UNIV.TRANSILVANIA DIN BRASOVFacultatea de Alimentaţie şi Turism Specializarea: IMIT

EPURAREA MICROBIOLOGICĂ A APELOR

REZIDUALE DIN INDUSTRIA ALIMENTARĂ

- 2012 –

CUPRINS

1. Introducere ……………………………………………………... 32. Epurarea biologică a apelor uzate în industria alimentară............ 43. Indici de calitate ai apei epurate ………………………………... 124. Concluzii ……………………………………………………… 155. Bibliografie ……………………………………………………… 16

1. Introducere

Apa este un factor indispensabil vieţii. De aceea, în jurul surselor de apă s-a dezvoltat o

diversitate de biocenoze şi chiar civilizaţia umană a fost atrasă de aceste zone. Conform datelor

Organizaţiei Mondiale a Sănătăţii, necesarul minim de apă pentru un om este de 5 l /zi, din care

1,5 - 2 l se consumă ca atare, iar restul se reţine din alimente, sau apare din metabolism.

Necesarul fiziologic este de 2,5 - 3 l /zi, diferenţa până la 3 - 5 l / zi apărând din activităţi fizice

şi datorită temperaturii ambiante. Totuşi, omul utilizează în medie, pe glob, 100 l apă / zi pentru

operaţii de spălare, pregătirea hranei şi alte activităţi în gospodărie. Acest consum zilnic are

valori diferite de la o regiune la alta, sau de la un continent la altul. De exemplu este de 3 l / zi în

Africa şi de peste 1000 l / zi la New York. Consumul de apă a crescut în timp: 500 în 1974

şi aproximativ 1400 în anul 2000.

Pe fondul activităţii antropogene extinse în prezent există o deosebire calitativă şi

principială între schimbările naturale din mediul inconjurător observate mai înainte şi cele care

au loc în natură ca rezultat al activităţii umane.

Astăzi nici omul şi nici alte organisme cu nivel înalt de dezvoltare nu dovedesc să

producă substanţe genetice de apărare împotriva substanţelor fabricate de industrie, care nu au

existat mai înainte în natură şi care sunt străine pentru viaţă.

În cele mai multe regiuni, gestiunea actuală a apelor uzate din industria alimentară , mai

ales de la abatoare, cauzează serioase prejudicii mediului înconjurător.Deversarea liberă a apelor

uzate în mediul înconjurător nu mai reprezintă o soluţie acceptabilă.A devenit necesară o

biotehnologie economică, simplu de utilizat,performanta si usor integrabila in diferite industrii

2. Epurarea biologică a apelor uzate în industria alimentară

În apele reziduale industriale se întîlnesc relativ des substanţe organice în suspensie

(crezol, acid metacrilic, tricrezilfosfat, tributilftalat ş.a.) care se supun parţial (aproximativ 40%)

"mineralizării" biologice, adică descompunerii pînă la , apă şi substanţe neorganice simple.

Mai mult de 60 de substanţe, a căror concentraţie în sistemele active este normală, nu se

supun descompunerii biologice. În asemenea condiţii o problemă acută este susţinerea valorii

biologice depline a apelor naturale sau, altfel spus, micşorarea conţinutului amestecurilor străine

pînă la o concentraţie care asigură desfăşurarea normală a proceselor fiziologice şi biologice din

organismele acvatice, fără urmări genetice negative.

Una din metodele eficace de apărare a elementelor mediului acvatic contra poluării este

epurarea apelor reziduale înainte de a fi evacuate în bazin. Poluarea apelor reprezintă alterarea

calităţilor fizice, chimice şi biologice ale apelor, produsă direct, sau indirect, în mod natural, sau

antropic. Apa poluată devine improprie utilizării normale.

Poluarea poate avea loc : - continuu (permanent), în cazul canalizării dintr-un oraş, sau

rezidiile provenite din industrie şi deversate în ape; - discontinuu, la intervale regulate, sau

neregulate de timp; - temporar (ex. colonii provizorii); - accidental, în cazuri de avarie.

Epurarea biologică urmăreşte eliminarea poluanţilor organici, biodegradabili cu ajutorul

microorganismelor. Au loc procese de fermentaţie aerobă, sau anaerobă, din care se formează

compuşi aglomeraţi (flocoane), care se separă de apă, alături de săruri minerale şi gaze ( ,

, , etc.).

