صنایع لبنی

صنایع لبنی صنایعی هستند که در آنها شیر را به عنوان ماده اولیه دریافت کرده و سپس طی فرآیندهای صنعتی خود به محصولات و فرآورده­های مختلف از قبیل ماست، دوغ، شیرپاستوریزه، بستنی، خامه، کره و پنیر تبدیل می­‌نمایند. صنایع لبنی در ایران نقش مهمی در تأمین لبنیات وشیر پاستوریزه دارند. شیرحاوی آب، چربی پروتئین، لاکتوز، مواد معدنی (املاح) و ویتامین­های مختلف است.اگرچه ترکیبات هر شیر بسته به نوع دام (گاو یا گوسفند)، نژاد و تغذیه متفاوت است ولی به طور کلی می­توان ترکیب شیرگاو را که تقریباً تمام کارخانجات مهم از آن استفاده می­کنند، مطابق جدول 1 دانست.
املاح عمده شیر شامل کلسیم، سدیم، پتاسیم و منیزیم می­باشد که به فرم فسفات، کلرور، نیترات و کازئینات هستند. همچنین به مقدار خیلی کمی نیز عناصری مانند گوگرد، روی، روبیدیم، سیلیکون، برم، آلومینیوم، آهن و غیره نیز در شیر یافت می­شود.حجم بالای تولید فاضلاب این صنایع در کنار بار آلودگی قابل توجه آنها باعث شده است که در کشورهای مختلف قوانین سختگیرانه­ ای برای این دسته از صنایع در نظر گرفته شود.

فاضلاب صنایع لبنی معمولاً وقتی وارد آبهای جاری یا طبیعی شوند منجر به تولید پدیده ­های زیر می­شوند.

1. اکسیژن محلول در آب را به سرعت مصرف نموده و در نتیجه باعث مرگ جانداران آبی خواهندشد.
2. باعث تشکیل لجن در کف رودخانه می­شوند.
3. قارچهای موجود در فاضلاب به سرعت رشد پیدا می­کنند.
4. مقدار pH آب تدریجاً کاهش یافته و شرایط مناسب برای حیات جانداران را از بین می­بردند.

شستشو اصلی­ترین علت تولید فاضلاب در کارخانه­ های صنایع لبنی است.

اما بطور کلی منابع تولید فاضلاب در این کارخانجات را می­توان در دو بخش اصلی زیر خلاصه نمود.

1. آب شستشوی مخازن در محل دریافت شیر
2. آب شستشوی شیرآلات، لوله­ ها و دیگر تأسیسات

1- حجم فاضلاب صنایع لبنی

در کارخانه­ های تولید محصولات لبنی حجم فاضلاب تولیدی عمدتاً به عوامل زیر بستگی دارد.

الف) حجم شیر ورودی به کارخانه: هرچه حجم شیر دریافتی کارخانه بیشتر باشد حاکی از تولید بیشتر محصولات و در نتیجه تولید بیشتر فاضلاب است.

ب) نوع محصول: بدیهی است به سبب تفاوت در فرآیند تولید محصولات مختلف لبنی حجم و کیفیت فاضلاب تولیدی آنها نیز متفاوت خواهد بود.

ج) تکنولوژی تولید: پیشرفت تکنولوژیکی معمولا در جهت تولید فاضلاب کمتر حرکت نموده است. بنابراین هرچه تکنولوژی تولید جدیدتر باشد معمولا فاضلاب کمتری از خط تولید ناشی می­شود.

د) درصد ضایعات: اشکالات رخ داده در فرآیند تولید معمولا باعث تولید مقادیری محصولات غیرقابل مصرف (ضایعات) می­شود. در اکثر مواقع این ضایعات وارد فاضلاب می­شوند.

بنابراین هرچه مقدار ضایعات کمتر باشد، فاضلاب کمتری نیز تولید خواهد شد. معمولاً به منظور برآورد حجم فاضلاب تولیدی یک کارخانه لبنی از یک ضریب تبدیل حجم شیر دریافتی به حجم فاضلاب تولیدی استفاده می­شود. براساس تجربیات بدست آمده در کارخانه ­های فعال، مقدار این ضریب با توجه به عوامل گفته شده عددی بین 5-2 در نظر گرفته می­شود. مقدار این ضریب در بیشتر کارخانه­ ها در حدود 4 است.

به عنوان نمونه حجم فاضلاب تولیدی یک کارخانه که روزانه 500 تن شیر دریافت می­کند، معادل 2000 مترمکعب برآورد می­گردد

2- کیفیت فاضلاب در صنایع لبنی

كيفيت فاضلاب در صنایع لبنی نیز عمدتاً به عوامل زیر بستگی دارد.

الف) نوع محصول: بدیهی است به سبب تفاوت در فرآیند تولید محصولات مختلف لبنی حجم و کیفیت فاضلاب تولیدی آنها نیز متفاوت خواهد بود.

