Trajtimi Anaerobik i Ujrave të shkarkuar në Industri Ushqimore

Trajtimi i ujrave të shkarkuar në industrin ushqimore

Me anë të këtij projekti do të mundohemi të paraqesim metodat e trajtimit të ujrave të shkarkuar në industrinë ushqimore, në rastin tonë kemi të bëjme me fabriken e përpunimit të qumështit. Trajtimi i ujrave të shkarkuar mund të bëhet në dy mënyra me metoden aerobike dhe atë anaerobike, Metoda aerobike kërkon investime më të mdha por arrin të bëjë konverzimin më të mirë të materjes që do të thotë se COD (chemical oxygen demand/ harxhimi kimik i oksigjenit)  nga 100 kg ulet në 2-10 kg pas trajtimit. Metoda anaerobike është ekonomikisht me tërheqëse duke marrë parasysh që nga kjo metodë mund të nxjerim energji të shfrytëzueshme, dhe sipërfaqja e nevojshme për aplikimin e kësaj metode është dukshëm më e vogël, vlera e COD-së nga 100 kg ulet deri 10- 20 kg COD pas trajtimit. Këshillohet që metoda aerobike aplikohet si fazë e dytë, tek metodat anaerobike, me te cilen arrihen standardet e aplikueshme për ujrat e shkarkuar industrial. 

Me metoden e anaerobe të trajtimit të ujrave të shkarkuar, nënkuptojm trajtimin e mbetjeve të cilat janë biodegraduese me mikroorganizma pa pranin e oksigjenit. Ky lloj i procesit ndodhë edhe në natyrë, në siperfqen nëntoksore, sikurse janë liqejt dhe nën sedimentin e oqeaneve, procesë i cili është i njohur me emrin “Aktiviteti anerobik”, gjatë këtij aktiviteti lirohet metani dhe dioksidi karbonit.  

Metodat anaerobe e trajtimit të ujrave të shkarkuar, mund të aplikohen në industri dhe në amvisni, me që rast mund të prodhohet energji e shfrytëzueshme. Ky lloj i karbohidrati i liruar gjatë këtij procesi mund të përdoret si lënd djegëse apo mund trajtohet që të përfitojm biogazin natyral. Mbetjet të cilat krijohen me rastin e trajtimit të ujrave të shkarkuara, gjithashtu mund të përdoren si fertilizator në bujqësi. Një ndër arsyet kryesore që shtetet e zhvilluara e kanë ngritë interesimin për trajtimin e ujrave të shkarkuar me metoda anaerobe, është lirimi i një sasie të madhe te energjisë se shfrytëzueshme e cila lirohet gjatë ketijë procesi. Kjo mënyr e trajtimit të ujrave të shkarkuar ka filluar të aplikohet qysh para 30 vjetesh, ne Europen përendimore. Vlenë të theksohet se siperfaqja për trajtimin ujrave të shkarkuar me metoden anaerobike është shum më e vogël se siperfaqja e nevojshme për trajtimin me metoden aerobike.     

                                         Public university in Delft, Netherlands

Proceset aneaerobike të trajtimit të ujrave të shkarkuar në industri ushqimore

Ky lloj i procesi i trajtimit arrihet duke përdorur një numër të madh të mikrooganizmave të cilat me anë te reaksioneve kimike, shëndrojn biomasen në biogazë.

                                    C₆H₁₂O₆                         3CO₂ + 3CH₄

                                    Glukoz            Dioksidi Karbonit      Metani

      Përmbledhja e reaksionit kimik që zhvillohet gjatë procesit të shëndrrimit të biomasës

Tretja anaerobe është një proces shumë fazash që është e dobishme jo vetëm në menaxhimin e mbetjeve biologjike dhe kimike, por gjithashtu edhe në krijimin e energjisë. Ekzistojnë katër hapa themelore të tretjes anaerobe që përfshijnë hidrolizën, acidogjeneza, acetogjeneza dhe metanogjeneza. Gjatë gjithë këtij procesi, polimeret të mëdha organike që përbëjnë biomasën janë zbërthyer në molekula të vogla me ndihmen e kimikateve dhe mikroorganizmave. Pas përfundimit të procesit të tretjes anaerobe, biomasa është konvertuar në biogas, përkatësisht dioksid karboni dhe metan, si dhe ujëra të zeza te digjestuara.