Epurarea biologică se poate realiza pe cale naturală şi artificială. Pe cale naturală, apa

epurată mecanic este colectată într-un bazin colector şi utilizată la irigaţii. Metoda a fost aplicată

în vechime, în Ierusalim, la greci, romani şi chinezi. Investiţiile sunt evident mai reduse, dar

procedeul nu se poate aplica la toate tipurile de apă. Apa nu trebuie să conţină germeni patogeni,

paraziţi, să nu aibă miros neplăcut şi se aplică numai culturilor de porumb şi sfeclă de zahăr.

Epurarea biologică artificială utilizează fie filtre biologice, fie bazine cu nămol activ.

Filtrele biologice (biofiltrele) sunt de fapt bazine umplute cu roci minerale, cocs, cărămidă

spartă,materiale plastice. Biofiltrele au prevăzute sisteme de ventilaţie, pentru eliminarea gazelor.

La suprafaţa granulelor se formează o peliculă de 1 - 3 mm grosime, conţinând materiale

organice şi bacterii aerobe, care descompun substanţele organice. Se aplică substanţelor organice

uşor biodegradabile, aflate în concentraţie scăzută. Bazinele cu nămol activ , sau de aerare,

aerotancuri utilizează fermentaţia aerobă a substanţelor organice din apa reziduală. Ca bazine de

aerare se mai folosesc: şanţuri în teren impermeabil, gropi, canale de beton

Tabelul 1.1. Procedee de prelucrarea a nămolului

Tabelul 1.2. Eficienţa procedeelor de epurare a apelor reziduale la îndepărtarea

unor categorii de substanţ şi bacterii (%)

Sursele majore de poluare a apei in industria alimentară:

Prelucrarea cărnii

Prelucrarea laptelui

Prelucrarea peştelui/ fructelor de mare

Prelucrarea legumelor şi fructelor

Obţinerea amidonului şi glutenului

Fabricarea zahărului

Fabricarea băuturilor alcoolice/ nealcoolice,etc.

Caracteristici generale ale apelor reziduale din industria alimentară:

Turbiditate ridicată

Concentraţii mari de:

-

- FOG (Fats, oils and grease)

- SS (suspensii solide)

Conţinut usual P şi N

Conţinut de chimicale periculoase în general redus.

Variaţie sezonieră mare a debitelor

Variaţii orare mari şi variaţii mari de concentraţie de-a lungul zilei

Majoritatea unităţilor de producţievsunt de talie mică sau medie

Raport uneori neechilibrat CBO:P:N (conduce la creşterea volumului de nămolului)

Efluent colorat.

Industria produselor lactate este sursa majoră de ape reziduale în multe ţări. Deşi nu

pune probleme majore de mediu, trebuie avut in permanenţă în vederea impactului asupra

mediului datorită faptului că poluanţii din aceasta industrie sunt în special de natura

organica.Toate etapele de prelucrare a laptelui au un impact asupra mediului.

În general, rezidurile de la prelucrarea laptelui conţin:

Concentraţii ridicate de materii organice(proteine,zaharuri,lipide);

Concentraţii ridicate de suspensii solide;

Concentraţii ridicate de azot;

Consumuri ridicate de oxigen (CBO, CCO);

Concentraţii ridicate de uleiuri / grăsimi în suspensie;

Variaţii importante de ph.

Prelucrarea laptelui necesită “ tratamente speciale” în vederea reducerii impactului

asupra mediului ambient.

Tratarea apelor reziduale se confruntă cu una din următoarele probleme: taxe ridicate

percepute pentru tratarea apelor reziduale industriale; probleme de poluare când apele reziduale

sunt descărcate direct în mediu sau sunt folosite pentru irigaţii; fabricile care au deja instalate

sisteme biologice de tratare aerobă se confruntă cu problema depozitării nămolului.

Valorile tipice ale CBO şi CCO ale efluenţilor de la prelucrarea laptelui: lapte

integral,lapte degresat, zară, smântână, lapte concentrat, zer, îngheţată:

tVolumul,concentraţia şi compozitia efluentilor proveniti dintr-o unitate de prelucrare a

laptelui sunt in funcţie de: tipul produsului procesat; programul de producţie; modul de operare;

configuraţia unităţii de prelucrare, gradul de management al apei; cantitatea de apăcare se

conservă.

