Vysoká škola chemicko-technologická v Praze Fakulta potravinářské a biochemické technologie Ústav konzervace potravin
VYUŽITÍ A LIKVIDACE ODPADŮ ZEMĚDĚLSKOPOTRAVINÁŘSKÉHO KOMPLEXU (N324009) Praha, říjen 2015
1
Sylabus 6 ODPADY Z POTRAVINÁŘSKÝCH VÝROB Cukrovarnický průmysl Pivovarnický průmysl Lihovarnický průmysl Vinařský průmysl 2
Cukrovarnický průmysl
3
Zpracování cukrové řepy a třtiny • Cukrová řepa, cukrová třtina • Ukládání řepy / třtiny na hromadách • Plavení a praní • Řezání (řízky) • Těžení šťávy v extraktorech • Čiření šťávy • Saturace • Odpaření lehké šťávy • Zrniče : a) krystalizace (50 % cukru) b) odstředění • Míchání zeleného sirupu s afinačním sirupem • Míchání černého sirupu se zeleným sirupem
4
Odpadní vody pocházející z výroby cukru • Odpadní voda: 20 m3 na 1 tunu řepy • Moderní cukrovary: 1,5 -2 m3 / tunu řepy • Odpadní vody z: a) plavení b) řízkování c) chlazení d) kondenzátů e) mytí a oplachů f) odbarvování a změkčování (stanice)
5
Plavení a praní řepy • Znečištění: hlína, písek, zbytky rostlin, vyluhovaný cukr z poškozených bulev řepy • Obsah cukru: 0,01-0,05 % • Plavící voda: po odstranění nečistot je možné použít ji pro praní • Recirkulace a doplnění plavící vody technologickými vodami
6
Řízkové vody • Nejzávažnější odpad: vypouštění je zakázáno! • Obsah sacharosy: > 1000 mg/l
• BSK5: 4000-7000 mg/l • Slabě kyselé vody: pH 5,0 vyvolávají korozi potrubí a čerpadel • Chladící vody: recirkulace
7
Další technologické vody I Voda z kondenzace: znečištění: mechanické a biologické použití: plavící a prací voda Voda z čistění a oplachu: návrat zpět do výroby Vody z odbarvovacích stanic: NH4Cl, NaOH barviva, ionexy
8
Další technologické vody II • Ze změkčovacích stanic: a) nerozpustné látky z pracích vod a filtrů b) neutralizace a sedimentace (vypuštění do recipientu) • Snížení spotřeby vody: a) vícenásobné použití b) zvýšení BSK5 až na: 4000-7000 mg/l c) mechanické nečistoty: až 20 mg/l
9
Biologické čištění odpadních vod a zpracování kalu Biologické čištění odpadních vod • Vysoký podíl cukru • Málo živin (N, P) • Aerobní čištění (provzdušňování) • Anaerobní čištění (bioplyn)
Kal • Odvodnění: kalové pole, pásové lisy • Smíchání: zemina + saturační kal
10
Vedlejší produkty, odpady a jejich využití • • • •
Melasa Vyslazené řepné řízky Kořínky Saturační kal
11
Melasa Cenná surovina: tvoří 5 % hmotnosti bulev Hnědý sirup s vysokou viskozitou Nelze ji vycukřit běžnou krystalizací Složení: sacharosa 50 % , organické látky 20%, popel 9-12 % , voda 20 %
Využití: •výroba lihu •výroba droždí •výroba kyseliny citrónové •výroba dalších fermentačních produktů •příprava krmiv
12
Vyslazené řepné řízky VŘŘ tvoří: 70-90 % hmotnosti bulev Odstranění vody: lisování, sušení Sušina:16-17 % nebo 20-24 % Zpracování: a) přímé zkrmování b) lisování do briket c) silážování spolu s chrástem d) zvýšení krmné hodnoty (melasa, amoniak)
13
Kořínky Oddělování při praní (1-3 %)
Zpracování: řízky – cukr Zkrmování Silážování
Substrát pro fermentační procesy
14
Saturační kal Vznik / původ: z difúzní šťávy Složení: voda (50 % ) CaCO3 (40 %) organické látky (7-12 %) sacharosa (1 %) H3PO4 (0,5-2 %) draslík (0,5 %) dusík (0,1-0,4 % ) • Hnojivo, přídavek do krmiv, VK křída • Zdroj živin pro fermentační výroby • Neutralizační médium při kvasných výrobách kyselin
15
