Modernizacja oczyszczalni w przemyśle mleczarskim z zastosowaniem fermentacji metanowej

W Polsce produkuje się rocznie prawie 12 mld litrów mleka. Produkcja ta na przestrzeni ostatnich lat utrzymuje się na zbliżonym poziomie. Rozwojowi przemysłu mleczarskiego, modernizacji linii technologicznych oraz znacznemu wzrostowi asortymentu wytwarzanych produktów towarzyszy również wytwarzanie znacznych ilości ścieków technologicznych.

Przyjmuje się, że wskaźnik wytwarzania ścieków waha się w granicach od ok.2,0 do 4,0 m³ na m³ przerobionego mleka. Część zakładów mleczarskich posiada mechaniczno – biologiczne oczyszczalnie ścieków działające w oparciu o biologiczne metody tlenowe osadu czynnego, działające w różnych układach technologicznych. Większość oczyszczalni była budowana w latach 70 i 80 ubiegłego wieku.

Jakkolwiek zastosowanie metody osadu czynnego do oczyszczania ścieków mleczarskich jest rozwiązaniem skutecznym i prowadzi do osiągnięcia optymalnych parametrów dla ścieków oczyszczonych odprowadzanych do odbiorników wód powierzchniowych, to jednak wysokie koszty eksploatacji i problemy technologiczne prowadzenia procesu oczyszczania tą metodą, wynikające głównie ze zmiennej jakości ścieków, wskazują na konieczność modernizacji oczyszczalni w zakresie intensyfikacji i obniżania kosztów oczyszczania.

Z tych względów pojawiła się propozycja modernizacji istniejących oczyszczalni w kierunku wprowadzenia stopnia beztlenowego (fermentacji metanowej) jako pierwszego etapu biologicznego oczyszczania ścieków z przemysłu mleczarskiego.

Ścieki mleczarskie pochodzące głównie z mycia urządzeń produkcyjnych i transportowych, charakteryzują się dość niskim stopniem zanieczyszczenia w stosunku do ścieków z innych działów przemysłu rolno-spożywczego, ale w odniesieniu do ścieków bytowych, stężenie zanieczyszczeń określonych wskaźnikiem ChZT jest ok. 3-4 krotnie wyższe.

Dla mikroorganizmów osadu czynnego stopień zanieczyszczenia ścieków mleczarskich na poziomie 3000-4000 mg O₂/dm³ wyrażony jako ChZT jest za wysoki i dlatego chcąc obniżyć obciążenie osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń, wprowadzono długie czasy przetrzymania ścieków w komorach osadu czynnego. Tak przyjęta technologia prowadziła do budowy reaktorów tlenowych o dużych pojemnościach, co bezpośrednio wpływało na wysokie koszty inwestycyjne.

Długie czasy przetrzymania ścieków, trwające 4-7 dni, powodują konieczność przedłużonego napowietrzania, a to wpływa bezpośrednio na ilość pobieranej energii elektrycznej zużywanej przez instalacje napowietrzające. Szacuje się, że stanowi to ok. 80% całkowitego zużycia energii elektrycznej na procesy oczyszczania.

Następną wadą takiego rozwiązania technologicznego jest wytwarzanie znacznej ilości biologicznych osadów nadmiernych, których zagospodarowanie lub utylizacja znacznie zwiększa koszty eksploatacji oczyszczalni.

Kolejnym problemem związanym ze stosowaniem metody osadu czynnego jest konieczność usunięcia tłuszczy ze ścieków technologicznych przed ich doprowadzeniem do reaktorów tlenowych, co wiąże się z budową odpowiedniej instalacji. Tłuszcze w tych warunkach technologicznych nie ulegają biodegradacji i mogą powodować, nawet w niskich stężeniach, poważne problemy eksploatacyjne związane ze wzrostem bakterii nitkowatych.

Przyczyn intensywnego rozwoju mikroorganizmów nitkowatych w biocenozie osadu czynnego jest wiele, ale do najważniejszych należy zaliczyć nagłe zrzuty wysokoobciążonych ścieków, w których stopień zanieczyszczenia jest kilkukrotnie większy od ścieków standardowych dla danego zakładu. Prowadzi to do gwałtownego zwiększenia obciążenia osadu czynnego ładunkiem zanieczyszczeń i tworzy warunki dla wzrostu bakterii nitkowatych.