Zala URISK ŠTUDIJ POSTOPKOV ČIŠČENJA ODPADNEGA · UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Zala URISK ŠTUDIJ POSTOPKOV ČIŠČENJA ODPADNEGA PERUTNINSKEGA PERJA ZA NADALJNJO

UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Zala URISK

ŠTUDIJ POSTOPKOV ČIŠČENJA ODPADNEGA

PERUTNINSKEGA PERJA ZA NADALJNJO UPORABO

Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje

Oblikovanje in tekstilni materiali

Maribor, september 2011

ŠTUDIJ POSTOPKOV ČIŠČENJA ODPADNEGA

PERUTNINSKEGA PERJA ZA NADALJNJO UPORABO

Diplomsko delo

Študentka: Zala URISK

Študijski program: Univerzitetni študijski program 1. stopnje

Oblikovanje in tekstilni materiali

Smer: Sodobni tekstilni materiali

Mentor: prof. dr. Tatjana Kreže

Somentor: prof. dr. Simona Strnad

Maribor, avgust 2011

- II -

I Z J A V A

Podpisana Zala Urisk izjavljam, da:

je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof.

dr. Tatjane Kreže in somentorstvom izr. prof. dr. Simone Strnad;

predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor,_____________________ Podpis: ___________________________

- III -

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorici izr. prof. dr. Tatjani Kreže in

somentorici izr. prof. dr. Simoni Strnad za pomoč in

vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Za pomoč pri

eksperimentalnem delu se zahvaljujem vsem v

Laboratoriju za obdelavo in preskušanje polimernih

materialov.

Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij

in me vedno v vsem podpirali.

Hvala tudi vsem ostalim, ki so mi pri delu kakorkoli

pomagali.

- IV -

ŠTUDIJ POSTOPKOV ČIŠČENJA ODPADNEGA PERUTNINSKEGA

PERJA ZA NADALJNJO UPORABO

Ključne besede: čiščenje vlaken, keratinska vlakna, analizne metode, perutninsko perje

UDK: 675.087.017(043.2)

POVZETEK

V diplomskem delu z naslovom »Študij postopkov čiščenja odpadnega perutninskega perja za

nadaljnjo uporabo« je bil namen ugotoviti, kateri je najbolj optimalen postopek čiščenja

odpadnega perutninskega perja, ki je kot stranski produkt mesne industrije zelo

obremenjujoče za okolje.

Pri postopku pranja odpadnega perutninskega perja smo spreminjali parametre pranja:

temperaturo, uporabo pralnega sredstva in uporabo ultrazvoka. S pomočjo številnih analiznih

metod, kot so določanje motnosti odpadne kopeli, količine trdnih delcev v kopeli, celotnega

organskega ogljika, celotnega dušika, vsebnosti maščob in mikrobioloških poškodb, smo

ugotavljali kakšne lastnosti ima odpadna pralna kopel in oprano perje, z namenom, da bi

določili optimalen postopek pranja, ki perju nudi želene in potrebne lastnosti za določeno

področje uporabe.

- V -

STUDY OF WASTE POULTRY FEATHERS CLEANING FOR

FURTHER USE

Key words: cleaning fibers, keratin fibers, analytical methods, poultry feathers

UDK: 675.087.017(043.2)

ABSTRACT

This diploma work entitled »Study of waste poultry feathers cleaning for further use« was

intended to determine which is the most optimal process for cleaning waste poultry feathers,

which are a by-product of the meat industry and are very burdening for the environment.

In the process of cleaning waste poultry feather, we changed the parameters of

cleaning: the temperature, the use of detergent and use of ultrasound. By using several

analytical methods such as turbidity of waste bath, the amount of solid particles in the bath,

total organic carbon, total nitrogen, fat content and the presence of microorganisms, we

identified the characteristics of the waste bath and cleaned feathers in order to determine the

optimal washing process which provides the desired and necessary properties for specific

applications to the feathers.

- VI -

KAZALO

1 UVOD IN NAMEN ............................................................................................................. - 1 -

2 TEORETIČNI DEL ............................................................................................................ - 3 -

2.1 Struktura in lastnosti ptičjega perja ........................................................................ - 3 -

Struktura perutninskega perja ........................................................................................ - 3 -

Keratin ........................................................................................................................... - 5 -

Keratin v perju ............................................................................................................... - 7 -

2.2 Proces nastajanja odpadnega perutninskega perja ................................................ - 8 -

2.3 Postopki čiščenja in pranja vlaknatih materialov .................................................. - 9 -

Čiščenje keratinskih vlaken ......................................................................................... - 12 -

Pranje perutninskega perja........................................................................................... - 14 -

3 EKSPERIMENTALNI DEL ............................................................................................ - 15 -

3.1 Materiali ................................................................................................................... - 15 -

Perutninsko perje ......................................................................................................... - 15 -

Reagenti ....................................................................................................................... - 16 -

3.2 Postopki čiščenja ...................................................................................................... - 18 -

3.3 Metode določanja učinkov čiščenja........................................................................ - 20 -

Motnost ........................................................................................................................ - 21 -

Količina trdnih delcev v kopeli ................................................................................... - 22 -

Določevanje celotnega organskega ogljika v kopeli (TOC) ........................................ - 23 -

Določanje celotnega vezanega dušika (TNb) .............................................................. - 24 -

Ekstrakcija in določanje količine maščob ................................................................... - 25 -

Določanje prisotnosti mikroorganizmov ..................................................................... - 27 -

3.4 Meritve in rezultati .................................................................................................. - 28 -

3.5 Diskusija ................................................................................................................... - 33 -

4 Zaključek ................................................................................................................... - 42 -

5 Literatura ................................................................................................................... - 44 -

- VII -

KAZALO SLIK

Slika 2.1: Zgradba ptičjega peresa ............................................................................... - 4 -

Slika 2.2: Vijačna struktura α-heliksa .......................................................................... - 5 -

Slika 2.3: Zvijanje proteinskih makromolekul v α-vijačnico ...................................... - 6 -

Slika 2.4: Tvorba vodikovih vezi med dvema polipeptidnima verigama in tvorba β-

nagubane ravnine ......................................................................................... - 6 -

Slika 2.5: Model β-nagubane ravnine .......................................................................... - 7 -

Slika 2.6: Zvijanje β-keratina. Slika je povzeta po referenci [5]. ................................ - 7 -

Slika 2.7: Molekula tenzida ......................................................................................... - 9 -

Slika 2.8: Združevanje micel ..................................................................................... - 10 -

Slika 3.1: Industrijsko predčiščeno perutninsko perje ............................................... - 16 -

Slika 3.2: Naprava za določanje motnosti turbidimeter ............................................. - 21 -

Slika 3.3: Aparat Analytik Jena Multi N/C 2100 ....................................................... - 23 -

Slika 3.4: Aparat za ekstrakcijo maščob .................................................................... - 25 -

Slika 3.5: Motnost odpadnih kopeli [NTU]. .............................................................. - 33 -

Slika 3.6: Vpliv temperature na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci obdelovalnih

kopeli (1A) pri temperaturi 40°C in b) vzorci obdelovalnih kopeli (1B) pri

temperaturi 60°C. ...................................................................................... - 34 -

Slika 3.7: Vpliv ultrazvoka na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci obdelovalnih

kopeli (1B) pri temperaturi 60°C brez uporabe ultrazvoka in b) vzorci

obdelovalnih kopeli (1BUZ) pri temperaturi 60°C z uporabo ultrazvoka. - 35 -

Slika 3.8: Vpliv pralnega sredstva na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci

obdelovalnih kopeli (1A) pri temperaturi 40°C brez uporabe pralnega

sredstva in b) vzorci obdelovalnih kopeli (2A) pri temperaturi 40°C z uporabo

ultrazvoka. ................................................................................................. - 35 -

Slika 3.9: Količina trdnih delcev v kopeli [g/100 mL] .............................................. - 36 -

Slika 3.10: Ostanek trdnih snovi po postopku pranja pri 60 °C brez uporabe pralnega

sredstva (1B) in ob uporabi pralnega sredstva (2B) .................................. - 37 -

Slika 3.11: Celotni organski ogljik TOC [mg/L] in celotni dušik TN [mg/L] v odpadnih

pralnih kopelih. .......................................................................................... - 38 -

- VIII -

Slika 3.12: Vzorec perja 1A, opazovan v vodi, 100× povečava. ................................. - 39 -

Slika 3.13: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 1A in b) vzorec

1AUZ ......................................................................................................... - 39 -

Slika 3.14: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 1B in b) vzorec

1BUZ ......................................................................................................... - 39 -

Slika 3.15: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: vzorec 1C .................... - 40 -

Slika 3.16: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 2A in b) vzorec

2AUZ ......................................................................................................... - 40 -

Slika 3.17: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 2B in b) vzorec

2BUZ ......................................................................................................... - 40 -

- IX -

KAZALO PREGLEDNIC

Preglednica 2.1: Vsebnost nečistoč na volni [15] ................................................................ - 12 -

Preglednica 3.1: Oznake vzorcev kopeli, opis kopeli, temperatura in čas obdelave, ter obdelava

z ultrazvokom. ........................................................................................... - 19 -

Preglednica 3.2: Oznake vzorcev perja, opis obdelovalnih kopeli, temperatura in čas obdelave,

ter obdelava z ultrazvokom. ........................... Napaka! Zaznamek ni definiran.

Preglednica 3.3: Motnost obdelovalnih kopeli [NTU]. ........................................................ - 28 -

Preglednica 3.4: Količina trdnih delcev v kopeli [g/100mL]. .............................................. - 29 -

Preglednica 3.5: Celotni organski ogljik [mg/L], celotni organski ogljik skupaj s slepo kopeljo

TOCSK

[mg/L] in standardna deviacija TOC [mg/L]. ............................... - 30 -

Preglednica 3.6: Celotni dušik [mg/L], celotni dušik s slepo kopeljo TNSK

[mg/L] in

standardna deviacija TN [mg/L]. ............................................................... - 31 -

Preglednica 3.7: Masa bučke (Mb), masa bučke z ekstrahirano maščobo (Mbm), masa ostanka

(Mo), masa obdelanega perja (Mp) in iz teh rezultatov izračunana vsebnost

maščob v opranem perju. ........................................................................... - 32 -

- X -

UPORABLJENI SIMBOLI IN KRATICE

mTD - masa trdnih delcev [g]

m1 - masa filtrirnega papirja s filtratom [g]

m2 - masa filtrirnega papirja [g]

m3 - vsebnost vlage filtrirnega papirja [%]

Vk - volumen kivete [mL]

fr - faktor redčenja

Mo - masa ostanka [g]

mb - masa bučke pred ekstrakcijo [g]

mbm - masa bučke po ekstrakciji [g]

ppm - angl. parts per million, enota za merjenje koncentracije

CMC - angl. critical micelle concentracion, kritična koncentracija tvorbe micel

NTU - nefelometrične turbidimetrične enote

SK - slepa kopel

TOC - angl. total organic carbon, celotni organski ogljik [mg/L]

TN - angl. total nitrogen, celotni dušik [mg/L]

TC - angl. total carbon, celotni ogljik [mg/L]

IC - angl. inorganic carbon, anorganski ogljik [mg/L]

http://sl.wikipedia.org/wiki/Koncentracija

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1 UVOD IN NAMEN

Trajnostni razvoj je način razvoja, ki zadošča današnjim potrebam, ne da bi pri tem ogrozil

možnosti razvoja prihodnjim generacijam. S časom je postalo jasno, da bo potrebno zaradi

klimatskih sprememb omejiti uporabo številnih virov, prav tako pa tudi zmanjšati vse vrste

emisij. S tem bi zajezili škodljiv vpliv na človeški razvoj in dosegli trajnostni razvoj.

