都会变成奶酪

作者: Dominik Stephan 发布时间:2021-01-04
乳清、漂洗水和细菌问题一直是废水处理过程中存在的挑战——并不是所有的牛奶都会变成奶酪,无论是在乳制品的零件清洗过程还是在医院中,都面临着废水处理的挑战。更为重要的是,所配备的模块化系统都必须采用正确的流程和技术。

乳清、漂洗水和细菌问题一直是废水处理过程中存在的挑战——并不是所有的牛奶都会变成奶酪,无论是在乳制品的零件清洗过程还是在医院中,都面临着废水处理的挑战。更为重要的是,所配备的模块化系统都必须采用正确的流程和技术。

文/ Dominik Stephan

本文作者系本刊德文版杂志编辑。

借助旋转的薄膜能够可靠地将乳清和水分离

马苏里拉奶酪是意大利的热门出口产品。无论是披萨、意大利面还是其他随处可见的食品上,软奶酪在世界各地都非常受欢迎。但并非所有美味的奶酪都来自意大利的Bella地区,丹麦的Jütland半岛盛产艾斯诺姆、哈瓦蒂以及蓝纹奶酪等有着淡淡香气的半固体奶酪,同样收获着众多粉丝的追捧。欧洲最大的马苏里拉奶酪乳品店之一就位于丹麦Arhus市西北约30 km处,由Rødkærsbro地区的丹麦-瑞典乳制品合作社Arla打理运营。Rødkærsbro地区的一切活动都在围绕白奶酪而展开:送达这一地区的每一升牛奶都被用来制作马苏里拉奶酪。但事实上,并非所有的牛奶都制成了奶酪,还有生奶酪凝结留下的乳清。这是一种淡黄色的水状液体,其主要成分是水,但也含有一些乳糖、维生素、乳酸和蛋白质成分。乳清并不是废物,它可用来生产动物饲料、饮料,也是运动营养品中的蛋白质来源。而其他剩余的东西——在工业化奶酪生产企业中也是如此——都没有实际价值。

这意味着,多余的乳清并没有被直接倒入下水道中。为避免周围的溪流、湖河和水域出现富营养化,必须要对乳清进行“无害化处理”。在奶酪生产厂附近应设有一座小型污水净化处理厂,每天处理大约1 000 m3的废水,直到达到严格的饮用水水质标准。这不仅要使相对容易清理的水性成分达到饮用水水质标准,而且还要求将乳清废水中的尿素也清除干净:这使得典型的污水净化处理工作变为了一项具有挑战性的任务。

幸运的是,乳制品合作社附近就有一家熟悉污水净化处理技术的企业。Grundfos公司自二战后开始发展水泵技术,现已成为世界顶尖的流体解决方案供应商之一。虽然已经处于领导者地位,但Grundfos公司并没有止步不前:Grundfos公司首席执行官Mads Nipper早已把战略眼光放在了水之外。这位乐高公司的前高管已将实现联合国SDG6的可持续发展目标(使所有人都可以使用到清洁的水和卫生设施)提到了自己的工作议程。因此,Grundfos公司也能为市场提供污水的生物净化技术和物理化学净化技术。这些有着模块化设计的污水净化设备都配有丹麦语的版本。

Arla乳制品厂使用的通用型污水净化模块中包含了泵和阀门

模块化的污水净化处理厂

Grundfos公司将自主开发的、利用管束替代巨大沉降池的生物污水净化技术称之为Biobooster技术。在活化阶段的大型通风良好的水箱中进行生物处理后,污水会被送入有着旋转膜的管束中。澄清的水流入中央排水管,而最小的活性污泥固体物质都将留存在过滤膜的表面,然后由旋转膜产生的离心力将其甩出。这样,既可以保持污水净化系统有着很好的净化能力,又可以将过滤出来的活性污泥回送到活化系统中去。水处理专家解释说,细菌也会被卡在超滤膜中,不会进入到净化后的清水中。这一过程就是如此简单。

这一技术的特点是在管束中采用了超滤膜的结构设计,使得其能够在一个管束框架内高效、紧凑地配置多个管子。仅仅需要2个标准集装箱大小的空间,就可以构建一套完整的水处理系统。Grundfos公司的代表说道,Biobooster系统可以采用分散式配置方式,用最简单的和独立的方式构建一套模块化的污水净化处理系统。整套设备可以在生产厂制造出来并预装好,直至运送到用户手中,只需几天的时间就可以完成安装调试,迅速投入使用。如果需要扩大污水净化能力,则可以通过增加一些管束或者模块便可以完成此目标。

