بخشی از مقاله
چکیده
منابع بسیاری از فاضلاب غذایی و کشاورزی حاوی مقادیر قابل توجهی از پروتئین ها، لیپیدها و پلی ساکاریدها و ترکیبات طعم دهنده می باشند. مواد غذایی بازیافت شده از تصفیه فاضلاب می تواند به عنوان خوراک دام، تولید تخمیری اتانول و حتی گاز هیدروژن از گلوکز و ساکارز در غیاب اکسیژن استفاده شود. هضم بی هوازی تفاله، بقایای مواد غذایی و رسوب اولیه و ثانویه می تواند بیوگاز تولید کند. رسوبات تصفیه شده برای ساخت مصالح ساختمانی و همچنین به عنوان یک افزودنی خاک جاده با استفاده از فرایندهای تثبیت شیمیایی استفاده شده است.
فرایند تثبیت شیمیایی شامل واکنش شیمیایی یا انکپسولاسیون ذرات رسوب از طریق ترکیب رسوب تصفیه شده با عوامل تثبیت کننده، مانند سیمان، سیلیکات سدیم، پوزولان یا آهک می باشد. فاضلاب مواد غذایی و کشاورزی محصول فرعی فرآوری مواد غذایی و کشاورزی است که باید به دقت امکان بازیابی مواد با ارزش آن مورد بررسی قرار گیرد. بسیاری از طرح های استفاده بالقوه از محصولات رسوب مطرح شده است و برخی از آنها در آزمایشگاه و یا در عملیات در مقیاس تجاری در حال بررسی هستند.
مقدمه: در اصل، ضایعات محصولاتی هستند که ارزش آن ها هنوز مشخص نشده است. در سراسر کشورهای توسعه یافته، فاضلاب غذایی و کشاورزی معضلی است که نباید از نظر دور نگه داشته شود. اکثر رویکردهای مدیریت فاضلاب روشهای تغلیظ، تبدیل، و / یا جابجایی ضایعات، مانند تصفیه فیزیکوشیمیایی و بیولوژیکی، سوزاندن، یا دفع در زمین / دریا هستند.
این در تضاد کامل با روزهای اولیه توسعه بشری است، زمانی که فاضلاب های کشاورزی و مواد غذایی به طور کامل به عنوان کود و خوراک دام مورد استفاده قرار گرفته می گرفت. حتی امروزه در برخی از کشورهای کمتر توسعه یافته، شیوه های استفاده از فاضلاب غذایی و کشاورزی برای انواع کاربردها وجود دارد. به نظر می رسد، به همان اندازه که انسان مرفه تر می شود، نگرشش نسبت به فاضلاب مواد غذایی منفی تر می شود.
صنعت مواد غذایی در کل، با این مفهوم بازیابی ارزش "ضایعات" غریبه نبوده است- از ضایعات مواد غذایی برای غذاهای حیوانی و دیگر استفاده های غیر غذایی از قبیل بازیافت پکتین از تفاله سیب و روغن خوراکی از دانه انگور استفاده کرده است. منابع بسیاری از فاضلاب غذایی و کشاورزی حاوی مقادیر قابل توجهی از پروتئین ها، لیپیدها و پلی ساکاریدها و ترکیبات طعم دهنده می باشند، بازیابی آنها بدون شک بار آلی واحد تصفیه فاضلاب را کاهش می دهد.
باید تاکید کرد که استفاده از ضایعات در عملیات فرآوری مواد غذایی و محصولات کشاورزی تنها در صورتی می تواند امکان پذیر باشد که هزینه های اضافی از فرآوری و بازیابی محصولات از فاضلاب کمتر از روش های جایگزین باشد، به عنوان مثال، در تأسیسات تصفیه فاضلاب در محل و یا پرداخت هزینه خدمات برای تخلیه به یک سیستم فاضلاب شهری. همچنین مهم است به یاد داشته باشید که استفاده از مواد زائد جامد فاضلاب مواد غذایی و کشاورزی تا حد زیادی بستگی به این دارد که آیا کسر قابل استفاده از ضایعات را می توان به لحاظ اقتصادی از جریان فاضلاب کارخانه فرآوری جدا کرد.
