36 7.1 wzps_tresc

Projekt „Model systemu wdrażania i upowszechniania kształcenia na odległość w uczeniu się przez całe życie”

Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Wyposażenie zakładów przetwórstwa spożywczego

Moduł VII

Urządzenia do uzdatniania wody,

oczyszczania ścieków i powietrza oraz

urządzenia energetyczne stosowane

w przetwórstwie spożywczym

Wprowadzenie

1. Urządzenia do uzdatniania wody

2. Urządzenia do oczyszczania ścieków

3. Urządzenia do oczyszczania powietrza

4. Urządzenia energetyczne

Bibliografia




1

Wprowadzenie

Dbanie o środowisko naturalne oraz zaopatrzenie ludności w czystą wodę stanowi o

poziomie cywilizacyjnym kraju. W ostatnich latach obserwujemy dynamiczny rozwój

nauk o ochronie i inżynierii środowiska. Wzrosły standardy jakości dotyczące oczysz-

czania wody, powietrza i ścieków. Jakość wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi

oraz do celów przemysłu spożywczego uległa zaostrzeniu. Wzrosła również liczba nor-

mowanych wskaźników oznaczanych w wodzie. Wraz z rozwojem cywilizacji zwiększyła

się ilość specyficznych zanieczyszczeń wody i powietrza, nowoczesne metody analitycz-

ne pozwalają zaś na dokładną ich identyfikację i oznaczanie śladowych stężeń.

Nowoczesne technologie oraz urządzenia do uzdatniania i oczyszczania wody, ścieków i

powietrza muszą być na tyle skuteczne i elastyczne, aby gwarantowały jakość wody,

powietrza i ścieków zgodną ze standardami, muszą zabezpieczać je przed możliwością

wtórnego zanieczyszczenia w systemie dystrybucji.




2

1. Urządzenia do uzdatniania wody

Wodę wykorzystuje się do różnych celów, m.in.

na potrzeby bytowe człowieka, w celach prze-

mysłowych i energetycznych.

Podczas naturalnego obiegu woda styka się z

różnymi substancjami nieorganicznymi i orga-

nicznymi, substancjami szkodliwymi lub nie-

bezpiecznymi dla zdrowia. Woda zostaje zanie-

czyszczona pod względem fizycznym, chemicz-

nym i mikrobiologicznym.

Woda stosowana w przemyśle spożywczym musi być odpowiedniej jakości. Musi odpo-

wiadać warunkom wody zdatnej do picia oraz spełniać dodatkowe wymagania związane

ze specyfiką branż przemysłu (np. napojów bezalkoholowych, piwowarskiego, spirytu-

sowego, owocowo-warzywnego). Woda jest stosowana do mycia surowców, maszyn,

urządzeń i linii technologicznych, czasami jest składnikiem produktu. Wykorzystywana

jest także do zasilania kotłów, do urządzeń chłodniczych i grzewczych oraz klimatyza-

cyjnych. Woda zanieczyszczona i zakażona może powodować psucie się półproduktów i

produktów wytwarzanych przez zakład.

Przeznaczenie wody wykorzystywanej w przemyśle spożywczym:

Woda do zasilania kotłów – musi spełniać odpowiednie wymagania, dlatego

konieczne jest jej uzdatnianie, które jest tym intensywniejsze, im większe jest ob-

ciążenie powierzchni ogrzewanej kotła i im wyższe jest ciśnienie pary. Woda mu-

si być uzdatniona w taki sposób, aby zapobiec tworzeniu się kamienia kotłowego,

korozji kotłów, przewodów i zbiorników oraz tworzeniu się twardych osadów w

podgrzewaczach. W celu zapobiegania tworzeniu się kamienia stosuje się zmięk-

czanie wody lub też okresowe usuwanie kamienia z powierzchni kotłów metodą

mechaniczną, termiczną lub chemiczną. Para wytwarzana za pomocą kotłów jest

używana do sterylizacji zbiorników i rurociągów oraz w instalacjach UHT z bez-

pośrednim wtryskiem pary. Czasami wtrysk pary jest wykorzystywany do

ogrzewania produktu lub regulacji zawartości wody w surowcu. W tych przypad-

kach para i produkt żywnościowy wchodzą w bezpośredni kontakt, dlatego wy-

magana jest jakość wody pitnej.

Woda do celów technologicznych – musi odpowiadać wymaganiom jakościo-

wym wody do picia. Używana jest do transportu surowca, mycia, obróbki, czasem

wchodzi w skład produktu. Woda używana do produkcji napojów, soków itp., bę-

dąca przeważającym składnikiem produktu, musi odpowiadać dodatkowym wy-




3

maganiom branżowym. Do produkcji napojów bezalkoholowych i piwa często

wymagane są specjalne cechy jakościowe wody. W przetwórstwie owoców i wa-

rzyw stosowane jest ponowne wykorzystanie wody technologicznej po filtracji

(jest ona używana w operacjach mycia i hydrotransporcie surowców przed blan-

szowaniem). Woda musi być pozbawiona twardości. W tym celu stosuje się wy-

mieniacze jonowe, wapno hydratyzowane oraz destylację. Woda musi być rów-

nież czysta pod względem mikrobiologicznym, stosuje się zatem do jej oczysz-

czania chlorowanie, pasteryzację, ozonowanie, promienie UV oraz mikrofiltrację.

Woda do celów chłodniczych – wykorzystywana jest do odprowadzenia ciepła z

urządzeń chłodniczych. Powinna mieć niską temperaturę i nie powinna tworzyć

osadów utrudniających wymianę ciepła i przepływu wody, nie powinna też za-

wierać drobnoustrojów. Woda musi odpowiadać warunkom wody do picia, aby

nie doszło do skażenia produktów, powinna mieć stałe pH i nie wydzielać ani nie

rozpuszczać osadów węglanu wapnia. Woda chłodząca wchodzi w bezpośredni

kontakt z żywnością np. po blanszowaniu owoców i warzyw oraz podczas chło-

dzenia, np. puszek i szklanych butelek po sterylizacji. Woda chłodnicza wykorzy-

stywana jest w układach zamkniętych, aby ograniczyć jej zużycie. Woda chłodzą-

ca ma zastosowanie również w pompach z uszczelnieniem wodnym, w pompach

próżniowych.

Woda do celów porządkowych i sanitarnych – musi spełniać wymagania wody

do picia, nie może być zakażona, aby nie szkodzić pracownikom, konsumentom

oraz nie zakażać półproduktów i wyrobów gotowych. Zbyt twarda woda utrudnia

proces mycia i spłukiwania urządzeń, opakowań i hal produkcyjnych. Woda ze

zbyt dużą zawartością żelaza zostawia rdzawe plamy na spłukiwanych po-

wierzchniach.

Woda surowa przeważnie wymaga uzdatnienia, aby spełniać stawiane wymagania.

Uzdatnienie wody polega na dostosowaniu jej składu chemicznego i innych właściwości

do wymagań, wynikających z jej przeznaczenia. Sposób uzdatniania wody zależy od ro-

dzaju i stopnia zanieczyszczenia wody. Wyróżniamy metody oczyszczania wody:

mechaniczne – oczyszczanie wody przez usuwanie zawiesin za pomocą:

sedymentacji – stosowane są tu kraty i sita, a zawiesiny drobne łatwo opa-

dające usuwa się za pomocą osadników poziomych, pionowych i radialnych

(odśrodkowych),

filtracji – która usuwa zawiesiny trudno opadające, złoża składają się z pia-

sku kwarcowego o różnej granulacji,

odgazowania – w którym usuwane są nieprzyjemne zapachy i smak wody

oraz gazy rozpuszczone, jak dwutlenek węgla, tlen i siarkowodór,




4

napowietrzenia – polegające na usuwaniu zapachów poprzez napowie-

trzenie wody pod ciśnieniem atmosferycznym lub pod zmniejszonym ci-

śnieniem,

metoda termiczna – odgazowanie wody przez zmieszanie z parą pod zre-

dukowanym ciśnieniem,

metoda chemiczna usuwania tlenu z wody poprzez dodawanie do wody

siarczanu (IV) sodu (Na2SO3) lub hydrazyny (N2H4);

fizykochemiczne uzdatnianie wody przez:

koagulację – poprzez dodatek do mętnej wody koagulantu, np. Al2(SO4)3,

wytrącają się drobne kłaczki (flokulacja), a następnie tworzą się duże kłacz-

ki Al(OH)3,

zmiękczanie – usuwanie twardości wody powstałej przez obecność w wo-

dzie jonów wapnia i magnezu, prowadzone metodami: termiczną polegają-

cą na podgrzaniu wody do 100°C, w której wodorowęglany ulegają rozpa-

dowi i wytrącają się w postaci osadu, chemiczną polegającą na zmiękczaniu

wody przy użyciu wapna, wapnia i sody, ługu sodowego i sody oraz metody

wymiany jonowej opartej na zdolności nierozpuszczalnych substancji sta-

łych lub płynnych do wymiany jonowej z rozpuszczonymi jonami w wodzie,

substancje wymieniające kationy nazywamy kationitami, a wymieniające

aniony – anionitami, do zmiękczania wody używa się kationitów mających

do wymiany jon sodowy lub jon wodorowy,

demineralizację – odsalanie wody za pomocą jonitów, prowadzi się w

dwóch etapach, najpierw usuwa się kationy, potem filtrat po kationicie

przepuszcza się przez anionit, stosowane są także inne metody deminerali-

zacji wody: destylacja, dializa elektrochemiczna oraz odwrócona osmoza,

odżelazianie – polega na utlenianiu żelaza dwuwartościowego i odfiltro-

waniu wytrąconego Fe(OH)3 (najprościej utlenienie prowadzi się przez na-

powietrzenie wody, usuwa się CO2 i utlenia żelazo, które ulega wytrąceniu),

odmanganianie – polega na usunięciu manganu przez napowietrzenie wo-

dy zalkalizowanej do min. pH 9,5 albo przez filtrowanie przez złoże piasko-

we uaktywnione tlenkami manganu lub filtrowanie przez złoże z dowolnego

kationitu, po przefiltrowaniu przez nie roztworów MnCl2 i nadmanganianu

potasu KMnO4,

dezynfekcję – odkażanie wody przez zniszczenie mikroorganizmów pro-

wadzi się po uprzednim uzdatnieniu wody następującymi środkami: chlo-

rem, jodem, bromem, ozonem, przez filtrację, ultrafiltrację, metodą termicz-

ną, np. przez gotowanie, przez działanie promieniowania UV, jonizującego,

ultradźwięków.