Perutninsko perje je pomemben odpadek oziroma stranski produkt na področju vzreje

perutnine, ki se trenutno v največji meri predeluje v nizko hranilno hrano za male živali, v

nekaterih državah pa perje še vedno odlagajo na odlagališča. V Evropski uniji direktiva

1999/31/EC prepoveduje odlaganje odpadkov, ki vsebujejo velik del biorazgradljivih

materialov z visokimi vrednostmi gorljivosti. Zaradi tega je pomembno najti ustrezno in

široko področje uporabe perutninskega perja, ki bi pomagala pri odstranitvi te vrste odpadkov

[3].

S študijem perutninskega perja lahko dosežemo, da se odpadno perje uporabi kot

vhodna surovina za druge procese in izdelke, katere lahko razvijamo na način, da so

biorazgradljivi in zato tudi kasneje lažje odstranljivi.

Področje pranja perja do sedaj ni bilo široko raziskano. S pranjem perja so se ukvarjali v

Nemčiji z začetkom leta 1969, ko je nastal patent pod številko United States Patent 3,475,112.

Pri tem so raziskovali proces čiščenja perja za uporabo kot polnilo v odejah in vzglavnikih.

Deset let kasneje so začeli z razvijanjem procesa čiščenja perja na način, da se perje med

pranjem ne bi zvijalo ali združevalo v skupke, kar otežuje nadaljnjo obdelavo, postopek pa so

patentirali pod številko United States Patent 4,169,706 [18]. Na področju predelave

odpadnega perutninskega perja so leta 2002 ugotovili, da ima perje odlične absorpcijske

sposobnosti, še posebej, če je obdelano z NaOH, in lahko absorbira težke kovine iz odpadnih

voda [1]. Kot zelo uspešno se je leta 2003 perje izkazalo tudi na področju nadzora erozije,

kjer so puranje perje uporabili za izdelavo tkanine, v kateri je bilo perje med seboj povezano z

lateksom [11]. Med novejša dognanja pa spada postopek shranjevanja vodika, in sicer naj bi

karbonizirano perje služilo kot substrat za shrambo vodika [13].


- 2 -

Namen diplomske naloge z naslovom »Študij postopkov čiščenja odpadnega

perutninskega perja za nadaljnjo uporabo« je ugotoviti, kakšen postopek čiščenja odpadnega

perja je najprimernejši za njegovo nadaljnjo uporabo kot je npr. izolacijski materiali,

geotekstilije, filtri, idr.

Industrijsko čiščeno odpadno perje smo za namen raziskovalnega dela in izvedbe

diplomske naloge dobili v podjetju Perutnina Ptuj. Podjetje posveča veliko pozornosti

varnosti, kakovosti in odnosu do okolja. Odpadno perje trenutno predelujejo v perno moko,

kar pa zaradi pojava BSE (bolezen norih krav) postaja vedno bolj strogo regulirano.

Z namenom priprave odpadnega perutninskega perja za nadaljnjo uporabo smo izvedli

različne postopke čiščenja oziroma pranja. Uporabili smo različne obdelovalne kopeli (čista

voda, dodatek neionogenega pralnega sredstva, ultrazvočna obdelava) in spreminjali

temperature obdelovalnih kopeli (40°C, 60°C in 90°C). Glede na dobljene rezultate po pranju

z različnimi postopki smo z ustreznimi metodami (določanje motnosti kopeli, določanje

količine trdnih snovi, TOC, TN, določanje vsebnosti maščob, določanje prisotnosti

mikroorganizmov) analizirali učinkovitost postopkov čiščenja in izbrali najprimernejši

postopek.

Diplomska naloga je sestavljena iz teoretičnega in eksperimentalnega dela. S

povzemanjem predvsem tuje in tudi domače literature je predstavljen proces nastajanja

odpadnega perutninskega perja in problematika le-tega. Predstavljena je struktura

perutninskega perja, ter njegove najpomembnejše lastnosti. V teoretičnem delu naloge so

opisane osnove postopkov čiščenja in pranja vlaknatih materialov, natančneje beljakovinskih -

keratinskih vlaken (volna), v nadaljevanju pa še specifični postopki čiščenja perutninskega

perja. V uvodu eksperimentalnega dela so zapisani uporabljeni materiali (industrijsko čiščeno

perje in reagenti), ter postopki čiščenja. V nadaljevanju pa so predstavljene analizne metode

(princip merjenja, pogoji merjenja, analizna oprema in izvedba metode), s pomočjo katerih

smo določali učinke različnih postopkov pranja. V poglavju Meritve in rezultati so v

preglednicah predstavljene posamezne meritve in rezultati uporabljenih analiznih metod. V

diskusiji je s pomočjo grafičnih predstavitev prikazana in primerjana učinkovitost čiščenja

perutninskega perja po različnih postopkih. Ob zaključku so definirani najprimernejši

postopki čiščenja perja, ki ob izbiri optimalnih parametrov (poraba energentov povezana s

stroški) nudijo želene in potrebne lastnosti za določeno področje uporabe.


- 3 -

2 TEORETIČNI DEL

2.1 Struktura in lastnosti ptičjega perja

Ptičje perje sodi zaradi svoje strukture in lastnosti med edinstvena vlakna, uporabna za

številne aplikacije. Zaradi prisotnosti votlih struktur v obliki satovja, nizke gostote, visoke

fleksibilnosti in strukturne skladnosti z drugimi vlakni v proizvodu, imajo vlakna iz ptičjega

perja edinstvene lastnosti, ki se močno razlikujejo od drugih naravnih in sintetičnih vlaken

[12].

Struktura perutninskega perja

Peresa so tvorbe, sestavljene iz trdne beljakovine keratin, ki sestavlja tudi lase, volno, nohte in

kopita. Znana so po svoji visoki kristalinosti, ter predvsem termični izolativnosti in

odpornosti.

Pero sestavljajo tulec, strženasto rebrce, veje, ter gladke in kaveljčaste vejice, ki skupaj

sestavljajo kosmačo (slika 2.1). Tulec je vsajen v kožo in se na drugi strani nadaljuje v

osrednje rebro ali os, iz katerega dvostransko izraščajo stranske veje, nameščene v eni ravnini.

Iz vej se zopet dvostransko cepijo vejice in na tistih, ki so obrnjene proti vrhu peresa, so

drobni kaveljčki, s katerimi se oprijemajo nekaveljčkastih vejic naslednje stranske veje.

Takšna prepletajoča zgradba daje peresu stalno obliko in trdnost in izoblikuje se enotna

neprepustna ploskev [6].


- 4 -

Slika 2.1: Zgradba ptičjega peresa

Ptiči imajo več vrst peres in sicer krovna peresa, ki imajo ravno osrednjo os ali rebro, iz

katerega izraščajo ožja stranska rebra, iz teh pa še manjša rebrca, ki držijo rebra skupaj, zaradi

česar slednja tvorijo ravno površino. Poznamo tudi puhasta peresa, ki imajo samo rebra brez

rebrc in niso urejena v ravno površino, ter letalna peresa, ki so posebna oblika krovnih peres

brez kosmače in imajo ključno vlogo pri letenju [10].

Perutninsko perje se ponaša s številnimi lastnostmi kot je nizka gostota, odlična

stisljivost, prožnost, sposobnost blaženja zvoka, zadrževanje toplote, ter posebna morfološka

struktura kosmače, ki perje uvršča med edinstvena vlakna.

Gostota perutninskega perja znaša 0,8 g/cm3, kar je znatno manj od gostote celuloznih

vlaken ali volne. Prav tako nima nobeno komercialno sintetično vlakno tako nizke gostote kot

perje. Nizka gostota, sposobnost zadrževanja toplote, ter zvočna izolativnost izhajajo

predvsem iz votlih celic v notranjosti perja, ki so razporejene v obliki satovnice. Perje je kot

odpadek pri predelavi perutnine tudi poceni, množično dosegljiv in naravno obnovljiv vir za

beljakovinska vlakna [12].


- 5 -

Keratin

Keratin je beljakovina, ki spada med vlaknate strukturne proteine. Najdemo ga v številnih

strukturah kot je volna, človeška koža, lasje, živalske dlake, kopita in perje.

Perutninsko perje je v 90% sestavljeno iz keratina, ki sestoji iz zaporedja 95 amino

kislin. Najbolj pogoste aminokisline so serin (Ser), prolin (Pro), glicin (Gly), valin (Val),

cistein (Cys) in leucin (Leu). Približno polovica teh aminokislin ima hidrofilen značaj, druga

polovica pa hidrofoben. Površinske lastnosti perja so odvisne od tega, ali so hidrofobne

aminokisline obrnjene proti notranjosti makromolekule ali proti njeni površini. Za razliko od

perutninskega keratina ima volna v keratinu najbolj zastopane naslednje aminokisline:

glutamin, serin, cistein, glicin, leucin in arginin [4].

Poznamo dva osnovna tipa nadmolekulske strukture keratina in sicer α-helix (α-

vijačnica) in β-pleated sheet (β-nagubana ravnina ali β-cikcakasta ploskev).

Vijačna struktura (α-helix)

V paličasti strukturi alfa heliksa so aminokisline razporejene v obliki vijačnice. Kisik vsake

karbonilne skupine je preko vodikove vezi povezan z vodikom aminske skupine vsake

naslednje četrte aminokisline. Vodikove vezi tako potekajo vzporedno z osjo vijačnice. V alfa

heliksu volne tvori zavoj 3,6 aminokislinskih ostankov, kar predstavlja razdaljo 0,54 nm

(slika 2.2), vsak aminokislinski ostanek pa predstavlja v smeri vijačnice razdaljo 0,15 nm.

