Procesy doczyszczania wody
Wraz ze wzrostem skażenia środowiska rośnie zanieczyszczenie wód – nie tylko powierzchniowych, ale i podziemnych. Równocześnie coraz dokładniejsza analityka badawcza pozwala na szczegółowe określenie substancji zanieczyszczających i ich wpływu na zdrowie człowieka. Powoduje to poszukiwanie bardziej dokładnych metod uzdatniania wody przeznaczonej na cele spożywcze.

Znacząca różnorodność zanieczyszczeń występujących w ujmowanych wodach przyczynia się do tego, że skuteczne ich oczyszczanie – zwłaszcza tych powierzchniowych – jest kłopotliwe i musi być ustalane indywidualnie dla konkretnego ujęcia. Woda to tymczasem jeden z najpowszechniej wykorzystywanych surowców w przemyśle spożywczym. Występuje w wielu procesach i operacjach jednostkowych, np. spławianiu surowca, myciu, blanszowaniu, pasteryzacji, ogrzewaniu, chłodzeniu, jako składnik bardzo wielu produktów, do mycia i dezynfekcji urządzeń, a także do ogólnej higieny w każdym zakładzie. Zachowanie jej jakości to niezwykle istotne zagadnienie na każdym etapie wytwarzania, a szczególnie wtedy, gdy wchodzi ona w skład produktu końcowego, bądź ma z nim bezpośredni kontakt.
Procesy technologiczne podczas produkcji spożywczej wymagają zwrócenia uwagi na jakość wody – szczególnie należy skupić się na łatwości powstawania osadów, korozji, pienieniu się czy możliwości szybkiego rozwoju bakterii.
Jakość wody
W większości zakładów przemysłu spożywczego stawia się wodzie analogiczne wymagania, jakie dotyczą wody przeznaczanej na cele spożywcze, a której stopień zanieczyszczenia określa rozporządzenie ministra zdrowia z dnia 7 grudnia 2017 roku z późniejszymi zmianami [6]. Określa ono jakość wody przeznaczonej do spożycia przez ludzi, w tym wymagania bakteriologiczne, fizykochemiczne i organoleptyczne, oraz wdraża przepisy dyrektywy 98/83/EC z dnia 3 listopada 1998 r. Niektóre technologie stosowane w przemyśle spożywczym wymagają jednak jakości wody lepszej niż ta przeznaczona na cele spożywcze. Do takich należy np. produkcja napojów z koncentratów czy określonych gatunków piwa – wówczas należy zastosować dodatkowe doczyszczanie wody. Część zakładów przemysłu spożywczego posiada także własne ujęcia – wtedy wodę trzeba uzdatnić do wymaganej przez zakład jakości.
Coraz powszechniejszą praktyką w zakładach z branży spożywczej jest zamykanie obiegów wody na terenie zakładu. Przyczyniają się do tego przesłanki środowiskowe, jednak głównym motorem takich działań są powody ekonomiczne. W tych przypadkach stosuje się wysoce wyspecjalizowane systemy oczyszczania (jest to proces tzw. odnowy wody).
Procesy uzdatniania wody
Procesy, w których oczyszczana i uzdatniana jest woda, są znane i wykorzystywane od wielu lat. Obecnie stosuje się coraz nowsze techniki i technologie, prowadzące do wysokosprawnego usuwania zanieczyszczeń z wody. Można tu wymienić procesy, takie jak:
• napowietrzanie,
• koagulacja,
• sedymentacja,
• flotacja,
• filtracja,
• sorpcja,
• wymiana jonowa,
• utlenianie chemiczne,
• procesy membranowe,
• dezynfekcja.
Napowietrzanie – polega na nasycaniu wody tlenem, najczęściej przez przedmuchiwanie przez nią powietrza. Służy głównie do usuwania rozpuszczonych gazów, takich jak: tlenek węgla(IV) CO2, siarkowodór (H2S). Częściej stosowane przy uzdatnianiu wód podziemnych, przede wszystkim do usuwania żelaza i manganu.
Koagulacja – jest to proces destabilizacji zawiesin koloidalnych przy użyciu cząsteczek o wysokiej gęstości ładunku jonowego. Stosowana do usuwania z wody wszystkich cząstek o rozdrobieniu koloidalnym, drobno zdyspergowanych oraz zawiesin trudno opadających. Zapewnia destabilizację i agregację cząstek zarówno organicznych, jak i nieorganicznych, które następnie – jako większe aglomeraty – mogą być usunięte w procesach sedymentacji i filtracji.
Sedymentacja – służy do usuwania zawiesin, a więc tych cząstek, które mają gęstość większą od gęstości wody.
Flotacja – proces, w którym cząstki o gęstości mniejszej od gęstości wody wypływają na jej powierzchnię.