5

Do oczyszczania wody stosuje się różne układy:

1. Układ oczyszczania wody bezpośrednio ujmowanej, wzbogacający wody pod-

ziemne przez infiltrację.

2. Układ oczyszczania wody metodą koagulacji.

3. Układ grawitacyjny – do oczyszczania wód podziemnych.

4. Układ ciśnieniowy – stosowany w małych zakładach.

5. Układ mieszany – stosowany w zakładach do oczyszczania wody o małej zawar-

tości żelaza i manganu.

6. Układ z napowietrzeniem i filtracją kontaktową – stosowany dla wody o podwyż-

szonej utlenialności i intensywnej barwie pochodzącej z kompleksów organicz-

nych wody podziemnej.

7. Układ z utlenieniem i sorpcją na filtrze z węgla aktywnego – stosowany do

oczyszczania wód podziemnych o podwyższonej utlenialności i intensywnej bar-

wie pochodzącej z kompleksów organicznych chelatów.

8. Układ ze złożem wiążącym chemicznie dwutlenek węgla – stosowany w małych

obiektach, np. w sanatoriach, domach wczasowych itp.

9. Układ z zastosowaniem nadmanganianu potasu – stosowany dla wód o dużej za-

wartości związków organicznych i humusowych.

Do poszczególnych układów oczyszczania wody stosuje się następujące urządze-

nia:

1. Zbiorniki zarobowe i roztworowe

Do przechowywania, mieszania i dozowania chemikaliów i ich roztworów, koagulantów,

w zbiornikach zastosowano mieszanie mechaniczne, hydrauliczne lub pneumatyczne.

2. Dawkowniki

Urządzenia służące do dawkowania chemikaliów, roztworów oraz substancji stałych i

gazów, jak: mleko wapienne, pyłowy węgiel aktywny.

3. Urządzenia do mieszania wody




6

Wykorzystują metody pneumatyczne, pompowe, hydrauliczne i mechaniczne, takie jak

komory szybkiego mieszania, w których mieszanie odbywa się w czasie 30–120 s dla

roztworów, a dawkowanie substancji stałych w czasie 120–180 s. W procesie wolnego

mieszania wody z koagulantami wykorzystuje się komory wolnego mieszania. Wyróż-

niamy komory labiryntowe, wodoskrętne, wirowe, mechaniczne o pionowej lub pozio-

mej osi mieszadeł.

4. Urządzenia do sedymentacji

Do sedymentacji stosuje się następujące osadniki: osadniki o przepływie poziomym,

pionowym, osadniki z warstwą osadu zawieszonego, osadniki pionowe zespolone z ko-

morą reakcji, osadniki o przepływie poziomo-pionowym, osadniki odśrodkowe, osadniki

kontaktowe.

5. Filtry

Ze względu na ich przeznaczenie wyróżniamy: filtry do klarowania wody służące do

usuwania z wody zawiesin, filtry kontaktowe, w których jednocześnie zachodzi proces

koagulacji i filtracji w złożu (filtry do odmanganiania i odżelaziania, filtry sorpcyjne)

do usuwania z wody domieszek rozpuszczonych. Ze względu na sposób wywoływania

przepływu oczyszczonej wody przez złoże filtracyjne rozróżniamy: filtry grawitacyjne,

gdzie woda przepływa wyłącznie pod wpływem różnicy poziomów swobodnych zwier-

ciadeł wody nad złożem filtru i w zbiorniku wody przefiltrowanej, oraz filtry ciśnie-

niowe, przez które woda przepływa pod ciśnieniem.

6. Urządzenia do usuwania dwutlenku węgla agresywnego

Do usuwania agresywnego dwutlenku węgla, tzw. odkwaszania wody, stosowane są

urządzenia otwarte lub zamknięte zwane aeratorami. Konstrukcja aeratorów zapewnia

jak największą powierzchnię kontaktu powietrza z wodą z jednoczesnym mieszaniem

napowietrznej wody oraz łatwy odpływ powietrza w celu usunięcia gazów i substancji

lotnych wydzielających się z wody. Wyróżniamy: aeratory rozdeszczające (dysze),

rozbryzgujące, kaskadowe i rozdeszczajaco-kaskadowe – które wprowadzają kro-

ple, cienkie strugi, warstewki wody do powietrza atmosferycznego; aeratory ciśnie-

niowe (mieszacze wodno-powietrzne), w których powietrze jest wtłaczane do wody

pod ciśnieniem za pomocą dyfuzorów wytwarzających drobne pęcherzyki powietrza i

zapewniające intensywne mieszanie powietrza z wodą; dysze iniektorowe – o właści-

wościach pośrednich, napowietrzających. Zadaniem aeratorów jest naruszenie układu

węglanowego w wodzie podczas odżelaziania i zmniejszenie właściwości korozyjnych

wody oraz usuwanie z wody rozpuszczonych w niej gazów, takich jak dwutlenek węgla

czy siarkowodór. Aeratory stosowane są do uzdatniania wód podziemnych.




7

Omówione urządzenia do aeracji wody gwarantują usunięcie agresywnego dwutlenku

wody w 50–70%, dlatego stosowane są dodatkowo metody chemiczne. Polegają one na

wiązaniu dwutlenku węgla za pomocą wapna, które dawkuje się do wody w postaci mle-

ka wapiennego lub wody wapiennej, stosując wapno palone lub hydratyzowane czy wę-

glan sodu, wodorotlenek sodu.

7. Urządzenia do dezynfekcji wody

Metody dezynfekcji wody: fizyczne (gotowanie, pasteryzowanie, promieniowanie UV,

ultradźwięki) lub chemiczne (chlorowanie, ozonowanie). Powszechnie stosowane są

chemiczne metody dezynfekcji wody. Dodawany jest chlor w postaci wody chlorowej,

powstałej z rozpuszczenia chloru gazowego w wodzie. Do przygotowania i dawkowania

wody chlorowej służą chloratory ciśnieniowe lub próżniowe. Chemiczne uzdatnianie

wody ma zastosowanie w produkcji napojów i żywności oraz w stacjach mycia CIP.

Natomiast dezynfekcję ozonem prowadzi się w układzie ozonowania. Ozon jest wytwa-

rzany w ozonatorach, gdzie przepuszcza się suche czyste powietrze przez komorę ci-

chych wyładowań elektrycznych, zachodzących pod wpływem prądu zmiennego o na-

pięciu 10–20 kV. Stacja ozonowania wody składa się z urządzeń do przygotowania

powietrza (pobór powietrza, chłodzenie i suszenie), ozonatorów oraz zbiorników kon-

taktowych, służących do wprowadzania ozonu do dezynfekowanej wody. Ozonowanie

wody w przemyśle spożywczym stosowane jest do:

płukania butelek typu PET, zbiorników i instalacji przy produkcji wody mineral-

nej,

do uzdatniania wody produkcyjnej i technologicznej,

do mycia i dezynfekcji owoców, jarzyn, warzyw i mięs,

przy produkcji lodu – wydłuża trwałość mrożonek,

przy produkcji ryb w stawach – w procesach ciągłego uzdatniania wody i jej na-

powietrzania,

w największym stopniu do uzdatniania wody pitnej.

Poszczególne urządzenia stosowane są w zakładach spożywczych do uzdatniania wody

w odpowiedniej kombinacji, w zależności od jakości surowej wody.




8

2. Urządzenia do oczyszczania ście-

ków

Ściekami nazywamy wody odpadowe

powstałe w procesach produkcyjnych

oraz z wód zużytych przez człowieka do

zaspokojenia jego potrzeb życiowych, do

celów sanitarnych itp.

Ścieki pod względem sanitarnym dzieli się

na:

bytowo-gospodarcze – powstałe przez użytkowanie wody przez człowieka,

przemysłowe – odpady wody po produkcji, z mycia i namaczania surowców, wo-

da wykorzystywana do transportu lub spływu surowca, z czyszczenia instalacji i

urządzeń, linii produkcyjnych, opakowań, z odmulania i odsalania kotłów paro-

wych, woda chłodząca, popłuczyny z instalacji uzdatniania wody itp.,

miejskie – powstałe z działalności gospodarczej miast,

ścieki lub wody opadowe – powstające z opadów deszczu, śniegu zmieszanych z

zanieczyszczeniami z powierzchni miast, ulic itp.

