Mit és hogyan hozhatunk ki hulladékainkból? SZTE Mérnöki Kar Gépészeti és Folyamatmérnöki Intézet dr. Hodúr Cecilia, dr. László Zsuzsanna Beszédes Sándor, dr. Hovorkáné Horváth Zsuzsanna Kertész Szabolcs, Szép Angéla
„Hulladék nincs, csak rossz helyre került alapanyag!”
A SZTE Mérnöki Kar Gépészeti és Folyamatmérnöki Intézetének kutatási területei magas szervesanyag tartalmú élelmiszeripari szennyvizek/melléktermékek tisztítása membrán technikával szennyvíziszapok kezelési és hasznosítási eljárásai gyümölcsfeldolgozásban keletkezı melléktermékek teljeskörő feldolgozási technológiája másodgenerációs bioteanolgyártás lignocellulóztartalmú mezıgazdasági és élelmiszeripari hulladékból élelmiszeripari hulladékok biogáz-termelésének növelése
Élelmiszeripari szennyvizek tisztítása membrántechnikával Az élelmiszeripari szennyvizek jellemzıi: • egyes élelmiszeripari ágazatok szennyvízkibocsátása jelentıs • a technológiától függıen változatos összetétel • a szennyvizek szervesanyag tartalma jelentıs (magas KOI) • legtöbbször a kommunális létesítmények és a feldolgozó mőveletekben keletkezı szennyvizek keverednek
• magas detergens tartalom • a kémiai szennyvíztisztítás (kicsapás) esetében nagy iszapprodukció, amely veszélyes hulladék
A membrántechnika alkalmazhatósága Szelektív fázis-szeparáció hajtható végre Kiemelkedı szervesanyag és detergens visszatartás Kvázi vegyszermentes tisztítási technológia A membránok nagy választékban elérhetıek Jól illeszthetı a változó kapacitáshoz Helyi és esetleges szennyvízkezelési feladatokra is könnyen adaptálható
Az eltömıdés a membránok élettartamát és kapacitását csökkenti
Egy lehetséges megoldás: Vibrációs membránszőrı (VSEP) alkalmazása
Fejlesztési forrás: • NKTH Pázmány Péter Program: SZTE KNRET konzorcium • Kutatási fejlesztési megállapodás a New Logic Reserach Inc.-el
Élelmiszeripari melléktermékek tisztítása NF és RO membránokkal Savófluxusok összehasonlítása vibrációs és klasszikus modullal VSEP, NF, 25 bar
80
VSEP, RO, 35 bar 3DTA, NF, 25 bar
J [l m -2h-1]
60
3DTA, RO, 35 bar
40 20 0 0
1
2
3 Time [h]
4
5
6
Savó fehérjék szeparálása 30 kDa UF membránnal Fehérje visszatartás VSEP UF-el
Retention of total protein [%]
54 52 50 48 46 44 42 8 bar 6 bar 4 bar
40 0.25
0.5
0.75
1
1.25
Amplitudo [inch]
Olajtartalmú szennyvíz szőrése 100 kDa UF membránnal 5 m/m% Oil/Water qV=3 GPM; T=50°C
J [l m-2 h -1] 250 200 150 100 50
1 0.75 0.5 A [inch] 0.25
0 2
4
0
6
8
10
TMP [bar]
Bogyósgyümölcsök teljeskörő feldolgozása Kíméletes besőrítés az aromaanyagok és
bioaktív vegyületek megırzése céljából A keletkezı préslepény hasznosítása • Pektin/galakturonsav kinyerés
• Antioxidánsok kinyerése • Természetes színezıanyagok kinyerése • A folyamatokban visszamaradó növényi részek hasznosítása bioetanol és biogáz gyártás céljára
Kíméletes membrános besőrítés a hıérzékeny komponensek megırzésével
TSS [°Brix]
Membrán visszatartási értékek bogyós gyümölcslevek szőrésekor 30 26 22 18 Oldott sótartalom (TDS) visszatartás
14
[%]
0
1
2
100
3
4 Tim e [h]
80 60 40 20 0 Feketeribizli
Pirosribizli ext.