Nepolarni oziroma hidrofobni ostanki se orientirajo proti notranji strani makromolekule,

tako da tvorijo hidrofobne cone molekul, v katerih se najbližji ostanki ogljikovodikov

povezujejo z Van der Waalsovimi silami [15].

Slika 2.2: Vijačna struktura α-heliksa

zavoj 3,6

amino

kislinskih

ostankov

amino

kislinski

ostanek


- 6 -

Slika 2.3: Zvijanje proteinskih makromolekul v α-vijačnico

β-nagubana ravnina (β-pleated sheet)

Planarnost peptidne vezi prisili polipeptidno verigo, da se naguba tako, da se stranske verige

(ostanki) aminokislin postavijo na vsako stran verige (slika 2.4 in 2.5). Verige so praktično

popolnoma raztegnjene, tako, da je med sledečima si Cα atomoma razdalja 0,35 nm.

Cikcakasta struktura je vedno nekoliko zavita in če je vključenih več različnih

aminokislin, se lahko oblikujejo v beta sodčasto obliko. Več plasti cikcakaste strukture daje

takšni strukturi visoko trdnost [15].

Slika 2.4: Tvorba vodikovih vezi med dvema polipeptidnima verigama in tvorba β-nagubane

ravnine

Vodikova

vez


- 7 -

Slika 2.5: Model β-nagubane ravnine

Keratin v perju

Perje je (v povprečju) sestavljeno iz 91% keratina, 1,3% maščob in 7,9% vode. Glavna

sekundarna struktura v perju je β-keratin, ki pa ni položen v plasteh, ampak se postopoma

zvija, kar je vidno na sliki 2.6. β-keratin vsebuje urejene strukture alfa heliksa in β-nagubane

ravnine, pa tudi nekaj neurejenih struktur [5].

Slika 2.6: Zvijanje β-keratina. Slika je povzeta po referenci [5].


- 8 -

2.2 Proces nastajanja odpadnega perutninskega perja

Ocenjeno je, da na svetu letno pridelamo 5 Mt perja kot odpadek v pridelavi perutninskega

mesa, kar je za predelovalce perutninskega perja obremenjujoče tako s finančnega kot tudi z

ekološkega vidika. V zadnjih 15 letih se je proizvodnja perutnine povečala še za približno 5%

letno, še posebej v razvijajočih se državah. [3]

Zadnja leta je bilo veliko polemik glede vpliva odpadnega materiala iz perutninskih

predelovalnic na zdravje ljudi, kljub vsemu pa je odpadno perje relativno čisto in v splošnem

ne predstavlja tveganja za zdravje. Težavo bi lahko predstavljala kontaminacija perja s krvjo

in blatom, vendar se perje nenehno odstranjuje iz območja predelave. Predelovalni obrat

naredi povprečno 2 toni odpadnega perja na uro, dobiček na posamezno ptico pa je zelo nizek,

zato je potrebno perje odstranjevati zelo hitro in s čim nižjimi stroški [9].

Perje, ki ga industrijsko očistijo (spiranje s hladno vodo), iz klavnice prepeljejo v

kafilerijo, kar je izraz za obrat za predelovanje klavniških odpadkov in trupel poginulih živali,

kjer se odpadno živalsko tkivo predeluje v nov material z dodano vrednostjo. Pod tem je

mišljena kakršnakoli predelava stranskih živalskih proizvodov v bolj uporabne proizvode, ali

gledano še ožje, predelava odpadnega živalskega mastnega tkiva v očiščene maščobe, v mast

ali loj ter visoko proteinsko mesno-kostno in perno moko. V primeru, ko klavnici sledi

kafilerija (kot je to v primeru podjetja Perutnina Ptuj), to imenujemo integrirana predelava

odpadkov [9]. Predelava perja v perno moko pa ima lahko nekatere negativne posledice,

problem predstavlja predvsem možnost prenosa mikroorganizmov in kontaminacija hrane za

male živali.

Trenutno je še vedno zelo aktualno kompostiranje odpadnega perja kot metoda

recikliranja, saj se nove metode še niso dovolj raziskale, da bi lahko bile množično v uporabi.

Največji problem je velika količina perja, zato je potrebno zelo hitro odstraniti staro perje, da

se naredi prostor za novo. Vendar pa je treba opozoriti na dejstvo, da je keratin perja zaradi

velikega števila disulfidnih medmolekulskih povezav izjemno obstojen in je njegov razpad

med kompostiranjem dolgotrajen [9].

Novi cilj perutninske industrije je postal kako predelati odpadno perje v nove produkte.

Znanstveniki se intenzivno ukvarjajo z raziskovanjem in iskanjem novih možnosti

izkoriščanja odpadnega perutninskega perja kot npr. izdelovanje papirja in avtomobilskih

delov do izdelovanja keratinskih filmov, izdelave vlaknovin za geotekstilije, itd.


- 9 -

2.3 Postopki čiščenja in pranja vlaknatih materialov

Pranje je proces, s katerim želimo iz materiala odstraniti vse tuje snovi, ki so bile na material

nanesene naključno, po nesreči ali malomarno in zmanjšujejo stopnjo higieničnosti materiala.

Pranje najpogosteje poteka v vodnem mediju, ročno ali strojno, z dodatkom površinsko

aktivnih pralnih sredstev in ostalih dodatkov (elektrolitov) ob možnosti povišanja

temperature. Pri procesu pranja so tekstilije skupaj z nečistočami v središču sistema, v

katerem si prizadevamo odstraniti nečistoče. Kot aktivni partnerji v tem sistemu sodelujejo

voda kot topilo oziroma nosilni medij, detergent, ki olajša pranje in pralni stroj, ki določa

ostale parametre pranja: temperaturo kopeli, čas pranja in intenzivnost mehanskega delovanja.

Za vsa pralna sredstva (mila, pomožna sredstva ali tenzidi) je značilno, da so njihove

molekule zgrajene iz dveh delov: v vodi topnega, hidrofilnega dela in v vodi netopnega,

hidrofobnega dela (slika 2.7). Njihova pomembna lastnost je, da se molekule tenzida

nakopičijo na mejni površini vodne raztopine, ne glede na to, ali meji na plinasto, tekočo ali

trdno snov in tako spremenijo njene fizikalno kemijske lastnosti. Sloj tenzida na površini

raztopine povzroči znižanje mejne površinske napetosti tekočine in s tem poveča njeno

omakalno sposobnost.

Slika 2.7: Molekula tenzida

Mehanizem pranja poteka tako, da se začne oljni madež zaradi spremembe mejne

površinske napetosti kopeli spreminjati v obliko, tako da zavzame najmanjšo možno površino

– to je krogla, torej v majhno kapljico. Kapljica se z vseh strani obda s plastjo molekul tenzida

in se tako emulgirana loči od podlage. Trdni delci, ki so večinoma v vodi netopne anorganske

nečistoče, pa se poleg tega, da se obdajo s plastjo molekul tenzida v raztopini, še dispergirajo

zaradi elektrostatičnih odbojnih sil, ki delujejo med nečistočami in tekstilnimi vlakni.

Hidrofobni del Hidrofilni del


- 10 -

Hidrofilni del tenzida ima afiniteto do vode, medtem ko je hidrofobni del tenzida

vodoodbojen. Tenzide delimo tudi po naboju:

anionski tenzidi, kjer je hidrofobni del ostanek ogljikovodika, na katerega je vezana

hidrofilna negativno nabita skupina,

kationski tenzidi, kjer je hidrofobni del ostanek ogljikovodika, na katerega je vezana

hidrofilna pozitivno nabita skupina,

amfoterni tenzidi, kjer je hidrofobni del ostanek ogljikovodika, na katerega je vezana

hidrofilna tako negativno kot pozitivno nabita skupina in

neionski tenzidi, kjer je hidrofobni del ostanek ogljikovodika, na katerega je vezana

hidrofilna hidratizirana nenabita skupina, ki je ostanek etilen oksida.

Če damo tenzide v vodo, se njihove molekule porazdelijo po vseh mejnih površinah. Ko

so vse mejne površine zasedene, preostane tenzidom le še možnost lastnega združevanja (slika

2.8). Molekule tenzidov se združujejo v krogelne agregate ali krogelne micele, pri katerih je

hidrofobni del usmerjen v notranjost krogelnega agregata, hidrofilen del pa je usmerjen proti

vodi. Micele so za pranje zelo pomembne, saj so rezervna količina tenzidov za nastanek novih

mejnih površin. Tvorba micel nastopi le nad mejno koncentracijo tenzidov, ki se imenuje

kritična koncentracija tvorbe micel ali CMC.

Slika 2.8: Združevanje micel


- 11 -

Proces pranja

Pralni proces lahko razdelimo v tri glavne faze:

1. faza: Omočenje vlaken in nečistoč v pralni kopeli

Omočenje je sposobnost raztopine, da iz kapilarnih prostorov vlaken izpodrine zrak in

omogoča enakomeren dostop pralne kopeli. Ko je material popolnoma omočen, se vzpostavi

nasičenje faz v mejnem področju, saj tenzidi potujejo na površino vlaken in tvorijo

adsorpcijsko plast. Pri tem se neprekinjeno spreminjajo fizikalne lastnosti vlaken (navzemanje

vlage, vpliv temperature, pH vrednost), saj material nabrekne in se ob tem poveča površina

vlaken, zmanjša pa se tudi hrapavost.

Tvorjena adsorpcijska plast ima pomembno vlogo pri pranju, prav tako pa tudi pri

emulgiranju in pri nosilni sposobnosti umazanije pralne kopeli. Adsorpcijska plast zraste iz

micel,ki so prisotne v raztopini. Med razpadom micel in nastankom adsorpcijske plasti se

vzpostavi ravnotežje.

2. faza: odcepitev nečistoč od vlaken

Vezi med vlaknom in nečistočo se pretrgajo zaradi delovanja tenzidov in elektrolitov. Za

pretrganje vezi je pri procesu pranja potrebna določena energija, ki jo dovajamo z mehansko

obdelavo in toploto. S prekoračenjem energetske ovire se povišata adsorpcija in difuzija,

viskoznost se zniža, zaradi nabrekanja pa se poveča tudi površina vlaken in s tem difuzija

tekoče faze v vlakno.

3. faza: odstranitev nečistoč s pralno kopeljo

Nečistoče po odcepitvi od vlakna odstranjujemo iz procesa s spiranjem. Ta proces teče v

razredčenih kopelih, ker se tako odstranijo na novo zgrajeni fazni sistemi. Da znižamo porabo

vode, razdelimo proces odstranjevanja na več stopenj spiranja: najprej z vročo vodo, nato pa z

vodo sobne temperature [16].