روش های بسیار بازیابی مواد با ارزش بصورت مواد غذایی از ضایعات وجود دارد. مواد غذایی بازیافت شده از پیش تیمار فاضلاب می تواند به عنوان خوراک دام استفاده شود و یا برای تخمیر در تولید اتانول و حتی گاز هیدروژن بصورت میکروبی با گلوکز و ساکارز در غیاب اکسیژن تولید می شود، مورد استفاده قرار گیرد. هضم بی هوازی تفاله، بقایای مواد غذایی و رسوب اولیه و ثانویه می تواند بیوگاز - متان به عنوان جزء اصلی مفید - به عنوان سوخت تولید کند.
کربوهیدرات ها، چربی ها و پروتئین های قابل بازیافت برای مصرف انسان و حیوان در حال حاضر، پروتئین های آب پنیر از آب پنیر مایع برای مصرف انسان و خوراک دام در مقادیر محدود در صنایع لبنی بازیافت می شود. پروتئین های آب پنیر در فرمولاسیون غذای نوزاد، در مواد غذایی بهداشتی و در محصولات نانوایی کاربرد پیدا کرده اند. پروتئین آب پنیر بازیافت شده می تواند به عنوان پوشش های خوراکی مانع اکسیژن در غذاها و پوشش مانع چربی بر روی کاغذ مورد استفاده در صنعت خدمات غذایی و یا پوشش ناخالص صنعت شیرینی سازی و مواد شیمیایی اختصاصی حد واسط دارویی مورد استفاده قرار گیرد.
فاضلاب تولید شده در کارخانه های فرآوری غذاهای دریایی و ماهی فراوان هستند، اما حاوی هیچ مواد سمی نیستند و در نتیجه به راحتی برای بازیابی مواد غذایی، که برخی از آنها پروتئین های محلول می باشند موجود هستند. بازیابی پروتئین های محلول با یک فرایند جداسازی غشایی که به درستی انتخاب شده امکان پذیر است و پس از اینکه روغن ماهی حذف شد، غربال ها و دستگاه های شناور سازی می تواند بقایای ماهی و روغن های حاصل از جریان فاضلاب مورد استفاده در خوراک دام را بازیابی کنند.
فن آوری های مبتنی بر روش غشایی پتانسیل بسیار زیادی در تغلیظ، تجزیه و تفکیک نمودن و خالص سازی مواد آلی و معدنی در محلولهای آبی یا سوسپانسیون دارند و یا می توانند به صورت مراحل جداسازی حد واسط برای تسهیل بازیافت موثر و مقرون به صرفه مواد با ارزش مورد استفاده قرار گیرند. در تجهیزات تولید چیپس سیب زمینی، مقدار زیادی آب برای شستشو، پوست کندن، برش دادن، بلانچینگ و سرخ کردن استفاده می شود و به دنبال آن، فاضلاب تولید شده در کارخانه حاوی مقدار زیادی نشاسته - حاصل از شستشو، پوست کندن، برش دادن و بلانچینگ - و روغن - از سرخ کردن - می باشد.
بنابراین بازیافت این مواد می تواند مزایای فاضلاب با BOD5 کم مناسب برای تخلیه مستقیم به یک سیستم فاضلاب شهری و مواد مفید فروخته شده برای کسب سود تولید کند. Catarino و همکاران - 2006 - یک سیستم یکپارچه برای بازیابی نشاسته از فاضلاب جمع آوری شده قبل از سرخ کردن با استفاده از یک سری از هیدروسیکلون ها و واحد فیلتر خلاء توسعه داد، در حالی که چربی و روغن از مخزن ته نشینی وزنی حذف شد.
ترکیبات قابل بازیافت عطر و طعم دهنده از فاضلاب های فرآوری مواد غذایی بازیابی عطر و طعم از فاضلاب های مواد غذایی مدت ها مد نظر بوده است، با این حال، - با چند استثنا - تا پیدایش فن آوری های مبتنی بر غشا، از نظر فنی و اقتصادی امکان پذیر نبود. امروزه، تکنولوژی pervaporation با موفقیت برای بازیافت محصولات عطر و طعم از تخمیر براث در بیوراکتور استفاده می شود Trifunovic - و Tragardh،2002؛ Peng و Liu، . - 2003 فاضلاب حاصل از عملیات فرآوری میوه و سبزی، گزینه های مناسبی برای بهبود عطر و طعم می باشند.