Bodza
Bodza2
Bodza extraktum
Pektin, antocianinok és polifenol-származékok extrakciója
Finanszírozás: GAK-MEMBRAN 5
Pektin kinyerése 80 °C víz
50
80 °C + pH 2
40 35 30 25 20 15 10 5 0 30
60
120
180
240
300
360
480
570
Extrakciós idı [perc]
Mikrohullámú extrakció
Hagyományos extrakció
45
K in y e rt p e k tin [m g /g ]
Kinyert pektin [mg/g]
45
40
5 W/g 15 W/g
10 W/g 25 W/g
35 30 25 20 15 10 5 0
10
20
30
Kezelési idı [perc]
40
Bioetanol elıállítása lignocellulóz tartalmú hulladékokból
Másodgenerációs bioetanol-gyártás Az élelmiszerek és a biobio-üzemanyagok nyersanyagai kereslete kö közötti verseny csö csökkenté kkentése Egyelı Egyelıre csak kiegé kiegészí szíti a fosszilis energiahordozó energiahordozókat, de az importfü importfüggı ggıséget csö csökkenti A cseké csekély érté rtékő mellé melléktermé ktermékek és hulladé hulladékok magasabb árú energiahordozó energiahordozóként hasznosí hasznosítható thatóak
Lehetséges technológiák: • kétlépcsıs: szacharifikáció + etanolfermentáció • egylépcsıs: szimultán cukrosítás és fermentáció
Az etanol-termelés fokozása a cellulózfrakció hidrolízisének elısegítésével Préslepény Alkoholkihozatal [g/g sz.a.]
0,014 0,012 0,01 0,008 0,006 0,004 0,002 0 K
0,03
Lúg + hık.
0,5 W/g 30p pH 12
2 W/g 10 p pH12
2 W/g 30p pH12
2 W/g 30p pH2
0,02 0,015 0,01 0,005
Cirokszár
30 p pH
2
2
10 p
0p
/g 2W
/g 2W
/g 0, 5W
pH
pH
2
23
10 p
30 p pH /g 0, 5W
0, 5W
/g
k
2
12 +h ı
pH
pH
+
K
FÉ
0 K
Etanol [g/g sz.a.]
0,025
Finanszírozó: Asbóth Oszkár Húzóágazati Innovációs Program
Lignocelluló Lignocellulóz alapú alapú etanoletanol-elı elıállí llítás technoló technológiá giájának vá vázlata szimultá szimultán cukrosí cukrosítás és fermentá fermentáció ció eseté esetén szőrıcentrifuga
ultraszőrı
Nanoszőrı/ Reverz ozm.
Permeátum (tiszta víz)
Szilárd maradék + cukor + enzimek
Cukros lé + enzimek Cukros lé Préslepény maradék
enzimek
Kevert tartály (fermentor)
cukorsőrítmény
Élelmiszeripari hulladékok és melléktermékek biogáz-fermentációja
Batch biogáz-fermentáció
Biológiai lebonthatóság vizsgálata
Szennyví Szennyvíziszapok lebontható lebonthatóságának és biogá biogáztermelé ztermelésének fokozá fokozása termikus elı elıkezelé kezelésekkel Konvektív 95 Konvektív 95 5 W/g 5 W/g
1 W/g 1 W/g 10 W/g 10 W/g
2 W/g 2 W/g
BD% BD%
45 45 40 40 35 35 30 30 25 25 20 20 15 15 10 10 5 5 0 0 0
10 10
0
20 20 Kezelési idı [perc] Kezelési idı [perc]
30 30
400 400
40 40
Konv Konv 5 W/g 5 W/g
350 350
1 W/g 1 W/g 10 W/g 10 W/g
2 W/g 2 W/g
Metán [mL/g] Metán [mL/g]
300 300 250 250 200 200 150 150 100 100 50 50 0 0
0
10 10
0
20 20
Kezelési idı [perc] Kezelési idı [perc]
30 30
40 40
Savanyú tejsavó membránszeparációjakor keletkezı frakciók hasznosítása bio-energiahordozók elıállítására 300
Biogáz
Metán
250
150
100
50
0 Savó
Perm .
Perm . Hık. 30p
Perm 30p Hık. pH2
Konc.
Konc. 10p. Hık. pH2
Konc Hık. 30p
Konc 30p. Hık. pH2 0,09
Alkoholkihozatal [g alk/ g sz.a.]
ml/ g sz.a.
200
0,08 0,07 0,06 0,05 0,04 0,03 0,02 0,01 0
Savó
Perm
Perm 30p hık pH2
Konc
Konc 30p hık pH2
A kutatási eredmények hasznosítása szakmai továbbképzésekben
Prof. Dr. Szabó Gábor
Dr László Zsuzsanna
Kertész Szabolcs
Prof. Dr. Hodúr Cecilia
Hovorka Horváth Zsuzsanna
Beszédes Sándor
Szép Angéla
Török Márta