污水中含有上游生物净化过程中的有机污染物和乳清残留

水处理4.0

这种污水净化系统每天可以净化100~3 000 m3的污水——采用自动化控制,几乎没有人工干预。如果污水净化过程中超滤膜出现了堵塞,则泵的控制系统马上就会检测出压力升高。由于整个系统各个模块之间呈冗余配置,因此在对某一管子进行维护保养时也不会影响整个系统的正常工作。这仅仅是过程控制和监控系统的一个功能:智能化的工况风险评估、在线可视化以及数据眼镜的现场技术支持等功能为技术人员提供了每周7天、每天24 h的不间断技术支持。

今天,Arla乳制品厂正在用这种方法以每天450 m3的处理量来净化饮用水。准确而言,经净化处理后的水含氮量为1.5 mg/L,含磷量为0.12 mg/L,水质明显优于8 mg/L和0.3 mg/L的标准值。另外,这一污水净化系统每天还可以输出乳制品生产过程用水300 m3,当然,这300 m3的水质要求与饮用水不同。这样既可以节约700 000 L的水,而且也不会污染当地的污水排放系统。

污水中含有重金属?

智能化、模块化和分布式的Biobooster污水净化处理系统不仅可以应用于食品行业,这一污水净化解决方案的使用效果也在小型市政、沼气生产和其他行业领域中得到了验证。在2018~2019年间,Drundfos公司向不同的客户交付了13套Biobooster污水净化系统,其中就包括交付给Arla乳制品厂的2台污水净化设备——在瑞典南部的一个乳制品生产基地,Biobooster系统得到了实际应用。

然而,这种紧凑型的污水净化处理系统也并非是万能的,就像其名称中所表达的那样:它是一种仅适用于上游生物净化技术的污水处理系统。如果需要处理的是工业污水,例如,机床设备制造、汽车制造中产生的冷却水、冲洗水应该怎么办呢?Drundfos公司的Dynafilter过滤模块专门为解决零部件清洗而开发,并且立即展开了应用测试——毕竟丹麦人自己每天也生产成千上万的零件、外壳和毛坯。这一系统采用的也是旋转的过滤方式,利用旋转产生的离心力将碳化硅(该公司生产过程中冷却水中含有的)可靠地分离出来。这种极硬的矿物质材料有着很好的耐高温性能以及耐化学腐蚀性能。过滤模块占地面积为1.6 m2,带有反冲洗模块的过滤设备则采用的是自动运行的方式。冷却水的回收率达到了95%,有着很好的投资回报率。丹麦的水泵生产厂称,在采用了这一系统之后,节水达36%,化学品使用量减少了45%,能源需求量也减少到了1 680 kW·h。此外,Bjerringbro市生产厂表示:生产出的零件清洁度有了改进提高,冲洗质量也得到了明显的改善。

污水中的重金属很难处理,比想象中的还要难:尽管下水道中的药物残留问题以及药丸、酊剂和试剂的无害化处理已经得到了公众的高度关注,但也给制药企业带来了一些惨痛教训。医院废水成为所有市政污水净化处理的大难题,加之药物残留、病原体和抗药性细菌,逐渐形成了非常危险的混合物,利用常规净化技术根本无法处理。而相关的立法规定却越来越严格:例如,丹麦规定达到一定规模的医院必须对自己的医用污水进行净化处理后才允许排放到市政污水处理系统中去——这可不是一件容易的事情。

对抗细菌

Grundfos公司在哥本哈根附近的Herlev医院开创了医院污水净化处理的新局面:多年来,Grondfos公司已经为这家1 600张床位的医院开发设计和测试了多级污水净化处理系统。结果表明:基于久经考验的Biobooster膜使这一医用污水净化系统能够可靠地截留下所有种类的细菌,这也使得这一系统成为该国最先进的污水净化处理系统之一。与马苏里拉奶酪生产不同的是:医用污水净化处理系统还必须将医用废水中的病原体和药物残留也都可靠地分离出来。因此,为安全起见,必须再次用紫外线和臭氧以及活性炭净化废水和废气。在有废气排放的情况下,还必须进行光化电离和催化处理,以确保病原体和难闻的气味不会逸出到周围环境的空气中。这一净化步骤并非可有可无,因为医院就在居民区附近。按照这种方法能够可靠地净化处理99.9%的医院废水和99%的X射线造影剂以及细菌、病菌和激素。

3种不同的污水,3种不同的挑战。无论是乳清残留物、工业污水的回收再利用还是高污染的医院废水净化处理,解决所有问题的方法都指向了同一种方法:以模块化的污水净化处理系统为基础,采用适合于不同污水净化处理的模块。


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