- 12 -

Čiščenje keratinskih vlaken

Surova keratinska vlakna, predvsem surova volna vsebuje številne nečistoče, katerih količina

je odvisna od vrste ovc in pogojev v katerih živijo. Te nečistoče se lahko razvrstijo v tri

skupine in sicer:

maščobne nečistoče, ki so proizvod žlez lojnic in znojnic,

rastlinske nečistoče in

nečistoče, ki so na volni zaradi uporabe dezinfekcijskih sredstev za zaščito ovc pred

insekti [2].

Preglednica 2.1: Vsebnost nečistoč na volni [2].

Vrsta volne

Maščobe in

znoj

[%]

Prah in nečistoče

[%]

Rastlinske

nečistoče

[%]

Vlakno

[%]

Fina volna 20 – 50 5 - 40 0,5 – 2 20 – 50

Crossbred volna 15 – 30 5 – 20 1 – 5 40 – 60

Dolgovlaknata volna 5 - 15 5 - 10 0 – 2 60 – 80

Volna za preproge 5 - 15 5 - 20 0,5 - 2 60 - 80

Volno peremo v različnih fazah tehnološkega procesa plemenitenja, zato ločimo:

pranje volne v masi,

pranje prediva, ter

pranje tkanine.

Pri pranju prodira voda v fibrilarne prostore vlaken, ter povzroča njihovo nabrekanje. Ionske

vezi keratina se v vodi cepijo, zaradi česar je trdnost vlaken v mokrem stanju manjša kot v

suhem. Nabrekanje vlaken v vodi je odvisno od pH vrednosti in je izven izoelektrične točke

(pH = 4,9) zaradi cepitve prečnih vodikovih vezi večje kot v izoelektrični točki [14].


- 13 -

Pranje volne v masi

Poznamo tri osnovne možnosti pranja volne v masi [2]:

emulzijsko pranje, ki poteka v pralnem stroju imenovanem leviatan, na katerem si

sledijo faze namakanja, pranja (razmastitev in odstranjevanje znoja in ostalih nečistoč)

in izpiranje. Pomembna dejavnika pri tem postopku pranja sta temperatura in pH

kopeli, saj pranje poteka pri temperaturi 35 – 45°C in pri različnih pH vrednostih ob

dodatku neionogenih tekstilnih sredstev. Iz odpadne pralne kopeli lahko pridobivamo

volneno maščobo - lanolin, ki se uporablja kot osnovna surovina v kozmetični

industriji,

ekstrakcija v organskih topilih, kjer se izvede obdelava volne s topili kot je bencin ali

ogljikov tetraklorid. Obdelava volne z organskimi topili ima številne prednosti, saj se

med pranjem manj uniči in polsti, zato pa se tudi lažje prede, ter

zamrzovanje, kjer se volna izpostavi nizkim temperaturam. Pri tem se vosek zamrzne,

postane trd in lomljiv, iz tega pa z mehansko obdelavo nastane fini prah. Temperatura

se pri tem postopku pranja spusti do -30°C.

Pranje prediva

Volneno predivo vsebuje določeno količino olja ali kakšno drugo sredstvo za maščenje, ki se

doda predivu, da bi se olajšalo predenje. Pranje prediva poteka v raztopini mila ali sintetičnih

pralnih sredstev pri temperaturi manjši od 60°C. Če sestoji sredstvo za maščenje iz oleina in

le neznatne količine mineralnega olja, se lahko pranje izvede samo z natrijevim karbonatom.

Pranje tkanine

Nečistoče, ki jih najdemo na volnenih tkaninah so istega izvora kot nečistoče, prisotne na

predivu. Zaradi tega je pranje izvedeno v raztopini mila ali sintetičnih pralnih sredstev ali pa v

raztopini natrijevega karbonata, kar je odvisno od kemijske sestave sredstva za maščenje [2].

Na proces pranja beljakovinskih vlaken vplivajo mnogi dejavniki [14]:

vrsta surovine in konstrukcija tekstilij,

vrsta nečistoč (organskega, anorganskega izvora, v vodi topne ali v vodi netopne),


- 14 -

pralni medij,

tekstilna pomožna sredstva – tenzidi in

čas mehanske in toplotne obdelave.

Pranje perutninskega perja

Pri iskanju primernega postopka pranja perutninskega perja je potrebno upoštevati številne

dejavnike. Eden izmed najpomembnejših je velika poraba vode in detergentov, kar pa je

potrebno zmanjšati na točko, kjer bo perje oprano do želene stopnje ob tem pa bo poraba vode

čim nižja.

Po konvencionalnih postopkih pranja perja je za čiščenje enega kilograma materiala

potrebno 200 do 300 kg vode [18]. Prav tako je potrebno na postopek pranja gledati z

ekološkega vidika, saj se je potrebno izogniti onesnaževanju okolja z odpadno vodo, ki je bila

uporabljena v postopku čiščenja perutninskega perja.

Perutninsko perje je močno onesnaženo z iztrebki in ostalimi nečistočami, kar pa je zelo

težko očistiti. Proces čiščenja je zato izveden pri temperaturi med 40 in 80°C, pri čemer je v

skladu z nekaterimi viri najbolj optimalna temperatura 60°C [18]. Takšna relativno nizka

temperatura tako obenem tudi olajšuje proces sušenja. Pri čiščenju se dodajajo detergenti na

osnovi ogljikovodikovih derivatov, kamor spadajo trikloroetileni, tetrakloroeteni in njihove

mešanice. Takšni detergenti so na voljo v velikih količinah in poceni.

Z uporabo pralnih komor in že omenjenih detergentov se zmanjša poraba vode, prav

tako pa se iz pralne kopeli po končanem postopku z destilacijo odstranijo trdni delci, kar pa

pomeni ponovno uporabo kopeli pri naslednjem pranju [18].


- 15 -

3 EKSPERIMENTALNI DEL

Namen te diplomske naloge je ugotoviti, kakšen postopek čiščenja odpadnega perja je

najprimernejši za njegovo nadaljnjo uporabo kot npr. izolacijski material, geotekstilije, filtri

idr.

V ta namen smo uporabili industrijsko čiščeno odpadno perje, ki nam ga je posredovalo

podjetje Perutnina Ptuj d.d. Izvedli smo postopke čiščenja oziroma pranja pri različnih

pogojih. Uporabili smo različne obdelovalne kopeli (čista voda, dodatek neionogenega

pralnega sredstva, ultrazvočna obdelava) in spreminjali temperature obdelovalnih kopeli

(40°C, 60°C in 90°C). Glede na dobljene rezultate po pranju z različnimi postopki smo z

ustreznimi metodami (določanje motnosti, določanje količine trdnih snovi, TOC, TN,

določevanje vsebnosti maščob, prisotnost mikroorganizmov) analizirali učinkovitost

postopkov čiščenja in izbrali najprimernejši postopek.

3.1 Materiali

Perutninsko perje

V diplomski nalogi z naslovom smo kot vhodni material uporabili odpadno perutninsko perje,

ki smo ga dobili iz proizvodnje perutninskih izdelkov Perutnine Ptuj, d.d.

Perje je bilo industrijsko predčiščeno (slika 3.1), kar pomeni, da je bilo predhodno sprano s

hladno vodo. V postopku industrijskega čiščenja se odstrani večji del nečistoč, kljub temu pa

je perje še vedno vsebovalo vrsto nečistoč od krvi, iztrebkov, maščob, delcev kože do drugih

odpadnih snovi.


- 16 -

Slika 3.1: Industrijsko predčiščeno perutninsko perje

Reagenti

Za namen izvedbe eksperimentalnega dela diplomske naloge smo uporabili naslednje

reagente:

Pralno sredstvo Sandoclean PC

Detergent Sandoclean PC je biološko razgradljivo sredstvo, ki z emulzijskim in disperzijskim

delovanjem omogoča čiščenje in odstranjevanje mineralnih olj in drugih nečistoč iz tekstilnih

materialov. Je neionogeno sredstvo, kar pomeni, da ne disociira v vodi [17].

Organsko topilo petroleter

Pri ekstrakciji maščob iz opranega perutninskega perja smo uporabili topilo petroleter.

Petroleter se pridobiva v naftni rafineriji kot vmesni člen med lažjo nafto in težjim kerozinom

in ima gostoto med 0,6 in 0,8, kar je odvisno od vsebovanih komponent. Pri delu smo

uporabljali petroleter z gostoto 0,6475 kg/m3.


- 17 -

Barvilo Metilen modro

Barvilo Metilen modro smo uporabili pri ugotavljanju prisotnosti mikroorganizmov na

obdelanem perju. Metilen modro je na sobni temperaturi v obliki temno zelenega prahu, ob

dodatku vode pa se raztopi v temno modro tekočino. Uporablja se kot indikator v redoks

reakcijah.

Barvilo je dodano preparatu, kjer vdre v žive celice mikroorganizmov, tam pa ga

encimi, ki jih proizvajajo mikroorganizmi, oksidirajo in tako modra barva izgine, celice pa se

iz modro obarvanih spremenijo v prozorne. Celice, ki niso žive in zato tudi ne proizvajajo

encimov, ostanejo obarvane modro in pokažejo uspešnost pralnega procesa.


- 18 -

3.2 Postopki čiščenja

Industrijsko predčiščeno perutninsko perje smo obdelovali v kopelih pri različnih

temperaturah, ob dodatku pralnega sredstva ali pa ob pomoči ultrazvoka. Želeli smo ugotoviti,

kateri postopek daje najboljše učinke pranja in je hkrati cenovno ugoden, kar je v industriji

zelo pomembno. Postopki pranja so bili izvedeni v treh stopnjah:

obdelava v pralni kopeli 30 minut,

prvo izpiranje in sicer v času 10 minut, ter

drugo izpiranje prav tako v času 10 minut.

Vse stopnje so imele enako temperaturo obdelovalne kopeli, uporabljeno kopelno razmerje je

bilo 1:40 (200 mL kopeli, 5 g perja).

Prvi postopek pranja je bil izveden pri temperaturi 40°C, kot pralna kopel pa je služila

čista voda iz vodovoda (vzorec 1A). Vzorec smo po prvem pranju še dvakrat izpirali pri

temperaturi 40°C in času posameznega izpiranja 10 minut. Po vsaki fazi smo iz kopeli

odstranili perje, ter odpadno kopel filtrirali skozi filtrirni papir, da smo lahko določali količino

trdnih delcev v kopeli. Po končanem postopku pranja smo vzorce kopeli označili: vzorec 1A,

ki je ostal po prvem pranju, vzorec 1A/1 po prvem izpiranju in vzorec 1A/2 po drugem

izpiranju. Prav tako smo po vsaki fazi odlili vzorec odpadne kopeli v steklene kivete s

pokrovom, da smo lahko po končanem pranju izvajali opisane analizne metode.

