The possibilities of using membrane filtration in the dairy industry

• Autorzy: Kowalik-Klimczak A.

Warianty tytułu

PL

Możliwości wykorzystania filtracji membranowej w przemyśle mleczarskim

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The possibilities of using membrane filtration in the dairy industry are presented in this paper. It was found that the pressure membrane processes are successfully used for the processing of raw milk into milk products. However, based on the analysis of the technology for producing chosen milk products, it was found that the dairies are wastewater in the form of white water, milk water, and spent cleaning baths. It was proposed to use two-step systems based on membrane filtration to treat these types of wastewater. Regeneration of white water and milk water is possible in RO/ROP system. In turn, UF/RO or NF/RO systems are necessary for the regenerations of spent cleaning baths. However, based on studies of the compositions of dairy wastewaters and preliminary filtration studies, it was claimed that, before the treatment of this type of wastewater by membrane modules, it is important to appropriately prepare wastewater with pre-treatment techniques.

PL

W pracy przedstawiono możliwości wykorzystania technik filtracji membranowej w przemyśle mleczarskim. Stwierdzono, że ciśnieniowe procesy membranowe są z powodzeniem stosowane do przetwarzania mleka surowego na gotowe produkty mleczne. Jednak na podstawie przeprowadzonej analizy technologii wytwarzania wybranych produktów mlecznych stwierdzono, że w zakładach mleczarskich powstają ścieki w postaci białej wody, wody z mleka i zużytych kąpieli myjących. Do unieszkodliwiania tego typu ścieków zaproponowano wykorzystanie dwustopniowych układów opartych na technikach filtracji membranowej. Regeneracja białej wody i wody z mleka możliwa jest w układzie RO/ROP. Z kolei do regeneracji zużytych kąpieli myjących niezbędne jest zastosowanie układów UF/RO lub NF/RO. Jednak na podstawie przeprowadzonych badań fizykochemicznych ścieków mleczarskich oraz wstępnych badań filtracyjnych stwierdzono, że przed podaniem tego typu ścieków na moduł membranowy niezbędne jest odpowiednie ich przygotowanie.

Słowa kluczowe

EN

membrane filtration; dairy industry; wastewater treatment; ultrafiltration; UF; nanofiltration; NF; reverse osmosis; RO

PL

filtracja membranowa; przemysł mleczarski; oczyszczanie ścieków; ultrafiltracja; UF; nanofiltracja; NF; odwrócona osmoza; RO

• Wydawca: Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - Państwowego Instytutu Badawczego
• Czasopismo: Journal of Machine Construction and Maintenance - Problemy Eksploatacji
• Rocznik: 2017
• Tom: no. 2
• Strony: 99--108
• Opis fizyczny: Bibliogr. 50 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Kowalik-Klimczak A.

