Ścieki z kawy

Ścieki kawowe , znane również jako ścieki kawowe , są produktem ubocznym przetwarzania kawy . Jego obróbka i utylizacja jest ważnym aspektem środowiskowym dla przetwarzania kawy, ponieważ ścieki są formą przemysłowego zanieczyszczenia wody .

Niezrywany owoc kawowca, znany jako kawowiec, przechodzi długi proces, aby był gotowy do spożycia . Proces ten często pociąga za sobą zużycie dużych ilości wody i wytwarzanie znacznych ilości odpadów stałych i płynnych. Rodzaj odpadów jest wynikiem rodzaju procesu, przez który przechodzą owoce kawy. Przekształcenie wiśni w oro lub zielone ziarno (suszone ziarno kawy, które jest gotowe do eksportu) osiąga się w procesie suchym, częściowo umytym lub w pełni umytym.

Przetwarzanie

Główny artykuł: Produkcja kawy § Przetwarzanie

Suchy

Owoce kawy suszy się natychmiast po zbiorze poprzez suszenie na słońcu, suszenie na słońcu lub suszenie sztuczne. Podczas suszenia na słońcu wiśnie kawy umieszcza się na czystej podłodze i pozostawia do wyschnięcia na wolnym powietrzu. W przypadku suszenia słonecznego wiśnie umieszcza się w zamkniętej szafce, która ma otwory wentylacyjne umożliwiające odprowadzanie wilgoci. Sztuczne suszenie stosuje się głównie w porze deszczowej, kiedy niski poziom nasłonecznienia wydłuża czas suszenia słonecznego, a wiśnie są podatne na rozwój pleśni. Po wysuszeniu wiśnie są łuszczone. mechanicznie usuwa się wysuszoną zewnętrzną warstwę wiśni, zwaną owocnią .

Częściowo prane

W przypadku przetwarzania półmytego wiśnie są pozbawiane miąższu w celu usunięcia owocni. Następnie usuwa się śluzowatą śluzu pokrywającą fasolę. Odbywa się to mechanicznie poprzez podawanie ziaren do cylindrycznego urządzenia, które przenosi je do góry. Podczas gdy tarcie i nacisk wywierany na ziarna w tym procesie są wystarczające do usunięcia większości śluzu, niewielka jego ilość pozostanie w środkowej części ziarna. Ta technika jest stosowana w Kolumbii i Meksyku w celu zmniejszenia zużycia wody z długiego procesu fermentacji i intensywnego mycia.

Becolsub

Aby zmniejszyć zanieczyszczenie generowane przez mokry proces owoców kawy, naukowcy z Cenicafé opracowali technologię, która pozwala uniknąć używania wody, gdy nie jest potrzebna, i używa odpowiedniej wody, gdy jest potrzebna. Technologia o nazwie Becolsub (od hiszpańskich inicjałów oznaczających ekologiczny proces mokrej kawy z obróbką produktów ubocznych: B eneficio Ecol ogicos Sub -productos ) kontroluje ponad 90% zanieczyszczeń generowanych przez swojego poprzednika. Jakość kawy przetworzonej w ten sposób jest taka sama jak kawy przetworzonej w drodze naturalnej fermentacji.

Technologia Becolsub polega na rozcieraniu bez wody, mechanicznym usuwaniu śluzu i mieszaniu produktów ubocznych (skórek owoców i śluzu) w przenośniku ślimakowym. W skład technologii wchodzi również urządzenie hydromechaniczne do usuwania owoców pływających i lekkich zanieczyszczeń oraz przedmiotów ciężkich i twardych oraz sito cylindryczne do usuwania owoców, których skórka nie została oddzielona w rozcierarce. Naukowcy z Cenicafé odkryli, że owoc kawy ze śluzem (niedojrzałe i suszone owoce nie mają śluzu) ma w środku wystarczającą ilość wody, aby skórka i nasiona mogły zostać oddzielone w konwencjonalnych maszynach do roztwarzania bez wody, a płyn był potrzebny tylko jako środek transportu i że roztwarzanie bez wody pozwala uniknąć 72% potencjalnego zanieczyszczenia.

