Jak monitorować zawartość oleju i tłuszczu w ściekach z przemysłu spożywczego?

Dlaczego olej i tłuszcz stają się problemem z monitorowaniem

Monitorowanie olejów i tłuszczów w ściekach z przemysłu spożywczego to jedno z tych zadań, które wydają się proste – aż do momentu, gdy z laboratorium przychodzą pierwsze wyniki. Zakład może obserwować przejście przez jednostkę flotacji powietrzem rozpuszczonym wody pozornie czystej, a mimo to stężenie olejów i tłuszczów nadal przekracza dopuszczalne limity określone w pozwoleniu. Dzieje się tak dlatego, że badanie nie dotyczy wyłącznie widocznych warstw tłuszczu pływających na powierzchni. Obejmuje ono szerszą grupę substancji, które rozpuszczają się w rozpuszczalniku – w tym niektóre tłuszcze emulgowane, kwasy tłuszczowe oraz inne związki niemiarodajne (nepolarnie). Tłuszcze, oleje i smary – często skracane jako FOG – powodują problemy już dawno przed punktem odprowadzania ścieków. Pokrywają rurociągi, osadzają się na wirnikach pomp, zatykają czujniki i dodatkowo obciążają procesy biologicznego oczyszczania. W zakładach mięsnych lub mleczarskich tłuszcze emulgowane mogą gwałtownie wpływać do kanalizacji tuż po dezynfekcji za pomocą gorącej wody i środków odczynu zasadowego. W piekarniach lub zakładach produkujących przekąski oleje utwardzające się w temperaturze pokojowej mogą gromadzić się w przewodach, a następnie uwalniać się w postaci nagłych „zatorów”, gdy woda do mycia podgrzewa rurociąg. Wiele miejskich pozwoleń na odprowadzanie ścieków określa górny limit stężenia olejów i tłuszczów – najczęściej w zakresie kilkudziesięciu do kilkuset miligramów na litr – co samo w sobie wymaga stałej uwagi. To właśnie ta zmienność sprawia, że monitorowanie olejów i tłuszczów wymaga zaplanowanego podejścia, a nie tylko jednorazowego pobrania próbek raz na miesiąc.

Szczegóły pobierania próbek zmieniają całą sytuację

Wiele błędnych danych dotyczących oleju i tłuszczu pochodzi z etapu wcześniejszego niż dotknięcie próbki w laboratorium. Próbki pobierane jednorazowo (grab samples) są łatwe w pozyskaniu, ale przedstawiają jedynie migotkę sytuacji. Jeśli zakład odprowadza ścieki partiami, próbka pobrana w okresie niskiej aktywności może pominąć szczytowe stężenie tłuszczu, które trafia do kanalizacji po czyszczeniu urządzeń. Próbki złożone (composite samples) zapewniają bardziej rzetelny obraz w ramach całej zmiany, lecz stawiają pytania dotyczące ich przechowywania i konserwacji. Olej i tłuszcz w ściekach z przemysłu spożywczego osadzają się na powierzchni plastiku, dlatego bezpieczniejszym wyborem są pojemniki szklane lub wyłożone PTFE. Butelki o szerokim gardle ułatwiają również przenoszenie próbki bez pozostawiania grubej warstwy na szyjce. Zakwaszenie próbki do pH poniżej 2 oraz utrzymywanie jej w niskiej temperaturze spowalnia rozkład mikrobiologiczny i ogranicza utraty. Standardowe metody, takie jak APHA 5520 i EPA 1664, szczegółowo opisują te kroki konserwacyjne. Jeśli próbka pozostaje ciepła przez kilka godzin w plastikowym pojemniku, część tłuszczu osadzi się na ściankach, a zgłoszona wartość będzie zaniżona w stosunku do rzeczywistego obciążenia. Tego typu błąd nie jest losowy: systematycznie przesuwa wyniki w tym samym kierunku i może skłonić zakład do wniosku, że jego problem z tłuszczem jest mniejszy, niż w rzeczywistości.