Ścieki w sektorze spożywczym pochodzą z następujących źródeł:

mycie surowców,

namaczanie surowców,

woda wykorzystywana do transportu lub spływu surowca lub odpadów,

czyszczenie instalacji i urządzeń, linii produkcyjnych oraz obszaru przetwórstwa,

czyszczenie opakowań,

odmulanie i odsalanie kotłów parowych,

woda chłodząca z systemów otwartych lub ścieki z systemów chłodzenia z za-

mkniętym obiegiem,

woda popłuczyna z instalacji uzdatniania wody,

woda z procesu rozmrażania zamrażarek,

ścieki deszczowe.

Sektor spożywczy zużywa duże ilości wody, w szczególności do mycia maszyn i urzą-

dzeń, instalacji oraz powierzchni pomieszczeń produkcyjnych. Duże instalacje zużywają

do kilkuset metrów sześciennych wody na dobę. Większość wody, która nie jest używa-

na jako składnik produktów, ostatecznie pojawi się w strumieniu ścieków.




9

Wyróżniamy następujące ogólne metody oczyszczania i unieszkodliwiania ście-

ków:

Oczyszczanie mechaniczne (wstępne)

Polega na usuwaniu ze ścieków zawiesin i cząstek pływających. Czyszczenia dokonuje

się przy pomocy następujących urządzeń: krat, sit, piaskowników, w których następuje

oddzielenie frakcji nieorganicznych (cięższe opadają na dno) od lżejszych organicznych,

osadników, gdzie osady denne usuwane są w sposób ciągły lub periodyczny, i odtłusz-

czaczy, w których do wydzielenia się ze ścieków zanieczyszczeń w postaci tłuszczów i

olejów stosuje się substancje odtłuszczające, a substancje o mniejszej gęstości wypływa-

ją na powierzchnię cieczy. Następnie stosuje się przedmuchiwanie ścieków powietrzem

do otrzymania piany ułatwiającej wydzielenie się substancji tłuszczowych.

Separatory skrobi stosuje się w zakładach przetwórstwa ziemniaczanego, a także w za-

kładach mięsnych i przetwórstwa warzywnego. Separatory tłuszczu stosuje się w ma-

sarniach oraz w zakładach mięsnych i przetwórstwa spożywczego oraz wszędzie tam,

gdzie występują ścieki technologiczne ze zwiększonym stężeniem tłuszczów roślinnych i

zwierzęcych.

Oczyszczanie chemiczne

Polega na neutralizacji ścieków przez wydzielenie substancji stałych, organicznych, ko-

loidalnych, substancji rozpuszczonych, soli metali. Służy do odkażania, usuwania zapa-

chów i utleniania ścieków. W tym przypadku stosuje się chlor i związki chlorowo-

tlenowe. Oczyszczanie chemiczne jest jednym z etapów oczyszczania ścieków, dalej sto-

suje się oczyszczanie mechaniczne i biologiczne. Do wydzielenia się ze ścieków substan-

cji stałych, koloidów, soli metali stosuje się koagulację, polegającą na zobojętnieniu

ujemnych ładunków koloidów przez dodanie ładunków wodorotlenowych metali i wy-

trąceniu osadu kłaczkowatego. Chlorowanie ścieków stosuje się w cukrowniach i prze-

twórniach owoców i warzyw do recyrkulowanych wód spławiakowych, do hydrotrans-

portu owoców i warzyw.

Natlenianie ścieków

Jest uzupełnieniem metod oczyszczania ścieków. Prowadzi się je w urządzeniach za-

pewniających dużą powierzchnię styku z powietrzem i intensywne mieszanie (kaskady,

zastawki, progi). Natlenienie prowadzi się w płytkich zbiornikach, w których poza utle-

nieniem prowadzi się też oczyszczanie biologiczne.




10

Oczyszczanie ścieków z wykorzystaniem osadów czynnych

Metoda oczyszczania ścieków wykorzystująca zjawisko zachodzące w wodach płynących

zanieczyszczonych ściekami, w których zanieczyszczenia z biegiem czasu ulegają roz-

kładowi przy współudziale drobnoustrojów i tlenu z atmosfery, tzw. zintensyfikowane

samooczyszczanie się. Oczyszczanie ścieków prowadzi się z większą ilością drobnou-

strojów w niewielkiej objętości oraz sztucznie napowietrza.

Ścieki przemysłowe to wody zużyte podczas przetwarzania surowców w produkty go-

towe. Ścieki mają bardzo zróżnicowany i zmienny skład chemiczny i fizyczny i zależą od

specyfiki przemysłu, z którego pochodzą, oraz sposobu organizacji gospodarki wodno-

ściekowej. Ścieki mogą mieć różne stężenie i ładunki zanieczyszczeń.

Stężenie zanieczyszczeń – to masa zanieczyszczeń, np. zawiesin, przypadająca na jed-

nostkę objętości ścieków wyrażona w mg/dm3 lub g/m3.

Ładunek zanieczyszczeń – to iloczyn stężenia i określonej objętości ścieków.

Podstawowymi wskaźnikami zanieczyszczenia ścieków są:

BZT5 (biochemiczne 5-dobowe zapotrzebowanie tlenu w mg O2/dm3) – ilość tle-

nu niezbędna drobnoustrojom do całkowitego rozkładu obecnych w wodzie lub

ściekach związków organicznych,

ChZT (chemiczne zapotrzebowanie tlenu w mg O2/dm3) – ilość tlenu potrzebna

do utlenienia związków organicznych metodami chemicznymi w określonych

warunkach.

Charakterystyka i skład ścieków z poszczególnych branż przemysłu spożywczego:

Ścieki z zakładów mięsnych i ubojni pochodzą głównie z dostawy zwierząt,

rozładunku, mycia środków transportu i przetrzymywania zwierząt na placu

spędowym, z poszczególnych etapów uboju i przerobu zwierząt. W skład ścieków

poprodukcyjnych wchodzą przede wszystkim substancje organiczne (białka,

tłuszcze, zawiesiny) jako rezultat przedostawania się do ścieków odpadów ope-

racyjnych, tj. odchodów, krwi (wartość ChZT dla nie zakrzepniętej krwi wynosi

około 400 g O2/dm3), pierza, zawartości przewodów pokarmowych, fragmentów

tkanek, solanek, tłuszczów odpadowych, a także substancji nieorganicznych, jak

np. piasek i żwir. Ścieki poprodukcyjne charakteryzuje ponadto wysokie stężenie

substancji rozpuszczonych, zwłaszcza chlorków i biogenów, tj. związków azotu i

fosforu.




11

Tabela 7.1. Skład ścieków z przemysłu mięsnego

Oznaczenie Wartości ścieków w g/m3

Ścieki z rzeźni Ścieki z

przetwórstwa Ogólne

BZT5 1180 2100 1160–2880 ChZT 1320 2240 1000–6000

Utlenialność 400 300 300–980 Zawiesiny 450 1580 1150-2140 Tłuszcze 240 1100 160–2500

Ekstrakt eterowy – – 800 Azot – – 140–580

Fosfor ogólny – – 10–80 Sucha pozosta-

łość 930 3120 –

Źródło: Bartkiewicz 2006

Ścieki z cukrowni zawierają kondensaty z aparatów i filtrów próżniowych oraz

wyparek, wody amoniakalne i chłodnicze, ścieki ze spławiaków i płuczek, zanie-

czyszczenia substancjami rozpuszczonymi z przerobu buraków, zanieczyszczenia

substancjami organicznymi z odwadniania wysłodków, mycia płuczek filtracyj-

nych, pomieszczeń i urządzeń. Ścieki wykazują zróżnicowany stopień i rodzaj za-

nieczyszczenia i obejmują: wody gorące słabo zanieczyszczone, wody zawierające

zanieczyszczenia mechaniczne, mineralne i organiczne oraz wody silnie zanie-

czyszczone chemicznie i mechanicznie. Mają charakterystyczny słodkawo-

buraczany zapach, a zanieczyszczenia są łatwo rozkładalne. Głównie są to cukry,

białka i związki mineralne. Odczyn ścieków może być kwaśny (wody spławiako-

we – ChZT 5000–10000 g O2/m3) lub zasadowy (odcieki z błota defekosaturacyj-

nego).

Tabela 7.2. Skład ścieków cukrowniczych


Biologicznie oczyszczone

Spławiakowe Płuczkowe Barometryczne Chłodnicze

ChZT 117 7274 7360 556 33 BZT5 33 5097 5112 360 4

Zawiesiny 77 1263 1272 60 14 Azot ogólny 25 79 82 70 10

Fosfor ogólny 1 8 8 1,5 0,3 Substancje

rozpuszczalne 1025 1724 1767 447 400

Potas 164 253 253 4,3 16 Źródło: Bartkiewicz 2006




12

Ścieki z produkcji krochmalu (skrobi) pochodzące z produkcji o charakterze

kampanijnym obejmują wytwarzanie skrobi ziemniaczanej, syropu skrobiowego i

jadalnych produktów ziemniaczanych, jak płatki, kostka lub proszek. Ścieki two-

rzone są przez strumienie wód ze spławiaków i płuczek ziemniaków, ścieki pro-

dukcyjne z operacji obierania, krojenia i płukania oraz wody zależne od asorty-

mentu: z blanszowania, gotowania, tłoczenia i sterylizacji. Mają zróżnicowany

skład w zależności od miejsca powstawania. Są bogate w zawiesiny nieorganiczne

i związki organiczne (wysokie BZT i ChZT), podlegające fermentacji, bogate w

związki rozpuszczone, głównie łatwo rozkładalne wielocukry, jak skrobia

(krochmal), dobrze wykorzystywane przez mikroorganizmy osadu czynnego.

