بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
بهینه سازی استفاده از پسماندهای صنایع غذایی
مقدمه
صنایع تولید مواد غذایی عمدتا از مواد بیولوژیکی که منشا گیاهی و یا جانوری دارند برای تولید مواد غذایی فرایند شده استفاده می نماید. این مواد غذایی به دلیل داشتن انرژی بالا و آب می توانند نیاز مصرف کننده به این دو مرود را از طریق غذا خوردن تامین نمایند. فرایند تهیه مواد غذایی همچنین سبب ایجاد مقدار زیادی مواد زاید از جمله ساقه، پوست و هسته و برگ میوه ها، و سبزیجات، استخوان و لاشه در محصولات حیوانی و آب پنیر در صنایع لبنی می نماید. همچنین این مواد زاید نیاز به مقدار زیادی مواد شوینده و تمیز کننده برای حجمع اوری و حذف این موارد از خط تولید دارند. مواد زاید غذایی تولید شده از صنایع غذایی و کارخانجات تولید کننده مواد غذایی به دلیل اینکه دارای مقدار زیادی از ترکیباتی همچون کربوهیدارتها، پروتئینها، چربی ها و مواد معدنی هستند، برای تیمار و فرایند مجدد دارای مشکلاتی هستند. به عنوان مثال مواد زاید تولید شده از صنایع لبنی، کارخانجات انجماد و خشک کردن مواد غذایی، و کارخانجات فراوری گوشت قرمز، طیور و محصولات دریایی می توانند بوهای بسایر نامطبوعی ایجاد کنند و سبب آلودگی زیادآب شوند، در صورتیکه این مواد تخلیه شده به خوبی فرایند و بازیافت نشوند. ترکیبات آلی این مواد زاید باید بصورت بیولوژیکی پایدار گردند قبل از اینکه وارد آب شوند. در صورتیکه این عمل به خوبی انجام نشود می تواند سلامت انسان و اکوسیستم آب را به خطر بیاندازد(.(8پسماندهای غذایی نقش مهمی در مخاطرات امنیت غذایی ایفا می کند. البته این نقش در کشورهای پیشرفته به دلیل اینکه پسماندهای غذایی اغلب به عنوان یک کالای قابل استفاده در نظر گرفته می شود، کم رنگ تر می باشد. در نتیجه تاثیرات دراز مدتی که این پسماندها می توانند روی تولید مواد غذایی بگذارند در نظر گرفته نمی شود .(1)یکی از نکاتی که یافت شده است این است که در کشورهای در حال توسعه و در کشور های پیشرفته و صنعتی میزان اتلاف مواد غذایی تقریبا مشابه می باشد. با این تفاوت که در کشورهای در حال توسعه حدود 40 درصد از مواد غذایی در طی مراحل پس از برداشت و طی فرایند به صورت پسمانده اتلاف می شوند در حالیکه در کشورهای صنعتی و پیشرفته، بیش از 40 درصد مواد
1
غذایی پس از فروش و توسط مصرف کننده ها اتلاف و پسماند می گردند .