Procesi traitimit anaerobik i ujrave të shkarkuar janë

 

1.      Hidroliza

2.      Acidifikimi

3.      Acetogjeneza

4.      Metanogjeneza

1.      Hidroliza

Biomasa paraqitet në grimca të mëdha organike polimere të cilat janë të  tretura, te cilat duhet të konvertohen në monomere të thjeshta. Kjo mundëson reagimin e bakterieve me këto materie organike, struktura e tyre zingjirore duhet të shkatërrohet në pjesë më të vogla. Këto monomere, sikurse është sheqeri janë plotësisht të depertueshme për bakterie. Pra ky proces i  shkatrrimit të strukturës zingjirore të polimereve, duke i shndërruar ato në molekula më të vogla në tretësirë quhet Hidrolizë    

2.      Acidifikimi

Acidogjeneza është faza e dytë nga katër fazat e tretjes anaerobe: kjo paraqet procesin e vazhdueshëm të zbërthimit të komponenteve me anë të bakterieve acidogjene. Ky është një reagim biologjik ku monomeret e thjeshta janë konvertuar në acide yndyrore të paqëndrueshme, se bashku me amonium, dioksid karbonit dhe sulfite te hidrogjenit.

3.      Acetogjeneza

Acetogjeneza paraqet fazen e tretë të trajtimit me anë të metodes anaerobike duke e shndërruar në acetogjene, kjo paraqet një fazë ku krijohen molekulat e thjeshta me anë të procesit te acetogjenezes te cilat vazhdojnë te degradohen duke u konvertuar në acid acetik, dioksidi i karbonit, dhe hidrogjen.

4.      Metanogjeneza

Faza përfundimtare e procesit anaerobik të trajtimit të ujrave të shkarkuar është Metanogjeneza. Këtu metanogjenet i përdorin produktet e ndërmjetme për të i konvertuar ne metan dioksid karbonit dhe ujë. Pra paraqet një proces biologjik ku acetatet janë konvertuar në metan dhe dioksidit të karbonit, gjërsa hidrogjeni konsumohet.

Si më posht paraqitet mënyra e shndërrimit të materies organike

Konfiguracioni i Reaktorit per tetrajtimin e ujrave te shkarkuar me metoden anaerobike

Në ditët e sotme në Europë janë konfiguruar lloje të ndryshme të reaktorëve. Por ato të cilat implementohen më se shumti janë te tipit më përzierje të plotë, lloje të tjera të reaktoreve janë me filtera anaerobik dhe ato me krijimin e shtreses së siperme tte llumi te njohur si mbulesa (UASB). Me poshtë do të skjarohen llojet një nga një.

 

A.     Reaktorët me përzierje të plotë

Reaktorët me përzierje të plotë faktikisht paraqet një tank në të cilin uji shkarkuar nxehetë dhe përzihet me një masë aktive të mikororganizmave. Sasia e fluideve të hyrje në këtë reaktor është e njejtë me atë të daljes, duke e mbajtur kështu nivelin e njejtë te fluideve në reaktor. Mikrogorganizmat qe formojn metanin dhe dalin jashtë se basku nga digjestori me fluidet e derdhura. Për të arritur një sasi optimale të biogazit, duhet qe fluidet rrjedhëse të mbahen 20- 30 ditë. Mbajtja e lëngjeve mund të redukohet nëm 4-6  ditë kur një pjesë e mikroorganizmave kthehen ne digjestor. Në sisteme me përzieje të plotë, substancat e forta solide fundorhen në një sitë gjersa mikroorganizmat e nevojshme kthehen ne digjestore.    

   

  

B.     Filteri Anaerobik

Filteri anaerobik paraqet një shtresë fikse biologjike e cila përdoret për trajtimin e ujrave te shkarkuar, ajo krijon një lidhje siperfaqësore ku gjinden mikroorganizmat anaerob në formë të biofilmit. Trajtimi i kryhet në atë mënyrë që lëngjet për trajtim rrjedhin në drejtim së larti nëpërmjet të kësaj shtrese fikse, ashtu që ndotësit të cilët duhen trajtuar absorbohen në biofilm. Filtrat anaerob janë sisteme anaerobe që eliminojn nevojën e separimit të materieve solide dhe riciklimin, duke krijuar një sasi të madhe të llumit dhe nivel të ulët të qendrimit të  ujrave për trajtim. Kufizimi i filtrave anaerobe janë kryesisht ato fizike që lidhen me përkeqësimin e strukturës së sipërfaqes se tyre për shkak të akumulimit gradual të lëndëve te ngurta jo-biodegraduese. Kjo çon përfundimisht në kanalizimin dhe krijimin e një qarku të shkurtër të rrjedhës, dhe për këtë arsye filtrat anaerobe janë të papërshtatshme për ujërat e zeza me përmbajtje të lartë të materieve te ngurta.

