1. Przedmiot opracowania.

Przedmiotem opracowania jest zaprojektowanie gospodarki wodno-ściekowej w zakładzie przemysłu owocowo-warzywnego na podstawie założeń do projektu. Zakład przerabia 60 ton surowca na dobę. Produkcja obejmuje:

• Dżemy śliwkowe - w ilości surowca 18 t/dobę

• Kompoty śliwkowe - w ilości surowca 18t/dobę

• Marchew konserwowa - w ilości surowca 24t/dobę

2. Cel i zakres opracowania.

W zakresie projektu jest opis technologii produkcji, wymagania jakościowe dla wody technologicznej oraz sporządzenie bilansu wody i ścieków dla dwóch przypadków systemów gospodarki wodno ściekowej - systemu przepływowego i systemu mieszanego oraz graficzna prezentacja bilansu wodno-ściekowego (wykres strumieniowy) i ocena gospodarki wodno-ściekowej przemysłu warzywno - owocowego.

Celem projektu jest ocena gospodarki wodno-ściekowej zakładu oraz wybór wariantu korzystniejszego ze względów ekonomicznych.

3.Materiały źródłowe wykorzystane w projekcie.

• Nawirska A., Szymański L., 2002, Gospodarka wodno-ściekowa w zakładzie przemysłu spożywczego. Przewodnik do ćwiczeń, Wrocław

• 1972, Przetwory z owoców i warzyw, Zbiór instrukcji technologicznych, Tom II, WNT, Warszawa

• Praca zbiorowa pod red. Z. Miskiewicz-Bogusławskiej, inż. A. Żbikowskiej, 1969, Woda i ścieki w przemyśle spożywczym, WNT, Warszawa

• Prof. dr E. Pijanowski, prof. S. Mrożewski, doc dr A. Horbała, 1973, Technologia produkcji owoców i warzyw, wyd.III, Państwowe Wydawnictwo Rolnicze i Leśne, Warszawa

• A. Kowal, M. Świderska-Bróż, 2000, Oczyszczanie wody, PWN, Warszawa-Wrocław

4. Technologia produkcji zakładu.

4.1. Instrukcja technologiczna produkcji marchwi konserwowej.

Marchew konserwowa jest to produkt otrzymany ze świeżej marchwi przez dodanie przypraw aromatyczno - smakowych, zalanie roztworem soli kuchennej i wody. Zakład produkuje marchew konserwową w słojach o pojemności 2,65l.

Proces technologiczny.

Wykaz maszyn i urządzeń stosowanych do poszczególnych czynności technologicznych, podczas których zużywana jest woda:

CZYNNOŚĆ	URZĄDZENIE
Moczenie marchwi	Zbiorniki z woda
Mycie marchwi	Myjki szczotkowa i bębnowa
Pasteryzacja	Pasteryzator tunelowy z kąpielą wodną
Chłodzenie	Zbiorniki z wodą
Mycie opakowań	Myjki mechaniczne do słoi
Przygotowanie zalewy	Zbiornik z mieszadłem

Opis czynności w procesie technologicznym, podczas których zużywana jest woda.

• Moczenie marchwi - dokonuje się go w zbiornikach z bieżącą czystą zimną wodą. Czas moczenia jest zależny od jędrności przerabianego surowca i wynosi od 1 - 4 godzin. Moczenie ma na celu odmoczenie i usunięcie brudu z marchwi, poprawę jędrności utraconej w czasie transportu i przetrzymywania przed przerobem. Podczas moczenia zużywane jest 170l wody na 100kg surowca.

• Mycie marchwi - bezpośrednio ze zbiornika, w którym odbywało się moczenie, marchew podawana hest do dwóch myjek ustawionych szeregowo, jedna za drugą. Pierwsza myjka jest szczotkowa, druga bębnowa z silnym natryskiem wody. Woda w myjkach jest bieżąca i zimna. Zanieczyszczenia osadzające się na dnie płuczki są kontrolowane i często usuwane. Całe urządzenie jest dokładnie myte po każdej zmianie roboczej. Do mycia zużywane jest 200l wody na 100kg surowca.