Ape reziduale de la prelucrarea laptelui:

Ape de procesare(utilizate în procesele de răcire/încălzire) – usual libere de poluanţi, pot

fi neutralizate sau deversate în canalizarea pluvială.

Apa de spălare( utilizate în curăţirea recipienţilor, conductelor, instalaţiilor, spaţiilor,etc)

– pot conţine: lapte, iaurt, branză, zer, smântână, culturi starter,etc. Ele mai pot conţine:

agenţi de sterilizare(hipoclorit de sodium), detergenţi, substanţe alcaline(NaOH) sau

acide(ac. azotic sau sulfuric) utilizate pentru CIP. Acestea influenţează: ph-ul apelor

reziduale, conţinutul de P, CBO şi CCO.

Ape reziduale de la grupurile sanitare. Sunt de regulă dirijate spre canalizarea menajeră.

Etapele fluxului de epurare:

Pretatarea:

- Sitarea

- Reglarea ph-ului:

- La curaţirea alcalină: ph = 10- 14

- La curaţirea acidă: ph =1,5 – 6

- Optimul pentru tratarea biologică:ph = 6,5 – 8,5

-Se face cu: acid azotic,ac.sulfuric,Na OH,dioxid de carbon.

- Uniformizarea debitului şi compoziţiei( rezervoare tampon de omogenizare;

amestecare uzuală prin aerare.

- Îndepărtarea grăsimilor:

- cu capcane gravitaţionale

- prin flotaţie cu aer

- prin flotaţie cu aer dizolvat

- hidroliza enzimatică a FOG cu ajutorul lipazelor

Tratarea propriu-zisă:

- Tratarea biologică

- Sisteme aerobe

Procesul convenţional cu nămol activate

Filtre aerobe

Contractoare biologice rotative

Reactor discontinuu secvenţial

Lagune sau iazuri de aerare(necesită spaţiu mare)

- Sisteme anaerobe:

Lagune anaerobe

Reactoare cu agitare

Contactoare anaerobe

Filtre anaerobe

Reactoare în strat expandat sau fluidizat.

În cazul industriei cărnii, efluenţii de la abatoare sunt puternic încărcati cu: solide, materii

plutitoare(grăsimi), sange, dejecţii, compuşi organici derivaţi din proteine.

Compoziţia efluenţilor depinde mult de tipul producţiei sau de configuraţia abatorului.

În cazul consumurilor tipice de apă la abatorizare,exista un grafic legat de consumurile

de apă la abatorizarea porcinelor,enumerate astfel: igiena personala, apa de răcire, sterilizare

cuţite, spălare camere, spălare vehicule, spălare vase, spălare cu jet, curăţire.

Principalele zone de contaminare a apei sunt:

Adăposturile pentru animale

Asomarea şi sângerarea

Jupuirea/ îndepartarea părului

Manipularea intestinelor şi organelor interne

Spălarea carcaselor

Renderizarea

Tranşarea

Operaţiile de curăţire a spaţiilor.

Reducerea volumului de ape reziduale

Reducerea timpului de staţionare a animalelor vii in abator;

Îndepărtarea uscată a dejecţiilor;

Eficacitatea colectării sângelui(400000 mg/l CC0) – reducere cu 40% a volumului

apelor reziduale;

Eficacitatea curăţirii stomacelor de rumegatoare( evacuarea pneumatică “uscată” a

continutului stomacal + spălare cu cantităţi minime de apă);

Spălarea intestinelor în 2 trepte:

- Spălarea primară în baie cu filtre şi recirculare continuă a apei ;

- Clătirea finală cu apă potabilă curată.

Minimizarea cantităţilor de carne şi grăsime cazute pe podeaua sălilor de tăiere;

Minimizarea consumurilor de apă: => efluenţi de volum mic şi concentraţie mare,

care se pretează la prelucrarea prin digestie anaerobă.

