Podczyszczanie ścieków z zakładów przemysłu spożywczego i obiektów gastronomicznych

Ścieki wytwarzane w zakładach przemysłu spożywczego oraz zakładach żywienia zbiorowego zawierają znaczne ilości tłuszczów, z chemicznego punktu widzenia będących estrami wyższych kwasów tłuszczowych i gliceryny, zarówno w postaci ciekłej, jak i stałej, najczęściej niemieszającymi się z wodą. Zgodnie z art. 9.2 ustawy o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i odprowadzaniu ścieków [1] do urządzeń kanalizacyjnych (czyli do sieci kanalizacyjnych i przepompowni) nie wolno wprowadzać:

1) odpadów stałych, które mogą powodować zmniejszenie przepustowości przewodów kanalizacyjnych [...];

2) odpadów płynnych niemieszających się z wodą [...].

Tłuszcze zawarte w ściekach są substancjami problematycznymi, gdyż powodują duże problemy eksploatacyjne instalacji i sieci kanalizacyjnych. Przyspieszają zagniwanie ścieków (w dużym stopniu zużywając tlen), a ponieważ rozkładają się do kwasów tłuszczowych, powodują obniżenie pH ścieków, co zwiększa ich korozyjność. Przy obniżonej temperaturze tłuszcze zestalają się na ściankach przewodów, a na powstałej w ten sposób warstwie osadzają się inne zanieczyszczenia. Powoduje to przyspieszoną redukcję prześwitu rur i tworzenie zatorów trudnych do usunięcia za pomocą metod mechanicznych.

Tłuszcze w ściekach utrudniają nie tylko pracę sieci kanalizacyjnej, ale także procesy oczyszczania biologicznego w oczyszczalniach ścieków, ponieważ przyczyniają się do zwiększonego zużycia tlenu – przy zbyt dużym ładunku może być konieczne dłuższe napowietrzanie i dodatkowa cyrkulacja ścieków.

Zgodnie z ustawą Prawo wodne [2], ścieki powstałe w związku z prowadzoną przez zakład działalnością handlową, przemysłową, składową, transportową lub usługową zaliczają się do ścieków przemysłowych, natomiast zgodnie z rozporządzeniem w sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych [3]:

§ 2. Dostawca ścieków przemysłowych wprowadzając je do urządzeń kanalizacyjnych, zapewnia: [...]

3) ograniczenie tych zanieczyszczeń, które niekorzystnie wpływają na pracę oczyszczalni ścieków.

Powyższe zapisy obligują zatem zakłady przemysłowe i usługowe wytwarzające tłuszcze do podczyszczania ścieków przed ich odprowadzeniem do sieci kanalizacyjnej. Choć prawo nie wskazuje ani zakładów, które muszą stosować takie podczyszczanie, ani konkretnych rozwiązań, norma PN-EN 1825 [4, 5] zaleca używanie oddzielaczy tłuszczów (popularnie zwanych separatorami) w zakładach przemysłu spożywczego, takich jak ubojnie, rzeźnie, mleczarnie, olejarnie czy wytwórnie żywności smażonej lub prażonej (chipsy, orzeszki), oraz w zakładach zbiorowego żywienia, takich jak restauracje, bary, stołówki, smażalnie, kuchnie przemysłowe, czy w wytwórniach mydła i stearyny [4]. Jak podaje rozporządzenie regulujące warunki wprowadzania ścieków przemysłowych do urządzeń kanalizacyjnych, urządzenie podczyszczające należy instalować zgodnie z BAT (ang. Best Available Technology – najlepsze dostępne techniki) oraz eksploatować w sposób zapewniający ochronę środowiska [3]. Obliguje to przedsiębiorstwa wytwarzające ścieki z dużą ilością tłuszczów do stosowania wysokiej jakości separatorów (oddzielaczy). Zgodnie z unijnym rozporządzeniem o wyrobach budowlanych [6] PN-EN 1825 [4, 5] jest normą zharmonizowaną. Separatory wprowadzane na rynek UE muszą więc spełniać wymagania określone w tej normie, na co wskazuje m.in. oznakowanie CE i deklaracja zgodności.

