Najtańsze środki myjące to te zaoszczędzone

25 sierpnia 2024 r.

Regeneracja kwasów i zasad przy zastosowaniu technologii NF-CIP

Wstęp

Wzrastające koszty produkcji wynikające z podwyżek surowcowych i energetycznych wywierają coraz większą presję na producentach żywności. Zakłady produkcyjne obecnie skupiają się przede wszystkim na poszukiwaniu rozwiązań i oszczędności wykorzystywanych zasobów, a planowane inwestycje dotyczą głównie technologii zapewniających maksymalne wykorzystanie przy jak najniższym wydatkowaniu. Istotnym aspektem jest aby przy towarzyszących oszczędnościach, standardy jakości do tej pory stosowane pozostały na najwyższym poziomie.
W celu zachowania wysokiego stopnia higieny jest regularnie prowadzone mycie linii technologicznych przy użyciu roztworów alkalicznych i kwaśnych, o parametrach (tj. stężenie, temperatura) dostosowanych do rodzaju urządzeń, instalacji czy procesu. Koszty procesu mycia, wraz z kosztami mediów i środków, są coraz wyższe – w ciągu ostatniego roku obserwuje się wzrost kosztów kwasu 2-krotnie, ługu ponad 3-krotnie.
Ostatnie lata optymalizacji procesu mycia oraz coraz to bardziej zaawansowanej automatyzacji, pozwoliły wprowadzić szereg oszczędności stosowanych w zakładach chemikaliów oraz mediów. Pomimo to, w dalszym ciągu nieuniknione są straty środków wynikające z konieczności wymiany okresowej, czy też całkowitej wymiany roztworów po każdym myciu przy instalacjach wymagających intensywnych zabiegów myjących np. z instalacji wyparnych, pasteryzatorów czy sterylizatorów.
Tabela 1. Wartości CHZT wybranych ścieków z instalacji technologicznych w zakładzie mleczarskim.

ZUŻYTY ROZTWÓR ALKALICZNY	ChZT [ppm]	TEMP. [°C]
WYPARKA SERWATKI	5.000	70
CIP RUROCIĄGÓW	2.000	70
PRODUKTY ŚMIETANOWE	5.000	50
WYPARKA MLEKA PEŁNEGO	10.000	60
PRODUKTY DLA NIEMOWLĄT	10.000	70

Po każdym procesie mycia użyty roztwór zasady sodowej czy kwasu azotowego jest silnie zanieczyszczony związkami organicznymi w postaci zawiesiny lub rozpuszczonych w roztworze. Ponowne zawracanie ługu i kwasów do obiegu można uzyskać poprzez separację zanieczyszczeń i oczyszczanie roztworów stosując technologię nanofiltracji NF-CIP produkcji A-Lima-Bis. Proponowane rozwiązanie przynosi użytkownikom szereg korzyści – od wymiernych oszczędności i wzrostu produktywności, aż po znaczące ograniczenie ilości produkowanych ścieków.

NF-CIP - technologia nanofiltracji do regeneracji środków myjących

Membranowy system filtracji jest stosowany przez zakłady przemysłu spożywczego od niemal 30 lat. Pierwszy komercyjny układ powstał w 1994 roku i do dziś rozwiązanie sprawdza się w usuwaniu osadów, rozpuszczalnych zawiesin oraz substancji mineralnych z odpadowego ługu sodowego i kwasu, przedłużając żywotność tych roztworów.
System membranowy NF-CIP pozwala na redukcję ponad 90% ChZT i zanieczyszczeń, przy jednoczesnym obniżeniu zawartości wapnia i Na₂CO₃. Proces regeneruje ług sodowy usuwając ponad 90% zawiesiny oraz rozpuszczalnych zanieczyszczeń organicznych i 85% węglanów. Kwas regenerowany jest przez usunięcie 95% wapnia i resztkowych związków organicznych. W tabeli 2 przestawiono najważniejsze aspekty techniczno-technologiczne układu NF-CIP.
Tabela 2. Wybrane dane techniczno-technologiczne systemu NF-CIP produkcji A-Lima-Bis.

UKŁAD NF-CIP
BUDOWA	modułowa
METODA PRACY	ciągła, batch
ILOŚĆ MEMBRAN	2 w module
TYP MEMBRAN	SelRO® MPS-34 pH Stable Elements Nanofiltration Spiral Element Series
WYDAJNOŚĆ URZĄDZENIA	500-10.000 kg/h
WYDAJNOŚĆ OCZYSZCZENIA ROZTWORU	Odzysk	>90%
	Redukcja ChZT	>90%
	Redukcja węglanów i wapnia	80-90%
WARUNKI PRACY	pH	0-14
	Temperatura pracy	Max. 70˚C
	Ciśnienie robocze	15-35 bar

Proces oczyszczania prowadzi do rozdziału roztworu na dwa strumienie:

Permeat, który składa się z wysokiej jakości roztworu ługu lub kwasu. Stanowi powyżej 90% objętości nadawy. Strumień jest zawracany do zbiornika CIP i jest gotowy do zastosowania w kolejnym myciu.
Retentat – zagęszczony materiał organiczny, który poddany dodatkowej obróbce może stanowić dodatek do pasz. Strumień stanowi mniej niż 10% początkowej objętości oczyszczanego roztworu.