Epurarea apelor

Epurarea apelor reprezintă totalitatea operaţiilor efectuate pentru diminuarea

conţinutului de poluanţi, astfel încât concentraţiile rămase să nu provoace poluarea apelor

receptoare. Epurarea se realizează într-o serie de utilaje, care alcătuiesc staţiile de

epurare. Amplasarea staţilor de epurare a apelor uzate (poluate, sau reziduale) se face în

aval de întreprinderea, sau întreprinderile poluante. Evacuarea apelor epurate înapoi în

albia râului are loc în aval, sau în amonte de zona de captare a apei (fig.1.5).In ultima

situaţie, întreprinderea este direct interesată în efectuarea corespunzătoare a epurării apei,

deoarece urmează să o utilizeze în procesul de producţie.

fFig.1.5. Scheme de evacuare a apelor epurate.Aa – în aval faţă de captare; b – în amonte faţă de captare.

Din staţiile de epurare rezultă ape tratate, sau epurate şi nămoluri. Nămolurile se

pot aplica în agricultură, ca fertilizanţi, dar numai după analiza lor, pentru a nu conţine metale

grele, substanţe toxice, germeni patogeni, etc. Utilizarea lor se face numai pe soluri adecvate, în

doze adecvate şi urmărind în timp factorii de mediu.

Procedeele de epurare a apelor reziduale măresc costul produsului, deci trebuie să

fi cât mai simple, într-un număr cât mai redus de faze, cu consumuri specifice reduse de energie

electrică, combustibili şi reactivi. Reactivii se aleg cu preţuri scăzute (aer, calcar, etc.) şi se

urmăreşte dozarea lor corectă, pentru a nu polua apa cu ei. Cheltuielile de epurare se pot reduce

prin recuperarea unor substanţe din apele reziduale şi valorificarea

lor, ca de exemplu: fibre celulozice, grăsimi organice şi uleiuri vegetale, metale (Cu, Ni, Cd, Cr,

Hg, etc.) fenoli, vitamina B12 ş.a. Cheltuielile scad şi dacă se valorifică nămolul, sau dacă se

recirculă apele uzate. Dacă apele epurate sunt eliminate cu conţinuturi mai mari decât limitele

admise de standarde, atunci întreprinderea vinovată de încălcarea legii

plăteşte penalităţi.

Epurarea se realizează printr-o serie de procedee, de natură fizică, chimică şi

biologică.

3. Indici de calitate ai apei epurate

Calitatea apelor este stabilită prin standarde, datorită importanţei pe care o prezintă

pentru siguranţa vieţii şi pentru desfăşurarea activităţilor economice. In România

sunt în vigoare: STAS 1342 - 91 pentru calitatea apei potabile, STAS 4706 - 88 pentru apele de

suprafaţă, STAS 9450 - 73 pentru apele necesare irigaţiilor, Norme de igienă pentru ştranduri

organizate şi o serie de decrete, pentru precizări.

Calitatea apelor se exprimă prin indicatori, stabilizaţi şi calculaţi în urma unor

analize efectuate atât la apele de suprafaţă, cât şi la cele subterane. La apele de suprafaţă

se determină: - indicatori organoleptici; - suspensii; - pH; - CCO; - oxigenul dizolvat; -

CBO; - azotul total; - analize biologice, toxicologice, bacteriologice, de radioactivitate,

eutrofizare, etc. La apele subterane se determină: - pH-ul; - reziduul fix; - CCO.

In anumite situaţii se mai analizează din ape următoarele conţinuturi de substanţe:

detergenţi, pesticide, metale neferoase, fenoli, hidrocarburi, clor, azotat, fluor, iod, fier,

mangan, indicatori de eutrofizare, etc.

Indicatorii organoleptici sunt: culoarea apei, gustul şi mirosul.Suspensiile din apă se

determină după sedimentare şi se exprimă în ml/l. pH-ul reprezintă reacţia acidă, neutră, sau

bazică a apei, deoarece:

pH = - log / /

unde / / reprezintă concentraţia ionilor de hidrogen din soluţie. Mediul acid are pH < 7, mediul

neutru are pH = 7, iar cel bazic, pH > 7.

CCO reprezintă consumul chimic de oxigen, respectiv cantitatea de substanţe ce

se pot oxida la rece, sau la cald, sub acţiunea unor oxidanţi ca , sau

(mg/l).