ب) تکنولوژی تولید: پیشرفت تکنولوژیکی معمولا در جهت جلوگیری از هدر رفت مواد اولیه و محصول می­باشد. با توجه به اینکه هرچه این هدررفت بیشتر باشد غلظت فاضلاب تولیدی نیز بیشتر خواهد بود لذا تکنولوژی­های جدیدتر معمولا باعث هدررفت کمتر مواد اولیه و محصول و در نتیجه تولید فاضلاب رقیق­تر خواهد شد.

ج) درصد ضایعات: هر چه مدیریت تولید بهتر باشد از هدررفت مواد اولیه و محصول جلوگیری خواهد نمود لذا مدیریت بهتر در تولید در جهت کاهش ضایعات منجر به تولید فاضلاب کمتر و رقیق­تر خواهد شد. آنالیز کیفیت معمول فاضلاب در صنایع لبنی در جدول 2  آمده است.

به دلیل تبدیل لاکتوز به اسیدلاکتیک و تشکیل اسید بوتیریک، مقدار pH فاضلاب لبنی به راحتی می­تواند کاهش یافته و به محدوده 5-4/5 برسد. دمای فاضلاب لبنی در اغلب موارد در محدوده 72-11 و میانگین آن در حدود 20 درجه سانتیگراد است که ارقام بالاتر از 35 درجه بیانگر افت بیش از حد انرژی در خط تولید است.

3- فرآیند تصفیه فاضلاب صنایع لبنی

انتخاب فرآیند تصفیه یکی از مهمترین بخش­های طراحی یک سیستم تصفیه فاضلاب می­باشد که هرگونه اشتباه در آن باعث هدررفت هزینه ­های مالی و زمانی انجام شده می­شود.

مهمترین عوامل موثر در انتخاب فرآیند تصفیه عبارتند از:

1. حجم فاضلاب
2. غلظت هریک از آلاینده­ ها به خصوص دو شاخص مهم BOD5وCOD
3. نسبت BOD5به COD
4. راندمان مورد نیاز جهت تصفیه
5. سهولت راهبری و بهره­ برداری از سیستم
6. نوسانات کیفی و کمی در تولید فاضلاب
7. هزینه ساخت، راهبری و بهره برداری از سیستم

از آنجائیکه بخشی از مواد آلاینده فاضلاب بصورت معلق بوده و قابلیت ته­ نشینی یا شناورشدن بر روی سطح را دارند، لذا به منظور کاهش بار وارده بر واحدهای بعدی تصفیه بهتر است که ابتدا از یک سپتیک تانک استفاده نمود. بدین ترتیب بخش عمده ­ای از ذرات معلق طی فرآیند ته­ نشینی و شناوری بصورت فیزیکی و با هزینه کمتر و سهولت بیشتر از فاضلاب جدا می­شوند. با توجه به اینکه حجم و کیفیت فاضلاب تولیدیکارخانجات لبنی در ساعات مختلف دارای نوسانات زیادی است، حجم نسبتاً زیاد سپتیک تانک باعث می­شود که عملیات یکنواخت سازی فاضلاب از لحاظ حجم و کیفیت به خوبی انجام شده و فاضلاب خروجی از سپتیک تانک با کیفیت و حجم نسبتاً ثابتی به واحدهای بعدی هدایت شود.

به عبارت دیگر سپتیک تانک علاوه بر حذف ذرات معلق قابل ته­ نشینی و بخشی از ذرات درشت چربی و روغن­، عملیات یکنواخت سازی فاضلاب را از لحاظ کیفیت و کمیت نیز به انجام می­‌رساند.

همچنین وجود شرایط مناسب برای رشد برخی باکتری­ها و میکروارگانیسم­ها در لجن تجمع یافته و ته­ نشین شده در سپتیک تانک، باعث انجام برخی فرآیندهای بیولوژیکی در تصفیه فاضلاب می­شود. در مواردی که واحدهای بعدی تصفیه در ارتفاع ‌‌بالاتری نسبت به سپتیک تانک قرار گرفته از مخزن دوم سپتیک تانک می­‌توان برای پمپاژ فاضلاب استفاده کرد.

حجم مخزن یکنواخت سازی را در صنایع لبنی حداقل 35 درصد حجم کل فاضلاب روزانه درنظرمی­گیرند. بدیهی چنانچه حجم این مخزن بیش از این مقدار باشد، راندمان آن بیشتر بوده و از بار وارده بر واحدهای بعدی کاسته خواهد شد.
در مرحله بعد با توجه به آنکه بخش عمده­ اي از آلاينده­ هاي فاضلاب‌ را موادآلي تشكيل مي­دهند كه توسط ميكروارگانيسم­ها قابل تجزيه مي­باشند، لذا استفاده از فرآیندهای بیولوژیکی مطرح می­گردد.

چراکه تجربيات عملي و دانش تصفيه نشان داده است كه وقتی نسبت BOD5به COD بيش از 0/50 باشد، استفاده از روشهاي بيولوژيكي تصفيه فاضلاب با توجه به كارايي بالاي آنها اولويت دارد.