Urządzenie może pracować w systemie batch’owym oraz ciągłym. Dobór metody jest uzależniony od wymagań produkcyjnych, natomiast możliwość wyboru pozwala użytkownikowi na elastyczne dostosowanie systemu pracy urządzenia do cyklu produkcyjnego zakładu. Proces jest całkowicie zautomatyzowany.

Rysunek 1. Schemat procesu wg metody batch'owej.

Rysunek 2. Schemat procesu wg metody ciągłej.

Zastosowane w układzie NF-CIP membrany charakteryzują się wyjątkowo wysoką odpornością na skrajne warunki pH i temperatury. W tabeli 3 przedstawiono tolerowane stężenia niektórych stosowanych środków chemicznych w zakładach przemysłowych. Zastosowane membrany charakteryzują się dużą trwałością w następujących roztworach ścieków: kwas fosforowy, kwas azotowy, wodorotlenek sodu i wodorotlenek potasu w stężeniu 2–10%. Membrany eksploatowane w istniejących instalacjach charakteryzują się wysoką stabilnością chemiczną i trwałością przez okres 1-2 lat.

Tabela 3. Wysoka tolerancja na środowisko pH membrany NF SelRO – maksymalne stężenia przykładowych roztworów środków do oczyszczenia [%]

NAZWA ŚRODKA CHEMICZNEGO	MAKSYMALNE AKCEPTOWALNE STĘŻENIE [%]
KWAS SOLNY HCI	37
KWAS SIARKOWY H₂SO₄	15
KWAS FOSFOROWY H₃PO₄	20
KWAS OCTOWY	15
KWAS AZOTOWY HNO₃	5
WODOROTLENEK SODU NaOH	20
WODOROTLENEK POTASU KOH	5

Korzyści

Do najważniejszych korzyści, które zapewnia zastosowanie technologii NF-CIP, należą przede wszystkim znacząca redukcja kosztów związanych z zakupem chemii, wydatkiem energetycznym zakładu oraz odprowadzania ścieków.
W ostatnim czasie szokujący wzrost kosztów produkcji związany z ekstremalnymi podwyżkami cen energii spowodował, że producenci poszukują alternatywnych źródeł oszczędności. Koszty chemii na przestrzeni ostatniego roku wzrosły ponad ..... krotnie. Obecnie ceny ługu sodowego kształtują się na poziomie powyżej 4 zł/kg 50% koncentratu, a kwasu azotowego powyżej 2 zł/kg 50% koncentratu.
Zastosowanie systemu NF-CIP do odzysku środków myjących stosowanych w zakładzie produkcyjnym zapewni redukcję kosztów zakupu chemii o ponad 50%, a dodatkowo ograniczą koszty emisji oraz neutralizacji ścieków, związanych z wymianą zużytych detergentów. System charakteryzuje się niskim zużyciem energii oraz wody, która stosowana jest jedynie do płukania międzyoperacyjnego i wypychania.
Poza finansowymi benefitami istnieją także inne, równie ważne aspekty, których istotnym przykładem jest wpływ na środowisko. Ustawodawstwo oraz działania w kierunku ochrony środowiska zaostrzają przepisy odnoszące się do gospodarki wodno-kanalizacyjnej. Istnieją ograniczenia w zawartości jonów najczęściej sodu, azotanów oraz fosforu, przez które zakłady przemysłu spożywczego są zmuszone do zawracania do obiegu ścieków bogatych w te pierwiastki. Wynika to ze szkodliwego oddziaływania na środowisko pozostałości wskazanych związków w oczyszczonych ściekach wykorzystywanych np. do nawadniania gleb. Producenci są także odpowiednio rozliczani jeśli odprowadzane ścieki charakteryzują się zbyt wysokim poziomem ChZT. Zaproponowany system NF-CIP do regeneracji środków chemicznych sprawia, że wspomniane ograniczenia nie mają już tak istotnego znaczenia, z uwagi na redukcję ścieków wytworzonych podczas mycia zasadowego czy kwaśnego.
Dodatkowym atutem obserwowanym przez użytkowników jest wzrost produktywności i optymalizacja cyklu produkcyjnego. Eliminuje się konieczność oczekiwania na sporządzenie roztworów, wysokiej jakości środki są dostępne w zbiornikach CIP cały czas. Poprawie ulega także skuteczność mycia, detergenty nie pienią się, a ewentualne ciepłolubne bakterie są stale usuwane przez szczelne membrany NF.

Źródło: Alima-Bis