Pri naslednjem postopku smo uporabili enako pralno kopel (čista voda iz vodovoda),

temperatura obdelave je bila 60°C, čas obdelave pa prav tako 30 minut (vzorec 1B), ter

ponovili dvoje izpiranj (vzorca kopeli 1B/1 in 1B/2). Pri tretjem postopku pranja smo pri

enakih pogojih povišali le temperaturo obdelave na 90°C (vzorec 1C) z dvema izpiranjema

(1C/1 in 1C/2).

Postopke pranja v čisti vodi pri enakih pogojih smo ponovili še s podporo ultrazvoka, in

sicer pranje v čisti vodi pri temperaturi 40°C in 60°C pri času prve kopeli 30 minut in dveh

izpiranj, ki sta posamezno trajali 10 minut. Dobili smo vzorce kopeli z oznakami 1AUZ,

1AUZ/1, 1AUZ/2 (pranje pri temperaturi 40°C) in z oznakami 1BUZ, 1BUZ/1 in 1BUZ/2

(pranje pri temperaturi 60°C).

V nadaljevanju smo uporabili obdelovalne kopeli z dodatkom neionskega pralnega

sredstva Clariant Sandoclean PC 1 g/L. Prali smo prav tako pri temperaturi 40°C in pri dveh

izpiranjih (vzorci odpadnih kopeli 2A, 2A/1 in 2A/2), pri temperaturi 60°C (vzorci kopeli 2B,

2B/1 in 2B/2), ter ob pomoči ultrazvoka pri temperaturi 40°C (vzorci 2AUZ, 2AUZ/1 in


- 19 -

2AUZ/2), ter temperaturi 60°C (vzorci 2BUZ, 2BUZ/1 in 2BUZ/2). Na začetku vsakega

pranja z dodatkom detergenta smo pripravili 300 mL kopeli, od česar smo že pred pranjem

odvzeli 100 mL slepe kopeli za primerjavo pri analizni metodi merjenja motnosti kopeli.

Slepa kopel je označena z oznako SK.

Oprano perje smo posušili na zraku na sobni temperaturi in sicer tako, da smo čašo s

perjem prekrili z gazo, da bi preprečili izhajanje suhega perja. V preglednici 3.1 so podani

parametri različnih procesov pranja in sicer: oznake obdelovalnih kopeli, ki bodo uporabljeni

v nadaljevanju naloge, ter pogoji pri katerih smo prali perje.

Preglednica 3.1: Oznake vzorcev kopeli, opis kopeli, temperatura in čas obdelave, ter

obdelava z ultrazvokom.

VZORCI KOPEL T [°C] t [min] Ultrazvok

1 1A Pralna kopel: čista voda 40 30 -

2 1A/1 1. izpiranje: čista voda 40 10 -


4 1B Pralna kopel: čista voda 60 30 -

5 1B/1 1. izpiranje: čista voda 60 10 -


7 1C Pralna kopel: čista voda 90 30 -

8 1C/1 1. izpiranje: čista voda 90 10 -

9 1C/2 2. izpiranje: čista voda 90 10 -

10 1AUZ Pralna kopel: čista voda 40 30 UZ

11 1AUZ/1 1. izpiranje: čista voda 40 10 UZ


13 1BUZ Pralna kopel: Čista voda 60 30 UZ

14 1BUZ/1 1. izpiranje: čista voda 60 10 UZ


16 2A Pralna kopel: Sandoclean PC 1 g/l 40 30 -



19 2B Pralna kopel: Sandoclean PC 1 g/l 60 30 -



22 2AUZ Pralna kopel: Sandoclean PC 1 g/l 40 30 UZ



25 2BUZ Pralna kopel: Sandoclean PC 1 g/l 60 30 UZ




- 20 -

3.3 Metode določanja učinkov čiščenja

Po opravljenem postopku pranja smo z različnimi analiznimi metodami želeli ugotoviti, kako

uspešno smo oprali perje in na podlagi rezultatov tudi določiti najbolj optimalen postopek, ki

je učinkovit in hkrati tudi cenovno ugoden. S pomočjo ustreznih analiznih metod smo

ugotavljali naslednje lastnosti obdelovalnih kopeli in opranega perja:

motnost obdelovalne kopeli,

količino trdnih delcev v kopeli,

celotni organski ogljik TOC v kopeli,

celotni dušik TN v kopeli,

ekstrakcijo in določevanje vsebnosti maščob v opranem perju, ter

mikrobiološke poškodbe na obdelanem perju.

Naštete analizne metode so pomagale pri ugotavljanju najprimernejšega postopka pranja

odpadnega perutninskega perja. Z določanjem motnosti obdelovalne kopeli smo ugotavljali

količino suspendiranih delcev, saj je večja motnost kopeli pomenila tudi več odstranjenih

nečistoč z odpadnega perja. Prav tako je bil pomemben pokazatelj uspešnosti pranja tudi

količina trdnih delcev v kopeli, s čemer smo želeli ugotoviti kakšna količina nečistoč se je

med postopkom obdelave odstranila s površine perja. Učinkovitost pranja smo preskušali tudi

z merjenjem celotnega organskega ogljika in celotnega dušika, pri čemer smo lahko ugotovili

količino organskih snovi v odpadni kopeli. Preskušali pa smo tudi oprano perje, in sicer z

ekstrakcijo maščob iz opranega perja, na koncu pa smo izvedli še slikovno analizo za

ugotavljanje prisotnosti mikroorganizmov na obdelanem perju, pri čemer smo pripravili

mikroskopske slike pri ustrezni povečavi.


- 21 -

Motnost

Motnost kopeli je pokazatelj prisotnosti delcev, velikosti od 1 nm do 1 mm. Delce tvorijo

anorganske in organske suspendirane snovi ter mikroorganizmi.

Motnosti izražamo v NTU (nefelometrične turbidimetrične enote). Metoda merjenja

motnosti temelji na primerjavi sipanja svetlobe pri prehodu skozi standardno suspenzijo z

znano motnostjo. Več kot je prisotnih suspendiranih delcev v raztopini, večja je motnost

vzorca in tem bolj se na delcih sipa svetloba. Intenziteta sipanja svetlobe je poleg

koncentracije suspendiranih delcev funkcija velikosti in oblike delcev, valovne dolžine

svetlobe in razlike lomnih količnikov delcev in vode [8].

Izvedba

Motnost obdelovalnih kopeli smo določali s pomočjo aparata turbidimeter znamke Hach

Model 2100P Portable Turbidimeter (slika 3.2), ki meri od 0,01 do 1000 NTU. Aparat smo

najprej priklopili v električno omrežje, da se je ustalil na delovno temperaturo. Očiščeno

kiveto smo čistili z destilirano vodo in jo napolnili s 15 mL analiziranega vzorca odvzete

kopeli, ter jo obrisali do suhega. Kiveto smo vstavili v aparat in po končanem merjenju

odčitali vrednost motnosti kopeli v NTU enotah.

Slika 3.2: Naprava za določanje motnosti turbidimeter


- 22 -

Količina trdnih delcev v kopeli

Med neraztopljene snovi sodijo sedimentirajoče, lebdeče in plavajoče anorganske in organske

snovi. Iz raztopine jih ločimo s filtriranjem, posušimo, njihovo vsebnost pa določimo

gravimetrično. Pod pojmom neraztopljene snovi razumemo tisti del snovi, ki jih v procesu

filtracije zadrži filter.

Neraztopljene snovi so definirane kot masna koncentracija trdnih snovi v tekočini,

običajno izločenih s filtracijo in nato določenih s sušenjem pri določenih pogojih.

Neraztopljene snovi ločimo iz vzorca pralne odpadne vode s filtriranjem, čemur sledi sušenje

filtra. Na osnovi ostanka suhe snovi lahko sklepamo o lastnostih, primernosti in učinkovitosti

posamezne tehnologije čiščenja [8].

Izvedba

Ostanek suhe snovi smo določali tako, da smo odpadne pralne kopeli po končanem

čiščenju filtrirali skozi klimatiziran filtrirni papir in sicer skozi lijak, v nekaterih primerih, kjer

je bila kopel gostejša, pa s pomočjo nuče. Filter papir s filtratom smo nato sušili na

temperaturi 105°C in času 5 ur do absolutno suhe teže. Po končanem sušenju smo vzorce

prenesli v eksikator, kjer so se hladili vsaj 2 uri. Kasneje smo vzorce filtrirnega papirja

stehtali v klimatiziranem prostoru in na podlagi mas izračunali količino trdnih snovi v kopeli

(enačba 3.1).

MTD = m1 – (m2 + m3) (3.1)

kjer je:

mTD [g] - masa trdnih delcev

m1 [g] - masa filtrirnega papirja s filtratom

m2 [g] - masa filtrirnega papirja

m3 [%] - vsebnost vlage filtrirnega papirja


- 23 -

Določevanje celotnega organskega ogljika v kopeli (TOC)

Osnova postopka merjenja organsko vezanega ogljika je oksidacija ogljika, prisotnega v

organskih spojinah, v ogljikov dioksid. Ta oksidacija je lahko termična, kemična s pomočjo

primernega oksidacijskega sredstva in/ali UV. Koncentracije TOC izračunavamo s pomočjo

TOC analizatorja kot razliko med vsebnostjo anorganskega ogljika [8].

Kot TOC analizator smo uporabili aparat Analytik Jena Multi N/C 2100 (slika 3.3), ki

pod visoko temperaturo s katalitskim izgorevanjem poskrbi za popolno oksidacijo vzorca v

ogljikov dioksid. Le-ta se zazna z nerazpršenim infrardečim senzorjem (NDIR –

Nondispersive Infrared Sensor).

Slika 3.3: Aparat Analytik Jena Multi N/C 2100

Izvedba

Za določevanje TOC smo vzorce obdelovalnih kopeli prelili v steklene kivete in jih do

volumna 5 mL redčili z destilirano vodo (enačba 3.2), količina redčenja pa je bila odvisna od

pričakovane vsebnosti ogljika v kopeli, saj je bila po prvem pranju pričakovana večja

vsebnost ogljika kot pa pri nadaljnjih dveh izpiranjih.


- 24 -

(3.2)

kjer je:

Vk [mL] - volumen kivete

fr - faktor redčenja

Pripravili smo tudi slepi vzorec, pri čemer smo namesto vzorca v epruveto dodali

destilirano vodo. Vzorce smo vstavili v avtomatski vzorčevalnik, pred začetkom merjenja pa

smo v TOC analizator vnesli še podatke kot so oznake in volumen vzorcev.

TOC vrednost izračunamo po enačbi (3.3):

TOC = TC – IC [mg/L] (3.3)

kjer je:

TC [mg/L] - celotni ogljik v ppm

IC [mg/L] - anorganski ogljik v ppm

Določanje celotnega vezanega dušika (TNb)

Celotni vezan dušik je seštevek organskega, amonijevega, nitritnega in nitratnega dušika.