Univerziteti Teknologjik "Delft", Holandë

C.     Mbulesa Anaerobik e Llumit me Rrjedhë Përpjet (UASB)

Në këta reaktor, mikrobet suspendohen (ndahen) në menyrë të vazhdueshme nga rrjedha e lëngut i cili rrjedh prej poshtë lartë (përpjet). Rrjedha përcaktohet në atë mënyr që të lëshoj grimcat të vogla të rrjedhin përpjet, gjersa i pamundëson largimin e grimcave të mdha duke i mbajtur në digjestor. Mikroorganizmat krijojn biofilmin për reth llumit, dhe substancat (granulat mikrobike) krijuese te metanit mbesin ne digjestor. Efluenti dales ndonjëher kthehet në digjestor duke u ricikluar, njëherit duke mbajtur rrjedh konstante prej poshtë lartë (përpjet). Në këto raste të digjestorve koha mbajtjes mund të jetë nga një orë deri një ditë, gjersa mbajtja e materialeve të mdha solide deri 90 ditë. Në këtë mënyr ky sistem është në gjendje ti ndajë materiet solide dhe koha e mbajtjes të rritet nëpermjet mbulesa së krijuar nga llumi.

1.      Llumi / Biomasa Hyrja

2.      Pllakat Ndarese të Gazit

3.      Kthimi i llumit të mbetur

Bazuar ne principet e anaerobike te sistemit UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket) janë zhvilluar disa modifikime të këtij sistemi sikurse që është Zgjerimi i Shtratit te Llumit (EGSB- Expanded Granular Sludge Beds) dhe Cirkulim Intern, krejt këto modifikime janë kryer që ti përshten proceseve të ndryshme të prodhimit.

d). Llumi me shtrat të zgjeruar për tretje EGSB (Expanded granular sludge bed digestion)

Ky llojë i reaktorit aplikohet për ato sisteme ku rrjedha e eflunetit është e lartë, dhe mundësia e kalimit të efluentit nëpër shtratin e madhë të llumit për mundësuar përmirsimin e kontatktit të ujrave të zhgarkuar (të zeza) me llumit. Ky përmirism mundësohet duke përdorur reaktor të gjatë ose duke inkorporuar një reciklim rrjedhës (ose te dyjat bashk).

Përparsit: përzierjen intensive te influentit dhe riqarkullimin e jashtëm rezulton në përqendrim optimal COD, mundësia e rregullimit të shpejtësis që të mundësohet adaptimi i rrethanave të veçanta, linjat e shumta te hyrse që mund të rregullohen individualisht kontroll e ngjeshur, me kotnroll të plotë të gazit të liruar (pa erë), biogazi mbledhet në krye te reaktorit dhe dergohet për përmirsim.

 Rrjedha e llumit me cirkulim të jashtem në EGSB 

Pamja e mbërndeshme e kolektorit te gazit

Pamja e rezervuarit te Biogazit të fituar gjate trajtimit anaerobik

Proceset Biokimike që Zhvillohen Gjatë Shëndrrimit të Biomases në Biogaz

Tretja anaerobe është një proces kompleks biokimik i reagimeve të ndërmjetësuara biologjikisht nga një konsorcium të mikroorganizmave për të kthyer në komponimet organike në metan dhe dioksidit të karbonit. Ky është një proces stabilizimit, i cili e ulë kudërmimin, edhe redukohen patogjenet dhe masa njëkosisht.

Bakteret hidrolitike formojnë shumë lloje të produkteve të reduktuara, në fund nga fermentimi i një substrati të caktuar. Përfaqësues termofilik i baktereve hidrolitike anaerobe është e ashtequajtura baktere Brockie, e cila e fermenton glukozën, nëpërmjet rrugës Embden-Meyerhof Parnas. Baketeria termofilike Brockie e hetero-acidit laktik, është baktere atipike sepse përveç acidit laktik dhe etanolit ajo e formon edhe hidrogjenin molekulare (H2). Redukton në fund-produktet e fermentimit të glukozës te cilat janë formuar me enzime nga piruvatet, nëpërmjet mekanizmave të mëposhtme:

•        kripa e acidit laktik nga [bisphosphatet fruktozes në fruktoze    
•       te gjitha fosfatet (F6P) aktivizohen ne laktat te dehidrogjenazës;
•      H2 nga piruvatet për fer-redox dhe oksidoreduktaza dhe hydrogjenazes A; nëpërmjet NADH dhe NADPH- te lidhura me etanol (alkool) dehidrogjenazës.