Wybór metody dopasowanej do rzeczywistych ścieków

Nie każda instalacja wymaga najdroższego analizatora. Mała oczyszczalnia, która musi jedynie monitorować zawartość olejów i tłuszczów w celu spełnienia lokalnych wymogów prawnych, może przesyłać miesięczne próbki do laboratorium certyfikowanego w zakresie zgodności z przepisami oraz korzystać z prostego zestawu testowego do codziennych sprawdzeń. Większa instalacja wyposażona w pływające osadzanie powietrza lub bioreaktor membranowy zwykle wymaga szybszych informacji zwrotnych, aby dostosować pracę urządzeń do usuwania warstwy oleju lub dawkowania środków chemicznych. Metoda badawcza powinna również uwzględniać postać oleju. Wolny olej szybko się rozdziela i może zostać usunięty za pomocą skimmera. Olej emulgowany pozostaje zawieszony w wodzie, ponieważ detergenty, ciepło lub wysokie pH rozbiły go na drobne krople. Rozpuszczalne substancje zachowujące się jak olej podczas ekstrakcji rozpuszczalnikiem mogą być zupełnie niewidoczne. Metody grawimetryczne mierzą pozostałą po ekstrakcji n-heksanem masę osadu, a więc obejmują szeroką grupę związków niepolarnych. Metody podczerwone i fotometryczne działają szybciej, ale ich odpowiedź zależy od rodzaju oleju. Olej roślinny, tłuszcz zwierzęcy uzyskany metodą renderingu oraz olej mineralny nie dadzą tych samych wyników pomiarowych, dlatego kalibracja ma kluczowe znaczenie. ISO 9377-2 to kolejny standard odniesienia, który pojawia się w niektórych zezwoleniach, jednak jego etapy ekstrakcji i pomiaru różnią się na tyle, że wyniki uzyskane różnymi metodami nie mogą być traktowane jako wzajemnie zamienne. Dlatego raport laboratoryjny zawsze powinien zawierać informację o zastosowanej metodzie.

Porównanie powszechnych metod monitorowania

Poniższa tabela przedstawia praktyczne porównanie metod rutynowego monitorowania olejów i tłuszczów w zakładzie przetwórstwa spożywczego. Opisy odnoszą się do ogólnych zakresów roboczych, a nie stanowią ścisłych gwarancji.

Najlepsze rezultaty daje często układ dwupoziomowy. Zakład może korzystać z sondy online lub zestawu testowego do śledzenia codziennych trendów, a następnie przesyłać próbki pobierane pojedynczo do certyfikowanej laboratorium w celu uzyskania wartości wymaganej w pozwoleń. Dzięki temu dane rutynowe są aktualne, bez konieczności polegania wyłącznie na jednej metodzie przy podejmowaniu wszystkich decyzji. Umożliwia to również przydatną wzajemną kontrolę. Jeśli sonда online pokazuje stabilną bazę, a miesięczna próbka laboratoryjna nagle podwaja się, pierwszym pytaniem jest, czy sonda jest zabrudzona, a nie czy system oczyszczania uległ zawaleniu w ciągu nocy. Z kolei, jeśli wartość laboratoryjna spada, a odczyt sondy pozostaje wysoki, punkt poboru próbek może chwytać czysty strumień, który nie jest reprezentatywny dla całej odpływu.

Interpretowanie wyników bez nadmiernej reakcji na pojedynczy szczyt

Operatorzy czasem traktują wynik pomiaru olejów i tłuszczów jak przełącznik „zaakceptowane/niezaakceptowane”. Pojedyncza wysoka wartość nie zawsze oznacza awarię systemu oczyszczania, a pojedyncza niska wartość nie dowodzi, że odpływ jest czysty. W przetwórstwie spożywczym zdarzenia związane z myciem urządzeń, środki dezynfekcyjne, zmiana produkowanych artykułów oraz nawet sezonowe zmiany surowców mogą wpływać na obciążenie tłuszczem. Przydatnym podejściem jest śledzenie zakresu kroczącego zamiast reagowania na pojedynczą, odosobnioną wartość. Jeśli wartość dziennej próbki rośnie przez trzy lub cztery kolejne dni, taki wzorzec wymaga uwagi. Jeśli pojawi się pojedynczy szczyt tuż po znanym zabiegu czyszczącym, a następnie wartość szybko spadnie, odpowiedź powinna być umiarkowana. Szczegóły wspierające w dzienniku pobierania próbek mają duże znaczenie. Przepływ, temperatura, pH oraz linia produkcyjna działająca w danym czasie mogą wyjaśnić znaczną część zmienności. Te notatki przekształcają surową liczbę w sygnał operacyjny. Pomagają także wtedy, gdy doradca lub organ regulacyjny zadaje pytanie, dlaczego konkretny dzień wykazywał inne wartości.