Osnova določanja celotnega dušika temelji na podobnem principu kot določanje celotnega

organskega ogljika, saj gre za katalitsko reakcijo, ki poteče pod visoko temperaturo in

povzroči popolno oksidacijo vsebovanega dušika v dušikov oksid. Metoda neposrednega

določanja organskega dušika ni mogoča, saj pri vsaki metodi še vedno ostane nekaj vezanega

anorganskega dušika. Rešitev se ponuja v določanju celotnega dušika, kateremu odštejemo

količino nitratov, nitritov in amonijevega dušika (slednji pa so neposredno določljivi).


- 25 -

Izvedba

Za določanje celotnega dušika TN smo prav tako uporabili aparat Analytik Jena Multi N/C

2100 (slika 3.3), le da aparat zazna dušikov oksid s pomočjo kemiluminiscence, kjer gre za

pojav značilne svetlobe zaradi kemične reakcije.

Za določevanje celotnega dušika smo vzorce pripravili popolnoma enako kot za

določevanje celotnega organskega ogljika, vključno z redčenjem (enačba 3.2), ki je bilo za

obe analizi enako, in slepo kopeljo.

Ekstrakcija in določanje količine maščob

Ekstrakcija maščob poteka v aparatu Soxhlet (slika 3.4). Soxhlet je naprava, ki deluje na

principu pretokov organskega topila (običajno je to heksan ali petroleter), ki pronica skozi

material in pri tem s sabo odnaša tudi vsebovano maščobo.

Slika 3.4: Aparat za ekstrakcijo maščob


- 26 -

Izvedba

Kot vhodni material za ekstrakcijo smo uporabili perje z oznako 2A in 2AUZ, kar pomeni, da

je bilo oprano pri temperaturi 40°C ob dodatku pralnega sredstva, le da je bil vzorec 2AUZ

opran s pomočjo ultrazvoka. Uporabili smo perje po drugem izpiranju in pripravili 50 g

vsakega vzorca perja. Maščobo smo ekstrahirali tako, da smo v filtrirni papir ovili oprano

perje in na obeh straneh tulca zapognili papir tako, da perje ni moglo izhajati. Tulec smo nato

vstavili v Soxhlet aparat in perje ekstrahirali z organskim topilom petroleter volumna 250 mL

in sicer 20 pretokov v času dveh do treh ur.

Po končani ekstrakciji smo alkoholni ekstrakt evaporirali v aparatu Büchi VAC V-500

in sicer v ogreti kopeli, zato, da se je organsko topilo ločilo od ekstrahirane maščobe. Bučko

smo stehtali pred ekstrakcijo in potem po končani evaporaciji in dobili razliko v masi.

Glede na dobljene mase smo lahko izračunali vsebnost maščob v opranem perju (enačbi

3.4 in 3.5).

Mo = mbm – mb (3.4)

kjer je:

Mo [g] - masa ostanka

mbm [g] - masa bučke po ekstrakciji

mb [g] - masa bučke pred ekstrakcijo

(3.5)

kjer je:

Mo [g] - masa ostanka

mp [g] - masa perja po ekstrakciji


- 27 -

Določanje prisotnosti mikroorganizmov

Na naravnih vlaknih lahko pride do mikrobioloških poškodb, saj so primerno gojišče za

mikroorganizme zaradi visoke higroskopičnosti. Najprimernejše razmere za razvoj in rast

mikroorganizmov pomenijo toplota, vlažnost in mirujoč zrak.

Plesni predstavljajo posebno nevarnost, saj so njihove spore v zraku zelo razširjene. Ko

pridejo v stik z materialom se na njem naselijo in, ob primernih razmerah, na njem tudi

razmnožijo. Najbolje uspevajo v vlažnih in toplih okoljih, v nevtralnem ali rahlo kislem

mediju. Relativno dobro so razpoznavne že s klasičnimi mikroskopskimi tehnikami, v

primeru pa, ko je bil material po napadu mikroorganizmov opran in se na njem nahajajo le še

ostanki plesni, je potrebno za identifikacijo le-teh uporabiti obarvalne metode.

Reakcija mikroorganizmov z barvilom metilensko modro (CI 52015) je redoks reakcija,

s katero lahko spremljamo živost celic. Barvilo je v oksidirani obliki modro, v reducirani pa

brezbarvno. Zato so po reakciji z metilensko modro membrane celic, ki porabljajo kisik (so

žive) brezbarvne, mrtve celice pa se obarvajo modro.

Izvedba

Oprane vzorce perja smo za 4 tedne izpostavili sobni atmosferi, in sicer temperaturi

25°C in relativni vlažnosti okrog 50%.

Analizo prisotnosti mikroorganizmov smo izvedli s pomočjo barvila Metilen modro B

(Merck) [C.I. Basic Blue 9, C.I. 52015] in sicer tako, da smo vlakna položili na objektno

steklo in dodali kapljico reagenta. Po eni minuti smo reagent odstranili iz preparata s pomočjo

filtrirnega papirja in vlakna sprali z destilirano vodo, ki smo jo prav tako odstranili s pomočjo

filtrirnega papirja. Če so prisotni živi mikroorganizmi, se zaradi redukcije barvila le-to

razbarva, saj se porablja kisik.


- 28 -

3.4 Meritve in rezultati

Meritve analiziranih vzorcev obdelovalnih kopeli in opranega perja so podane v preglednicah

od 3.3 do 3.7. Izmerjeni so bili naslednji parametri: motnost obdelovalnih kopeli [NTU],

količina trdnih delcev v kopeli [g/100 mL], celotni organski ogljik TOC [mg/L], celotni dušik

[mg/L] in vsebnost maščob [%]. Izvedena je bila tudi analiza prisotnosti mikroorganizmov na

opranem perju po preteku izpostavljanja sobni atmosferi.

Preglednica 3.3: Motnost obdelovalnih kopeli [NTU].

Številka Oznaka Motnost [NTU]

1 1A 68,9

2 1A/1 10,3

3 1A/2 6,48

4 1AUZ 202

5 1AUZ/1 81,0

6 1AUZ/2 53,0

7 1B 116

8 1B/1 8,83

9 1B/2 4,04

10 1BUZ 248

11 1BUZ/1 39,7

12 1BUZ/2 29,5

13 1C 251

14 1C/1 19,6

15 1C/2 10,4

16 2A 881

17 2A/1 30,3

18 2A/2 8,67

19 2A (SK) 43,6

20 2AUZ 716

21 2AUZ/1 55,0

22 2AUZ/2 16,5

23 2AUZ (SK) 37,7

24 2B 600

25 2B/1 45,2

26 2B/2 7,14

27 2B (SK) 39,5

28 2BUZ 198

29 2BUZ/1 58,2

30 2BUZ/2 22,4

31 2BUZ (SK) 36,3


- 29 -

Preglednica 3.4: Količina trdnih delcev v kopeli [g/100mL].

Številka Oznaka Količina trdnih delcev v kopeli

[g/100 mL]

1 1A 0,0298

2 1A/1 0,0171

3 1A/2 0,0150

4 1AUZ 0,0314

5 1AUZ/1 0,0228

6 1AUZ/2 0,0175

7 1B 0,0261

8 1B/1 0,0189

9 1B/2 0,0114

10 1BUZ 0,0274

11 1BUZ/1 0,0157

12 1BUZ/2 0,0164

13 1C 0,0198

14 1C/1 0,0234

15 1C/2 0,0170

16 2A 0,0368

17 2A/1 0,0389

18 2A/2 0,0237

19 2A (SK) -

20 2AUZ 0,0313

21 2AUZ/1 0,0020

22 2AUZ/2 0,0014

23 2AUZ (SK) -

24 2B 0,1153

25 2B/1 0,0385

26 2B/2 0,0245

27 2B (SK) -

28 2BUZ 0,0249

29 2BUZ/1 0,0275

30 2BUZ/2 0,0304

31 2BUZ (SK) -

Vsebnost vlage filtrirnega papirja je znašala povprečno 7,5%.


- 30 -

Preglednica 3.5: Povprečne vrednosti celotnega organskega ogljika [mg/L] in standardna

deviacija TOC [mg/L].

Oznaka TOC [mg/L]

STDEV

TOC [mg/L]

1 1A 76,26 6,56

2 1A/1 5,73 0,72

3 1A/2 9,18 0,10

4 1AUZ 36,24 1,61

5 1AUZ/1 3,35 0,02

6 1AUZ/2 1,57 0,04

7 1B 120,00 1,54

8 1B/1 7,30 0,52

9 1B/2 5,95 0,05

10 1BUZ 244,00 13,54

11 1BUZ/1 41,40 4,35

12 1BUZ/2 44,10 0,83

13 1C 230,00 2,96

14 1C/1 13,20 1,53

15 1C/2 0,61 0,01

19 2A (SK) 360,00 0,15

16 2A 454,00 30,45

17 2A/1 372,00 0,26

18 2A/2 6,06 0,13

23 2AUZ (SK) 370,00 2,25

20 2AUZ 501,00 0,42

21 2AUZ/1 77,00 1,26

22 2AUZ/2 23,90 0,55

27 2B (SK) 360,11 3,26

24 2B 434,89 7,76

25 2B/1 49,10 0,07

26 2B/2 11,80 1,03

31 2BUZ (SK) 362,00 0,34

28 2BUZ 247,00 1,56

29 2BUZ/1 76,60 0,07

30 2BUZ/2 16,90 0,10


- 31 -

Preglednica 3.6: Povprečne vrednosti celotnega dušika [mg/L] in standardna deviacija TN

[mg/L].

Ime vzorca TN [mg/L] STDEV TN

[mg/L]

1 1A 27,60 0,13

2 1A/1 2,22 0,02

3 1A/2 1,86 0,02

4 1AUZ 19,10 0,40

5 1AUZ/1 2,19 0,02

6 1AUZ/2 0,42 0,01

7 1B 23,30 0,17

8 1B/1 3,11 0,02

9 1B/2 0,76 0,00

10 1BUZ 13,90 0,38

11 1BUZ/1 5,19 0,06

12 1BUZ/2 2,28 0,03

13 1C 8,04 0,11

14 1C/1 3,52 0,03

15 1C/2 1,18 0,00

19 2A (SK) 0,40 0,02

16 2A 30,71 0,44

17 2A/1 3,89 0,49

18 2A/2 1,25 0,01

23 2AUZ (SK) 0,70 0,02

20 2AUZ 13,50 0,67

21 2AUZ/1 4,23 0,02

22 2AUZ/2 2,46 0,06

27 2B (SK) 0,22 0,05

24 2B 7,55 0,15

25 2B/1 3,70 0,03

26 2B/2 1,85 0,00

31 2BUZ (SK) 0,55 0,04

28 2BUZ 6,08 0,43

29 2BUZ/1 2,53 0,05

30 2BUZ/2 1,13 0,00


- 32 -

Preglednica 3.7: Rezultati določanja vrednosti maščob: masa bučke (Mb), masa bučke z

ekstrahirano maščobo (Mbm), masa ostanka (Mo), masa obdelanega perja

(Mp) in vsebnost maščob [%].