Tabela 7.3. Skład ścieków z krochmalni


Spławiakowe Wody sokowe pH 7,1 6,0

Zawiesiny 1040 1475 Substancje rozpuszczal-

ne 610 4950

BZT5 350 2760 ChZT 865 8525

Azot ogólny 30 290 Fosfor ogólny 15 115

Potas 100 690 Sód 20 17

Wapń 100 90 Źródło: Bartkiewicz 2006

Ścieki z mleczarni zawierają ścieki z produkcji o charakterze wieloasortymen-

towym, związane z powstawaniem dużej ilości ścieków uciążliwych dla środowi-

ska, zawierających zazwyczaj pozostałości mleka, z wysoką zawartością tłusz-

czów w formie ciekłej i stałej, także zawiesiny ogólnej (wysokie ChZT i BZT). W

stanie świeżym ścieki mają odczyn alkaliczny, z wyjątkiem ścieków pochodzących

z wytwórni kazeiny i niektórych gatunków sera. Łatwo zagniwają wskutek fer-

mentacji laktozy, fermentacji kwaśnej (mlekowej i masłowej – problem odoru).

Oczyszczanie serwatki (bardzo wysokie BZT5, zmienne pH), łącznie z pozostałymi

ściekami, jest na ogół niewskazane, choć można ją wykorzystać jako źródło sub-

stancji zasilających osad czynny.

Tabela 7.4. Skład ścieków z mleczarni


Z mycia rurociągów Ścieki ogólne pH 9,6 9–10,5




13

Utlenialność 290 480–1020 ChZT 1200 700–2800 BZT5 515 500–2000

Ekstrakt eterowy 160 30–375 Zawiesiny 480 205–1980

Azot ogólny – 30–150 Fosfor ogólny – 20–100


Ścieki z przemysłu tłuszczowego zawierają wody z chłodzenia, ścieki z wytła-

czania i rafinacji olejów, ścieki z utwardzalni, ścieki poprodukcyjne, ścieki z mycia

urządzeń i pomieszczeń. Głównym zanieczyszczeniem jest olej, ale oprócz nich

występują mleko, kwasy tłuszczowe, wodorotlenki sodu i potasu, chlorek sodu

oraz nikiel. Produkcja obejmuje wytwarzanie surowych i rafinowanych olejów

roślinnych, większość procesów zachodzi w podwyższonej temperaturze, ścieki

pochodzą z działów ekstrakcji, zobojętniania, z produkcji margaryny i innych

tłuszczów stałych. Ścieki zawierają substancje organiczne, w tym pozostałości

tłuszczu, zawiesinę oraz związki nieorganiczne, również fosfor, mają różny skład,

zmienne pH. Zalecana jest minimalizacja zużycia środków chemicznych (np. ben-

zyny ekstrakcyjnej lub heksanu), ścieków bardzo niebezpiecznych dla osadu

czynnego z uwagi na bardzo wysoką zawartość ekstraktu eterowego i alkaliczne

pH.

Tabela 7.5. Skład ścieków z przemysłu tłuszczowego

Oznaczenie

Wartości ścieków w g/m3 poprodukcyjne ogólne

pH 6–8,8 5–9 Utlenialność 194–420 80–144

ChZT 1285–2310 400–430 BZT5 350–730 45–120

Ekstrakt eterowy 385–500 65–90 Zawiesiny 308–634 89–122

Substancje rozpuszczone 964–1280 516–712 Fosfor ogólny 26–55 8–9

Źródło: Bartkiewicz, 2006

Ścieki z zakładów utylizacyjnych zawierają ścieki technologiczne: kondensaty

oparów, odpływy ze sterylizatorów, odpływy z mycia i płukania urządzeń, ścieki

zakaźne obciążone odpadkami stałymi, substancjami rozpuszczonymi o bardzo

dużym zapotrzebowaniu na tlen ze skłonnościami do zagniwania i odrażającym

zapachu. Ścieki są podatne na rozkład biologiczny.




14

Tabela 7.6. Skład ścieków z zakładów utylizacyjnych


Zakres Średnio pH 6,8–8,1 –

Sucha pozostałość 690–7700 4987 BZT5 470–8600 5300 ChZT 570–10 500 6025

Tłuszcze 120–925 630 Azot ogólny 100–1440 554

Azot amonowy 74–890 413 Fosfor ogólny 9–113 18

Źródło: B. Bartkiewicz, 2006.

Ścieki z zakładów przetwórstwa rybnego zawierają ścieki pochodzące z proce-

sów technologicznych: rozmrażania, mycia i obróbki tusz, ścieki zanieczyszczone

są częściami ryb, solą i środkami powierzchniowo-czynnymi stosowanymi przy

myciu. Zanieczyszczenia obecne w ściekach przemysłu rybnego są niezdefinio-

waną mieszaniną substancji, przeważnie organicznych, i chlorku sodu. Ścieki te

zawierają duże ilości stałych części ryb, stałych dodatków używanych w procesie

produkcyjnym (przypraw, warzyw itp.), substancji tłuszczowych, białek rozpusz-

czalnych, soli mineralnych, kwasu octowego, węglowodanów itp. W ściekach z

działalności przetwórczej jest wysoki udział pozostałości zalew octowych i cu-

krów. O charakterze i jakości ścieków przemysłu rybnego decydują takie parame-

try jak pH, wskaźniki tlenowe (BZT5 i ChZT), chlorki oraz zawartość fosforu i azo-

tu ogólnego.

Tabela 7.7. Skład ścieków z zakładów rybnych

Oznaczenie

Wartości ścieków w g/m3 Zakres Średnio

pH 6,1–7 6,7 BZT5 1470–2540 2300 ChZT 3000–4350 3500

Chlorki 2300–4750 3000 Azot ogólny 35–105 58

Fosfor ogólny 15–67 28 Źródło: Bartkiewicz, 2006

Ścieki z browarów zawierają ścieki ze wszystkich etapów produkcji: z leżakowania,

warzenia, fermentowania i rozlewania oraz z mycia urządzeń i instalacji. Źródłem

ścieków w browarach jest proces przygotowania słodu, jak również produkcja pi-

wa. Ścieki z moczenia ziarna zawierają dużo substancji rozpuszczonych (cukrów,

białek), dobrze wykorzystywanych przez bakterie osadu czynnego jako źródło wę-

gla dla procesów denitryfikacji – duże przyrosty osadu mają charakterystyczną




15

barwę żółtobrunatną, a także skłonność do pienienia. Ścieki browarniane związane

są zarówno z procesem technologicznym (warzelnia – odcieki z młóta i chmielin,

fermentownia – odcieki zawierające pozostałości drożdży, rozlewnia: pozostałości

produktu, operacje mycia). Z uwagi na wysoką zawartość substancji białkowych

ścieki z browaru łatwo ulegają procesom fermentacji z wydzieleniem takich pro-

duktów gazowych jak H2S, NH3, CH4 i H2. Ścieki charakteryzuje duże zróżnicowa-

nie stężeń poszczególnych zanieczyszczeń.

Tabela 7.8. Skład ścieków z browarów


Zakres Średnio Zawiesiny 158–1540 634

BZT5 185–2400 1220 ChZT 310–3500 1900

Azot ogólny 48–348 80 Fosfor ogólny 1,4–9 4,3


Ścieki z gorzelni zawierają ścieki pochodzące z wód chłodzących, z mycia ziem-

niaków, surowców. Podstawowymi produktami są tu drożdże piekarskie (z droż-

dżowni), spirytus surowy (produkowany przez gorzelnie rolnicze), spirytus rek-

tyfikowany (oddziały rektyfikacji), wódki czyste i gatunkowe (wytwórnie wó-

dek). Produktem ubocznym gorzelni jest wywar, tj. pozostałość po oddestylowa-

niu spirytusu (6–10% s. m., bardzo wysokie BZT, odczyn kwaśny, zalecany do od-

dzielnego zagospodarowania, np. nawozowego). Ścieki technologiczne mają

zróżnicowany skład, w zależności od miejsca powstawania, w gorzelni – zanie-

czyszczone zawiesinami, uciążliwe, o znacznym BZT oraz specyficznym zapachu,

w drożdżowni – kwaśne, bardzo bogate w rozpuszczone związki organiczne, ła-

two zagniwające; ścieki z rektyfikacji - najmniej obciążone, także jako wody po-

chłodnicze - gorące (50°C).

Tabela 7.9. Skład ścieków z gorzelni


Zakres Średnio BZT5 500–2900 1800 ChZT 1200–9100 4300

Źródło: Bartkiewicz 2006.