• Pasteryzacja - proces ten odbywa się w pasteryzatorze tunelowym z kąpielą wodną. Przeprowadza się go po zamknięciu opakowań. Temperatura wody wynosi 100^oC. Do pasteryzacji zużywa się 80l wody na 100 kg surowca.

• Chłodzenie - odbywa się przez zanurzenie opakowań z marchwią w zbiorniku z zimną wodą. Podczas tego procesu zużywa się 190l wody na 100kg surowca.

• Mycie opakowań - odbywa się w myjkach mechanicznych do słoi. Podczas mycia wykorzystywana jest siła chemiczna środka myjącego jak i siła mechaniczna szczotek. Zużycie wody do tego procesu wynosi 490l do przygotowania konserw ze 100kg marchwi.

• Przygotowanie zalewy - zalewą do marchwi konserwowej jest wodny roztwór soli kuchennej. Roztwór wodny jest zagotowywany w zbiorniku z mieszadłem do którego dodawana jest sól i przyprawy. Do przygotowania zalewy na każde 100kg marchwi zużywane jest 120l wody.

4.2. Instrukcja technologiczna produkcji dżemów śliwkowych.

Dżem śliwkowy jest to produkt otrzymywany z gotowanych, przetartych a następnie homogenizowanych śliwek.

Zakład produkuje dżem śliwkowy pakowany w słoje o pojemności 1l.

Proces technologiczny.

Wykaz maszyn i urządzeń stosowanych do poszczególnych czynności technologicznych, podczas których zużywana jest woda:

CZYNNOŚĆ	URZĄDZENIE
Mycie śliwek	Myjka szczotkowa
Pestkowanie śliwek	Drylownica Typ 2F
Pasteryzacja	Pasteryzator tunelowy z kąpielą wodną
Mycie opakowań	Myjki mechaniczne do słoi
Przygotowanie roztworu	Mikser i zbiornik z mieszadłem

Opis czynności w procesie technologicznym, podczas których zużywana jest woda.

• Mycie śliwek - odbywa się w myjce szczotkowej, do której doprowadzona jest bieżąca, zimna woda. Zanieczyszczenia osadzające się na dnie płuczki są kontrolowane i często usuwane. Całe urządzenie jest dokładnie myte po każdej zmianie roboczej. Do mycia zużywane jest 190l wody na 100kg surowca.

• Pestkowanie śliwek - śliwki po wypestkowaniu w pestkownicach są płukane z pestek w zbiorniku z wodą. Zużycie wody na 100kg śliwek wynosi 80l.

• Pasteryzacja - proces ten odbywa się w pasteryzatorze tunelowym z kąpielą wodną. Przeprowadza się go po zamknięciu opakowań. Temperatura wody wynosi 100^oC. Do pasteryzacji zużywa się 80l wody na 100 kg surowca.

• Mycie opakowań - odbywa się w myjkach mechanicznych do słoi. Podczas mycia wykorzystywana jest siła chemiczna środka myjącego jak i siła mechaniczna szczotek. Zużycie wody do tego procesu wynosi 380l do przygotowania musu ze 100kg jabłek.

• Przygotowanie roztworu środków zatężających - roztwór przygotowuje się w mikserze a następnie podczas gotowania dodaje do śliwek. Do przygotowania roztworu na 100kg surowych śliwek potrzeba 10l wody.

4.3. Instrukcja technologiczna produkcji kompotu śliwkowego.

Kompot śliwkowy otrzymuje się ze świeżych śliwek. Powinny one pochodzić z odmian o miąższu jasnym, nie ciemniejącym w czasie przerobu, nie mogą rozpadać się podczas gotowania i nie mogą być mączyste.

Zakład produkuje kompot śliwkowy w słojach o pojemności 1l.

Proces technologiczny.

Wykaz maszyn i urządzeń stosowanych do poszczególnych czynności technologicznych, podczas których zużywana jest woda:

CZYNNOŚĆ	URZĄDZENIE
Mycie śliwek	Myjka szczotkowa
Chłodzenie	Zbiorniki z wodą
Pasteryzacja	Pasteryzator tunelowy z kąpielą wodną
Mycie opakowań	Myjki mechaniczne do słoi
Przygotowanie zalewy cukrowej	Zbiornik z mieszadłem

Opis czynności w procesie technologicznym, podczas których zużywana jest woda.