Výroba škrobu Škrobnaté plodiny v ČR / Střední Evropě: a) brambory: obsah škrobu 18 % b) Pšenice (mouka): obsah škrobu 70 % c) kukuřice: obsah škrobu 50 % Výroba škrobu v ČR převážně z brambor: - uvolnění a izolace škrobových zrn
16
Výroba škrobu z brambor • • • •
Plavení Praní Strouhání: třenka Přidání SO2 nebo siřičitanu
• Odstředění: uvolnění plodové vody • Oddělení škrobových zrn na rafinačních sítech • Další čištění 17 • Sušení škrobu (80 % sušiny)
Odpadní vody z výrobu škrobu I Plavení: 5-8 m3/t BSK5 100-5000 mg/l Praní: 2,5-6 m3/t BSK5 50-340 (2000) mg/l Plodová voda: 7-8 m3/t: největší zdroj znečištění BSK5 20.000-30.000 mg/l cenný biologický substrát
18
Odpadní vody z výrobu škrobu II Vody z čištění škrobu (BSK5 3000-8000 mg/l) Vysoký obsah organických látek! Aerobní bakterie Parazitující řasy Čištění odpadních vod Plavení a praní: usazování kalu a znovupoužití vody Plodová voda: krmivo, substrát pro ethanolové kvašení, závlaha19
Odpady a vedlejší produkty I Vláknina (bramborový škrob): - lisování, sušení - krmivo pro dobytek - přídavek do uzenin pro zvýšení vaznosti vody Bramborové zdrdky: krmivo Lepek (pšeničný škrob): - sušení - jedlý lepek - aditivní bílkovina - výroba polévkového koření Technický lepek - obuvnický průmysl
20
Odpady a vedlejší produkty II Otruby: zkrmování Gluten (lepek) Bílkovinné hydrolyzáty: potravinářský průmysl
Kukuřičné klíčky: olej Kukuřičné mláto: lisování, sušení (výroba antibiotik, zkrmování)
21
Výroba mouky I • Produkt mletí obilí: pšenice, žito
• Naskladnění, čistění, sušení, třídění, praní, provzdušňování, chlazení, příp. konzervování • Čistění: odstranění organických a anorganických příměsí • Kondicionace: porušení soudržnosti endospermu zrna se slupkou • Mletí 22 • Dělení dle velikosti na rovinných vysévačích
Výroba mouky II Příklad vymílacího klíče pšeničného mlýna Výrobek
Výtěžnost (%)
Krupice hrubá
0,87
Krupice jemná
2,11
Hrubá mouka
8,83
Polohrubá mouka konzumní
1,10
Polohrubá mouka výběrová
5,70
Hladká mouka pekařská
26,76
Hladká mouka konzumní
9,29
Chlebová mouka
13,27
Jedlé výrobky celkem
68,06
Krmná mouka
5,46
Otruby
20,87
Šrot po kalibrátu
4,96
Krmné klíčky
0,60
23
Odpady pocházející z technologie výroby mouky I • Krmné odpady: části obilek
• Nekrmný odpad: plevy, sláma, semena plevelu, minerální příměsi a) kompostování b) palivo: přímo nebo po úpravě (briketování) • Klíčky: farmaceutický průmysl • Krmné mouky a otruby
24
Odpady pocházející z technologie výroby mouky II • Krmné mouky: mouky nejhorší kvality • Otruby: obalové části zrna • Zemitý prach z filtrů: kompost
• Nezužitkovatelný odpad: smetky z mlýna, zbytky papírových sáčků • Kovy: oddělení pomocí magnetů • Kamínky: ukládání na skládky
25
Pivovarnický průmysl
26
Výroba sladu a piva • 3 základní suroviny: slad, chmel a voda • Ječmen: čištění, třídění, máčení, klíčení, sušení • Slad: odstranění klíčků a kořínků, šrotování • Vystírání a rmutování • Záhřev na cukrotvornou teplotu • Záhřev: inaktivace enzymů • Oddělení sladiny od mláta • Povaření sladiny s chmelem: mladina • Zakvašení pivovarskými kvasinkami • Přečerpáni do ležáckých sudů 27 • Stabilizace: filtrace a pasterace
Obr. 1 Skladování ječmene ve výrobní hale.
28
Obr. 2 Ječmen – základní surovina pro výrobu piva.
29
Obr. 3 Kvasné bazény - kvasící mladina.
30
Obr. 4 Úchovné ležácké tanky na pivo.