W zakładzie przetwórstwa drobiu w prowincji nadmorskiej próbka chwilowa pobrana rano w celu oznaczenia zawartości oleju i tłuszczu systematycznie różniła się od wyników uzyskanych z 24-godzinnego próbnika kompozytowego. Zawór pobierający próbki umieszczono za otwartym osadnikiem tłuszczu, w którym większość tłuszczu już się uniosła i schłodziła, tworząc gruby warstewkowy pokrywający powierzchnię. Próbka chwilowa pobierana była głównie z wody znajdującej się poniżej tej warstwy. Po przeniesieniu punktu poboru do dobrze wymieszanego odcinka przepływu przed korekcją pH wartości dzienne stały się znacznie bardziej zgodne z wynikami uzyskanymi z próbnika kompozytowego. Zakład nie zmienił swojego systemu oczyszczania. Zmienił jedynie sposób obserwacji przepływu. Taka korekta pobierania próbek może okazać się bardziej wartościowa niż zakup kolejnego urządzenia, ponieważ poprawia jakość danych już przed rozpoczęciem analizy.

Tworzenie rutyny, która wytrzyma próbę czasu

Program monitoringu powinien być odporny na zmiany personelu, zmiany w godzinach pracy (np. zmiana nocna) oraz tygodnie o wysokim natężeniu produkcji. Oznacza to zapisanie metody, dokładnej lokalizacji pobierania próbek, typu pojemnika, kroku konserwacji oraz czasu pomiędzy pobraniem a analizą. Jedno wyraźnie oznakowane miejsce pobierania próbek jest lepsze niż nieprecyzyjna instrukcja, np. „pobrać po separatorze tłuszczu". Niektóre zakłady stosują zegar lub arkusz potwierdzający wykonanie zadania, aby zapobiec pominięciu pobierania próbek podczas czyszczenia. Inne wiążą pobieranie próbek z konkretnym wydarzeniem, np. trzydzieści minut po rozpoczęciu głównego płukania. Przechowywanie dziennika wartości oleju i tłuszczu wraz z przepływem i pH ułatwia określenie, czy rosnący trend wynika z większej ilości tłuszczu w wodzie, czy też z zmiany w sposobie pobierania próbek. Pomaga również cotygodniowe przeglądanie danych wspólnie przez technika laboratoryjnego i operatora nadzorującego linię produkcyjną. Operator wie, kiedy nastąpiła zmiana produktu lub kiedy zastosowano inny środek czyszczący. Technik laboratoryjny wie, czy próbka dotarła ciepła, czy próżniowa próbka rozpuszczalnika wyglądała nietypowo, czy też urządzenie wymagało ponownej kalibracji. Taka wymiana uwag często stanowi różnicę między programem monitoringu pozostającym użytecznym a takim, który zamienia się w stos ignorowanych raportów.

Dla obiektów, które chcą uprościć monitorowanie olejów i tłuszczów bez polegania wyłącznie na zewnętrznych laboratoriach, Lianhua oferuje szereg urządzeń do badania jakości wody oraz odczynników, które łatwo integrują się z rutynowymi analizami wieloparametrowymi. Duża głębokość produkcji firmy oraz stała dostępność materiałów eksploatacyjnych są istotne w przypadku laboratoriów przeprowadzających pomiary w kilku zmianach, które nie mogą sobie pozwolić na długotrwałe przerwy w uzupełnianiu zapasów. Wybór sprzętu od dostawcy posiadającego rzeczywiste doświadczenie produkcyjne i kontrolne zapewnia personelowi oczyszczalni więcej czasu na skupienie się na operacyjnej stronie procesu oczyszczania – tam właśnie zwykle osiągane są najważniejsze usprawnienia.