uscătoare până la umidităţi de 16-18% (faza 12din figura 8.1), după care este adus sub formă de pulbere prin liofilizare şi ambalat;

- pulpa reţinută în diversele faze de fabricaţie (care reprezintă între 12-20% din greutateacartofilor prelucraţi) este de obicei uscată şi utilizată ca furaj la hrana animalelor. Valoareanutritivă a acesteia se poate mări prin amestecul cu ape cu pulpă concentrate sau prin adăugarea dealbumine recuperate din centrifugarea terciului. Aceste procedee de valorificare în care seutilizează fracţiuni concentrate de apă uzată de pulpă produc o diminuare semnificativă a încărcăriiorganice a efluenţilor de apă uzată produşi de fabricile de amidon; dacă pulpa nu este folosită cafuraj pentru animale, se poate utiliza la fabricarea compostului.

8.2. Fabricarea amidonului din porumb

Principalele operaţii ale procesului tehnologic de fabricare a amidonului din porumb, cuevidenţierea modului de formare a apelor uzate, sunt prezentate în figura 8.2.

Procesul tehnologic de fabricare a amidonului din porumb utilizează metode de separaremecanică similare celor întrebuinţate pentru amidonul din cartofi. Diferă însă prelucrareapreliminară, care presupune un proces de umflare a boabelor, datorat conţinutului în gluten alacestora. Prelucrarea preliminară presupune următoarele faze:

- înmuierea (sau umflarea) porumbului este un tratament chimic care se realizează în cuveumplute cu soluţie de 0,1-0,2% acid sulfuros în apă, la temperaturi de 46-50°C, timp de 2-3 zile;apa de umflare este introdusă în contracurent şi este reînnoită de două ori pe zi; la sfârşituloperaţiei apa de înmuiere este puternic îmbogăţită cu elemente solubile din boabele de grâu supusetratamentului - în urma acestei faze rezultând ape uzate (efluenţi) de înmuiere sau de umflare.Aceste ape sunt acide sau alcaline concentrate și nu sunt evacuate ca ape uzate, ci sunt evaporate învederea concentrării şi valorificate (în timpul concentrării se produc condensaţi ai suspensiilor);

- porumbul umflat este măcinat în mediu umed, în urma măcinării recuperându-se prinflotaţie germenii, care sunt apoi uscaţi sau transformaţi în ulei de germeni sau în produse utilizatela hrana animalelor;

- produsul măcinat este spălat şi sitat, apoi măcinat din nou până când granulele de amidonsunt aproape complet separate; reziduul, constituit în general din fragmente de pleavă şi fibre, estecolectat şi transformat în hrană pentru animale;

- laptele de amidon brut obţinut este introdus în centrifuge sau hidrocicloane în careamidonul este separat de lichidul bogat în albumine şi gluten; ulterior, glutenul este îngroşat şiseparat de albumine în filtre presă pentru a fi apoi prelucrat - în urma fazelor de îngroşare aglutenului şi de deshidratatare prin filtrare a albuminelor rezultă ape uzate de îngroşare şi spălarepânze filtrante;

- amidonul separat din laptele de amidon este apoi uscat, liofilizat şi ambalat.



Fig. 8.2. Schema procesului tehnologic de fabricare a amidonului şi subproduselordin porumb, cu evidenţierea modului de formarea a apelor uzate

Alte produse care sunt realizate în fabricile de amidon sunt glucoza şi siropul glucozat. Înprocesul tehnologic de obţinere a acestor produse, amidonul este transformat mai întâi în dextrină,apoi în glucoză prin inversiune cu acid sulfuric sau clorhidric diluat. Acizii utilizaţi sunt cel maiadesea neutralizaţi chiar în fabrici utilizându-se varul, carbonatul de calciu sau sulfatul de calciu,