بدیهی است هرچه این نسبت بالاتر باشد، راندمان فرآیندهای بیولوژیکی افزایش می­یابد. از آنجا که حذف چربی موجود در فاضلاب صنایع لبنی این نسبت را افزایش می­دهد لذا قبل از استفاده از فرآیندهای تصفیه بیولوژیکی باید تا حدامکان چربی و روغن موجود در فاضلاب را حذف نمود.
کاهش نسبتBOD5به COD  در فاضلاب با وجود چربی و روغن از آن جهت است که روغن و چربی­ها به علت حلالیت بسیارکم در آب، به سختی توسط میکروارگانیسم­ها و باکتری­ها تجزیه می­شوند. از سوی دیگر ذرات روغن و چربی با احاطه باکتری­ها مانع جذب مواد به داخل سلول شده و قابلیت تجزیه بیولوژیکی را کاهش می­دهند. از این رو حذف روغن و چربی از فاضلاب صنایع لبنی قبل از واحدهای تصفیه بیولوژیکی، نقش اساسی در کارایی آنها دارد. تجربیات عملی نشان می­دهد که اغلب مشکلات سیستم­های تصفیه فاضلاب صنایع لبنی ناشی از ورود مقادیر زیادی از روغن و چربی به واحدهای تصفیه بیولوژیکی است.
به منظور چربیگیری این فاضلاب بسته به حجم فاضلاب و شرایط هرپروژه از سیستم­های مختلفی از قبیل چربیگیر ثقلی، API، CPI و DAF می­توان استفاده نمود. پس از مرحله حذف روغن و چربی (چربیگیری) نسبت BOD5به COD فاضلاب به حدود 0/75-0/70 می­رسد که برای استفاده از روشهای بیولوژیکی تصفیه فاضلاب مناسب است. اما چون غلظت BOD5 فاضلاب­ در این مرحله معمولاً بیشتر از 1000 میلیگرم در لیتر است، استفاده از فرآیندهای بی­­هوازی که در غلظت­های بالا کارایی دارند، از لحاظ فنی و اقتصادی بهتر است.
از میان فرآیند­های بی­هوازی بیولوژیکی تصفیه فاضلاب در صنایع لبنی معمولا از فرآیند UASB یاABR استفاده می­شود. این فرآیندها با وجود نیاز به انرژی بسیار کم (در برخی موارد امکان تولید انرژی دارند) راندمان بسیار قابل توجهی را در تصفیه فاضلاب دارند. البته به منظور دستیابی به حداکثر راندمان ممکن در فرآیندهای بی­هوازی لازم است که فاضلاب ورودی به این واحدها بهسازی شوند. عملیات بهسازی عمدتاً شامل تنظیم pH، تنظیم دما و افزودن مقداری قلیائیت برای پیشگیری از کاهش pH می­باشد.
پساب خروجی واحدهای بی­هوازی معمولاً دارای BOD5کمتر از 800 میلیگرم در لیتر هستند. از این رو می­توان برای تکمیل فرآیند تصفیه در این مرحله از فرآیندهای هوازی بیولوژیکی استفاده نمود. از میان روشهای هوازی بیولوژیکی با توجه به کارایی و سهولت نسبی در بهره برداری آن فرآیند لجن فعال با هوادهی گسترده پیشنهاد می­شود.
بدین ترتیب فاضلاب خروجی واحد بی­هوازی وارد مخزن هوادهی شده و در آنجا با انجام هوادهی، اکسیژن موردنیاز میکروارگانیسم­ها و باکتری­ها برای انجام فعالیتهای بیولوژیکی تأمین می­گردد.

در مخزن هوادهی باکتری­ها بخش عمده­ای از مواد آلی را جذب خود کرده به کمک واکنش­های بیوشیمیایی درون خود به سلول­های جدید و انرژی تبدیل کرده و باعث تصفیه فاضلاب می­شوند.
مخلوط فاضلاب و باکتریها به مخزن ته­ نشینی (زلال سازی) هدایت شده و در آنجا با کمک نیروی ثقل، توده باکتری و میکروارگانیسم­ها از آب جدا می­شود. بخشی از این توده باکتری (لجن بیولوژیکی) برای ادامه فرآیند­های تصفیه بیولوژیکی به مخزن هوادهی برگشت داده می­شود که به همین سبب به این روش لجن فعال می­گویند. مازاد لجن نیز به هاضم لجن انتقال می­یابد.
گاهی مقداری از باکتری­ها به دلایل مختلف در مخزن ته­ نشینی ثانویه ته­ نشین نشده و از آن خارج شده و همراه با پساب از سیستم بیرون می­روند. به منظور جلوگیری از بروز هرگونه مشکل ناشی از آنها در اغلب موارد از یک سیستم گندزدایی (ضدعفونی) برای حذف آنها استفاده می­شود.

در شکل 1 فرآیند کلی تصفیه فاضلاب­ صنایع لبنی نشان داده شده است.