Húsipari szennyvíz fertőtlenítése ózonnal

Átírás

1 VÍZGAZDÁLKODÁS ÉS SZENNYVIZEK 3.5 Húsipari szennyvíz fertőtlenítése ózonnal Tárgyszavak: húsfeldolgozás; szennyvíz; fertőtlenítés; ózon; szennyvízkezelés; szennyvíztisztítás. A vágóhidakon és húsfeldolgozókban nagy mennyiségű káros szennyvíz keletkezik. Az Egyesült Államokban engedélyezik a baromfifeldolgozás szennyvízének visszaforgatását, a marha- és sertéshúsét (vörös hús) azonban nem. A visszaforgatott víz felhasználása előtt hatástalanítani kell a potenciálisan patogén és káros baktériumokat, hogy ne rontsák a hús mikrobiológiai minőségét. A fertőtlenítést rendszerint klórral végzik, ennek során azonban rákkeltő anyag képződhet. Az ózon erősebb oxidálószer, szélesebb a hatásspektruma. Előnye, hogy maradékmentesen oxidál. Az amerikai Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hivatal (FDA) engedélyezte az ózon használatát az élelmiszeriparban. Az eddigi kísérletek azonban tiszta vízzel folytak, szennyvízzel nem. Pedig ez befolyásolja a hatékonyságot és a mikroorganizmusok ellenállását. Az alábbi összeállítás a vágóhídi szennyvíz ózonos fertőtlenítéséről számol be, félszakaszos reaktorban, nem helyhez kötött feltételek mellett. Kísérleti rész Anyagok A szennyvíz kanadai vágóhídi szennyvíz volt, amelyet 4 órával az üzemeltetés után gyűjtöttek, és szűréssel eltávolították az 1 mm-nél nagyobb részeket. A szennyvizet 3 perc alatt, hűtve szállították a laboratóriumba, és 4 C alatt tárolták. A vegyszerek reagens tisztaságúak voltak.

2 Módszerek Az aerob lemezszámlálást szabványos módszerrel, tripton glükóz élesztő agar tápközegben végezték. Mivel a szakembereket a teljesen károsodott baktériumok mennyisége érdekelte, a VRBA/MUG módszerrel számlálták az E. coli és a coliform baktériumokat. Az eredmények öt replikátum átlagai voltak, a kolóniaképző egység CFU/cm 3 -ben volt kifejezve. Az oldott ózon koncentrációját indigós módszerrel, a KOI (kémiai oxigénigény), BOI (biológiai oxigénigény) és TSS (összes szuszpendált szilárd anyag) értékeket szabványos módszerekkel határozták meg. Berendezés és eljárás Az ózont oxigénből, ózongenerátorral állították elő. A reaktort elhagyó ózonfelesleget katalitikus oszlopon bontották el. A reaktor 35 cm 3 - es, folytonosan táplált gázmosó palack volt. A 3 cm 3 szennyvíz ózonozása az ózon és oxigén betáplálása után kezdődött. Szabályozták a gáz nyomását és mennyiségét. A reakció 2 C-on ment végbe, időközönként mintát vettek. Eredmények A kiindulási szennyvíz jellemzői az 1. táblázatban láthatók. A sertésvágóhídi szennyvíz minősége 1. táblázat Paraméter Érték ph 6,4 6,6 Fényáteresztés, % 9,3 9,6 KOI, mg/dm BOI, mg/dm TSS, mg/dm APC (aerob lemezszámlálás), CFU/cm 3 (6,7 8,8) 1 4 TC (összes koliform), CFU/cm 3 (4,6 7,) 1 3 Escherichia coli, CFU/dm

3 Előzetes kísérletekkel állapították meg, hogy hatékonyan fertőtleníte az ózon. A válasz igen volt. A fertőtlenítési kísérletek eredményei a 2. táblázatban láthatók. 2. táblázat 75,84 kpa nyomáson, 2 C-on végzett fertőtlenítés előzetes eredményei Ózonozás feltételei Idő, min APCx1-4 CFU/cm 3 TCx1-3 CFU/cm 3,2 %(m/m) ózon a betáplált gázban, amelynek áramlási sebessége,63 SLPM*,8 %(m/m) ózon a betáplált gázban, amelynek áramlási sebessége,63 SLPM ,7 5,1 3,5 1,5 8,4 2,2,7,7 6,3 3,5 2,4 1, 4,6 1,3,5,3 E. coli CFU/cm * SLPM standard liter/perc A mikroorganizmusok inaktiválási sebessége nőtt a betáplált gáz ózonkoncentrációjával. Az EPA (az USA környezetvédelmi Hivatala) bevezette a CT fogalmát a fertőtlenítés mértékének jellemzésére. A CT (mg min/dm 3 ) az oldott ózon koncentrációjának (C, mg/dm 3 ) és az ózon érintkezési idejének (t, min) szorzata: t CT = C(t)dt (1) Az ózonos fertőtlenítés hatékonysága függ a CT értékétől, amely viszont az üzemeltetési feltételek és a szennyvíz minőségének függvénye. Oldottózon-koncentráció Nem stacionárius üzemeltetéskor a CT kiszámításához ismerni kell a C és a t értékét. Ezért vizsgálták az oldott ózon koncentrációjának változását az ózonozási idővel, különböző ózonadagok mellett. Azt tapasztalták, hogy az oldott ózon koncentrációja az idővel fokozatosan nőtt egy maximális mértékig.

4 Az eredmény a következő modellel írható le: C = C (1 e kt ) (2) ahol: C az egyensúlyi oldott oxigén koncentrációja; k kísérleti állandó. Mindkét paraméter az alkalmazott ózonadag függvénye. A modell standardhiba-értéke 5% alatt van. Az ózon a szennyvízben három reakción ment át: fertőtlenítés, kémiai oxidáció és autobomlás. Valódi szennyvízben számos ózonfogyasztó anyag van jelen a baktériumok mellett. A fertőtlenítés előrehaladásával a baktériumok inaktiválódnak; közben az ózonfogyasztó anyagok intermedierekké alakulnak, amelyek ellenállnak a további oxidációnak. Tehát az oldott ózon felhasználása csökken, és beáll az adott ózonadagra jellemző egyensúly. Az adag változtatásakor az egyensúly más ózonkoncentrációnál áll be. CT-értékek Az (1) és (2) egyenletekből következően: t ( 1 kt CT = Cdt = C t + e 1) k (3) Az indikátor mikroorganizmusok inaktiválódása Valódi szennyvízben az inaktiválódást kettősfalú bepárlóban, 2 C-on,,63 l/min (SLPM) és 75,84 kpa nyomás mellett vizsgálták. Az ózon koncentrációja,2;,4;,6;,8 és 1,2% volt, az alkalmazott ózonadag: 5,77; 11,55; 17,32; 23,9 és 34,64 mg/min/dm 3 volt. Időközönként vett mintákban vizsgálták a mikrobák számát és az oldott oxigén koncentrációját. 2 mg min/dm 3 CT mellett több mint 9%-os inaktiválást értek el az APC, TC és E. coli értékekben. A CT további növelésével már csak enyhe emelkedést lehetett elérni. Nagyobb CT-értékeknél a mikroorganizmusok aggregálódhattak, vagy a mikroorganizmushoz kötődött idegen anyag nyújthatott védelmet az inaktiválódás ellen. Amikor a túlélő mikroorganizmusok számának (N) és az aktív mikroorganizmusok kezdeti számának (N ) hányadosa, N/N korrelált a CT értékkel, nem volt lineáris összefüggés a CT és az N/N logaritmusa kö-

5 zött. Ehelyett bármilyen valódi vöröshús-feldolgozási szennyvízre a következő empirikus összefüggéseket találták érvényesnek az APC-re, TCre és E. colira vonatkozóan: N N N N N N,246 =,246 CT + APC,1774 =,1774 CT + APC,2344 =,2344 CT + APC (4) (5) (6) Ezekben a standard hiba 6%-nál kisebb volt. Az egyenletek eltérnek a tiszta víz fertőtlenítésére kapottaktól, mert szennyvíz esetében az ózon koncentrációja változik a folyamat során. Mikrobainaktiválódás és az alkalmazott ózonadag Az inaktiválás hatékonysága függ a CT-értékektől, amelyek viszont szoros kapcsolatban vannak az alkalmazott ózonadaggal, D-vel, mivel az ózonkoncentráció, C adott szennyvíz-összetétel és adott érintkezési idő mellett a D függvénye. Az ózonadag beállítható és monitorozható, ezért jó lenne a CT-értéket a D-érték alapján becsülni. Erre a következő lineáris összefüggést találták az összes érintkezési időre (R 2 >,95): CT = bd (7) ahol: b az egyenes vonal meredeksége. A b az ózonozási idő függvénye; a legkisebb négyzetek regressziója alapján megkapták a CT-érték kiszámítására szolgáló egyenletet: CT = (1,2 1 3 t 2 + 1,6 1 2 t)d (8)

6 Az egyenletet óvatosan kell alkalmazni, mert a C érzékeny a szennyvíz összetételére. Célszerű hasonló szennyvizek esetében használni a CT megközelítő értékének kiszámítására. Az ózonozás hatása a szennyvíz egyéb minőségi paramétereire A KOI, BOI, fényáteresztés és TSS értékeket 23,9 mg/min/dm 3 ózonadag,,8 %(m/m) ózonkoncentráció és,63 SLPM áramlási sebesség mellett 8 perc után vizsgálták. A kapott 4,13 mg min/dm 3 CT-érték mellett 99%-os inaktiválást értek el az aerob baktériumok, összes koliform és E. coli esetében. A 3. táblázat bemutatja a három replikátum átlagából kapott eredményeket. A fényáteresztés nem javult, és a TSS nem csökkent, bár a szennyvíz elszíntelenedett. 3. táblázat Az ózonozás hatása a vágóhídi szennyvíz egyes minőségi mutatóira Paraméter Nettó változás kezelés után, % KOI 1,7 BOI 23,6 Fényáteresztés TSS Következtetések 1. Az ózon igen hatékony a vöröshús-feldolgozási szennyvíz fertőtlenítésére. 8 perces kezelés után 23,9 mg/min/dm 3 adag 99%- ban inaktiválta az aerob baktériumokat, az összes koliform baktériumot és az E. colit. 2. Empirikus modelleket állítottak fel az ózon mikrobiális inaktiválási hatékonyságának előrejelzésére a CT-értékekből, valódi vöröshús-feldolgozási szennyvízre, nem stacionárius folyamatra, félszakaszos reaktorban. A modellek az összes ilyen szennyvíz jellemzésére megfelelnek.

7 3. Korrelációt javasoltak a CT becslésére az alkalmazott ózonadag és ózonérintkezési idő alapján. Ez hasonló típusú szennyvizeknél alkalmazható %-os mikrobiális inaktiválás mellett a KOI, BOI 5 csökkenése 1,7 és 23,6% volt. A fényáteresztés és a TSS azonban nem javult. Összeállította: Fazekasné Horváth Zsuzsanna Wu, J.; Doan, H.: Disinfection of recycled red-meat-processing wastewater by ozone. = Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 8. k. 7. sz. 25. p Amirsardari, Y.; Yu, Q.; Williams, P.: Effect of ozonation and UV iradiation with direct filtration on disinfection and disinfection by-product precursors in drinking water treatment. = Environmental Technology, sz. p