Ścieki z przetwórstwa owoców i warzyw pochodzą z produkcji bardzo zróżni-

cowanej asortymentowo, ścieki obejmują głównie popłuczyny z mycia surowca,

także ścieki operacyjne związane z obieraniem, blanszowaniem, chłodzeniem i

napełnianiem (zalewy cukrowe). Zawierają np. kawałki owoców, warzyw, odcieki




16

soków, znaczne ilości związków nieorganicznych i organicznych (jak np. pektyny

i łatwo rozkładalne cukry), o dużej zmienności składu oraz stężeń zanieczyszczeń

w ciągu doby. Ścieki związane bezpośrednio z produkcją przetworów charakte-

ryzuje zmienna wartość odczynu pH, wysoka wartość BZT oraz stężenie zawiesin,

a przy wytwarzaniu produktów warzywno-mięsnych – również zawartość sub-

stancji ekstrahowanych eterem naftowym.

Do oczyszczania ścieków w zakładach przetwórstwa spożywczego służą oczyszczalnie

ścieków: mechaniczne, biologiczne, hydrobotaniczne oraz chemiczne. Różnorodność

metod i sposobów oczyszczania wynika ze zmienności składu i ilości ścieków. Zawartość

substancji organicznych i nieorganicznych decyduje o dobrze metody oczyszczania ście-

ków. W zależności od rodzaju ścieków proces oczyszczania powinien być prowadzony

tak, aby uzyskiwać najwyższy możliwy stopień oczyszczenia ścieków przy minimalnym

nakładzie kosztów. Substancje zanieczyszczające wody ściekowe dzieli się na: nieroz-

puszczalne, półrozpuszczalne (koloidy) oraz rozpuszczalne. Substancje organiczne ule-

gają rozkładowi w warunkach tlenowych i beztlenowych.




17

Rysunek 7.1. Schemat ideowy oczyszczania ścieków pochodzących z przemysłu spożyw-

czego

KRATY, SITA (oddzielenie zanie-czyszczeń o dużych

rozmiarach)

Ścieki

Skratki

POMPY

(pompowanie)

PIASKOWNIK

(usuwanie zanieczysz-czeń wleczonych)

OSADNIKI WSTĘPNE

(sedymentacja zawiesin,

oddzielenie tłuszczu)

Piasek Powietrze

Osad surowy,

tłuszcz

KOMORA NAPOWIE-TRZANIA lub BEZ-

TLENOWA (nitryfikacja, denitryfikacja)

Osad nadmiarowy,

biogaz

OSADNIK , FERMENTATOR

(sedymentacja, fermentacja)

Osad czynny

recyrkulowany

Oczyszczanie

mechaniczne

Oczyszczanie

biologiczne




18

Źródło: opracowanie własne autora

KOMORA MIESZANIA

OSADNIK WTÓRNY

(sedymentacja wytrą-conych zawiesin)

Powietrze,

Al2Fe,

Osad nadmiarowy

Osad

recyrkulowany Oczyszczanie

chemiczne

Ścieki oczyszczone,

odbiornik, staw

FILTR

(filtracja)




19

3. Urządzenia do oczyszczania powietrza

Główne zanieczyszczenia powietrza pochodzące z przemysłu spożywczego to pył i za-

pach. Zapach jest problemem w skali lokalnej, który odnosi się do procesu produkcyjne-

go lub do przechowywania surowców, produktów ubocznych i odpadów.

Emisje zanieczyszczeń do powietrza można podzielić na:

Punktowe – obejmują reaktory, piece i kotły, kolumny destylacyjne i rektyfika-

cyjne, wyparki, kondensatory itp. Emisja z tych źródeł może być kontrolowana

przez zainstalowanie dodatkowych aparatów oczyszczających gazy odlotowe.

Lotne zorganizowane – odprowadzane do powietrza za pomocą środków tech-

nicznych. Obejmują emisje cząstek aerozolowych, dymów, gazów z pomp, spręża-

rek, zaworów, zasuw, urządzeń podających i wyładowczych, włazów, luków,

miejsc poboru próbek, instalacji odciągowych i wyciągowych itp. Emisja może

być kontrolowana przez zainstalowanie dodatkowych aparatów oczyszczających

na końcu instalacji odciągowej).

Lotne niezorganizowane – ulatniające się bez specjalnych środków technicz-

nych – emitorów. Obejmują place składowe materiałów sypkich, lotnych, wysypi-

ska odpadów, oczyszczalni ścieków itp.

Źródła emisji odprowadzanych w sektorze spożywczym:

emisje z procesów technologicznych, wydalone przez przewody wentylacyjne

urządzeń oraz związane z działaniem instalacji, np. w procesie smażenia, goto-

wania, warzenia,

gazy odpadowe z kominów czyszczenia lub urządzeń podgrzewających, które są

wykorzystywane tylko w momencie włączenia lub wyłączenia instalacji,

emisje z kominów z operacji magazynowania i przyjmowania, np. transferów, za-

ładunku i rozładunku towarów, surowców i półproduktów,

gazy spalinowe z jednostek zaopatrujących w energię, takie jak piece, kotły pa-

rowe, połączone jednostki ciepła i energii, turbiny gazowe, silniki gazowe,

gazy odpadowe z urządzeń kontroli emisji, takich jak filtry, termiczne utleniacze

lub adsorbery,

gazy odpadowe z regeneracji rozpuszczalnika, np. w instalacjach ekstrakcji oleju

roślinnego,

zrzuty z urządzeń bezpieczeństwa, np. klapy bezpieczeństwa i zawory bezpie-

czeństwa,

spaliny z systemów wentylacyjnych,

spaliny z kominów źródeł rozproszonych lub ulotnych, np. źródeł rozproszonych

zainstalowanych w pomieszczeniach lub budynku.




20

Źródła emisji rozproszonych (nieorganizowanych) w sektorze spożywczym:

emisje z urządzeń technologicznych, związanych z działaniem instalacji, uwol-

nione z dużych powierzchni lub przez otwory,

straty produkcyjne i straty spowodowane odpowietrzaniem urządzeń magazynu-

jących i podczas operacji przyjmowania, np. napełnianie beczek, ciężarówek i

kontenerów,

emisje ze spalanych gazów,

wtórne emisje, wynikające z obróbki lub unieszkodliwiania odpadów, np. lotne

substancje z kanałów ściekowych, oczyszczalni ścieków lub woda chłodząca.

Źródła emisji ulotnych (niezorganizowanych) w sektorze spożywczym:

straty zapachu podczas składowania, napełniania i opróżniania zbiorników i silo-

sów,

demontaż elementów z oczyszczalni ścieków o nieprzyjemnym zapachu, który

prowadzi do uwolnienia zapachu do powietrza,

wywietrzniki zbiorników magazynujących,

wycieki z rurociągu,

fumigacja,

straty pary podczas składowania, napełniania i opróżniania zbiorników i bębnów

z rozpuszczalnikiem, w tym podczas odłączenia przewodu,

rozerwane tarcze i poluzowanie zaworu zrzutu,

wycieki z kołnierzy, pomp, uszczelek i zaworów,

straty wynikające z konstrukcji budynku, np. okien, drzwi itd.,

osadniki,

chłodnie kominowe i baseny studzenia.

Główne zanieczyszczenia powietrza z procesów stosowanych w przemyśle spo-

żywczym, wyłączając zanieczyszczenia uwolnione w związku z ich zastosowaniem,

np. produkcją energii:

pył,

lotne związki organiczne i zapach,

substancje chłodzące zawierające amoniak i halogen,

produkty spalania, takie jak CO2, NOx i SO2.

Zapach jest głównie problemem lokalnym. Emisje niektórych zanieczyszczeń do atmos-

fery są szkodliwe, ale także wydzielają nieprzyjemny zapach. Dla dwóch identycznych

instalacji do produkcji tych samych produktów i przy użyciu tych samych surowców i

procesów emisje nieprzyjemnego zapachu mogą być problemem dla jednych, a dla dru-




21

gich nie. Jest wiele przypadków, w których instalacje, wcześniej usytuowane na obsza-

rach wiejskich lub na obrzeżach miast, borykają się dziś z problemem nieprzyjemnego

zapachu, ponieważ w ich pobliżu zostały zbudowane nowe osiedla domów w wyniku

ekspansji miast.

Do urządzeń i metod do oczyszczania powietrza należą:

Odpylacze grawitacyjno-inercyjne

Odpylanie prowadzone jest w wyniku działania sił grawitacyjnych podczas przepływu

strumienia aerozolu z małą prędkością liniową przez komorę osadczą pyłową. Opadają-

ce cząstki gromadzą się na dnie komory. W komorze mogą być umieszczone poziome lub

pionowe półki do zmiany kierunku przepływu gazu i do zwiększenia efektu działania sił

na cząstki. Jako odpylacze inercyjne stosowane są kanały, przewody o zmiennym kie-

runku przepływu i komory z półkami profilowanymi typu żaluzje. Odpylacze stosuje się

do usuwania cząstek dużych rozmiarów jako odpylacze wstępne. Są proste w działaniu i

konstrukcji, nie mają części ruchomych i potrzebują niedużo energii.