• Institute for Sustainable Technologies National Research Institute in Radom

Bibliografia

• 1. Steinhoff-Wrześniewska A., Rajmund A., Godzwon J.: Zużycie wody w wybranych branżach przemysłu spożywczego. Inżynieria Ekologiczna, 2013, 32, 164-171.
• 2. Kasztelan A., Kierepka M.: Oddziaływanie przemysłu spożywczego na środowisko w Polsce. Stowarzyszenie Ekonomistów Rolnictwa i Agrobiznesu. Roczniki Naukowe, t. XVI, z. 2, 109-116.
• 3. Hardyjańska B.: Gospodarka wodno-ściekowa w przedsiębiorstwach mleczarskich po wstąpieniu Polski do Unii Europejskiej. Zeszyty Naukowe Szkoły Głównej Gospodarstwa Wiejskiego w Warszawie - Problemy Rolnictwa Światowego, 2012, t. 12/27, z. 4, 47-54.
• 4. Zander Z, Dajnowiec F.: Gospodarka wodą w zakładzie mleczarskim. Agro Przemysł, 2009, 3, 50-52.
• 5. Bondaruk J., Kwapuliński J.: Zasady rozwoju zrównoważonego w działalności zakładów przemysłowych w zakresie obiektów wodno-ściekowych. Problemy Ekologii, 2007, 11/5, 263-270.
• 6. Zander L., Zander Z.: Techniki membranowe w przetwórstwie mleka. Ogólnopolski Informator Mleczarski, 2004, 11, 1-8.
• 7. Kowalik-Klimczak A., Gierycz, P.: Application of pressure membrane processes for minimization of noxiousness of chromium tannery wastewater. Maintenance Problems, 2014, 92/1, 71-79.
• 8. DWA (German Association for Water, Wastewater and Waste) Advisory Leaflet DWA-M 708; Wastewater in milk processing; January 2010.
• 9. Le T.T., Cabaltica A.D., Bui1 V.M.: Membrane separations in dairy processing. Journal of Food Research and Technology, 2014, 2/1, 1-14.
• 10. Heino A.: Microfiltration in cheese and whey processing. Academic Dissertation. University of Helsinki. Department of Food Technology. Helsinki 2009.
• 11. Peinemann K-V., Nunes S.P., Giorno L.: Membrane Technology: Membranes for Food Applications, Vol. 3, Wiley-VCH, 2010.
• 12. Cassano A., Rastogi N.K., Basile A.: Membrane technologies for water treatment and reuse in the food and beverage industries. Water Treatment, 2015, 18, 551-580.
• 13. Kumar P., Sharma N., Ranjan R., Kumar S., Bhat Z.F., Jeong D.K.: Perspective of membrane technology in dairy industry: A review. Asian-Australian Journal of Animal Sciences, 2013, 26/9, 1347-1358.
• 14. Das B., Sarkar S., Sarkar A., Bhattacharjee S., Bhattacharjee C.: Recovery of whey proteins and lactose from dairy waste: A step towards green waste management. Process Safety and Environmental Protection, 2016, 101, 27-33.
• 15. Balannec B., Vourch M., Rabiller-Baudry M., Chaufe B.: Comparative study of different nanofiltration and reverse osmosis membranes for dairy effluent treatment by dead-end filtration. Separation and Purification Technology, 2005, 42, 195-200.
• 16. Chollangi A., Hossain Md. M.: Separation of proteins and lactose from dairy wastewater. Chemical Engineering and Processing, 2007, 46, 398-404.
• 17. Vourch M., Balannec B., Chaufer B., Dorange G.: Nanofiltration and reverse osmosis of model process waters from the dairy industry to produce water for reuse. Desalination, 2005, 172, 245-256.
• 18. Kyrychuk I., Zmievskii Y., Myronchuk V.: Treatment of dairy effluent model solutions by nanofiltration and reverse osmosis. Processes and Equipment of Food Productions, 2014, 3/2, 280-287.
• 19. Kowalik J.: Techniki membranowe w produkcji mleczarskiej. Forum Mleczarskie Biznes, 2011, 3, 12-15.
• 20. Szczurek W.: Produkty przetwarzania serwatki i ich zastosowanie w paszy dla kurcząt brojlerów - aspekt żywieniowy i fizjologiczny. Wiadomości Zootechniczne, 2008, 4, 41-52.
• 21. Sterlitech Corporation, www.sterlitech.com (18.01.2017).
• 22. Koch Membrane System, www.kochmembrane. com (18.01.2017).
• 23. Ostrowska K., Janczukowicz W., Rodziewicz J., Mielcarek A.: Wpływ procesu filtracji na relację między ilością substancji organicznych i związków biogennych w ściekach mleczarskich. Rocznik Ochrona Środowiska, 2013, 15, 1411-1425.
• 24. Zintegrowane zapobieganie zanieczyszczeniom i ich ograniczanie. Dokument referencyjny Komisji Europejskiej na temat najlepszych dostępnych technik w przemyśle spożywczym, www.mos.gov.pl, (18.01.2017).
• 25. Struk-Sokołowska J.: Zmiany udziału frakcji ChZT podczas oczyszczania ścieków komunalnych z dużym udziałem ścieków mleczarskich. Rocznik Ochrona Środowiska, 2011, 13, 2015-2032.
• 26. Struk-Sokołowska J.: Badania dobowej i sezonowej zmienności składu ścieków mleczarskich. Ecological Enginnering, 2016, 47, 74-81.
• 27. Krol J.: Technologie odzysku oraz uzdatniania wody w przemyśle spożywczym na przykładzie projektu zrealizowanego w SM Mlekovita. III Konferencja Naukowo-Techniczna „Ochrona Środowiska. Woda i Ścieki w Przemyśle Spożywczym” 2010.