Usuwanie śluzu odbywa się poprzez proces fermentacji, który trwa od 14 do 18 godzin, aż śluz ulegnie degradacji i będzie można go łatwo usunąć wodą. Płukanie sfermentowanego śluzu wymaga w najlepszym przypadku 5,0 l/kg DPC. Naukowcy z Cenicafé opracowali maszynę do usuwania śluzu pokrywającego ziarna kawy. Ta maszyna, zwana Deslim (początkowe litery hiszpańskiego demucilager, mechaniczna myjka i środek czyszczący) usuwa ponad 98% całkowitego śluzu (tak samo jak dobrze przeprowadzona fermentacja) poprzez wywieranie stresu i generowanie kolizji między ziarnami, zużywając tylko 0,7 l /kg DPC. Powstała wysoce skoncentrowana mieszanina wody, śluzu i zanieczyszczeń jest lepka i jest dodawana do oddzielonej skórki owoców w przenośniku ślimakowym. W przenośniku ślimakowym retencja jest większa niż 60%, co oznacza 20% dodatkową kontrolę potencjalnego zanieczyszczenia.

Te dwa produkty uboczne są szeroko stosowane jako podłoże dla robaków do produkcji nawozów naturalnych. Jednak wysokie stężenie śluzu otrzymanego z odmulacza daje możliwość uprzemysłowienia produktu ubocznego.

W pełni umyte

Ten proces jest stosowany głównie podczas przetwarzania Coffea arabica . Po rozdrobnieniu ziarna są zbierane w fermentacyjnych , w których bakteryjne usuwanie śluzu odbywa się w ciągu 12 do 36 godzin. Faza fermentacji jest ważna dla rozwoju smaku kawy, co częściowo wynika z zachodzących procesów mikrobiologicznych. Pojawienie się drożdży i pleśni w kwaśnej wodzie może prowadzić do nieprzyjemnych posmaków, takich jak kwaśna kawa i posmak cebuli . Uważa się jednak, że obróbka na mokro daje kawę o wyższej jakości niż inne procesy, ponieważ niewielkie ilości niepożądanych posmaków nadają kawie jej szczególny smak i „ciało”.

Po zakończeniu fermentacji ziarna są dokładnie myte w celu usunięcia pozostałości fermentacji i pozostałego śluzu. Jeśli nie zostaną usunięte, powodują odbarwienie pergaminu i czynią ziarna podatnymi na drożdże. Po umyciu fasola jest suszona. Kiedy proces suszenia nie jest wystarczająco szybki, pojawiają się ziemiste i stęchłe plamy, takie jak smak Rio .

Zużycie wody

Ilość wody użytej do przetwórstwa zależy w dużym stopniu od rodzaju przerobu. Obróbka w pełni umytych owoców kawy na mokro wymaga najwięcej świeżej wody, najmniej zaś obróbka na sucho. Źródła wskazują na szeroki zakres wykorzystania wody. [ Potrzebne źródło ] Recykling wody w procesie usuwania miazgi może drastycznie zmniejszyć potrzebną ilość. Dzięki ponownemu użyciu i udoskonalonym technikom mycia można uzyskać od 1 do 6 m 3 wody na tonę świeżej kawowca; bez ponownego użycia możliwe jest zużycie do 20 m 3 /tonę.

Wykorzystanie wody w przetwórstwie kawy
Kraj Proces Zużycie wody m 3 /tonę wiśni Źródło
Indie Półprane, obróbka na mokro 3
Kenia W pełni umyte, ponowne wykorzystanie wody 4–6
Kolumbia W pełni umyte i przetworzone w środowisku (BECOLSUB) 1–6
Papua Nowa Gwinea W pełni umyte, recyklingowe wykorzystanie wody 4–8
Wietnam Półmokra i całkowicie umyta 4–15
Wietnam Tradycyjny, w pełni wyprany 20
Indie Tradycyjny, w pełni wyprany 14-17
Brazylia Częściowo umyte, mechaniczne odśluzowanie 4
Meksyk Częściowo umyte, mechaniczne odśluzowanie 3.4
Nikaragua Tradycyjny, w pełni wyprany 16
Nikaragua W pełni umyte, ponowne wykorzystanie wody 11