Apă de spălare0,85 la canal

Total de la rafinărie la canal: 3,44

Fibre și gluten lafuraje

Substanțe solidedin apa de

înmuiere la furajesau lichidare

Substanțe volatile 0,42în atmosferă

Antrenare 1,58 la canal

Curățirea porumbuluiPraf și produse decurățire la furaje

Porumb descojitSubproduse Pierderi și evacuări

Înmuierea șievaporarea apei

de înmuiere

Prelucrare și separare Scurgeri și produse decurățire 0,57 la canalUlei la rafinăria

de ulei

Spălarea amidonului

Producereaamidonului uscat

Producereaamidonului modificat

Rafinarea siropului șizahărului de porumb

Antrenare 0,65

Scurgeri 0,77

Apă de spălare 2,02



obţinându-se precipitaţi care sunt eliminaţi prin filtrare. Soluţia de zahăr obţinută este decolorată înfiltre cu cărbune activ, iar apoi concentrată prin evaporare. În aceste procese tehnologice se produc:

- ape uzate provenite de la spălarea cărbunelui activ cu acid clorhidric sau carbonat desodiu;

- ape uzate provenite de la precipitarea compoziţiilor obţinute în cursul evaporării suculuizaharat în condensatori cu injecţie.

Rezultă că din procesul de fabricare a amidonului se produc următoarele categoriisemnificative de ape uzate (efluenţi):

- ape uzate (efluenţi) de transport şi spălare de la fabricarea amidonului din cartofi;- ape uzate (efluenţi) cu pulpe de la fabricarea amidonului din cartofi;- ape uzate (efluenţi) de înmuiere (umflare) de la fabricarea amidonului din porumb;- ape uzate de îngroşare a glutenului şi de spălarea pânzelor filtrante de la fabricarea

amidonului din porumb;- ape uzate de spălare a amidonului.În afară de apele uzate menţionate, în fabricile de amidon se mai produc şi cantităţi de

ape uzate de la spălarea cărbunelui activ cu acid clorhidric sau carbonat de sodiu sau de laprecipitarea compoziţiilor obţinute în cursul evaporării sucului zaharat, provenite de la fabricareaglucozei şi siropului glucozat, ape uzate menajere, ape de răcire a turbinelor şi pompelor, ape depurjare a cazanelor (purjarea este curățarea de impurități sau de reziduuri cu ajutorul unui curentde apă sub presiune), etc.

Caracteristicile apelor uzate provenite de la fabricarea amidonului

Caracteristicile cantitative şi calitative ale apelor uzate provenite de la fabricareaamidonului sunt destul de diferite în funcţie de materia primă care se prelucrează (cartofi saucereale).

Caracteristicile cantitative şi/sau calitative ale apelor uzate rezultate de la fabricareaamidonului din cartofi:

- apele uzate (efluenţi) de transport şi spălare conţin materii nisipoase şi pământoase, acăror cantitate poate atinge 5-20% din greutatea tuberculilor de cartofi prelucraţi, precum şiparticule de cartofi şi într-o anumită măsură elemente solubilizate;

- apele uzate (efluenţi) cu pulpe sunt produse în cantitate de 7-12 m3 pe tona de tuberculiprelucraţi şi conţin mari cantităţi de substanţe organice, fermentabile şi putrescibile, în suspensie şiîn stare dizolvată, cantităţi mai mici de săruri minerale, mai ales compuşi cu potasiu şi fosfor;aceste ape au o tendinţă netă de fermentare acidă, cu formare de acizi lactic şi butiric, dând naşterela degajări puternice de mirosuri neplăcute, iar după ce procesul de fermentare este terminat seproduce o descompunere cu o puternică degajare de hidrogen sulfurat; compoziţia medie pe m3 aapelor cu pulpe (după separarea mecanică a impurităţilor în suspensie) este următoarea: 0,3 kgazot, 0,5 m3 potasiu (sub formă de K2O) şi 0,1 m3 fosfor (sub formă de P2O5), 2,4 kg zahăr şi azotsub formă de albumine;