Filtracja – proces zapewniający usuwanie z wody cząstek o średnicy powyżej 0,1 m. Podczas filtracji woda przepływa w określonym kierunku z odpowiednią prędkością przez złoże filtracyjne. Najczęściej stosowanymi materiałami filtracyjnymi są: piasek kwarcowy, węgiel antracytowy, węgiel aktywny, czasami używany jest dolomit. Wykorzystanie materiału filtracyjnego zależy od rodzaju zanieczyszczeń znajdujących się w wodzie, a także od jej przeznaczenia.
Sorpcja – wykorzystywana do usuwania rozpuszczonych związków organicznych (refrakcyjnych), w tym ich produktów niepełnego utlenienia chemicznego. Proces sorpcji na węglu aktywnym jest stosowany do obniżania zawartości zanieczyszczeń powodujących barwę, smak i zapach wody.
Wymiana jonowa – używana do usuwania z wody substancji rozpuszczonych. W zależności od rodzaju żywic jonowymiennych wymieniane są kationy bądź aniony na jony grup funkcyjnych jonitów. Wymianę anionów zapewniają anionity, natomiast kationów – kationity. Wymiana jonowa, wykorzystywana powszechnie w technologii oczyszczania wody przede wszystkim do usuwania jonów nieorganicznych, znajduje coraz częściej zastosowanie jako samodzielny proces (lub w połączeniu z innymi procesami) do usuwania naturalnych, jak również antropogenicznych zanieczyszczeń organicznych z wody [4]. Wymiana jonowa, głównie, jest stosowana do usuwania związków powodujących twardość wody. Zastosowanie odpowiedniego układu anionitów i kationitów może zapewnić jej całkowitą demineralizację.
Utlenianie chemiczne – najczęściej stosuje się w celu usunięcia związków barwnych (substancji humusowych), związków powodujących smak oraz związków trudno usuwalnych w innych procesach. Może też być wykorzystywane jako wspomaganie koagulacji, utlenianie żelaza i manganu, utlenianie siarkowodoru i siarczków, a także do usuwania mikroorganizmów.
Procesy membranowe – stosuje się w celu odsalania wody oraz w technikach specjalnych. Do procesów membranowych należy zaliczyć:
• mikrofitrację (MF),
• ultrafitrację (UF),
• nanfiltrację (NF),
• odwróconą osmozę (RO),
• elektrodializę (ED).
Procesy te pozwalają na usunięcie z wody cząstek o wymiarach od 10-1 do ok. 10-3 m.
W procesie mikrofiltracji używa się membran o porach rzędu 0,1-5 m. Przebiega ona dzięki różnicy ciśnień hydrostatycznych po obu stronach membrany – osiągane ciśnienia są rzędu 0,05-0,5MPa [5].
Ultrafiltracja to proces, który obejmuje zakresem separacji substancje o wymiarach w granicach 0,005-0,1 m (5-100 nm), a różnica ciśnień na membranach osiągana podczas tego procesu to 0,2-1,0 MPa [5].
W procesie nanofiltracji stosuje się membrany o porach rzędu 0,001-0,005 m (1-5 nm). Z kolei odwrócona osmoza, nazywana również hiperfiltracją, przebiega na membranach o średnicy porów 0,0001-0,001 m (0,1-1,0 nm). Ponieważ przepływ rozpuszczalnika następuje przeciwnie do ciśnienia osmotycznego, więc aby proces mógł zajść, musi być wytworzona duża różnica ciśnień – rzędu 1-10 MPa [5].
Elektrodializa to proces membranowego rozdzielania roztworów ciekłych, których składniki jonowe przenikają przez membrany pod wpływem różnicy potencjałów zewnętrznego pola elektrycznego. W procesie tym wykorzystywane są membrany jonowymienne, mające ładunek dodatni (przepuszczalne dla anionów – anionity), albo ujemny (przepuszczalne dla kationów – kationity).
Dezynfekcja – podstawowy cel to zniszczenie żywych i przetrwalnikowych form organizmów chorobotwórczych oraz zapobieganie ich wtórnemu rozwojowi w sieci wodociągowej. Niestety, po procesie dezynfekcji powstają w wodzie uboczne produkty – grupa niepożądanych substancji tworzących się na skutek reakcji środków dezynfekcyjnych ze składnikami wody. Znaczna większość tych produktów to związki organiczne, ale również nieorganiczne, takie jak bromiany, chloryny i chlorany. Dzięki rozwojowi metod analitycznych, od lat 70. ubiegłego wieku nastąpiło rozpoznanie tych produktów ubocznych [1], z których większość występuje na poziomach milionowych lub niższych części grama w litrze wody (ppb). Wiedza zdobyta dzięki tym badaniom została wykorzystana do ustanowienia nowych regulacji prawnych w zakresie jakości wody przeznaczonej na cele spożywcze, a dzięki temu – do ochrony zdrowia konsumentów.


Komentarze