Ogólny

Owoce kawy są oddzielane za pomocą wody w kadziach separacyjnych

Woda używana do przetwarzania kawy opuszcza jednostkę przetwarzającą kawę z wysokim poziomem zanieczyszczenia . Głównym składnikiem jest materia organiczna , pochodząca z rozwłókniania i usuwania śluzu . Większość materii organicznej w ściekach jest bardzo odporna, a wartości ChZT , czyli ilość tlenu potrzebna do ustabilizowania materii organicznej przy użyciu silnego utleniacza, stanowią 80% ładunku zanieczyszczeń, przy wartościach sięgających 50 g/l. BZT czyli ilość tlenu potrzebna do biologicznego rozkładu materii organicznej w warunkach tlenowych w znormalizowanej temperaturze i czasie inkubacji, pochodząca z biodegradowalnego materiału organicznego może osiągać wartości 20 g/L.

Przy (zgrubnym) przesiewaniu i usuwaniu miazgi wartości ChZT i BZT stają się znacznie niższe. Stwierdzono wartości w przedziale 3–5 g/l dla ChZT i 1,5–3 g/l dla BZT 5 . Odnotowano wartości 2,5 g/l dla ChZT i 1,5 g/l dla BZT 5 .

Duża część materii organicznej, pektyn , wytrąca się w postaci śluzowatych ciał stałych i może zostać usunięta z wody. Gdy te ciała stałe nie zostaną usunięte, a pH wzrosną i można zaobserwować wzrost ChZT.

W celu optymalizacji beztlenowej obróbki ścieków wartości pH powinny wynosić od 6,5 do 7,5, zamiast powszechnie występujących wartości pH=4, które są silnie kwaśne. Uzyskuje się to przez dodanie do ścieków wodorotlenku wapnia (CaOH 2 ). Spowodowało to odzyskanie rozpuszczalności pektyn, podniesienie ChZT ze średnio 3,7 g/l do średnio 12,7 g/l.

Woda dodatkowo charakteryzuje się obecnością związków flawonoidowych , pochodzących ze skórki wiśni. Związki flawonoidowe powodują ciemne zabarwienie wody przy pH = 7 lub wyższym, ale nie zwiększają poziomu BZT ani ChZT w ściekach ani nie mają większego wpływu na środowisko. Niższy poziom przezroczystości może jednak mieć negatywny wpływ na fotosyntezy oraz wzrost i przemiany składników odżywczych przez (zwłaszcza) ukorzenione rośliny wodne. Wiele wysiłków w oliwek i wina , dysponujących stosunkowo dużymi środkami na badania, próbowało znaleźć rozwiązanie tego problemu. Calvert wspomina o badaniach przeprowadzonych nad usuwaniem polifenolowych i flawonoidowych przez gatunki grzybów trawiących drewno ( Basidiomycetes ) w zanurzonym roztworze z napowietrzaniem za pomocą sprężonego powietrza. Te złożone procesy wydawały się być w stanie usunąć związki barwiące, ale uproszczone, tańsze techniki wykorzystujące inne rodzaje grzybów (tj. Geotrichum , Penicillium , Aspergillus ) rozwijały się tylko w silnie rozcieńczonych ściekach.

Ścieki z kawy nie są ciągłym przepływem wody z równomiernym ładunkiem zanieczyszczeń. Przetwarzanie owoców kawy jest procesem okresowym iw odniesieniu do przepływów wody można wyróżnić dwa procesy: rozwłóknianie i fermentacja/mycie.

Rozwłóknianie

Separator mechaniczny usuwa miąższ z owoców kawy za pomocą wody

Wodę używaną do roztwarzania wiśni określa się jako wodę do roztwarzania. Stanowi nieco ponad połowę wody zużywanej w procesie. Według Von Endena i Calverta „woda do roztwarzania składa się z szybko fermentujących cukrów pochodzących zarówno ze składników miazgi, jak i śluzu. Miąższ i śluz składają się w dużej mierze z białek, cukrów i śluzu, w szczególności z pektyn, tj. węglowodanów polisacharydowych. Cukry te fermentują przy użyciu enzymów z bakterii na wiśniach Inne składniki wody do roztwarzania to kwasy i toksyczne chemikalia, takie jak polifenole (garbniki) lub alkaloidy (kofeina).