Oxigenul dizolvat în apă se exprimă în mg/ l. Conţinutul de oxigen dizolvat în apă

scade cu creşterea temperaturii astfel: la C - 14,65 mg , la - 11, 27; la -9,02; la

- 7,44. Conform prevederilor STAS 4706 - 88, limita conţinutului de oxigen de la care o apă

se consideră degradată este de 6 .

- consumul biologic de oxigen, reprezintă cantitatea de oxigen consumată

de microorganisme pentru descompunerea biochimică a substanţelor organice din apă, în

timp de 5 zile, la C (condiţii standard). Se calculează astfel:

mg CBO / = A - B

unde: A - oxigenul din apa recoltată; B - oxigenul rămas în apă după 5 zile.

CBO este un indicator mult utilizat pentru caracterizarea apelor, deoarece arată

dacă apa poate fi epurată biologic, sau nu. Dacă este 0,6 , atunci apa se

poate epura biologic uşor; dacă este 0,2 - 0,4 epurarea biologică trebuie favorizată de

temperatură, iar dacă este sub 0,2 - apa nu este epurabilă biologic.

Analizele biologice determină fero - şi sulfobacteriile, protozoarele, plantele şi

animalele din apa analizată.

Analizele bacteriologice determină conţinutul apei în germeni patogeni specifici,

ca: bacili, cili din tubul digestiv, etc.

Analizele toxicologice stabilesc nocivitatea unor poluanţi, dozele limită de

supravieţuire şi cele letale, folosind testări la peşti şi la crustaceul Daphnia.

Eutrofizarea apelor de suprafaţă (de la trophe = hrană în limba greacă) reprezintă

fenomenul de îmbogăţire cu substanţe nutritive, conţinând azot şi fosfor, care produc

dezvoltarea plantelor de apă. Se spune că apele "înfloresc". După moarte, plantele se

descompun cu ajutorul microorganismelor, consumând oxigenul dizolvat în apă,

degajând gaze cu miros neplăcut (amoniac, hidrogensulfurat, gaz metan). Dispar unele

specii valoroase de peşti, cum este crapul, rămând carasul, care este mai rezistent.

Indicatorii care urmăresc eutrofizarea sunt: conţinutul de oxigen dizolvat în apă,

conţinutul de azot total şi de fosfor total, precum şi de biomasă planctonică, ca substanţă

umedă (mg/dm3).

Probele de apă trebuie corect recoltate, conservate, iar analizele efectuate după

metode standardizate. Aceste probe pun în evidenţă atât poluanţii, cât şi sursele posibile

de poluare. Analizele trebuie efectuate pentru a stabili fondul natural al apelor, depăşirea

valorilor limită admise de standard, atenţionând asupra necesităţii revenirii la fondul

natural.

Condiţii de calitate pentru apa potabilă (mg/dm3)

conform STAS 1342 - 91.

.

4. CONCLUZII

Monitorizarea calității igienice a apei potabile, precum și a calității apelor reziduale

evacuate de acestea sunt condiții necesare pentru toate unitățile alimentare care produc,

prelucrează, depozitează, păstrează, transportă și desfac produse alimentare

Prin utilizarea unor tehnologii moderne de epurare (aplicarea unor metode fizico-chimice

de tratare a apei, utilizarea de combinaţii de filtre biologice) se poate obţine reducerea

semnificativă a cantităţii de nămol rezultate în urma epurării, utilizarea eficientă a spaţiilor libere

existente, creşterea fiabilităţii şi simplificarea operaţiilor de întreţinere.

Niciun procedeu de tratare a apelor uzate nu asigură cu certitudine producerea unui

efluent complet epurat, lipsit de agenți patogeni, deși acesta poate atinge un grad înalt de

purificare.

5. Bibliografie

1. Bara, V., Aurelia Oneţ, 2009, “ Microbiologia deșeurilor”, Ed.Universităţii din Oradea;2. Negulescu M. ş.a.," Epurarea apelor uzate industriale", vol.2, Ed.Tehnică,

Bucureşti, 1989;

3. Vişan S.,Angelescu A.,Alpopi C., "Mediul înconjurător-poluare şi protecţie",Ed.Economică, Bucureşti, 2000;