• Mycie śliwek - odbywa się w myjce szczotkowej, do której doprowadzona jest bieżąca, zimna woda. Zanieczyszczenia osadzające się na dnie płuczki są kontrolowane i często usuwane. Całe urządzenie jest dokładnie myte po każdej zmianie roboczej. Do mycia zużywane jest 190l wody na 100kg surowca

• Przygotowanie zalewy cukrowej - zalewa cukrowa jest to wodny roztwór cukru. Ilość cukru stanowi 10-25% zalewy, w zależności od gatunku śliwek. Ilość wody potrzebna do sporządzenia kompotu ze 100kg owoców to 60l.

• Pasteryzacja - proces ten odbywa się w pasteryzatorze tunelowym z kąpielą wodną. Przeprowadza się go po zamknięciu opakowań. Temperatura wody wynosi 100^oC. Do pasteryzacji zużywa się 80l wody na 100 kg surowca

• Chłodzenie - odbywa się przez zanurzenie opakowań z kompotem w zbiorniku z zimną wodą. Podczas tego procesu zużywa się 130l wody na 100kg surowca.

• Mycie opakowań - odbywa się w myjkach mechanicznych do słoi. Podczas mycia wykorzystywana jest siła chemiczna środka myjącego jak i siła mechaniczna szczotek. Zużycie wody do tego procesu wynosi 300l na 100kg surowych jabłek..

4.4. Wykaz maszyn i urządzeń

Rys. 1. Maszyna do mycia owoców pestkowych

Rys. 2. Myjka KSW do słoików

Rys.3. Drylownica do wiśni i śliwek TYP 2F

5. Wymagania jakościowe dla wody technologicznej.

Pod określeniem wody do celów technologicznych rozumie się wodę stosowaną do transportu surowca, do jego mycia, płukania i obróbki, do bezpośredniego przygotowania produktu, wodę wchodzącą w skład produktu i wreszcie stosowaną do końcowej obróbki produktu.

Woda technologiczna w zakładzie musi odpowiadać warunkom wody do picia i celów gospodarczych podanych w Rozporządzeniu Ministra Zdrowia. Niezależnie od tego woda używana do ściśle określonych celów musi odpowiadać dodatkowym wymaganiom związanym ze specyfiką tych gałęzi przemysłu.

Zakład korzysta z wody wodociągowej, wody gruntowej oraz z wody powierzchniowej. Ponieważ woda wodociągowa jest wolna od zanieczyszczeń, odpowiada warunkom wody do picia i celów gospodarczych zawartych w rozporządzeniu oraz zgodnie z normami branżowymi nie wymaga specjalnego przygotowania, jest ona bezpośrednio kierowana z sieci wodociągowej na stanowiska produkcyjne.

Woda powierzchniowa jest zanieczyszczona zanieczyszczeniami ropopochodnymi oraz posiada mętność. Aby mogła zostać wykorzystana w procesie produkcji musi zostać wcześniej uzdatniona. W zakładzie istnieje stacja uzdatniania wody składająca się z następujących urządzeń:

• Filtry pionowe

• Komora dawkowania

• Komora szybkiego mieszania

• Komora wolnego mieszania

• Komora flokulacji

• Osadnik pionowy

• Złoża jonitowe

Woda po uzdatnieniu jest wykorzystywana do następujących procesów:

• Pasteryzacja

• Chłodzenie

• Mycie urządzeń i pomieszczeń

Woda uzdatniona powinna posiadać następujące cechy fizyko - chemiczne:

• Mętność - nie więcej niż 1 mg/dm³SiO₂

6. Źródła poboru wody technologicznej.