Cyklony

Do odpylania wykorzystują spiralny lub wirowy ruch strumienia aerozolu do wywoły-

wania działania siły odśrodkowej na cząstki. Następuje wprowadzenie strumienia aero-

zolu do komory cylindrycznej lub przepływ gazu przez łopatki promieniowe, zwoje śru-

bowe lub ślimakowe podczas przepływu osiowego. Stąd cyklony dzieli się na: cyklony z

wlotem stycznym, osiowym, z przepływem rewersyjnym i osiowym, przelotowym. Cy-

klony rewersyjne montowane są pionowo, osiowe w dowolnej pozycji. Zbudowane są ze

stali konstrukcyjnej węglowej lub z innych materiałów, np. ceramicznych dla wysokich

temperatur odpylania gazów, usuwania cząstek erozyjnych i gazów korozyjnych.

Odpylacze filtracyjne

Cząstki aerozolowe wydzielane są w zasadzie w warstwie pyłu, warstwa filtracyjna two-

rzy się na cząstkach uprzednio wydzielonych na przegrodzie filtracyjnej, porowatej. Na-

leżą do wysoko sprawnych odpylaczy stosowanych do usuwania z gazów cząstek mniej-

szych od 10µm. Materiałami filtracyjnymi są: tkaniny tkane, plecione, filc, włókna luźne,

papier, membrany mikroporowate, filtry porowate z tworzyw sztucznych, ceramiki, me-

tali itp.

Elektrofiltry

Ich działanie ich polega na ładowaniu elektrostatycznym cząstek i wydzielaniu nałado-

wanych cząstek z pola elektrycznego oraz usuwaniu cząstek pyłu z powierzchni wydzie-




22

lenia. Działają w układach: pusty cylinder lub wielokąt foremny jako elektroda osadcza

(anoda) z umieszczoną w osi elektrodą emisyjno-koronującą (katodą) lub równoległe,

płaskie i profilowane płyty (anody) z umieszczonymi między nimi w równych odstępach

katodami w postaci drutu lub prętów profilowanych z ostrzami.

Odpylacze mokre

Wydzielanie cząstek aerozolowych odbywa się w nich na kroplach cieczy poruszających

się w strumieniu aerozolu, na warstewkach cieczy spływających lub przepływających

przez powierzchnie stałe, z pęcherzyków gazu poruszających się w cieczy, ze strumieni

aerozolu zderzających się w środowisku strug lub kropel cieczy, ze strumieni aerozolu

uderzających o ciekłą lub zwilżoną powierzchnię stałą. Mechanizm wydzielania cząstek

polega na zderzeniu inercyjnym oraz efekcie bezpośredniego zaczepiania. Stosowane są

do odpylania cząstek powyżej 1 µm wydzielanych na kroplach i zwilżonych włóknach

oraz dla cząstek powyżej 5 µm wydzielanych w skruberach odśrodkowych i zderzenio-

wych. Wyróżnia się odpylacze nisko-, średnio- i wysokoenergetyczne.

Separatory i odkraplacze

Stosowane są do rozdziału mieszanin gazu i cieczy. W separatorach ze strumienia gazu

wydzielane są strugi i dużych rozmiarów krople. W odkraplaczach usuwane są ze stru-

mienia gazu krople o średnicach od dużych do bardzo małych stanowiących mgłę wy-

dzieloną w odemglaczach (demisterach). Działanie mechaniczne, dynamiczne, wywoła-

ne jest przepływem strumienia gazu wobec powierzchni zwilżonego wypełnienia w ko-

lumnie, powierzchni wymiany ciepła, przepływu dwufazowego wobec ścian zbiornika i

powoduje generowanie kropli cieczy, które, podczas smarowania trących, rozgrzanych

powierzchni, mają średnice mniejsze od 1 µm. Opary w wyniku reakcji chemicznej dają

produkt ciekły.

Absorbery

Stosowane do usuwania zanieczyszczeń gazowych ze strumieni gazów. Metody absorp-

cyjne usuwają z gazów odlotowych jeden lub więcej składników z mieszaniny gazowej

przez absorpcję w cieczy, jest to proces dyfuzyjnego przenoszenia cząsteczek gazu do

cieczy na skutek istnienia w układzie gradientu stężenia dyfundujących składników. Ci-

śnienie i temperatura mają wpływ na stan równowagi. Wyróżniamy absorbery natry-

skowe, półkowe, kolumny z wypełnieniem ruchomym (fluidalne) i nieruchomym.

Adsorbery

Urządzenia wykorzystywane do usuwania zanieczyszczeń gazowych ze strumieni ga-

zów, wykorzystujące proces dyfuzyjny wymiany masy, polegający na wydzielaniu czą-




23

stek gazu i oparów na powierzchni adsorbentu. Mechanizm jest bardzo złożony. Adsor-

bery gazu pracują w celu zwiększenia ilości adsorbantu na powierzchni adsorbentu, a

następnie jego zdesorbowania, zmieniając temperaturę adsorbentu lub ciśnienie cząst-

kowe adsorbowanego składnika w gazie. Adsorbenty muszą być selektywne, proces mu-

si być odwracalny i muszą posiadać dużą pojemność sorpcyjną. Występują w postaci

cząstek, kształtek, granul kulistych, cylindrycznych, włókien, pianek, warstw monoli-

tycznych, mat. Zaliczamy tu węgiel aktywny, sita molekularne, silikażel, aktywowany

tlenek glinu, zeolity, polimery, biosorbenty. Procesy adsorpcji prowadzi się okresowo w

pojemnikach, zbiornikach, w sposób ciągły w aparatach zbiornikowych z okresową re-

generacją oraz w sposób ciągły z ciągłą regeneracją w kolumnach lub obracających się

bębnach, tzw. rotorach.

Spalanie termiczne i katalityczne

Stanowi metodę kontrolowanej destrukcji, unieszkodliwienia zanieczyszczeń. Podczas

usuwania zanieczyszczeń gazowych, unieszkodliwienie węglowodorów prowadzi do

powstania CO2 i pary wodnej z wydzieleniem ciepła. Na przebieg procesów spalania ma

wpływ temperatura, czas przebywania i burzliwość w strefie spalania. Zanieczyszczenia

spalane w wielu procesach przetwórczych widoczne są w tzw. pochodniach. Produktami

spalania mogą być też substancje toksyczne (rtęć, kadm, cynk i in.) oraz gazy SO2, N2, NO,

NO2. Większość substancji lotnych może być zdegradowana przez spalanie do CO2 i H2O.

Związki chlorowe spalane przechodzą w HCl i powodują problemy korozyjne. Spalane

cząsteczki stałe zawieszone w gazie powodują dymy i tzw. smogi.

Kondensatory bezprzeponowe i przeponowe

Usuwają w specyficznych warunkach zanieczyszczenia gazowe w postaci oparów po-

przez kondensację. Kondesacja to technika separacji, w której najbardziej lotny składnik

mieszaniny gazowej jest wydzielany na skutek zwiększania prężności i przejścia do sta-

nu nasycenia oraz zmiany stanu fazowego na ciekły. Stosowana jest do wstępnego

oczyszczania gazów w celu zmniejszenia obciążenia właściwej instalacji oczyszczania.

Układy bezprzeponowe stanowią skraplacze barometryczne, natryskowe lub strumie-

niowe, w których czynnikiem chłodzącym jest woda. Ich wadą ich wymagany duży

strumień czynnika chłodzącego i powstawanie wody zanieczyszczonej. Kondensatory

przeponowe to zwykłe wymienniki ciepła płaszczowo-rurowe, wężownicowe lub spi-

ralne. Czynnik chłodzący przepływa rurkami, a opary kondensują między rurkami i

spływają z powierzchni rur do zbiornika.




24

Oczyszczanie biologiczne gazów

Jest alternatywną metodą oczyszczania gazów, gdy stężenie zanieczyszczeń w strumie-

niu powietrza jest małe (<1000 ppm), a zanieczyszczenia są łatwo biodegradowalne,

natomiast strumień gazu stabilny. Proces przebiega pod wpływem tlenu i bakterii z wy-

dzieleniem CO2, H2O i biomasy. Oczyszczanie biologiczne jest wysokosprawne i wynosi

>90% dla wielu zanieczyszczeń organicznych, jak: propan, butan, styren, alkohole, feno-

le, chlorek metylenu, merkaptany, siarkowodór, amoniak i inne pochodzenia roślinnego

i zwierzęcego. Oczyszczenie biologiczne polega na ujęciu gazów odlotowych ze źródła

emisji, transporcie rurociągiem ssącym przez odpylacz wstępny filtracyjny do wentyla-

tora, kontrolę temperatury strumienia i jego podgrzanie lub schłodzenie, przed skiero-

waniem do nawilżenia w komorze lub skruberze natryskowym. Następnie strumień ga-

zu o właściwych parametrach fizycznych jest podawany i równomiernie rozpraszany na

przekroju wlotowym bioreaktora. W biofiltrach są bakterie aerobowe oraz grzyby wy-

stępujące w środowisku naturalnym. Zaletami biofiltracji jest to, że proces jest prosty, o

dużej sprawności, naturalny i bezpieczny dla środowiska, mało kosztowny dla oczysz-

czania dużych strumieni gazów zawierających małe stężenia zanieczyszczeń. Oczyszcza-

nie biologiczne często jest wykorzystywane do oczyszczania powietrza w procesach

technologicznych w przemyśle spożywczym, chemicznym, skórzanym, w oczyszczal-

niach ścieków, na wysypiskach śmieci oraz w hodowli zwierząt.