Nga ana e saj, aktiviteti acidogjenetik u gjet në fillim të shekullit 20, por kjo nuk ishte aplikuar deri në mes të viteve 1960 sepse procesi i ndarjes se fazave ishte supozuar se përmirëson stabilitetin dhe tretës te mbeturinave gjatë trajtimit. Në këtë fazë, Molekulat komplekse (Karbohidratet, lipide, dhe proteina) janë depolimerizuar në komponime të tretshme nga enzimat hidrolitike (celulases, hemicelulazes, amylazes, lipazes dhe proteaza). Komponimet e hidrolizuara dhe te thartuara në acide yndyrore janë të paqëndrueshme, sikurse janë: (acetatet, propionatet, butiratet, dhe laktatet), dhe komponimet neutrale (etanol, metanol), si dhe amoniaku, hidrogjeni dhe dioksidit të karbonit.

Acetogjeneza është një nga reaksionet kryesore të kësaj faze, në këtë fazë, metabolitët ndërmjetme të prodhuar metabolizohen në acetate të hidrogjenit dhe në gazë karbonik nga tri grupet kryesore të baktereve: Homoacetogjenet, Syntrofet dhe Sulforeduktoret.

 

a). Homoacetogjenet.

Homoacetogjenet janë shumë më të adaptueshëm se metanogjenet, sepse përveç të qënit autotrofe ata mund të jetojnë si kemoheterotrofe. Në regjimin rritjes heterotrofike ato mund të fermentojnë glukozën dhe të nxjerrin disa ATP nga nivel substrat i fosforilimit. Duke vepruar kështu ato prodhojnë dyokside të karbonit dhe hidrogjenit të cilat pastaj mund të përdoren për të fuqizuar mekanizmin kemiosmotik e cila u lejon atyre të nxjerrin disa ATP edhe mundëson frymëmarrjen anaerobe. Stekiometria e përgjithshme e kësaj mënyre të rritjes së homoacetogjeneve është treguar si më poshtë.

Ekuacioni i parë përshkruan fermentimin e glukozës, ku ATP është prodhuar nga niveli substrat i fosforilimit. Ekuacioni i dytë tregon reduktimin e dioksidit të karbonit, me që rast ATP është e gjeneruar nga frymëmarja anaerobe. Ekuacioni i tretë tregon shumën e dy stekiometrive, ku acetati i prodhuar është paraqet një substrat të rëndësishëm për metabolizmin e ndërmjetësimit.

b.) Syntrofet;

Sintrofobakteret janë baktere mashkullore, janë një llojë i proteobakterieve me dy familje, të gjithat janë totalisht anaerobe. Shumë familje nga aceto sintrofobaktere janë reduktuese te sulfateve, disa lloje prej ketyre baktereve janë të lëvizshme duke përdorur një zgjatim polare.

 

C.) Sulforeduktoret. (trajtimi i aromave të këqija në ujëra të zeza)

Sulforeduktoret janë kontrollues te aromave te këqija të cilat lirohen nga ujërat e zeza, pellgjet septike, kanalizimi i ujërave të zeza, etj. Vendet ku bakteret sulforeduktoret bëjn prodhimin, ndër të tjera përfitohet edhe acidi sulfhidrik, i cili dallohet me erën e saj karakteristike te vezëve të prishura. Me shtimin e para-di-kloro-benzeneve, heqim bakteret sulfo reduktues, duke shmangur formimin e derivateve të squfurit, të cilat normalisht janë shkaku kryesor i aromave të këqija. Për shkak të përmbajtjes së saj në tretës alifatike, ajo dobëson yndyrat e krijuar në siperfaqe, duke e bërë kështu më të lehtë pastrimin e siperfaqeve. Në sajë të fuqisë së saj emulzive, formon emulzione krijohet mundesia ma e mir e ventilimt më të mirë të sipërfaqeve. Për shkak të karakterit të saj neutral, nuk ka efekt korodive për metale, dhe nuk do te krijoj ndryshime në pH-në e ujit të trajtuar.