Zakład ma do dyspozycji trzy źródła zaopatrzenia w wodę o wydajności:

• Wody powierzchniowe - 200 m³/dobę

• Wody gruntowe - 100 m³/dobę

• Woda wodociągowa - 100 m³/dobę

Jakość ujmowanej wody:

ŹRÓDŁO	RODZAJ ZANIECZYSZCZŃ
Wody powierzchniowe	ropopochodne, mętność
Wody gruntowe	Bakterie
Woda wodociągowa	Bakterie

Ponieważ zapotrzebowanie zakładu na wodę wynosi około 400 m³/dobę, korzysta się głównie ze wszystkich rodzajów dostępnych wód (wód powierzchniowych, gruntowych i wodociągowych). Woda wodociągowa, ze względu na to, że w przypadku tego zakładu jest to woda najlepszej jakości, przeznaczona jest na cele produkcyjne oraz na cele technologiczne, w których zachodzi bezpośredni kontakt wody z surowcem. Woda powierzchniowa wykorzystywana jest głównie do mycia urządzeń i pomieszczeń oraz na cele technologiczne, w których nie ma kontaktu wody z surowcem.

Zapotrzebowanie wody produkcyjnej zostało obliczone z uwzględnieniem rodzaju i wielkości produkcji oraz norm jednostkowych zużycia zaczerpniętych ze specjalistycznej literatury.

7. Systemy gospodarki wodno - ściekowej w zakładzie.

Systemy gospodarki wodno - ściekowej w zakładzie zostały przedstawione w formie tabelarycznej i załączone na końcu projektu.

8. Ścieki powstające w procesie produkcji i sposoby ich oczyszczania.

Wody odpływowe przemysłu owocowo - warzywnego powstające w wyniku obróbki surowców i półproduktów są zanieczyszczone głównie cząstkami i sokiem owoców i warzyw oraz produktami ich rozkładu. Na jakość ścieków wpływa również zanieczyszczenie surowców substancjami pochodzącymi z gleby, a szczególnie piaskiem.

Ze względu na różnorodność przerabianego surowca oraz sezonowość produkcji ścieki z przemysłu owocowo - warzywnego są bardzo trudne do ogólnego scharakteryzowania. Ścieki te można podzielić w zależności od miejsca powstawania i uporządkować następująco:

PROCES	POWSTAJĄCE ŚCIEKI
Mycie surowca	Popłuczyny
Oczyszczanie	Z płukania i oczyszczania
Obieranie	Popłuczyny z obierek
Chłodzenie	Wody pochłodnicze
Napełnianie	Straty z napełniania (zalewa)

Skład i ilość ścieków zależą od:

• Rodzaju, ilości, ustawienia i wielkości zmywarek

• Rodzaju i pochodzenia surowca

Duża ilość ścieków powstaje w pierwszym etapie produkcji, czyli podczas mycia dostarczonego surowca. Zawierają one zanieczyszczenia usuwane w spławiakach i płuczkach z powierzchni owoców i warzyw, takie jak części ziemi, kawałki liści i słomy, miąższ owoców i warzyw oraz łupiny i pestki.

W wyniku przetwarzania surowca powstają ścieki z mycia aparatury, naczyń, zbiorników i podłóg a poza tym wody z chłodzenia i skroplone pary. Do ścieków przedostają się również części owoców i warzyw, wytłoki, jak również sok z przerabianego surowca. Tego rodzaju ścieki zawierają znaczne ilości związków organicznych.

Do tej samej grupy należą również wody odpływowe z pasteryzacji kompotów. Są one zanieczyszczone głównie zalewą cukrową przedostającą się podczas pasteryzacji słoików, które czasami pękają.

Wspólną cechą ścieków odprowadzanych ze wszystkich działów zakładu sa znaczne wahania składu oraz stężenia zanieczyszczeń w ciągu doby.

Charakterystyka ścieków z poszczególnych działów.

1. Ścieki z przerobu śliwek.

Charakteryzuje je wysokie stężenie, którego powodem są m.in. zanieczyszczenia glebowe oraz zanieczyszczenia pochodzące z nadpsutych lub uszkodzonych owoców, aktualne przy przerobie gorszego surowca jakim są spady przerabiane. Sok i cząstki owoców powoduje BZT₅ wynoszące około 50 000 mg/l. Nawet niewielkie jego ilości są przyczyną wysokiego BZT₅ tych ścieków. Powoduje on także stosunkowo niskie pH - około 5,2, wahające się w granicach 4,9 - 6,0, podczas gdy ścieki z mycia śliwek wykazują odczyn obojętny lub nawet lekko zasadowy. Ścieki z zawartością soków charakteryzuje wysoka zawartość zawiesin, a także związków potasu.