- apele uzate de spălare a amidonului sunt produse în cantitate de 1-3 m3 pe tona detuberculi prelucraţi şi conţin în diluţie foarte multe elemente solubile ale tuberculilor de cartofi, şiîn cantitate mai redusă particule fine de pulpă şi granule de amidon; compoziţia apelor uzate despălare a amidonului este similară cu cea a apelor uzate cu pulpe;

- apele uzate de presare, care se formează dacă pulpele obţinute din procesul de fabricaţiesunt presate, şi sunt produse în cantitate de 0,4-0,6 m3 pe tona de tuberculi prelucraţi; au ocompoziţie similară cu cea a apelor uzate cu pulpe.

Din cercetările referitoare la caracteristicile efluenților de ape uzate rezultaţi de la o fabricăde amidon din ţara noastră au rezultat următoarele valori pentru indicatorii caracteristici:

- debitul specific de ape de transport hidraulic şi spălare a tuberculilor de cca. 16 m3 apăpe tona de tuberculi prelucraţi, având pH-ul neutru, conţinutul de impurităţi în suspensie de 1000-1500 mg/dm3, CBO5–ul de 1000-2000 mg/dm3;

- debitul specific de ape proteice şi de la spălarea amidonului de cca. 5-6 m3 apă pe tona detuberculi prelucraţi, având pH-ul 5-6, conţinutul de impurităţi în suspensie de 1000-2000 mg/dm3,CBO5–ul de 3000-10000 mg/dm3 şi reziduul total de 1000-5400 mg/dm3;

Apele uzate rezultate de la fabricarea amidonului din porumb au un debit specific de cca.25 m3 apă pe tona de porumb prelucrată, având pH-ul de 5-5,5, conţinutul de impurităţi însuspensie de 3000-3500 mg/dm3 şi o tendinţă de fermentare acidă, însă fără producere de spumă).

În tabelul 8.1 sunt prezentate caracteristicile efluentului total rezultat în urma procesului defabricare a amidonului din porumb într-o unitate din ţara noastră.

Tabelul 8.1. Caracteristici ale efluentului total rezultat în urma procesuluide fabricare a amidonului din porumbIndicatori Valori

pH 4,5Reziduu fix 9,74 [g/dm3]Pierderi la calcinare 6,55 [g/dm3]CBO5 6,28 [g/dm3]

La fabricarea amidonului din porumb, consumul de apă este mai mult decât dublulconsumului de apă de la fabricarea amidonului din cartofi. În fabricile producătoare de amidonvaloarea consumului de apă depinde de gradul în care se face recircularea sau valorificarea apeloruzate.

La fabricile de amidon din porumb la care nu se practică recircularea apelor în procesultehnologic de fabricare, debitul efluenţilor de ape uzate produşi este de 9-11 m3 apă pe tona deporumb prelucrat, dintre care 6,8-7,6 m3 apă/t de porumb reprezintă efluenţii produşi laconcentrarea glutenului. Dacă în procesul tehnologic de fabricare se practică recircularea apelor,debitul efluenţilor de ape uzate poate fi redus la 1,5-3 m3 apă pe tona de porumb prelucrat. Derecircularea apelor în procesul tehnologic de fabricare a amidonului este legată şi o diminuarefoarte importantă a încărcării poluante a efluenţilor de ape uzate.



Caracteristicile cantitative şi/sau calitative ale apelor uzate rezultate de la fabricareaamidonului din porumb:

- apele uzate (efluenţi) de umflare sau de înmuiere sunt foarte bogate în materii organicedizolvate, au un reziduu fix de cca. 20 g/dm3, CCO–ul (prin metoda KMnO4) de cca. 20 g/dm3, unconţinut de azot total de 0,7 g/dm3 şi un conţinut de acid fosforic (P2O5) de 0,7 g/dm3, aceste apeuzate sunt foarte fermentabile şi putrescibile, reacţia lor este puternic acidă şi degajă un miros acid;