• 28. Lech M., Trusek-Hołownia A.: Biodegradacja serwatki z wykorzystaniem szczepu B. licheniformis. Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 2013, 52, 443-444.
• 29. Piątkiewicz W.: Wybrane aspekty projektowania membranowych instalacji filtracyjnych o przepływie krzyżowym. Wydawnictwo Naukowe Instytutu Technologii Eksploatacji - PIB, Radom 2012.
• 30. Fernández P., Riera F.A., Álvarez R., Álvarez S.: Nanofiltration regeneration of contaminated single-phase detergents used in the dairy industry. Journal of Food Engineering, 2010, 97/3, 319-328.
• 31. Balannec B., Gẽsan-Guiziou G., Chaufer B., Rabiller-Baudry M., Daufin G.: Treatment of dairy process waters by membrane operations for water reuse and milk constituents concentration. Desalination, 2002, 147, 89-94.
• 32. Chandrapala J., Duke M.C., Gray S.R., Weeks M., Palmer M., Vasiljevic T.: Nanofiltration and nanodiafiltration of acid whey as a function of pH and temperature. Separation and Purification Technology, 2016, 160, 18-27.
• 33. Zander Z. Dajnowiec F., Soral-Śmietana M., Zander L., Banaszczyk P., Wołkowiak J.: Opory permeacji w procesach nanofiltracji i wysokociśnieniowej ultrafiltracji serwatki kwasowej. Inżynieria i Aparatura Chemiczna, 2012, 51/6, 408-409.
• 34. Pan K., Song Q., Wang L., Cao B.: A study of demineralization of whey by nanofiltration membrane. Desalination, 2011, 267, 217-221.
• 35. Kołtuniewicz A.B., Drioli E.: Membranes in Clean Technologies. Theory and Practice, Vol. 1-2, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co, 2008.
• 36. Bodzek M., Konieczny K.: Usuwanie zanieczyszczeń nieorganicznych ze środowiska wodnego metodami membranowymi. Wydawnictwo Seidel-Przywecki, Warszawa 2011.
• 37. Rasanen E., Nystrom M., Sahlstein J., Tossavainen O.: Purification and regeneration of diluted caustic and acidic washing solutions by membrane filtration. Desalination, 2002, 149, 185-190.
• 38. Riera F.A., Suárez A., Muro C.: Nanofiltration of UHT flash cooler condensates from a dairy factory: Characterisation and water reuse potential. Desalination, 2013, 309, 52-63.
• 39. Luo J., Ding L., Qi B., Jaffrin M.Y., Wan Y.: A two-stage ultrafiltration and nanofiltration process for recycling dairy wastewater. Bioresource Technology, 2011, 102, 7437-7442.
• 40. Luo J., Ding L., Wan Y., Paullier P., Jaffrin M.Y.: Fouling behavior of dairy wastewater treatment by nanofiltration under shear-enhanced extreme hydraulic conditions. Separation and Purification Technology, 2012, 88, 79-86.
• 41. Steinhauer T., Marx M., Bogendörfer K., Kulozik U.: Membrane fouling during ultra- and microfiltration of whey and whey proteins at different environmental conditions: The role of aggregated whey proteins as fouling initiators. Journal of Membrane Science, 2015, 489, 20-27.
• 42. Łobodzin P., Grądkowski M.: Testing microfiltration installation for aqueous operating fluid purification. Maintenance Problems, 2014, 93/2, 107-117.
• 43. Kapdan I.K., Aslan S.: Application of the Stover-Kincannon kinetic model to nitrogen removal by Chlorella vulgaris in a continuously operated immobilized photobioreactor system. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 2014, 83, 7, 998-1005.
• 44. Chen W., Zhang Ch., Song L., Sommerfeld M., Hu Q.: A high throughput Nile red method for quantitative measurement of neutral lipids in microalgae. Journal of Microbiological Methods, 2009, 77, 41-47.
• 45. Chisti Y.: Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances, 2007, 25, 294-306.
• 46. Bahadar A., Khan M.: Progress in energy from microalgae: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2013, 27, 128-148.
• 47. Dębowski M., Zieliński M., Rokicka M.: Produkcja biomasy mikroglonów na bazie ścieków pochodzących z przemysłu mleczarskiego. Inżynieria Ekologiczna, 2016, 47, 54-59.
• 48. Makowska M., Dziosa K.: Production of microalgae biomass under laboratory condition. Przemysł Chemiczny, 2015, 94/6, 982-985.
• 49. Nasr M., Elreedy A., Abdel-Kader A., Elbarki W., Moustafa M.: Environmental consideration of dairy wastewater treatment using hybrid sequencing batch reactor. Sustainable Environment Research, 2014, 24, 449-456.
• 50. Bhumesh S.B., Sai V.S.: Utilization and treatment of dairy effluent through biogas generation - A case study. International Journal of Environmental Sciences, 2011, 7, 1621-1630.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2018).