(2) مشکلات بازیافت مواد غذایی زیاد و تیمار آن تقریبا در همه کارخانجات صنایع غذایی مشابه می باشد. تجمع پسماندهای مواد غذایی حتی برای یک زمان کوتاه می توانند سبب جذب حشرات و موش ها شود و با ایجاد بوهای نامطلبوب هم سبب آزار و اذیت کارکنان و هم سبب ایجاد ظاهر ناخوشایند در محیط اطراف کارخانه می گردد. مهمترین مشکلی که در ارتباط با پسماندهای مواد غذایی ناشی از کارخانجات وجود دارد، وجود مواد و ترکیبات آلی می باشد که منبع رشد میکروارگانیسم ها می باشند. با وجود این ذخایر بسیار غنی، میکروارگانیسم ها با سرعت زیاد رشد و تکثیر می کنندو سبب کاهش می زان اکسیژن محلول در آب می شوند. آب بطور نرمال حاوی 8 پی پی ام اکسیژن محلول (DO) می باشد. میزان حداقل برای رشد ماهیها در آب 5 پی پی ام می باشدو در صورتیکه میزان اکسیژن محلول در آب به پایین تر از این حد برسی سبب مرگ ماهی ها می گردد. اگر اکسیژن محلول به دلیل محتوی ترکیبات آلی زیاد، به طور کامل از آبخارج شود، سبب تیرگی، گندیدگی آب می شود و باعث ایجاد بوهای نامطبوع و زننده می گردد. در صورتیکه این ترکیبات آلی زاید دارای گوگرد و ترکیبات سولفوره باشند، در اثر فعالیت میکروارگانیسم ها سولفید هیدروژن تشکیل شده و سبب ایجاد بوی بد و تیرگی و لکه های تیره در تاسیسات کارخانه می شود. بخش اعظم پساب های تولیدی در کارخانجات مواد غذایی حاوی مقادیر زیادی ترکیبات الی می باشند. به همین دلیل بیشتر کارخانجات باید برای تصفیه پساب های ناشی از تولید مواد غذایی دارای یک برنامه و سیستم تصفیه دائمی باشند .(8) امروزه تحقیقات زیادی پیرامون بازیافت پسماندهای صنایع غذایی انجام شده است. از جمله این تحقیقات می توان به پژوهش لوت در سال 2010 اشاره کرد که مطالعه خود را بر روی ضایعات و پسماندهای کارخانجات صنایع غذایی متروپولیتن پورتلند امریکا انجام داد .(3) از دیگر تحقیقات انجام شده می توان به پژوهش تسای و همکاران در سال (4)2007، اسمائیل و همکاران در سال (5) 2009، لویس و همکاران در سال (6) 2010، عالم و همکاران در سال (7 )2007، و مورای مارتینز و همکاران در سال (9) 2012 اشاره کرد. که در بخش های بعد راجع به تحقیقاتی که این پژوهشگران انجام داده اند بیشتر بحث می شود.
جدول -1 میانگین ترکیبات پسماندهای کارخانجات مواد غذایی((8
2
کاهش پسماندها، استفاده مجدد از پسماندها و افزایش کارایی روش های بازیافت پسماندهای مواد غذایی در گرو رعایت چند اصل می باشد:
-1 استفاده از مواد اولیه و خام با کیفیت -2 کاهش ایجاد ضایعات در طی حمل و نقل مواد خام، تولید و بسته بندی مواد غذایی
-3 استفاده از تکنولوژی مناسب و تجهیزات فرایند مطلوب به منظور کاهش مصرف انرژی -4 استفاده بهینه و به اندازه از آب در طی فرایند تولید، بدون صدمه زدن به شرایط تولید -5 استفاده از مواد بسته بندی قابل تجزیه تا حد ممکن -6 استفاده مجدد از مواد خام و ضایعات تا حد امکان
-7 استفاده از روش هایئماسب به منظور تبدیل مواد غیر قابل استفاده برای استفاده مجدد
اگر این اصول رعایت شود ضمن پایین اوردن هزینه های تولید و بازیافت، سبب افزایش کیفیت محصولات تولیدی، باعث بالا بردن در امد کارخانه و حفظ ظاهر مطلوب می شود.