برای مثال، آب بلانچینگ حاصل از فرآوری سبزیجات حاوی ترکیبات معطری است که می تواند برای استفاده در تعدادی از مواد غذایی و غیر غذایی، برداشت شود. در بلانچینگ آبی، سبزیجات در آب جوش غوطه ور می شوند. در بلانچینگ بخار، سبزیجات بالای آب جوش به حالت تعلیق در می آیند و تنها با بخار گرم می شوند. آب بلانچینگ معمولا منجر به از دست دادن بیشتر مواد مغذی از طریق لیچینگ می شود، اما زمان کمتری نسبت به بلانچ بخار طول می کشد. غذاهای بلانچ شده معمولا بلافاصله پس ازعمل بلانچ در آب خنک کننده غوطه ور می شوند.
فاضلاب ترکیبی حاصل از عمل بلانچ و خنک کردن شامل مقدار مشخصی از مواد جامد محلول، مواد زائد درشت، ذرات ریز، و مولکول های کوچک مانند ترکیبات بودار - عطر - می باشد. ترکیبات معطر در آب بلانچینگ بسته به نوع سبزی بلانچ شده متفاوت است. برای مثال، بیش از 33 ترکیب معطر در گل کلم، کلم و کلم بروکسل یافت شده است MacLeod - ، . - 1970 این ترکیبات می توانند با تکنولوژی pervaporation بازیافت شود، با این حال، تفکیک یا جزء به جزء کردن این مولکول ها در حال حاضر دشوار است.
محصولات جانبی قابل بازیافت غذایی / کشاورزی برای استفاده غیر خوراکی مواد شیمیایی خاصی مانند تارتارات را می شود از ضایعات شراب انگور تولید نمود؛ چسب و ژلاتین را می توان از ضایعات حاصل از عملیات فرآوری گوشت و مرغ استخراج نمود. هورمون ها و ویتامین ها نیز ممکن است از فرآوری گوشت، مرغ، و شیلات تولید شود. استفاده از فاضلاب های حاصل از فرآوری مواد غذایی به عنوان سوبستراهایی برای تولید زیستی گوناگون سود بالقوه اقتصادی گزارش شده است.
به عنوان مثال، مواد زائد حاصل از فرآوری صدف برای تولید پروتئین تک یاخته سلولی و آماده سازی آمیلولیتیک بسیار پایدار از گونه های مختلف آسپرژیلوس استفاده شده است Murado - و همکاران، Hernandez . - 1993 و همکاران - 2006 - آمیلاز و پروتئاز توسط آسپرژیلوس نایجر سویه UO-1 را با استفاده از فاضلاب ها حاصل از آبجوسازی و فرآوری گوشت تولید کرده اند. آمیلاز به طور گسترده ای در صنایع غذایی، تخمیر به طور کلی و در صنایع نساجی و کاغذ استفاده می شود؛ پروتئاز می تواند در تولید پنیر، آماده سازی گوشت، پخت و منسوجات و چرم و همچنین به عنوان یک افزودنی به مواد پاک کننده استفاده می شود.
علاوه بر اتانول و متان، که می تواند یا به عنوان سوخت و یا مواد شیمیایی استفاده شود، نمونه های بسیاری از محصولات شیمیایی خاص که از تخمیر کربوهیدرات ها توسط گونه های مختلف میکروارگانیسم ها حاصل می شود، وجود دارد Leeper - و همکاران، . - 1991 لاکتیک اسید، اسید سوکسینیک، اسیدهای آلیفاتیک، سوربیتول، اسید استئاریک و اسید لینولئیک فقط تعداد کمی از بسیاری از محصولات شیمیایی حاصل از تخمیر قندها - گلوکز و ساکارز - و لاکتوز می باشند.