Vzorec Mb

[g]

Mbm

[g]

Mo

[g]

Mp

[g]

Vsebnost

maščob

[%]

2A 105,0164 105,2974 0,2810 13,35 2,1

2AUZ 105,8914 106,1563 0,2649 13,83 1,9


- 33 -

3.5 Diskusija

V okviru diplomske naloge smo ugotavljali, kateri postopek pranja je najbolj optimalen za

dosego želenih lastnosti odpadnega perutninskega perja ob čim manjši porabi energentov,

vode in reagentov. Na opranem perju smo izvedli analizne metode, s katerimi smo ugotavljali

učinkovitost uporabljenih pralnih metod.

Kot prvo analizno metodo smo uporabili metodo določanja motnosti odpadnih pralnih

kopeli, torej kopeli po prvem pranju, ki je trajalo 30 minut, po prvem izpiranju in drugem

izpiranju, oboje pa je trajalo 10 minut. Motnost pralnih kopeli je znašala od 68,10 do 881

NTU, kopeli prvega izpiranja od 10,30 do 81 NTU in drugega izpiranja od 4,04 do 53 NTU.

Največja motnost obdelovalnih kopeli je bila zabeležena v postopku 2A in sicer pri pranju pri

40 °C in ob uporabi pralnega sredstva z (881 NTU), visoko motnost so imele tudi obdelovalne

kopeli postopka 2AUZ in sicer 716 NTU, kjer so bili pogoji enaki, le da je bilo pranje podprto

z ultrazvokom. Visoko motnost kopeli smo izmerili tudi v postopku 2B, kjer je bila

temperatura obdelave 60°C, obdelovalna kopel pa je vsebovala pralno sredstvo (600 NTU).

Za boljšo preglednost rezultatov določanja motnosti, so na diagramu na sliki 3.5

prikazani rezultati motnosti pralnih kopeli. Pri vzorcih kopeli, kjer smo uporabili detergent so

odštete vrednosti motnosti slepih (začetnih) kopeli.

Slika 3.5: Motnost odpadnih kopeli [NTU].

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

1000

1A 1AUZ 1B 1BUZ 1C 2A 2AUZ 2B 2BUZ

Mo

tno

st [N

TU

]

Vzorci pralne kopeli


- 34 -

Iz diagrama na sliki 3.5 je razvidno, da zvišanje temperature in uporaba ultrazvoka

zvišata motnost obdelovalnih kopeli, in sicer za okrog 193 % pri vzorcu 1AUZ in 113 % pri

vzorcu 1BUZ. Uporaba detergenta močno (za okrog 12-krat pri vzorcu 2A in za okrog 6-krat

pri vzorcu 2B) zviša motnost kopeli. Pri kopelih ob uporabi detergenta obdelava z

ultrazvokom zmanjša motnost kopeli (2AUZ, 2BUZ). Enak učinek ima tudi povišana

temperatura (2B).

Fotografije obdelovalnih kopeli na slikah 3.6 – 3.8 prikazujejo vpliv temperature,

uporabe ultrazvoka in detergenta na motnost kopeli in potrjujejo izmerjene vrednosti motnosti

prikazane v diagramu na sliki 3.8. Na slikah so ob pralnih kopelih (1A, 1B, 1BUZ, 2A) tudi

vzorci obdelovalnih kopelih po prvem in drugem izpiranju.

Slika 3.6: Vpliv temperature na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci obdelovalnih kopeli

(1A) pri temperaturi 40°C in b) vzorci obdelovalnih kopeli (1B) pri temperaturi 60°C.

1A 1B


- 35 -

Slika 3.7: Vpliv ultrazvoka na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci obdelovalnih kopeli (1B)

pri temperaturi 60°C brez uporabe ultrazvoka in b) vzorci obdelovalnih kopeli

(1BUZ) pri temperaturi 60°C z uporabo ultrazvoka.

Slika 3.8: Vpliv pralnega sredstva na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci obdelovalnih

kopeli (1A) pri temperaturi 40°C brez uporabe pralnega sredstva in b) vzorci

obdelovalnih kopeli (2A) pri temperaturi 40°C z uporabo ultrazvoka.

Pralno sredstvo v slepih kopelih ni bistveno vplivalo na motnost kopeli, saj smo merili

tudi slepe kopeli, kjer je bila samo mešanica vode s pralnim sredstvom, vpliv je zanemarljiv.

Iz navedenega lahko sklepamo, da detergent vpliva predvsem na učinkovitejše odstranjevanje

nečistoč in zaradi tega na povečano motnost. Ultrazvok pa verjetno podpira razgradnjo

odstranjenih nečistoč na manjše delce in s tem vpliva na drugačne optične lastnosti kopeli.

Rezultati določanja trdnih delcev v kopeli s pomočjo filtracije so predstavljeni na

diagramu na sliki 3.9. Razvidno je, da je količina trdnih delcev v pralnih kopelih znašala od

0,0198 do 0,1153 g/100 mL, kopeli prvega izpiranja od 0,002 do 0,0389 g/100 mL in kopeli

drugega izpiranja 0,0014 do 0,0304 g/100 mL. S povišanjem temperature pralne kopeli iz

1B 1BUZ

1A

2A


- 36 -

40°C na 60°C in 90°C (1A, 1B, 1C) se količina trdnih delcev v kopeli ne spremeni bistveno.

Ob dodatku detergenta v pralno kopel pa se količina trdnih delcev poveča za približno 50%

pri temperaturi obdelave 40°C (2A) ter celo za 200% pri temperaturi obdelave 60°C (2B).

Dodatna uporaba ultrazvoka v procesih pranja pri nižjih temperaturah, brez dodatka

detergenta ni bistveno vplivala na povečanje količine trdnih delcev v kopelih. Po pranju pri

temperaturi 40°C (1AUZ) se je količina trdnih delcev povišala za 9%, pri temperaturi 60°C

(1BUZ) pa le za 5%. V pralnih kopelih z dodatkom detergenta (2A, 2B) pa podpora

ultrazvoka zniža ostanek trdnih snovi v kopelih, za 65% pri temperaturi 40°C (2AUZ) in za

53% pri temperaturi obdelave 60°C (2BUZ).

Slika 3.9: Količina trdnih delcev v kopeli [g/100 mL]

Povečano količino trdnih delcev v kopeli (2B) po postopku pranja pri temperaturi 60°C ob

dodatku detergenta v primerjavi z vzorcem 1B prikazujeta tudi fotografiji na sliki 3.10.

0

0,02

0,04

0,06

0,08

0,1

0,12

0,14


Ko

liči

na

trd

nih

del

cev

[g

/10

0

mL

]

Vzorci pralne kopeli


- 37 -

Slika 3.10: Ostanek trdnih snovi po postopku pranja pri 60 °C brez uporabe pralnega sredstva

(1B) in ob uporabi pralnega sredstva (2B)

Na osnovi predstavljenih rezultatov določanja motnosti kopeli (slika 3.5) in določanja

količine trdnih snovi (3.9), ki so ostale v kopeli po postopku pranja lahko sklepamo, da tako

uporaba ultrazvoka kot dodatek detergenta v pralnih kopelih omogočata boljše raztapljanje in

razgradnjo trdnih delcev, saj se količina le teh zniža, posledično pa se zato poveča motnost

pralnih kopeli.

Rezultati določanja celotnega organskega ogljika TOC in celotnega dušika TN v

različnih pralnih kopelih in obdelovalnih kopelih po izpiranju so podani v preglednicah 3.5 in

3.6. Diagram na sliki 3.11 pa prikazuje korelacijo izmerjenih vrednosti TOC in TN različnih

pralnih kopeli. Biološke snovi (kot npr. kri in drugi izločki), ki so prisotne v odpadnem

perutninskem perju so glavni vir dušikovih spojin v pralnih kopelih. Najvišje povprečne

vrednosti TN so bile izmerjene v vzorcu pralne kopeli z dodatkom detergenta pri temperaturi

obdelave 40°C (vzorec kopeli 2A). Zvišanje temperature pralne kopeli (60°C in 90°C) in

uporaba ultrazvoka pa povzročita znižanje TN vrednosti pralnih kopeli. Najnižjo vrednost TN

ima tako vzorec pralne kopeli z dodatkom detergenta in ob uporabi ultrazvoka pri temperaturi

60°C (2BUZ).

Možnih razlag za takšen učinek je veliko. Najnižja vrednost TN je bila ugotovljena v

kopeli po pranju pri temperaturi 60°C, ob uporabi ultrazvoka. Znano je, da tako ultrazvok, kot

tudi povišanje temperature pospešujeta nekatere procese in reakcije. Domnevamo lahko, da v

tem primeru ultrazvok in/ali višje temperature obdelave povzročajo različne reakcije, kot tudi

izhlapevanje specifičnih spojin dušika iz pralne kopeli. Procesi pranja so se izvajali v odprtih

sistemih in rezultati določanja TN tako ne morejo služiti kot natančen indikator za

učinkovitost postopka čiščenja odpadnega perja.


- 38 -

Slika 3.11: Celotni organski ogljik TOC [mg/L] in celotni dušik TN [mg/L] v odpadnih

pralnih kopelih.

Vrednosti celotnega organskega ogljika TOC so merilo za količino organskih snovi v

odpadnih pralnih kopelih. Iz diagrama na sliki 3.11 je razvidno, da je bila najvišja povprečna

vrednost TOC ugotovljena v kopeli po postopku pranja odpadnega perutninskega perja pri

temperaturi 40°C in dodatku pralnega sredstva (vzorec 2A). Ultrazvok in zvišanje temperature

imata enak vpliv na vrednosti TOC, kot v primeru določanja TN. Oba parametra procesa

pranja vplivata na znižanje TOC vrednosti vseh pralnih kopeli, razen vzorca kopeli 1BUZ.