Krahasimi I Teknologjive Të Trajtimit Në Industrinë E Qumështit

Ujrat e shkarkuar në fabrikat e përpunimit të qumështit mund të trajtohen me teknologji kimike ose teknologji biologjike.

Proceset Fiziko Kimike e kanë një përparsi pasi që përdorin sipërfaqe të kufizuar dhe zakonisht mund të vëndosen afër fabrikes. Anët negative të kësaj teknologjie është se për këto procese përdoret sasi e madhe e kemikaljave, dhe në të njejten kohë krijojn sasi të madhe të llumit, e cila më pas duhet largohet. Harxhimet e për hemiklaje dhe largimit e llumit, e bëjnë këtë lloj të trajtimit mjaft të kushtueshëm.

Në proceset biologjike, substancat ndotëse që gjinden në ujrat e shkarkuar mund të biodegradohen njejtë sikurse ndodh në natyrë. Në se zgjidhet një sistem korrekt i trajtimit dhe bëhet dizajnimi adekuat i proceseve bikogjike mund të jepë një zgjidhje me pruarje ekonomike profitabile në industrin e përpunimit të qumështit.

Sistemet Biologjike mund të ndahen në ato aerobike dhe anaerobike. Në sistemet aerobike ndotësit organik do të biodegradohen me anë të oksigjenimit, për të bërë këtë duhet energji për të futur oksigjenin në ujë. Në sistemet anëaeorbike, nuk kemi prani të oksigjenit, dhe ndotësit organik do të biodegradohen me anë të baktereve anaeorbike, me që rast lirohet biogazi.

Si më poshtë bëhet krahasimi në pika të shkurta i sistemit aerobik dhe anaerobik i trajtimit të ujrave të zhgarkuara.              

Sistemi Aerobik

E Realizueshme për ujrat e Zeza            

Temperatura të ulëta 10-20 ⁰C                              Sistemi Anaerobik

Nivel të ulët të ulët të COD

E Realizueshme për Ujrat e Zeza

                                                                            Temperatura mesatare reth 30⁰C           

                                                                             Nivel mesatar/ Lartë/ COD

Efikasiteti i trajtimi:                                            Efikasiteti i trajtimi: Reth 85 %

Më tepër se 95 %                                                 Për ti arritur standardet

Ujrat e trajtuar i plotësojn standardet                   e kerkuara nevojitet

e kerkuara                                                             edhe trajtimi aerobik

Si nusë produkt:                                                    Si nusë produkt:

Sasi e madhe e llumit                                            Sasi e vogel e llumit

                                                                              Biogazi shumë i deshiruar

Harxhmiet e operimit                                            Harxhmiet e operimit

Të larta (Ajërimi- kushton)                                   Sasi energjisë e vogël e shfrytezuar

Harxhimet për largimin e llumit                           Prodhim i energjisë (biogazi)

                                                                              Harxhime të vogla për largimin e llumit

Konkluzion

  

Shfrytëzimi apo trajtimi i hirrës e cila lirohet gjatë procesimit të djathit paraqet një nder shqetësimet më të mdha në ditët e sotme. Duke marr parasysh që përmban sasi të madhe të materieve organike, dhe duke marr parasysh sasinë e madhe të liruar gjatë prodhimit të djathit kjo paraqet një problem serioz për mjedisin. Megjithatë, prodhimi potencial i biogazit (metanit), hidrogjenit ose produkteve të tjera të tregtueshme, me reduktimin e njëkohshme të lartë COD-së përmes trajtimit të duhur dëshmon se hirra e cila lirohet gjatë prodhimit të djathit duhet të konsiderohet si një burim i energjisë dhe jo ndotës. Prania e komponentëve të biodegradueshme në hirrë, së bashku me avantazhet e proceseve anaerobe, e bën metoden e trajtimit anaerobë më atraktive për trajtimin e hirrës. Ky projekt ka për qellim të shqyrtoi aplikimet më reprezentative të cilat janë duke u kryer momentalisht në hirrë, të cilat procese vijnë duke u përsosur në bazë të studimeve shkencore të cilat janë duke u zhvilluar. 

http://productionprocessofpolyurethanefoam.blogspot.com/2023/04/anaerobic-waste-water-treatment-plant.html