مصارف پسماندهای غذایی
صنایع غذایی مقدار زیادی پسماند تولید می کند. بخش اعظم این پسماندها در مرحله فرایند و اماده سازی مواد خام، تولید می شوند. این مقدار می تواند متفاوت باشد، و مثلا در صنایع تولید و فراوری گوشت می تواند 50-60 درصد باشد. درست است که فرایند و استفاده از این مواد غذایی زاید می تواند سبب صرف هزینه هایی در این بخش شود، اما از طرفی می تواند کارخانه را از وجود این مواد پاک کرده و در صورت استفاده مجدد از این پسماندها سبب ایجاد سوداوری در کارخانه می گردد. انواع پسماندهای تولیدی در کارخانجات مواد غذایی می تواندمتفاوت باشد و بسته به نوع ماده مورد استفاده در ان صنعت دارد، اما تقریبا همه این پسماندهای منشا الی دارند به جز موادی که در بسته بندی ها مورد استفاده قرار می گیرند. مفهوم اولیه بازیافت، استفاده مجدد از پسماندها و تهیه سایر مواد غذایی از جمله تهیه غذای
حیوانات، افزودنی های غذایی، مواد شیمیایی صنعتی، کودهای کشاورزی می باشد. که برخی از این موراد را در جدول 2 مشاهده می کنید .(8)
بازیافت پسماندهای مواد غذایی جامد
جدول -2 انواع پسماندهای صنایع غذایی((8
3
نوع صنایع پسماند نوع فرایند محصول نهایی
فرایند سبزیجات و میوه جات ساقه، برگ، ریشه و تکه های میوه و تهیه کمپوست (تیمار غیر هوازی)- کود بیولوزیک، گازهای بیولوژیکی،
سبزی پخش روی زمین انواع کودها، عذای حیوانات
فرایند سبزیجات و میوه جات دانه ها، پالپ، پوست( پس از فرایند) استخراج پکتین، استخراج اولئو پکتین برای مربا، افزودنی های
رزین، رنگ ها، روغن های ضروری، غذایی گوناگون، الکل، شراب
آنزیم ها و انتی اکسیدا نها
فرایند گوشت قرمز و طیور پوست، استخوان و خون، مواد زائد پا کردن، استخراج چربی، جدا سازی چرم، سوسیس، پودر استخوان، کود،
لاشه، چربی، تکه های گوشت گوشت، خرد کردن ژلاتین، صابون،
فرایند فراورده های دریایی پوست، استخوان، صدف استخراج روغن، پختن، استخراج آب پودر ماهی، کنسانتره پودر ماهی،
سرد1، استخراج آب گرم2 پروتئین هیدرولیز شده ماهی،
کلاژن، ژلاتین
صنایع لبنی آب پنیر، چربی رسوب، تغلیظ، سانتریفیوژ لاکتوز، پودر آب پنیر، کره حیوانی،
صابون
پسماندهای جامد پس از بازیافت به اندازه ای که امکان پذیر باشد به دو دسته پسماندهای قابل تجزیه3 و پسماندهای غیر قابل تجزیه4 تقسیم بندی می شوند. پسماندهای قابل تجزیه دارای ترکیبات آلی هستند و منشا بیولوژیکی دارند.
در حالیکه مواد غیر قابل تجزیه شامل فلزات، پلاستیک، کامپوزیتها5 و سایر ترکیباتی هستند که بطور طبیعی نمی توانند توسط میکرو ارگانیسم ها تجزیه شوند. در سال های گذشته پسماندهای جامد را در زمین های مشخصی که برای همین منظور بود پخش می کردند. اگرچه امروزه به دلیل افزایش اگاهی جامعه و افزایش هزینه ها، پسماندهای مواد غذایی قابل تجزیه برای تولید کمپوست ها مورد استفاده قرار می گیرند. ضایعات میوه ها، سبزیحات، محصولات لبنی، دانه ها، باقیماندهای نان، دستمال کاغذی، پوسته تخم مرغ و ضایعات گوشت می توانند در تهیه کمپوست مورد استفاده قرار گیرند. اما موادی از قبیل پلاستیک ها، روغن ها و شیشیه و فلز نمی توانند در تهیه کمپوست استفاده شوند. پسماندهای جامد مواد غذایی مواد فوق العاده ای برای تهیه کمپوست ها هستند. این امر هم به دلیل محتوی بالای رطوبتی آنها و ساختار فیزیکی نه چندان مقاوم انهاست، که آنها را برای مخلوط کردن با عوامل حجم دهنده6 برای تهیه کمپوست مناسب می سازد. برای عوامل حجم دهنده ی دارای نسبت کربن به نیتروژن بالا می توان از خاک اره استفاده کرد(1و.(8پسماندهای مواد غذایی مستعد تولید ترکیبات بدبو مثل امونیاک و مقدار زیادی پساب7 هستند. بهترین راه ممانعت از ایجاد بوی بد استفاده از کپه ی هوادهی شده8 می باشد که فعالیت های هوازی در آن صورت بگیرد و دائما مرطوب باشد. پساب می تواند از طریق هوادهی و استفاده از میزان کافی عوامل حجم دهنده، کاهش پیدا کند. البته ایجاد بو و پساب طبیعی می باشد. پساب به دست امده می تواند در تهیه مجدد کمپوست مورد استفاده قرار گیرد(.(8