25

4. Urządzenia energetyczne

Energetyka zajmuje się przetwarzaniem

energii pierwotnej zawartej w różnych

nośnikach energii na formy energii przy-

datne w przemyśle, jak energia elektrycz-

na lub cieplna. W gospodarce energetycz-

nej dominuje energetyka cieplna, ponie-

waż ponad 90% energii elektrycznej uzy-

skuje się z paliw kopalnych.

Energia jest wykorzystywana w różnych postaciach. Nośnikami energii są:

nośniki energii pierwotnej (surowce energetyczne) – paliwa kopalne (węgiel,

ropa naftowa, gaz ziemny), biomasa, paliwa jądrowe,

nośniki energii wtórnej (środki do przenoszenia energii) – prąd elektryczny,

para wodna, gorąca woda, sprężone powietrze.

Urządzenie energetyczne to urządzenia techniczne stosowane w procesach wytwarza-

nia, przetwarzania, przesyłania i dystrybucji, magazynowania oraz użytkowania paliw i

energii. Urządzenia energetyczne z układami połączeń pomiędzy nimi tworzą instalację

energetyczną.

Energię do urządzeń można doprowadzić lub odprowadzić za pomocą:

pracy mechanicznej (maszyny tłokowe, wirnikowe),

ciepła (przez przewodzenie, promieniowanie lub konwekcję),

prądu elektrycznego (silniki, generatory elektryczne, grzejniki elektryczne),

strugi czynnika.

Zakłady energetyczne zajmują się przetwarzaniem, użytkowaniem i udostępnianiem

energii i obejmują elektrownie, elektrociepłownie oraz ciepłownie. Ze względu na wy-

magania odbiorców dzieli się je na: zawodowe i przemysłowe. Zakłady energetyczne

zajmują się przemianą energii pierwotnej w inne formy energii użytecznej:

ciepłownie i kotłownie dostarczające energii cieplnej zawartej w gorącej wo-

dzie o temperaturze od 373–500 K lub parze wodnej o ciśnieniu od 0,6–2,0 MPa i

temperaturze 700 K,

siłownie dostarczające za pośrednictwem energii cieplnej energii mechanicznej,

(w zależności od nośnika energii pierwotnej wyróżnia się cieplne siłownie paro-

we, spalinowe i jądrowe),




26

elektrownie wytwarzające energię elektryczną,

elektrociepłownie wytwarzające jednocześnie energię elektryczną i cieplną.

Sektor spożywczy zależny jest od energii wykorzystywanej do przetwarzania, magazy-

nowania i zapewnienia świeżości i bezpieczeństwa żywności. Wykorzystywane źródła

energii i urządzenia energetyczne zależą od techniki przetwarzania. Każda instalacja w

zakładach przetwórstwa żywnościowego jest inna i korzysta z różnych nośników ener-

gii.

Energia elektryczna wykorzystywana jest:

podczas przyjmowania materiałów i surowców do magazynu,

do sortowania, klasyfikowania, obłuszczania, szypułkowania, usuwania łodyg i

przycinania, np. w przetwórstwie warzywnym w operacji sortowania mrożonych

warzyw zużywa się 0–20 kWh/t energii elektrycznej,

podczas mycia i rozmrażania (mycie szpinaku jest energochłonne),

podczas cięcia, krojenia, siekania, mielenia, rozcierania i prasowania,

w operacjach mieszania, homogenizacji i emulgacji,

podczas mielenia i kruszenia w urządzeniach,

w urządzeniach do formowania, wytłaczania i ekstradowania,

w procesie ekstrakcji,

w procesie wirowania,

w procesie sedymentacji i filtracji do operacji pompowania,

w procesach separacji membranowej,

w elektrodializie (umożliwia transport jonów),

w procesach krystalizacji do zasilania pomp i napędów oraz w układach chłodze-

nia,

podczas dezodoryzacji ścieków,

w trakcie procesu rozpuszczania,

podczas fermentacji w układach chłodzenia,

podczas koagulacji do chłodzenia,

przy kiełkowaniu do kondycjonowania i cyrkulacji powietrza,

w procesach wędzenia do produkcji dymu, operacji ogrzewania i suszenia,

podczas utwardzania produktów,

podczas procesów karbonizacji do obsługi wymienników ciepła i chłodnic,

podczas pieczenia,

w procesach prażenia,

w procesach smażenia,

podczas hartowania do zasilania pomp, napędów i systemów chłodzenia,




27

w suszeniu cieczy do fazy stałej,

do chłodzenia, schładzania i stabilizacji na zimno (jest niezbędna do zasilania

pomp w obiegu wody chłodzącej lub wentylatorów w operacji chłodzenia powie-

trza),

do mrożenia (potrzebna jest w układach mrożenia oraz do zasilania wentylato-

rów do cyrkulacji powietrza),

w operacjach suszenia przez zamrażanie – liofilizację,

do czyszczenia i dezynfekcji wykorzystywana jest do podgrzewania wody i wy-

twarzania pary,

podczas pakowania, napełniania, zamykania i rozlewu produktów.

Para wykorzystywana jest:

podczas mycia i rozmrażania,

w procesie ekstrakcji,

podczas usuwania wolnych kwasów tłuszczowych przez neutralizację,

podczas dezodoryzacji ścieków,

podczas destylacji cieczy, alkoholi, piwa do ogrzewania destylatora kolumnowe-

go,

w procesie rozpuszczania,

podczas koagulacji do obróbki cieplnej,

podczas utwardzania para pochodząca z wody demineralizowanej, niezbędna jest

do ogrzewania autoklawów i reaktorów,

podczas procesów karbonizacji do obsługi wymienników ciepła,

podczas procesów topienia,

w procesach blanszowania do ogrzewania wody blanszującej,

w procesach gotowania i warzenia,

w procesach smażenia w smażalnicach,

w procesach pasteryzacji, sterylizacji i UHT,

w operacjach parowania np. przy zastosowaniu wielostopniowych parowników,

do odwadniania fazy stałej w suszarkach parowych wielostopniowych,

do czyszczenia i dezynfekcji do podgrzewania wody.

Podstawowe urządzenia ciepłowni, elektrociepłowni i elektrowni

Kotły – generatory pary

Zachodzi w nich przemiana energii chemicznej zawartej w paliwie na energię cieplną

spalin, następnie na energię cieplną pary wodnej. Wodę gorącą otrzymuje się w zespole

podgrzewaczy zasilanych parą wodną lub w osobnych kotłach wodnych. Instalacje ko-




28

tłowe składają się z kotła właściwego i paleniska oraz urządzeń pomocniczych: urzą-

dzeń do transportu, przygotowania paliwa, wentylatorów podmuchowych i wyciągo-

wych, pomp zasilających, układu odpopielania, aparatury do uzdatniania wody, urzą-

dzeń do odpylania, odsiarczania i odazotowania spalin oraz aparatury kontrolno-

pomiarowej. Kocioł jest zasilany paliwem, powietrzem oraz wodą. Ze względu na kon-

strukcję wyróżnia się kotły: pionowe, rusztowe, komorowe, fluidalne, płomienicowe,

wodnorurkowe, płytowe, przepływowe, ze względu na rodzaj wody w obiegu kotły: z

naturalnym obiegiem wody wywołanym różnicą gęstości wody oraz z wymuszonym

obiegiem wody, a ze względu na sposób odprowadzenia żużlu kotły: z suchym lub

mokrym odprowadzeniem żużla.

Turbiny

Należą do maszyn przepływowych zwanych silnikami wirnikowymi. Wyróżnia się turbi-

ny gazowe, parowe, wiatrowe oraz wodne. Największe znaczenie ma turbina parowa,

dzięki której energia cieplna pary wodnej zostaje zamieniona na energię mechaniczną –

pracę. Turbina składa się ze stopnia turbiny, który jest głównym elementem odpowie-

dzialnym za zachodzące w niej przemiany energetyczne, nieruchomego wieńca przy-

rządów rozprężnych oraz wieńca łopatek obracającego się wirnika. Stopień turbinowy

przekazuje energię przez parę organowi roboczemu maszyny, którym jest wieniec łopa-

tek wirnika. Przemiana energii cieplnej pary w energię kinetyczną następuje w przyrzą-

dach rozprężnych turbiny: dyszach i kierownicach. Głównym elementem turbiny jest

wirnik, do którego przymocowane są jednakowe łopatki wirnikowe. Para wodna prze-

kazuje energię wirnikowi przez działanie na wirnik siłami aerodynamicznymi, powsta-

łymi podczas opływu łopatek wirnika parą. Turbiny budowane są przeważnie jako tur-

biny osiowe, Curtisa, promieniowe o przepływie odśrodkowym i dośrodkowym, wielo-

stopniowe turbiny osiowe, komorowe i bębnowe.

Generator elektryczny (prądnica synchroniczna)

Energię elektryczną uzyskuje się przez przemianę energii mechanicznej.

Turbogenerator (turbozespół)

W jego skład wchodzi turbina parowa z generatorem elektrycznym.

Blok energetyczny

W jego skład wchodzi kocioł parowy z turbozespołem.