Woda z roztwarzania może być ponownie wykorzystana podczas usuwania miąższu ze zbiorów jednego dnia. Powoduje to wzrost zawartości materii organicznej i spadek pH. Badania przeprowadzone w Nikaragui wykazały wzrost średniego ChZT z 5400 mg/l do 8400 mg/l przy usunięciu większości miazgi. Spadek pH można przypisać rozpoczęciu fermentacji wody roztwarzającej. Spadek ten trwa do zakończenia fermentacji i osiągnięcia poziomu pH około 4. W trakcie badań określono zawartość składników pokarmowych w wodzie po roztwarzaniu przy maksymalnym obciążeniu ChZT, które uznano za odzwierciedlenie maksymalnego zanieczyszczenia. Całkowite stężenie azotu (TN) w próbkach mieściło się w zakresie od 50 do 110 mg/l, przy średniej dla wszystkich próbek wynoszącej 90 mg/l. Stężenie fosforu całkowitego (TP) w próbkach wahało się od 8,9 do 15,2 mg/l, przy średniej dla wszystkich próbek wynoszącej 12,4 mg/l.

Mycie

Mycie sfermentowanych ziaren prowadzi do powstania ścieków zawierających głównie pektyny ze śluzu, białka i cukry. Fermentacja cukrów (węglowodanów disacharydowych) do etanolu i CO2 prowadzi do kwaśnych warunków w wodzie płuczącej. Etanol po reakcji z tlenem przekształca się w kwasy octowe, obniżając pH do poziomu około 4. Wysoka kwasowość może negatywnie wpływać na skuteczność oczyszczania urządzeń oczyszczających, które traktują ścieki kawowe jak reaktor beztlenowy lub sztuczne mokradła i jest uważana za szkodliwą dla organizmów wodnych, gdy są odprowadzane bezpośrednio do wód powierzchniowych .

Podczas procesu mycia badania w Nikaragui wykazały wyraźny spadek zanieczyszczenia ścieków. Wartości ChZT spadają ze średnio 7200 mg/L do mniej niż 50 mg/L. Pomimo tego, że ścieki o wartości ChZT poniżej 200 mg/L mogą być odprowadzane naturalnymi drogami wodnymi w Nikaragui, wskazane jest kierowanie wszystkich ścieków do systemu oczyszczania. Wynika to z faktu, że poziomów ChZT nie można określić na miejscu podczas procesu mycia, a odprowadzanie ścieków do wód powierzchniowych opiera się na oględzinach. Kiedy woda jest „przejrzysta”, uważa się ją za wystarczająco czystą, ale wartości ChZT zmierzone podczas badań wykazały, że zrzuty na ogół następowały zbyt szybko, co skutkowało wyższymi poziomami ChZT w ściekach niż dozwolone. Kolejnym pozytywnym efektem kierowania ścieków do oczyszczalni jest ich rozcieńczenie, co umożliwia lepsze oczyszczanie przez bakterie beztlenowe dzięki korzystniejszym wartościom pH oraz lepsze oczyszczanie wtórne dzięki niższym stężeniom amonu.

Stężenie TN w próbkach ścieków pochodzących z mycia wahało się od 40 do 150 mg/L, przy średniej dla wszystkich próbek 110 mg/L. Stężenie TP w próbkach mieściło się w zakresie od 7,8 do 15,8 mg/l ze średnią dla wszystkich próbek 10,7 mg/l.