31
Odpadní vody v pivovarském průmyslu a jejich čistění • Vody z máčení ječmene: na 100 kg ječmene spotřeba 7-12 hl vody • Odpadní vody z pivovaru: neobsahují škodlivé a toxické látky!
• Nejvíce znečistěné jsou vody: ze spilky a ležáckých sklepů (BSK5 2000 -13.000 mg/l) • Čistění biologické: aerobní aktivační nádrže s dlouhotrvající zádrží kalu • Velké pivovary mají vlastní komunální čistírny odpadních vod
32
Vedlejší produkty a odpady v pivovarském průmyslu • Sladový květ: kořínky a klíčky, fermentační, farmaceutický průmysl, přísada do krmiv • Sladové mláto: vznik oddělením od zcukřeného rmutu, hodnotné krmivo • Chmelové mláto: chmel oddělený od mladiny, nevhodné na krmení (vysoký obsah hořkých látek), zkypřování půd, kompostování nebo spalování • Hořké kaly: při chlazení mladiny, kompostování • Pěnové přikrývky: z povrchu kvasící mladiny, kompostování • Pivovarské kvasnice: krmivo, farmaceutický 33 průmysl, výroba dietetik, kosmetických přípravků
Lihovarnický průmysl
34
Výroba lihu • Využití odpadů a vedlejších produktů s vysokým obsahem cukrů • Pomnožení kultur ušlechtilých kvasinek
• Hlavní kvašení: bez provzdušnění, teplota 30°C, doba 30 h • Vykvašená zápara obsahuje: 9-10 % C2H5OH • Destilace zápary
• Surový líh
35
Zbytky po destilaci a jejich zpracování • Výpalky (z melasy): krmivo, výroba krmného droždí, výroba uhličitanu draselného (potaš), výpalkové uhlí • Obilné a bramborové výpalky: cenné krmivo • Ovocné výpalky: zkrmování po úpravě pH, hnojivo (po vyhnití a neutralizaci vápnem)
36
Výroba droždí • Používané rody / druhy kvasinek:
Saccharomyces cerevisiae Saccharomyces carlsbergiensis Kluyveromyces lactis Kluyveromyces fragilis • Nárůst biomasy: provzdušňování, přídavek živin na bázi dusíku • Substrát: melasa, lihovarské zbytky a produkty obsahující škrob, ovocné šťávy, syrovátka, kyselina mléčná a hydrolyzáty z vlákniny rostlin • Z prokvašené zápary: oddělení kvasničného mléka • Zahuštění • Odvodnění na kalolisech 37 • Formování nebo sušení, balení
Odpadní vody z lihovarnického průmyslu a jejich čistění • Nejzávadnější odpadní vody v PP! • Obsah: zbytky melasy, anorganických živin a metabolických produktů (BSK5 30.000 mg/l) • Čističky odpadních vod: součásti závodů • Čistění: mechanické (filtrace), chemické, biologické, 38 • Vznik a využití odpadů: bioplyn, hnojiva
Vinařský průmysl
39
Výroba vína • Příprava rmutu: odzrnění pomletých hroznů • Cedění rmutu: samotok • Lisování zbytku moštu • Plnění do sudů a tanků: kvašení • Kvašení: spontánní nebo zakvašení pomocí kulturních kvasinek • Výroba červeného vína: rmut se nechá nakvasit v kvasných kádích 40
Tři fáze kvašení 1. fáze: 5-6 % C2H5OH, potlačení růstu neušlechtilých kvasinek 2. fáze: bouřlivé kvašení, 3 – 4 týdny, zkvasí většina přítomných cukrů
3. fáze: dokvašení, 1-2 měsíce
41
Odpadní vody a jejich čistění • Vody z oplachů a čistění • Obsah mechanických nečistot • Biologické čistění
• Komunální čistírny odpadních vod 42
Obr. 5 Hrozny révy vinné po sběru ve vinohradu.
43
44 Obr. 6 Tradiční vinný sklep – zrání vána v dubových sudech.
45 Obr. 7 Moderní způsob uchovávání vína v nerezových tancích.
Odpady a vedlejší produkty • Třapiny: celulosa, mletí a sušení nebo silážování (krmivo) • Výlisky: zkrmování, vinné destiláty, výroba anthokyanových barviv, izolace kyseliny vinné a vínanů, třísloviny • Semena: 13-20 % oleje
• Kvasničný kal: oddělení zbytku vína (výroba destilátů), izolace solí kyseliny vinné, kvasinky (krmivo) • Vinný kámen: 95 % čistota, vínany a kyselina vinná
46
Děkuji za pozornost
47