29

Pozostałe maszyny i urządzenia energetyczne

Sprężarki i wentylatory

Maszyny sprężające, w których czynnik gazowy zwiększa swoje ciśnienie lub zmniejsza

swoją objętość, kosztem pracy doprowadzonej do układu. Możemy je podzielić ze

względu na przeznaczenie na: maszyny do sprężania konkretnego czynnika, stosowane

w konkretnej dziedzinie techniki lub gospodarki i maszyny współrealizujące konkretny

proces. Za podstawę podziału maszyn sprężających się przyjmuje się: stopień sprężenia

(wentylatory, dmuchawy, sprężarki, pompy próżniowe), ciśnienie końcowe (sprężarki

niskiego, średniego i wysokiego ciśnienia), wydajność, przeznaczenie maszyn, zasadę

działania. Sprężarki w czasie pracy wydzielają dużą ilość ciepła i muszą być chłodzone

bezpośrednio lub pośrednio z chłodnicą lub poprzez chłodzenie międzystopniowe.

Maszyny i urządzenia hydrauliczne

Wyróżniamy tu: zbiorniki do przechowywania i transportu cieczy, przewody, którymi

przepływa ciecz, zawory do regulowania, kierowania, utrzymywania zmian przepływu

strumienia czynnika (gazu, cieczy, pary), zabezpieczające przed nadmiernym wzrostem

ciśnienia lub prędkością przepływu, przenośniki cieczy służące do przenoszenia cieczy

z obszaru o energii niższej do wyższej: pompy wyporowe, strumieniowe, wirowe, prze-

nośniki powietrzne, elektromagnetyczne, gazowe, powietrzne podnośniki cieczy, prze-

tłaczarki, czerpadła.

Silniki spalinowe

Przekształcają różne formy energii w pracę mechaniczną. W silnikach cieplnych praca

mechaniczna jest wykonywana kosztem energii wewnętrznej czynnika roboczego, sub-

stancji lotnych, gazów, mieszanin gazów i pary. Poprzez rozprężanie czynnika roboczego

na ścianki kanału, przez który przepływa czynnik, działają siły wykonujące pracę, a

układ mechanizmów umożliwia otrzymanie jej w postaci użytkowej, np. moment obro-

towy na wale.

Silniki dzieli się ze względu na rodzaj silnika roboczego na: gazowe, parowe, spalino-

we, ze względu na sposób wykonywania pracy: objętościowe, rotacyjne, turbinowe,

dynamiczne, ze względu na rodzaj źródła ciepła i rodzaj używanego paliwa na:

chemiczne, jądrowe, słoneczne, geotermalne itp., ze względu na sposób dostarczania

czynnikowi roboczemu ciepła: o spalaniu zewnętrznym lub wewnętrznym.

Silniki wykorzystywane są w transporcie, do napędu maszyn roboczych w energetyce.

Silniki spalinowe są powszechnie stosowane ze względu na ich zalety: prostą budowę,

łatwość uruchomienia, krótki czas osiągnięcia gotowości do pracy, dużą sprawność i




30

prostą obsługę. Silniki budowane są w wielu wersjach, wyróżnia się w nich podstawowe

elementy i podzespoły, które występuję przeważnie we wszystkich konstrukcjach.

Urządzenia chłodnicze i pompy ciepła

Chłodzenie polega na przekazywaniu energii od ciała cieplejszego do ciała zimniejszego i

wymaga zużycia energii elektrycznej lub mechanicznej. Może być naturalne, sztuczne.

Urządzenia służące do chłodzenia nazywa się ziębiarkami. W ziębieniu biorą udział:

ciało chłodzone, czynnik roboczy, nośnik energii i otoczenie. Wyróżnia się w zależności

od temperatury, jaką przyjmuje ciało po chłodzeniu, procesy: ochładzania, studzenia,

chłodzenia umiarkowanego, chłodzenia głębokiego, technik kriogenicznych. Urządzenia

do schładzania i studzenia zbudowane są z przestrzeni, w której umieszcza się schła-

dzany produkt, lub wymiennika, przez który ciało przepływa, maszyny przetłaczającej

nośnik ciepła oraz podzespołów do usuwania lub uzdatniania zużytego nośnika. Wiele

produktów spożywczych przetwarza się, transportuje i przechowuje w chłodniach, li-

niach technologicznych, urządzeniach transportowych, ladach chłodniczych i chłodziar-

kach, wykorzystujących do tego celu niską temperaturę, by ciało to odebrało ciepło od

obiektu chłodzonego i wyniku przemian przekazało je do otoczenia. Rozróżnia się zię-

biarki: mechaniczne, absorpcyjne, strumieniowe, termoelektryczne, gazowe, parowe,

jedno- i wielostopniowe, z chłodzeniem bezpośrednim lub pośrednim.

Urządzenia grzewcze i wentylacyjne

Ogrzewanie jest procesem, w którym wybrany obiekt, dzięki doprowadzeniu ciepła,

osiąga i będzie utrzymywał założoną temperaturę. Ogrzewanie stosuje się w mieszka-

niach, biurach, halach, zakładach itp. Systemy ogrzewania dzieli się według rodzaju źró-

dła na: miejscowe, centralne i z dala czynne z elektrociepłowni oraz w zależności od no-

śnika: wodne, parowe, powietrzne i elektryczne. Do ogrzewania stosuje się kotły oraz

piece c.o., opalane węglem, koksem, brykietem, drewnem, olejem opałowym lub gazem.

Natomiast wentylacja to proces zorganizowanej wymiany powietrza znajdującego się w

wentylowanym pomieszczeniu. Wentylacja podczas wymiany powietrza usuwa z obiek-

tów substancje szkodliwe i niepożądane. Ruch powietrza wymuszony jest w sposób na-

turalny przez stworzenie obszarów o różnej gęstości gazu lub mechaniczny za pomocą

wentylatorów. Wentylację mechaniczną dzieli się na: nawiewną, wywiewną oraz na-

wiewno-wywiewną.

Ciepłownictwo zajmuje się budową i eksploatacją systemów cieplno-energetycznych i

rozmieszczeniem ich w terenie oraz dostarczaniem za pomocą sieci ciepłowniczych,

które składają się z następujących urządzeń:

rozdzielacze nośników ciepła,




31

rurociągi,

urządzenia odbiorcze,

pompy obiegowe,

automatyka.

W Polsce widoczny jest rozwój przemysłu energetyki odnawialnej. Ze względu na ro-

dzaj odnawialnych zasobów energii z rodzajem wytwarzanego w nich nośnika energii

możemy wyróżnić następujące urządzenia i technologie energetyczne odnawialne:

energetyka wiatrowa: elektrownie wiatrowe do 100 kW i powyżej 100 kW oraz

morskie elektrownie wiatrowe,

przetworniki energii promieniowania słonecznego: kolektory słoneczne (pła-

skie i próżniowe) i systemy fotowoltaiczne,

biogazownie: rolnicze, na oczyszczalniach ścieków, na wysypiskach,

wytwórnie biopaliwa: bioetanolu i biodiesela,

kotły na biopaliwa stałe (biomasę): ciepłownicze, energetyczne,

małe elektrownie wodne,

systemy geotermalne: ciepłownie geotermalne (geotermia głęboka), indywidu-

alne systemy grzewcze (geotermia płytka we współpracy z pompami ciepła).




32

Bibliografia

Literatura obowiązkowa

Burcan J., Podstawy rysunku technicznego, Wydawnictwo Naukowo-Techniczne, War-

szawa 2006.

Dąbrowski A., Podstawy techniki w przemyśle spożywczym, WSIP, Warszawa 1999.

Dłużewska A., Dłużewski M. Technologia żywności, cz. 2, WSiP, Warszawa 2007.

Grzesińska W., Wyposażenie techniczne zakładu, WSiP, Warszawa 2005.

Kasperek A., Kondratowicz M., Wyposażenie zakładów gastronomicznych i gospodarstw

domowych, Wydawnictwo Rea, Warszawa 2011.

Pijanowski E., Dłużewski M., Dłużewska A., Jarczyk A., Ogólna technologia żywności, Wy-

dawnictwo Naukowo-Techniczne, Warszawa 2004.

Literatura dodatkowa

Bartkiewicz B., Oczyszczanie ścieków przemysłowych, Wydawnictwo Naukowe PWN,

Warszawa 2006.

Gnutek Z., Kordylewski W., Maszynoznawstwo Energetyczne: wprowadzenie do energety-

ki cieplnej, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2003.

Jastrzębski W., Wyposażenie techniczne zakładów gastronomicznych, WSiP, Warszawa

2009.

Komisja Europejska, Zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich ograniczenie.

Dokument referencyjny na temat najlepszych dostępnych technik w przemyśle spożyw-

czym. http://ippc.mos.gov.pl/ippc/custom/BREF_spozy%281%29.pdf

Konarzewska M., Lada E., Zielonka B., Wyposażenie techniczne zakładów gastronomicz-

nych, Wydawnictwo Rea, Warszawa 2011.

Kowal A.L., Maćkiewicz J., Świderska-Bróż M., Podstawy projektowe systemów oczyszcza-

nia wód, Wydawnictwo Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 1998.

Kowal A.L., Świderska-Bróż M., Oczyszczanie wody. Podstawy teoretyczne i technologicz-

ne, procesy i urządzenia, Wydawnictwo Naukowe PWN, Warszawa 2009.

Warych J., Procesy oczyszczania gazów, Oficyna wydawnicza Politechniki Warszawskiej,

Warszawa 1999.

Education

36 7.1 wzps_tresc