تولید انرژی یا سوخت از فاضلاب ها اتانول در حال حاضر در ترکیب بنزین و سوخت برای موتور خودروهایی به طور خاص طراحی شده استفاده می شود. اتانول می تواند از فاضلاب های مواد غذایی و کشاورزی تولید شود تا زمانی که مقادیر کافی قند یا نشاسته در آن ها وجود دارد. اتانول تولید شده با فرآیند تخمیر محتوای اتانول نسبتا کم دارد، که باید برای استفاده به عنوان سوخت برای موتورهای احتراق داخلی تا 95 یا بیشتر غنی شود. ترکیبی از تقطیر و pervaporation، تقریبا 100 اتانول خالص تولید خواهد کرد Peng - و همکاران.، . - 2003
بیوگاز حاصل از فرآیندهای بی هوازی مانند هاضم بی هوازی رسوبات یا راکتورهای بی هوازی برای کاهش فاضلاب با قدرت بالا به خوبی شناخته شده است و برای یک درجه خاص در مقیاس کوچک استفاده می شود مردم در ارتباط با گرم شدن کره زمین احساس افسردگی بیشتری دارند زیرا متان، گاز گلخانه ای بدتری از CO2 است، و CO2، متشکل از اکثریت بیوگازهای حاصل از محل های دفن زباله است، در حالی که کارآفرینان همان بیوگاز را به عنوان "الماس در سختی" بخشی از "انقلاب سبز " جدید که طلیعه ای در یک اقتصاد سبز است، می بینند.
بیوگاز تنها گاز قابل احتراق تولید شده از فاضلاب مواد غذایی و کشاورزی نیست. تحقیق در مورد تولید گاز هیدروژن از طریق تخمیر قندها در فاضلاب ها نتایج امیدوار کننده ای نشان داده است Ueno - و همکاران.، 1996؛ Van Ginkel و همکاران.، 2005؛ Hussy و همکاران.، . - 2005 اگر چه تولید هیدروژن از تخمیر فاضلاب ها مقدار قابل توجهی از محتوای جامد را کاهش نمی دهد، روش دیگر، که تولید گاز هیدروژن و تولید برق در یک سیستم واحد را ترکیب می کند، در حال کسب توجه و منافع جدیدی به دلیل کاهش ضایعات آن و همچنین تولید انرژی است Logan - ، 2004؛ Oh و Logan، . - 2005 مقدار برق تولید شده در سلول میکروبی کم بود، اما پتانسیل کاربرد این تکنولوژی روشن به نظر می رسد.
پتانسیل کاربرد کالاهای صنعتی مشتق شده از تصفیه رسوب رسوب تصفیه شده بصورت مفیدی در کشاورزی به عنوان کود یا تهویه خاک استفاده می شود. بسیاری از طرح های استفاده بالقوه از محصولات رسوب مطرح شده است، و برخی از آنها در آزمایشگاه و یا در عملیات در مقیاس تجاری امتحان شده اند. برای مثال، رسوب تصفیه شده آب زدایی شده با موفقیت برای ساخت مصالح ساختمانی مانند بتن و قیر مخلوط و همچنین به عنوان یک افزودنی خاک جاده با استفاده از فرایندهای تثبیت شیمیایی استفاده شده است.
فرایند تثبیت شیمیایی شامل ترکیب رسوب تصفیه شده با عوامل تثبیت کننده، مانند سیمان، سیلیکات سدیم، پوزولان - سیلیکات دانه ریز - ، یا آهک است، تا بصورت شیمیایی واکنش دهند و یا انکپسولاسیون ذرات رسوب می باشد Metcalf - و Eddy، .Inc، . - 1991 باقیمانده نهایی سوزاندن یا دیگر فرآیندهای حرارتی نیز برای تولید مواد جاده subbase یا سنگدانه بتن استفاده شده است Takeda - و همکاران.، . - 1989 از آنجا که مواد تشکیل دهنده اصلی برای پودر سیمان پرتلند، سنگ آهک، خاک رس، سیلیس، آهن و غیره هستند و خاکستر رسوب سوزانده شده معمولا حاوی مواد تشکیل دهنده مشابه خاک رس است، با موفقیت به عنوان بخشی از مواد سیمان استفاده می شود.