- apele uzate (efluenţi) de îngroşare a glutenului reprezintă cca. 50% din volumul total deape uzate produse de fabricile de amidon din porumb, şi cca. 90% din încărcarea poluantă aacestora; au conţinuturi ridicate atât în substanţe nedizolvate cât şi în substanţe dizolvate şi aureactie uşor acidă, principalii indicatori ai acestor ape fiind prezentaţi în tabelul 8.2; în aceste apereziduul fix este constituit din 79% hidraţi de carbon solubili (din care mai mult de jumătatezaharuri reducătoare), 14% albumine şi 7% amidon;

Tabelul 8.2. Principalii indicatori ai apelor uzate (efluenţi) de îngroşare a glutenuluiIndicatori Valori

pH 4,5 - 5Reziduu fix 15 [g/dm3]Pierderi la calcinare 14 [g/dm3]Materii totale în suspensie 0,8 [g/dm3]CBO5 12 [g/dm3]Carbon 5,9 [g/dm3]Azot 0,4 [g/dm3]Fosfor 0,12 [g/dm3]Temperatura 27 – 32 [oC]

- ape uzate de spălare a amidonului sunt mult mai puţin încărcate, conţinutul acestora însubstanţe dizolvate reprezentând 30-40% din încărcarea apelor uzate cu gluten.

La fabricile de amidon din grâu apele uzate rezultate din procesul de fabricaţie au debitulspecific care poate ajunge la 20 m3 apă pe tona de grâu prelucrată, care poate fi redus la valori de8-9 m3/t în cazul unei recirculări parţiale a apelor (în unităţi dotate cu cicloane separatoare şicentrifuge).

În fabricile de amidon din grâu, concentraţia în materii poluante a apelor uzate este deasemenea foarte ridicată, din cauză că o fracţiune importantă a materiei prime, făina, trece în ape încursul procesului de fabricaţie.

În tabelul 8.3 sunt prezentate caracteristicile apelor uzate rezultate din procesul defabricaţie a amidonului din grâu.



Tabelul 8.3. caracteristicile apelor uzate rezultate din procesul de fabricaţie a amidonului din grâuIndicatori Fără reciclare Cu reciclare parțială

pH 3,4 3,4 – 4,7Materii în suspensie [mg/dm3] 216 - 283 100 - 2630Materii decantabile [mg/dm3] 1,2 – 1,3 1,2 - 106Consum chimic de oxigen (KMnO4) [mg/dm3] 6350 - 6696 8400 - 10200CBO5 [mg/dm3] 4529 - 4620 5024 - 6900Azot total [mg/dm3] 334 - 375 222 - 293Reziduu fix [mg/dm3], din care pierderi 4750 – 5720 5370 - 6200

prin calcinare [mg/dm3] 82 – 84 90 - 95Acizi organici volatili [mg/dm3] 550 – 687 670Test de putrescibilitate [ore] 2 - 6 3,5

Procedee de epurare şi evacuare a apelor uzate provenite de la fabricareaamidonului

Apele uzate din fabricile de amidon pot fi supuse unei epurări biologice artificiale, îninstalaţii biologice cu nămol activ sau filtre biologice, chiar fără o epurare prealabilă. Însă îninstalaţiile biologice într-o singură treaptă, la care randamentul de epurare nu poate să depăşească85-90%, apele uzate care au o încărcare iniţială cu CBO5 în medie de 2000 mg/dm3, vor ajungedupă tratament la valori finale ale încărcării cu CBO5 de 200-300 mg/dm3, efluenţi care nu pot fievacuaţi direct în receptori naturali, dar pot fi evacuaţi în reţeaua de canalizare urbană, dacă esteposibil, unde vor fi epuraţi în comun cu apele uzate urbane. Dacă se impune ca efluenţii instalaţieide epurare biologică să aibă valori finale ale încărcării biologice sub 50 mg/dm3, atunci instalaţiade epurare biologică trebuie să aibă două trepte succesive, eficienţa de epurare crescând la 98-99%.Epurarea biologică a acestor ape uzate în bazine cu nămol activ sau filtre biologice a dat rezultatela fel de bune.

Apele uzate din fabricile de amidon pot fi epurate biologic şi în condiţii naturale ca ape deirigare ţinând seama de conţinutul ridicat în elemente nutritive pentru culturile vegetale. În scopulirigării efluentul de ape uzate trebuie epurat preliminar (mecanic) cât mai complet posibil (desuspensiile solide nedizolvate) pentru a proteja instalaţiile sistemului de irigare şi terenurileîmpotriva unor colmatări rapide. Irigarea se poate face atât prin aspersiune cât şi prin brazde deudare şi se poate aplica atât culturilor vegetale cât şi păşunilor (de exemplu, pentru irigareapăşunilor se poate administra un volum de 100 m3 de ape uzate la hectarul de păşune pe timpulunei campanii cu durată obişnuită la fabricile de amidon cu activitate sezonieră, sau volume zilnicede 20-30 m3 de ape uzate la hectarul de păşune la fabricile de amidon cu activitate continuă). Învederea unei mai bune utilizări a potasiului conţinut în apele uzate rezultate de la fabricareaamidonului, este necesar să se execute o tratare prealabilă cu var a terenurilor de irigat. Trebuieexclusă utilizarea ca ape de irigaţie prin aspersiunea apelor uzate de transport şi spălare provenitede la fabricarea amidonului din cartofi, deoarece acestea pot să conţină nematozi, dacă fabricarespectivă a prelucrat tuberculi contaminaţi, cu care se pot contamina terenurile irigate.



Pentru reducerea cantităţilor de ape uzate provenite de la fabricarea amidonului trebuiestudiate posibilităţile de recirculare a apelor tehnologice.

Astfel, în unităţile de fabricare a amidonului din porumb, procedeul de recirculare a apelordă rezultate foarte bune unde efluenţii încărcaţi cu gluten proveniţi de la faza de îngroşare aglutenului şi efluenţii de spălare a amidonului care prin recirculare devin foarte concentraţi lafinele procesului, sunt supuşi evaporării rezultând astfel nu numai o diminuare a volumului de apeuzate rezultate din procesul de fabricaţie, ci şi un produs secundar vandabil, care poate fivalorificat. Din concentrarea prin reciculare a apelor uzate de umflare se obţine un produs vandabilcare poate fi întrebuinţat ca substrat nutritiv în industria farmaceutică.

În unităţile de fabricare a amidonului din cartofi, procedeul de recirculare nu este aplicabildecât apelor de transport şi spălare. În scopul recirculării acestor ape uzate trebuie eliminate dinacestea nisipul, germenii şi fragmentele de tuberculi printr-un tratament mecanic de sitare şidecantare. Deoarece în procesul tehnologic se înlocuieşte continuu doar cca. 50% din apa dincircuit cu apă proaspătă, apele uzate vor avea o încărcare din ce în ce mai ridicată de impurităţi.

În unităţile de fabricare a amidonului din grâu este posibilă o recirculare atât a apelorîncărcate cu gluten cât şi apelor de spălare a amidonului.

Posibilităţi interesante de modificare în sens favorabil a compoziţiei apelor uzate apar dinrecuperarea avansată a unor substanţe valorificabile din anumite fracţiuni deosebit de încărcate deape uzate. Astfel, recuperarea albuminelor în fabricile de amidon din porumb, sau recuperareaglutenului în fabricile de amidon din grâu, justifică dificultăţile de recuperare rezultând subprodusecu valoare economică, deci vandabile. Chiar şi în fabricile de amidon din cartofi printr-o trataretermică numită coagulare la cald se pot recupera albuminele din apele uzate cu pulpe, prin aceastarezultând şi o reducere semnificativă a încărcării organice a apelor uzate.

BIBLIOGRAFIE[1]. Chapter 26. Pollution from food processing factories and environmental protection.

c8_epurarea apelor uzate provenite de la fabricarea amidonului

Documents