Przy przerobie śliwek jakościowo lepszych - zrywanych, a tym samym nie zanieczyszczonych w tym stopniu co spady, ścieki są mniej zanieczyszczone.

2. Ścieki z produkcji marchwi konserwowej.

Ścieki te należą tak jak ścieki z produkcji ogórków konserwowych do mało zanieczyszczonych. Cechuje je znaczna zawartość NaCl pochodzącego z roztworu do zalewania fasolki, który przedostaje się do ścieków głownie podczas pasteryzacji, na skutek pękania słojów. Średnie pH wynosi 6,7, a średnia temperatura 34^oC.

Sposoby oczyszczania ścieków.

Ścieki kierowane są do przyzakładowej oczyszczalni ścieków. Jest to oczyszczalnia mechaniczno - biologiczna ze złożami spłukiwanymi. Składa się ona z następujących elementów wg kolejności przepływu ścieków:

• Krat

• Piaskownika

• Przepompowni I stopnia

• Dwóch osadników wstępnych

• Złoża spłukiwanego I stopnia

• Przepompowni II stopnia

• Złoża spłukiwanego II stopnia

• Osadnika wtórnego, poziomego

• Przepływomierza

• Otwartego basenu fermentacyjnego dla osadów ściekowych

• Poletek do suszenia osadów przefermentowanych

Ścieki po przejściu przez kraty i piaskowniki są przepompowywane do osadników wstępnych. Część ścieków po sedymentacji kierowana jest do sieci kanalizacyjnej, a część kierowana jest na złoże spłukiwane I stopnia. Oczyszczone odpływają do przepompowni II stopnia, skąd pompy tłoczą je na złoże II stopnia. Oczyszczone ścieki spływają do osadników wtórnych. Część ścieków z osadników jest kierowana do instalacji (system kombinowany), a część jest recylkulowana do przepompowni I stopnia, gdzie miesza się ze ściekami świeżymi.

Przy zakładzie znajduje się także chłodnia wieżowa grawitacyjna do chłodzenia ścieków po procesie pasteryzacji. Wody pochłodnicze po schłodzeniu odprowadzane są do wód powierzchniowych.

9. Ocena gospodarki wodno - ściekowej zakładu.

W przemyśle spożywczym woda wykorzystywana jest bezpośrednio w procesie produkcji oraz w urządzeniach chłodniczych i grzewczych. Woda w zależności od wykorzystania powinna spełniać różne wymagania. Przede wszystkim wykorzystywana bezpośrednio do produkcji, w tym przygotowywanie surowców i zalew powinna odpowiadać parametrami wodzie pitnej. Zakłady warzywno - owocowe pobierają głównie wodę z ujęcia wodociągowego, jednak jeżeli nie ma takiej możliwości konieczna jest budowa stacji uzdatniania. Wody z ujęcia gruntowego i powierzchniowego zostały poddane takim procesom oczyszczania, aby ich parametry fizyko-chemiczne odpowiadały parametrom wody do picia.

Analiza ilości wykorzystywanej wody oraz możliwości jej ograniczenia przeprowadzana jest indywidualnie dla każdego zakładu. Podstawą do efektywnego zarządzania wodą jest określenie ilości wody używanej na poszczególne potrzeby oraz wymagań jakościowych dotyczących zarówno zużywanej wody jak i odprowadzanych ścieków. Dla każdego ze zidentyfikowanych procesów zużywających wodę i produkujących ścieki należy przeprowadzić analizę określająca możliwą redukcję zużycia wody oraz ilości i powstających ścieków.

Analiza systemów: przepływowego i kombinowanego, dla zakładu owocowo - warzywnego przedstawia liczbowo możliwość redukcji zużycia wody w wyniku wtórnego jej wykorzystania, bądź zastosowania systemów zamkniętych np. w układzie mycia opakowań.