Zobacz też

Notatki

Bibliografia

  • Bello-Mendoza, R.; Calvo-Bado, Luizjana; Sánchez-Vázquez, JE; Lau-Chong, G.; Cuevas-González, R. (1995). „Diagnóstico de la contaminación en las aguas pozostałości de los benefidos húmedos de cafe en el Soconu sco, Chiapas, México”. proc. XVI Sympozjum Ameryki Łacińskiej na temat uprawy kawy, 20–25 października 1993 r., Managua, Nikaragua . Tegucigalpa, Honduras: PROMECAFE-IICA. s. 1–13.
  •   Bello-Mendoza, R.; Castillo-Rivera, MF (1998). „Uruchomienie beztlenowego hybrydowego reaktora UASB / filtra oczyszczającego ścieki z zakładu przetwórstwa kawy”. beztlenowce . 4 (5): 219–225. doi : 10.1006/anae.1998.0171 . PMID 16887646 .
  • "Estudio y diseño de la Planta de Tratamiento de los Desechos del Café en la finca" San Luis ". BIOMAT 1992 . Matagalpa, Nikaragua: Alcaldía de Matagalpa i Oficina Biogás y Saneamiento Ambiental.
  • Calvert, Ken C. (1997). „Oczyszczanie ścieków kawowych - opcja biogazu. Przegląd i wstępny raport z trwających badań”. Raport z badania kawy nr. 50 . Kainantu, Papua-Nowa Gwinea: Coffee Industry Corporation Ltd.
  • Calvert, Ken C. (1998). „Mikrobiologia przetwarzania kawy, część 1” ( DOC ) . Biuletyn badań nad kawą PNGCRI .
  • Calvert, Ken C. (1999). „Mikrobiologia przetwarzania kawy, część 3”. Biuletyn badań nad kawą PNGCRI .
  • Cuervo, Adriana Maria (1997). beneficio ecológico del cafe con manejo de subproductos (PDF) . CZEŚĆ. Zarchiwizowane od oryginału (PDF) w dniu 2016-03-06 . Źródło 2020-07-25 .
  • Deepa, Wielka Brytania; Chanakya, HN; de Alwis, AAP; Manjunath, GR; Devi, V. (2002). „Przezwyciężanie zanieczyszczenia jezior i zbiorników wodnych w wyniku roztwarzania kawy za pomocą odpowiednich rozwiązań technologicznych”. Materiały „Sympozjum na temat ochrony, odtwarzania i zarządzania ekosystemami wodnymi” . Kanada: Centrum Nauk Ekologicznych, Indyjski Instytut Nauki (IIS) oraz Fundacja Badań nad Środowiskiem Karnataka [KERF], Bangalore i Commonwealth of Learning. papier 4.
  • De Matos, T, A.; Lo Monako, Pensylwania; Pinto, AB; Fia, R.; Fukunaga, DC (2001). „Potencjał zanieczyszczeń ścieków z przetwarzania owoców kawy”. Środowisko i woda . Viçosa-MG, Brazylia: Uniwersytet Federalny w Viçosa, Wydział Inżynierii Rolniczej.
  • Droste, RL (1997). Teoria i praktyka oczyszczania wody i ścieków . Hoboken, Kanada: John Wiley & Sons, Inc.
  • Grendelman, ostry dyżur (2006). Tratar las Aguas Mieles (niepublikowana praca dyplomowa dotycząca stażu). Holandia: Uniwersytet Wageningen, podwydziały: Grupa Nawadniania i Inżynierii Wodnej oraz Technologia Środowiskowa.
  • Murthy, KVN; D'Sa, A.; Kapur, G. (2004). Opcja oczyszczania ścieków i wytwarzania energii elektrycznej na plantacjach kawy: czy jest to wykonalne finansowo? (wersja robocza red.). Bangalore: Międzynarodowa Inicjatywa Energetyczna.
  • Nemerow, Nelson Leonard (1971). „Odpady kawy” . Płynne odpady przemysłu: teorie, praktyki i leczenie . Pub Addison-Wesley. Współ.
  • Treagust, J. (1994). Oczyszczanie ścieków z kawy (praca licencjacka (z wyróżnieniem)). Cranfield, Wielka Brytania: Uniwersytet Cranfield.
  • Von Enden, Jan C. (2002). „Najlepsze praktyki w przetwarzaniu na mokro przynoszą korzyści finansowe rolnikom i przetwórcom” (PDF) . Projekt GTZ-PPP „Poprawa jakości kawy i zrównoważony rozwój produkcji kawy w Wietnamie” .
  • Von Enden, Jan C.; Calvert, Ken C. (2002a). Przegląd charakterystyki ścieków kawowych i podejść do ich oczyszczania (PDF) . Projekt GTZ-PPP „Poprawa jakości kawy i zrównoważony rozwój produkcji kawy w Wietnamie” .
  • Von Enden, Jan C.; Calvert, Ken C. (2002b). „Ogranicz szkody środowiskowe dzięki podstawowej wiedzy na temat ścieków z kawy” (PDF) . Projekt GTZ-PPP „Poprawa jakości kawy i zrównoważony rozwój produkcji kawy w Wietnamie” .

Dalsza lektura

Pobrano z „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Coffee_wastewater&oldid=1128050593 ”