Pri ekstrakciji maščob v opranem perutninskem perju smo primerjali dva vzorca in sicer

vzorec 2A, kjer je bilo perje obdelano pri temperaturi 40°C ob dodatku pralnega sredstva in

vzorec 2AUZ, kjer je šlo za kombinacijo temperature vode, ki je znašala 40°C, pralnega

sredstva in ultrazvoka. Po ekstrakciji smo perje in ekstrahirano maščobo iz posameznega

vzorca stehtali in izračunali odstotkovno vrednost maščobe v vsakem vzorcu. Vzorec perja 2A

je vseboval 2,1% maščobe, vzorec 2AUZ pa 1,9%, zaradi česar lahko sklepamo, da je

postopek pranja z uporabo ultrazvoka učinkovitejši pri odstranjevanju maščob iz odpadnega

perutninskega perja.

Na koncu je bila na vseh opranih vzorcih določena prisotnost mikroorganizmov. S

pomočjo svetlobnega mikroskopa smo pripravili mikroskopske slike pri ustrezni povečavi. Na

sliki 3.12 je prikazan mikroskopski vzorec opranega perja, opazovan v vodi. Opazovan je

vzorec z oznako 1A, kjer je bilo perje oprano v vodi iz vodovoda pri temperaturi 40°C. Na

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50


Vzorci pralnih kopeli

TN

[m

g/L

]

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

TO

C [

mg

/L]

TN TOC


- 39 -

slikah 3.13 – 3.17 pa so prikazani mikroskopski vzorci perja, obarvanega z barvilom

metilensko modro (CI 52015).

Slika 3.12: Vzorec perja 1A, opazovan v vodi, 100× povečava.

Slika 3.13: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 1A in b) vzorec 1AUZ

Slika 3.14: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 1B in b) vzorec 1BUZ


- 40 -

Slika 3.15: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: vzorec 1C

Slika 3.16: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 2A in b) vzorec 2AUZ

Slika 3.17: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 2B in b) vzorec 2BUZ

Slike od 3.13 – 3.17 prikazujejo oprane vzorce vlaken perja, po reakciji v barvilu

metilensko modro (CI 52015). Za predele, obarvane modro, lahko predvidevamo, da so na

njih prisotne celice mikroorganizmov. Ker so bili vzorci med 4 tedensko izpostavitvijo sobni

atmosferi v pokritih petrijevkah, lahko sklepamo, da so prisotni mikroorganizmi predvsem


- 41 -

posledica ostankov organskih nečistoč po pranju. Mesta, kjer so prisotne žive celice v skladu s

kemizmom reakcije (glej poglavje 3.3), razbarvajo barvilo. Kjer so celice mrtve oziroma

neaktivne ostanejo modro obarvane. Vidimo lahko, da so na vzorcih, kjer je bilo perje oprano

v vodi brez dodatkov pri temperaturi 40 in 60°C prisotni mikroorganizmi, in sicer tudi žive

celice (svetle kroglaste strukture - sliki 3.13 a in 3.14 a). Obdelava, podprta z ultrazvokom

celo vpliva na prisotnost večjega števila živih celic (sliki 3.13 b in 3.14 b). Pri postopku, kjer

smo perje prali pri 90°C v čisti vodi je največ modro obarvanih mest, kar ni presenetljivo, saj

se pri tej temperaturi zagotovo uničijo vse žive celice (slika 3.15). Vzorci, obdelani v kopeli s

pralnim sredstvom pri obeh temperaturah kažejo ugoden rezultat, saj je obarvanih področij

manj, živih celic pa ni zaznati (slika 3.16 in 3.17). Pranje perja pri temperaturi 60°C ob

dodatku pralnega sredstva se je izkazalo kot zelo primerno, saj so določena področja v

glavnem temno modro obarvana (slika 3.17), s čemer sklepam na uničenje prisotnih

mikroorganizmov. Podpora ultrazvoka se je tukaj izkazala kot primerna, saj slikovna analiza

kaže, da na teh vzorcih vlaken kroglastih struktur ni več prisotnih(sliki 3.16 b in 3.17 b).


- 42 -

4 ZAKLJUČEK

Z namenom priprave odpadnega perutninskega perja za nadaljnjo uporabo smo izvedli

različne postopke čiščenja oziroma pranja. Za izvedbo naloge smo uporabili vzorce

industrijsko predčiščenega perja iz podjetja Perutnini Ptuj d.d.. V postopkih čiščenja smo

uporabili različne obdelovalne kopeli (čista voda, dodatek neionogenega pralnega sredstva,

ultrazvočna obdelava) in spreminjali temperature obdelovalnih kopeli (40°C, 60°C in 90°C).

Glede na dobljene rezultate po pranju z različnimi postopki smo z ustreznimi metodami

(določanje motnosti kopeli, določanje količine trdnih snovi, TOC, TN, določanje vsebnosti

maščob, določanje prisotnosti mikroorganizmov) analizirali učinkovitost postopkov čiščenja.

Na osnovi rezultatov analiznih metod lahko zaključim naslednje:

Motnost kopeli je bila največja pri kopeli 2A, kjer smo perje obdelovali pri

temperaturi 40°C ob dodatku pralnega sredstva.

Na motnost kopeli ima značilen vpliv uporaba ultrazvoka, ki v postopkih z vodo brez

dodatkov motnost bistveno zviša, medtem ko jo pri postopkih z dodatkom detergenta

zniža. Predvidevamo lahko, da gre pri tem predvsem za spreminjanje oblike in

velikosti nečistoč in s tem za spreminjanje optičnih lastnosti kopeli. Podobne učinke

ima tudi povišana temperatura.

Samo povišanje temperature pralne kopeli iz 40°C na 60°C in 90°C ni bistveno

vplivalo na količino trdnih delcev v kopeli. Ob dodatku pralnega sredstva v pralno

kopel pa se količina trdnih delcev poveča za približno 50 % pri temperaturi obdelave

40°C ter celo za 200 % pri temperaturi obdelave 60°C.

Dodatna uporaba ultrazvoka v procesih pranja pri nižjih temperaturah, brez dodatka

detergenta ni bistveno vplivala na povečanje količine trdnih delcev v kopelih, pri

uporabi detergenta, pa je UZ vplival na znižanje količine trdnih delcev.

Trenda spreminjanja vsebnosti celotnega organskega ogljika (TOC) in celotnega

dušika v kopelih po različnih postopkih pranja sta popolnoma enaka.

Najvišje vrednosti TOC in TN so bile zaznane v kopeli 2A (40°C in dodatek

detergenta). Zvišanje temperature pralne kopeli (60°C in 90°C) in uporaba ultrazvoka

pa povzročita znižanje TOC in TN vrednosti pralnih kopeli.


- 43 -

S podporo ultrazvoka pri procesu pranja pri 40°C in ob dodatku detergenta se odstrani

za 10,5 % več maščob kot s postopkom brez podpore ultrazvoka.

Visoka temperatura (90°C) in/ali uporaba ultrazvoka vplivata na odsotnost živih celic

mikroorganizmov na vzorcih opranega perutninskega perja tudi po 4 tednih

izpostavitve sobni atmosferi.

Na osnovi rezultatov diplomskega dela lahko zaključim, da dodatek pralnega sredstva in

povišanje temperature bistveno izboljšata rezultat čiščenja, in da je najučinkovitejši postopek

pranja ob dodatku pralnega sredstva in temperaturi 60°C (2B).


- 44 -

5 LITERATURA

[1] Al-Asheh Sameer, Banat Fawzi, Al-Rousan Deaya'. Beneficial reuse of chicken

feathers in removal of heavy materials from wastewater. Journal of Cleaner

Production (2003), str. 321 – 326.

[2] Džokić Dimitrije. Hemijska dorada tekstilnog materiala. Beograd : Univerza u

Beogradu Tehnološko – metalurški fakultet, 1976.

[3] Eureka Project: 5851 FeVal Project Description [svetovni splet]. Eureka Secretariat.

Dostopno na http://www.eurekanetwork.org/project/-/id/5851 [10.9.2011].

[4] F. Schmidt Walter, Jayasundera Shalini. Microcrystalline Avian Keratin Protein

Fibers. V: T. Wallenberger Frederick, Weston Norman.Walter F. Schmidt (ur.).

Natural Fibers, Plastics and Composites 2004. Massachusetts : Kluwer Academic

Publishers, 2004, str. 051 – 066.

[5] Fan, Xiuling. Value-added Products from Chicken Feather Fibers and Protein.

Doktorska dizertacija, Alabama, 2008.

[6] Geister, Iztok. Slovenske ptice : Priročnik za opazovanje in proučevanje ptic.

Ljubljana : Mladinska knjiga, 1980.

[7] Informacijski material podjetja Perutnina Ptuj. Rekonstrukcija kafilerije.

[8] Lobnik, Aleksandra. Navodila za vaje pri predmetu Analizna kemija – Okoljska

analitika. Maribor : Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, 2009.

[9] McGovern, Victoria. Recycling Poultry Feathers : More Bang for the Cluck.

Environmental Health Perspectives (2000) vol. 108, no. 8, str. 366 – 369.

[10] Planinski orel : Peresa in perje [svetovni splet]. Osnovna šola Tržič. Dostopno na

http://www2.arnes.si/~sopsosre/Timko99_00/Orel/eva1.htm [21.8.2011].

[11] R. George Brian, Bockarie Anne, McBride Holly, Hoppy David, Scutti Alison.

Utilization of Turkey Feather Fibers in Nonwoven Erosion Control Fabrics. School of

Textile & Materials Technology, Philadelphia, 2003.

[12] Reddy Narendra, Yang Yiqi. Structure and Properties of Chicken Feather Barbs as

Natural Protein Fibers. Journal of Polymers and Environment (2007) vol. 15, str. 81-

87.

[13] Senoz Erman, P. Wool Richard. Hydrogen Storage on Carbonized Chicken Feather

Fibers. Chemical Engineering Department, Newark, 2009.

http://www.eurekanetwork.org/project/-/id/5851

http://sl.wikipedia.org/wiki/Iztok_Geister

http://sl.wikipedia.org/wiki/Mladinska_knjiga

http://www2.arnes.si/~sopsosre/Timko99_00/Orel/eva1.htm


- 45 -

[14] Stana – Kleinschek Karin, Fakin Darinka, Golob Vera. Osnove plemenitenja tekstilij :

učbenik. Maribor : Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, 2002.

[15] Strnad, Simona. Naravna in kemična beljakovinska vlakna. Maribor, 2007, str. 17 –

19.

[16] Šostar Turk Sonja, Fijan Sabina. Nega tekstilij in oblačil : skripta. Maribor : Univerza

v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, 2000.

[17] Tehnical Information : Sandoclean PC. Clariant.

[18] United States Patent, Ernst Kruchen. Method of Cleaning Poultry Feathers. No.

4,169,706 (1979).

Documents

Zala URISK ŠTUDIJ POSTOPKOV ČIŠČENJA ODPADNEGA · UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO Zala URISK ŠTUDIJ POSTOPKOV ČIŠČENJA ODPADNEGA PERUTNINSKEGA PERJA ZA NADALJNJO