Produkt	System przepływowy		System kombinowany
		Zużycie wody	Ścieki dobowe	Zużycie wody	Ścieki dobowe
Dżemy śliwkowe	81,00	74,90	81,00	76,52
Kompot śliwkowy	90,00	72,95	77,40	71,33
Marchew konserwowa	220,80	185,74	189,60	177,96
Suma:	391,80 m^3/dobę	333,59 m^3/dobę	348,00 m^3/dobę	325,81 m^3/dobę

Tab. Zestawienie uzyskanych wyników

Z powyższej analizy wynika, że w systemie przepływowym w ciągu jednej doby na przygotowanie głównych produktów produkcyjnych zużywanych jest 391,80 m³/d, a po zastosowaniu systemu kombinowanego gdzie przepływ wody następuje obiegiem zamkniętym w procesie mycia opakowań ogólne zużycie wynosi 348,00 m³/d, czyli zaoszczędziliśmy 43,80 m³/dobę.

Wraz z ograniczeniem zużycia wody w systemie kombinowanym nastąpiła redukcja ilości powstających ścieków. W systemie przepływowym w ciągu jednej doby powstaje 367,73 m³/d ścieków, a w systemie kombinowanym 325,81 m³/d, czyli o 41,92 m³ na dobę ścieków mniej.

10. Podsumowanie.

Gospodarka wodno-ściekowa w zakładzie ma na celu ograniczenie zarówno zużycia wody jako surowca, jak i oddziaływania ścieków na środowisko wodne poprzez ograniczanie ilości ścieków i ładunku zanieczyszczeń, stosowanie obiegów zamkniętych i wielokrotnego wykorzystania wody oraz optymalne oczyszczanie ścieków przed wprowadzeniem ich do środowiska.

Przykładowe efekty ograniczenia zużycia wody to:

• wprowadzenie obiegu zamkniętego wody w obiegu chłodniczym, w obiegu grzewczym oraz w poszczególnych etapach mycia: redukcja zużycia do 90% (w porównaniu ze zużyciem wody w analogicznym pod względem wielkości i profilu produkcji zakładem, który nie stosowałby obiegów zamkniętych)

• optymalizacja systemu CIP: redukcja zużycia do 30%

• wprowadzenie czyszczenia pod ciśnieniem: redukcja zużycia do 20%

• automatyczne odcięcie wody: redukcja zużycia do 15% (w porównaniu ze zużyciem wody w analogicznym pod względem wielkości i profilu produkcji zakładem, w którym woda odcinana jest ręcznie)

Ilość zużywanej wody zależna jest od profilu produkcji i parku maszynowego. Podstawową metodą ograniczania zużycia wody jest: stosowanie obiegów zamkniętych, jednakże zasadniczym priorytetem w przemyśle spożywczym pozostaje bezpieczeństwo produkcji związane z higieną żywności; stosowanie technologii CIP w znaczący sposób obniża zużycie wody, jednak powoduje powstawanie ścieków wyraźnie zasadowych i wyraźnie alkalicznych, z kolejnych cykli mycia.

Przemysł owocowo - warzywny nie jest przemysłem wodochłonnym, jednakże zużycie wody jest istotnym parametrem charakteryzującym proces. Zarazem jest to wielkość, której śledzenie pozwala na właściwe interpretowanie np. zmian w stężeniu zanieczyszczeń w ściekach (im mniejsze zużycie wody, tym większe stężenie zanieczyszczeń w ściekach surowych). Więc w chwili ograniczenia ilość zużywanej wody należy szczególnie zwrócić uwagę na system oczyszczania ścieków tak, aby procesy zastosowane wykazywały dużą skuteczność.

Tworząc projekt gospodarki wodno-ściekowej każdego zakładu należy mieć świadomość roli, jaką odgrywają zasoby wodne, które w znacznym stopniu są zużywane, a bez których świat istnieć nie może.

17

Projekt gospodarki wodno-ściekowej w przetwórni owocowo-warzywnej

Jacek Karpiński, Grzegorz Wyszyński

---