تهیه کمپوست با استفاده از کپه ی هوادهی شده
بازیافت و تیمار پسماندهای مواد غذایی مایع
صنایع غذایی همچنین میزان زیادی پسماندهای مایع تولید می کند که پس از بازیافت و انجام مراحل متعدد، سرانجام تولید فاضلاب9 می کنند. از انجاییکه فرایند تولید در کارخانجات مواد غذایی، پیوسته می باشد و وقفه ای در کار وجود ندارد، فاضلاب های متعدد مراحل مختلف تولید که هر یک دارای خصوصیات منحصر به فردی هستند، می توانند در تانک تعادل10 ذخیره شوند. بنابراین تانک تعادل در حقیقت به عنوان یک بافر عمل می کند. چون
5
تجهیزات تصفیه فاضلاب حساس می باشند و وجود فاضلاب های با خصوصیات متفاوت می تواند سبب آسیبر ساندن به انها گردد. در نتیجه تانک تعادل وظیفه تبدیل انواع فاضلاب ها به یک فاضلاب را بر عهده دارد(.(8
خصوصیات فاضلاب های صنایع غذایی
در صنایع غذایی آب زیادی برای مراحل مختلف از جمله، سرد کردن و شست و شوی مواد اولیه، آب تمیزه برای فرایند مواد غذایی، برای حمل و نقل، پختن، حل کردن مواد و ترکیبات و ... استفاده می شود.عموما میزان BOD و COD فاضلاب های کارخانجات مواد غذایی 10-100 برابر بیشتر از فاضلاب های شهری می باشد. بخاطر مصارف متفاوت، میزان و نوع ترکیبات فاضلاب کارخانجات مواد غذایی بسیار متغیر است. به عنوان مثال میزان مواد جامد معلق (TSS) در فاضلاب کشتارگاه ها و کارخانجات فرایند گوشت، ترکیبی از مو، پشم، روده و اجزای شکمی، و قطعات بافت بدن حیوان می باشد. در حالیکه در کارخانجات فرایند سیب زمینی وسبزیجات مواد جامد معلق فاضلاب بیشتر از ذرات خاک، پوست و سایر قطعات سبزیحات تشکیل شده است. میزان ذرات معلق جامد کل ( (TSS به همراه BOD مهمترین فاکتورهای جهانی برای استاندارد فاضلاب ها هستند.به منظور اندازه گیری میزان اکسیژنی که از فاضلاب خارج می شود، اندازه گیری ترکیبات الی مصرف کننده اکسیژن ضروری به نظر می رسد. یکی از راه های تعیین آن، اندازه گیری اکسیژن ناپدید شده از یک بطری حاوی آب اشباع شده از اکسیژن، تعیین مقدار و حجم فاضلاب، و اندازه گیری مقدار توده سلولی (باکتری های اولیه) و هر نوع مواد مغذی مورد نیاز برای رشد انها می باشد. این یک روش مستقیم برای اندازه گیری ظرفیت مصرف اکسیژن فاضلاب است که به نام تست تقاضای مصرف بیوشیمیایی اکسیژن (BOD) خوانده می شود. تست BOD در طی 5 روز انجام می شود برای همین به ان تست BOD5 گفته می شود. COD یک جایگزین برای تستBODمی باشد که در حقیقت به توانایی و پتانسیل مصرف اکسیژن فاضلاب گفته می شود. همانطور که از نام COD
(مصرف شیمیایی اکسیژن) بر می آید، مصرف اکسیژن توسط کربن، اکسید کردن شیمیایی در تست COD می باشد. همانند BOD واحد COD میلی گرم اکسیژن در هر لیتر می باشد. مزیت این تست در حقیقت سرعت ان و تکرار پذیری ان است. از معایب ان هم این است که همه COD های اندازه گیری شده نمی توانند به صورت بیولوزیکی تجزیه شوند (10)
6
چدول -3 خصوصیات پسماندهای صنایع غذایی((5
روش های تصفیه فاضلاب های صنایع غذایی
1. تصفیه بیولوزیکی فاضلاب
دو نوع فرایند تصفیه بیولوژیکی اصلی وجود دارد:
هوازی که در حضور اکسیژن انجام می شود و بصورت زیر خلاصه می شود:
غیر هوازی که در غیاب اکسیژن انجام می گیرد:
