Απομάκρυνση μελανοϊδίνης από προσομοιωμένα και πραγματικά απόβλητα βιομηχανίας ζύμης
Creators: name: Λιάκος, Θεόδωρος Ιωάννη
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2013
Subjects: Μελανοϊδίνες
Μελάσσα
Κροκίδωση, Ηλεκτροεπίπλευση
Melanoidins
Molasses
Flocculation, Electroflotattion

description: Τα λύματα που περιέχουν μελάσσα παράγονται από αποστακτήρια, βιομηχανίες ζύμωσης, τα εργοστάσια ζάχαρης και άλλες βιομηχανίες μελάσσας. Αυτά περιέχουν πολυμερή μελανοϊδίνης που είναι το προϊόν της αντίδρασης Maillard μεταξύ των αμινοξέων και καρβοξυλίων της μελάσσας. Λόγω υψηλού BOD και COD τα απόβλητα είναι περιβαλλοντικός κίνδυνος. Όταν αποδεσμεύονται σε υδάτινους αποδέκτες προκαλούν εξάντληση του οξυγόνου και συναφή προβλήματα, και / ή αν αποδεσμευτούν στο έδαφος μειώνουν την αλκαλικότητα του εδάφους και την διαθεσιμότητα του μαγγανίου, αναστέλλουν την βλάστηση των σπόρων και επηρεάζουν τη βλάστηση. Εκτός από την πρόκληση αντιαισθητικού χρωματισμού του νερού και του εδάφους, οι μελανοϊδίνες είναι τοξικές ουσίες για τους μικροοργανισμούς που βρίσκονται στο χώμα και το νερό. Το σκούρο καφέ χρώμα αυτών των αποβλήτων είναι εξαιρετικά ανθεκτικό σε μικροβιακή αποικοδόμηση και άλλες βιολογικές διεργασίες. Με τις συμβατικές διεργασίες αναερόβιας-αερόβιας επεξεργασίας λυμάτων έχει επιτευχθεί μόνο 6% -7% αποικοδόμηση των μελανοϊδινών, ως εκ τούτου εναλλακτικές μέθοδοι επεξεργασίας έχουν μελετηθεί. Οι τεχνικές που έχουν χρησιμοποιηθεί, με διαφορετικό βαθμό επιτυχίας, περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων: προσρόφηση, κροκίδωση, UV/H2O2 οξείδωση, ηλεκτροχημικές μέθοδοι, οξείδωση με όζον, διήθηση με μεμβράνες και εξάτμιση. Τα μειονεκτήματα των μεθόδων αυτών περιλαμβάνουν ασταθή απόδοση αποχρωματισμού, προβλήματα λειτουργίας και περιστασιακό σχηματισμό επικίνδυνων παραπροϊόντων. Μέχρι σήμερα, δεν έχει αναπτυχθεί κατάλληλη μέθοδος για την τελική επεξεργασία λυμάτων μελάσσας μεγάλης κλίμακας. Η συσσωμάτωση κροκίδωση είναι η πιο ευρέως διαδεδομένη πρακτική μέθοδος για την απομάκρυνση κολλοειδών σωματιδίων και οργανικής ύλης στην επεξεργασία νερού και λυμάτων. Αν και αρκετές μελέτες έχουν διεξαχθεί σχετικά με τον αποχρωματισμό των λυμάτων μελάσσας με την κροκίδωση, απαιτείται πιο λεπτομερή δουλειά για τη βελτιστοποίηση της διαδικασίας και τη βελτίωση της αποτελεσματικότητα της διεργασίας. Στόχος αυτής της μελέτης ήταν η διερεύνηση της απομάκρυνσης μελανοϊδίνης, με τεχνικές κροκίδωσης ή επίπλευσης, από συνθετικά και πραγματικά λύματα. Το συνθετικό απόβλητο παρασκευάσθηκε από γλυκόζη και γλυκίνη και θέρμανση για 7 ώρες στους 95 °C. Δύο τύποι συνθετικών λυμάτων μελετήθηκαν, το καθαρώς παρασκευασθέν (SIM100%) και το αραιωμένο σε νερό (SIM5%) ό/ό. Τα πραγματικά λύματα ελήφθησαν από ένα μεγάλο εργοστάσιο παραγωγής ζύμης που βρίσκεται στη βιομηχανική περιοχή της Θεσσαλονίκης. Δύο τύποι πραγματικών λυμάτων μελετήθηκαν: το ‘δείγμα 1’ -Real1 και το ‘δείγμα 2’ -Real2. Στα πειράματα κροκίδωσης μελετήθηκαν οι ακόλουθες παράμετροι: i) συγκέντρωση χλωριούχου σιδήρου, ii) χρόνος ανάμιξης, iii) pΗ, iv) δυνατότητα εκρόφησης μελανοϊδινών από τη λάσπη υδροξειδίου του σιδήρου και v) δυνατότητα επαναχρησιμοποίησης της παραγόμενης λάσπης τρισθενούς σιδήρου σε επόμενους κύκλους. Στα πειράματα ηλεκτροεπίπλευσης μελετήθηκε η επίδραση του χρόνου και της πυκνότητας ρεύματος. Η περιεκτικότητα χρώματος στα υδατικά διαλύματα μετρήθηκε σε μονάδες ADMI.Τα πειράματα κροκίδωσης έδειξαν ότι είναι εφικτή η απομάκρυνση του χρώματος σε ποσοστό μεγαλύτερο ή ίσο από 90% σε όξινο pH=4-5 από τα δείγματα SIM5%, SIM100%, Real1 και Real2 με προσθήκη σιδήρου 30, 300, 150 και 100 mM, αντίστοιχα. Στα απόβλητα η κροκίδωση ευνοείται σε όξινο περιβάλλον. Η εκρόφηση μελανοϊδίνης από τη λάσπη κροκίδωσης των δειγμάτων ήταν περιορισμένη σε ποσοστό 20-50% σε pH=10. Σε όλα τα δείγματα η επαναχρησιμοποίηση της λάσπης κροκίδωσης σε δεύτερο στάδιο κροκίδωσης, μετά από εκρόφηση μελανοϊδίνης, αποδείχθηκε εξαιρετικά αποτελεσματική.Τα πειράματα ηλεκτρο-επίπλευσης έδειξαν απομάκρυνση του χρώματος για τα τέσσερα δείγματα SIM5%, SIM100%, Real1 και Real2 σε ποσοστό 54%, 41%, 96 και 87%, αντίστοιχα. Συμπερασματικά, η απομάκρυνση της μελανοϊδίνης από τα πραγματικά απόβλητα είναι εφικτή σε ποσοστό ≥ 90%, τόσο με κροκίδωση όσο και με ηλεκτρο-επίπλευση. Στην κροκίδωση απαιτείται η χρήση [Fe3+]=100-150 mM και χρόνος κροκίδωσης 10 min. Στην ήλεκτρο-επίπλευση απαιτείται ένταση ρεύματος 0.5 Α και χρόνος τροφοδοσίας 40 min.
description: Wastewaters containing molasses are generated by distilleries, fermentation industries, sugar mills and other molasses-based industries. These contain melanoidin polymers which are the product of Maillard reaction between the amino acids and carbonyl groups in molasses. With their high biochemical and chemical oxygen demand, these effluents are environmental hazards. When released in water bodies they cause oxygen depletion and associated problems, and/or if released in soil they reduce the soil alkalinity and manganese availability, inhibit seed germination and affect vegetation. Besides causing unaesthetic discoloration of water and soil, melanoidin pigments are also toxic to microorganisms present in soil and water. Dark brown color of these effluents is highly resistant to microbial degradation and other biological treatments. Only 6%–7% degradation of the melanoidins has been achieved in the conventional anaerobic–aerobic effluent treatment processes, hence, alternative treatment processes have been explored. Techniques that have been used with varying degree of success include among others: adsorption; coagulation; UV/H2O2 oxidation; electrochemical methods; ozone oxidation; membrane treatment; and evaporation. The shortcomings of these methods include instable decolorization efficiency, operational difficulty and occasional formation of hazardous by-products/secondary pollutants. Up to date, no suitable method has been successfully developed for the polishing treatment of full-scale molasses wastewater. Coagulation/flocculation is the most widely practiced process for removing colloidal particles and organic matters in water and wastewater treatment. Although several studies have been conducted on the decolorization of molasses wastewater by coagulation, more detailed work is still required for process optimization in order to improve coagulation efficiency.Τhe objective of this study was the investigation of melanoidins removal, by coagulation or flotation techniques, from synthetic and real effluents. The synthetic effluent was prepared from glucose and glycine and heating for 3 h at 90°C. Two types of synthetic effluent were studied, the pure synthesized (SIM100%) and the diluted (SIM5%) with water. The real effluents were taken from a large yeast manufacturing factory located in the industrial area of Thessaloniki. Two types of real wastewaters studied: 'Real 1', after processing, and 'Real 2' before processing by the WWTP of the factory.In coagulation experiments the following parameters were investigated: i) ferric chloride concentration; ii) mixing time; iii) pH; iv) possibility of melanoidins desorption from the resulted ferric hydroxide sludge; v) possibility of ferric hydroxide sludge re-use in subsequent cycles. In electroflotation experiments the effect of time and current density was investigated. The colour content in aqueous solutions was measured in ADMI units.Flocculation experiments showed that colour removal is possible in an amount greater than 90% at an acidic pH = 4-5 for the samples SIM5%, SIM100%, Real1 and Real2 by the addition of ferric ions 30, 300, 150 and 100 mM, respectively. The flocculation of all samples favoured in acidic environment.Desorption of melanoidins from the flocculation sludge of all samples was limited to 20-50% at pH = 10. In all samples, the reuse of flocculation sludge after desorption melanoidins, proved to be highly effective in a second flocculation stage.The experiments showed removal of colour by electro-flotation from the four samples SIM5%, SIM100%, Real1 and Real2 to be 54%, 41%, 96 and 87%, respectively. In conclusion, the removal of the melanoidins from real effluents shown to be feasible (≥ 90%) either flocculation or by electro-flotation. Flocculation needs [Fe3+] = 100-150 mM and flocculation time 10 min. Electro-flotation needs current 0.5 A and feeding time 40 min.