Zobacz także: Podczyszczanie ścieków – separatory tłuszczu i substancji ropopochodnych

Zgodnie z PN-EN 1825 oddzielacze (separatory) tłuszczu są przeznaczone do skutecznego wydzielania ze strumienia ścieków tłuszczów i olejów pochodzenia organicznego (tłuszczów i olejów roślinnych oraz zwierzęcych, które są nierozpuszczalne lub nieznacznie rozpuszczalne w wodzie) [4]. Separatory stosuje się jako pierwsze urządzenia za odpływem ścieków – dzięki temu tłuszcze są oddzielane przed wprowadzeniem ścieków do urządzeń kanalizacyjnych. Oddzielone substancje należy regularnie usuwać z separatora i traktować zgodnie z przepisami dotyczącymi odpadów. Zależnie od składu i ilości zebranych tłuszczów mogą one być klasyfikowane jako odpady komunalne lub przemysłowe, np. należące do grupy 02 03 (odpady z przygotowania, przetwórstwa produktów i używek spożywczych oraz odpady pochodzenia roślinnego, w tym odpady z owoców, warzyw, produktów zbożowych, olejów jadalnych, kakao, kawy, herbaty oraz przygotowania i przetwórstwa tytoniu, drożdży i produkcji ekstraktów drożdżowych, przygotowywania i fermentacji melasy) [4]. W tym drugim przypadku konieczne jest uzyskanie wpisu do bazy danych o produktach i opakowaniach oraz o gospodarce odpadami i spełnienie związanych z tym wpisem obowiązków [7].

Zasada działania separatorów

Separatory są zbiornikami przepływowymi, których rolą jest uspokojenie i spowolnienie przepływu ścieków na tyle, by następowała flotacja (wypływanie na powierzchnię) tłuszczów i olejów lżejszych od wody. Ścieki dopływające z urządzeń przechodzą przez odcinek doprowadzający zapewniający spadek min. 2% (1:50) i odcinek stabilizacyjny, który powinien mieć długość nie mniejszą niż dziesięciokrotność średnicy nominalnej rury dopływowej do separatora. Dzięki takiemu rozwiązaniu w odcinku doprowadzającym nie następuje wytrącanie osadu, a laminaryzacja przepływu sprawia, że nie dochodzi do emulgowania (rozbicia) cząsteczek tłuszczu i wytwarzania emulsji, której nie można oddzielić w formie flotacji. Komora flotacji wyposażona jest w deflektor (kierownicę przepływu), która ukierunkowuje przepływ ścieków tak, by zgromadzony flotat nie wypłynął poza separator, ale pozostał w górnej części komory, powyżej odpływu. Podobną funkcję spełnia syfon.

Do prawidłowego przebiegu flotacji konieczne jest także wstępne grawitacyjne oddzielenie substancji stałych – większe separatory mają część osadnikową (np. kosze osadcze lub wydzieloną komorę sedymentacji), a przed mniejszymi należy dodać osadnik.

Separatory tłuszczu muszą być wyposażone w odpowiednią wentylację – przez przewód dopływowy wyprowadzony ponad dach lub osobny przewód wywiewny (do przewodów tych nie można podłączać innych przewodów wentylacyjnych). Wentylacja zabezpiecza zbiornik separatora przed zagniwaniem ścieków. Z kolei odpływ z separatora tłuszczu do urządzeń kanalizacyjnych wymaga zabezpieczenia przed przepływem zwrotnym.

Zróżnicowane konstrukcje separatorów

Separatory mogą być montowane wewnątrz budynku jako urządzenia podzlewozmywakowe, podłogowe lub wolnostojące bądź na zewnątrz budynku jako separatory podziemne.

Separatory podzlewozmywakowe stanowią rozwiązanie przewidziane dla food trucków (ruchomych punktów gastronomicznych w formie odpowiednio wyposażonych furgonetek) i obiektów małej gastronomii, np. realizujących usługi „na wynos”. Natężenie przepływu ścieków dla tych rozwiązań wynosi zwykle 0,5–0,7 l/s. Zbiorniki wykonywane są ze stali nierdzewnej (najczęściej prostopadłościenne) lub z polietylenu o wysokiej gęstości (HDPE) metodą formowania rotacyjnego (bez połączeń, co znacznie zwiększa ich szczelność) i wyróżniają się kompaktową budową oraz wymiarami pozwalającymi umieścić je bezpośrednio pod zlewozmywakiem lub za zmywarką. Zgromadzony w komorze flotacyjnej tłuszcz można usuwać ręcznie lub automatycznie (za pomocą łapacza zbierającego tłuszcz i przekazującego go do odrębnego zbiornika). Na połączeniach z dopływem i odpływem separatory podzlewozmywakowe mogą mieć szybkozłącza, co upraszcza i przyspiesza ich demontaż w celu czyszczenia.

Separatory wolnostojące z HDPE lub stali nierdzewnej umieszcza się w wydzielonych, wentylowanych pomieszczeniach, najlepiej niedaleko rampy lub placu manewrowego, co ułatwia odbiór i transport zanieczyszczeń. Uzupełniającym rozwiązaniem może być wymienny, odoroszczelny zbiornik do gromadzenia tłuszczu, sprawdzający się w miejscach, gdzie regularne opróżnianie separatora może być utrudnione (np. schronisko górskie prowadzące usługi gastronomiczne). W rozwiązaniu tym skimmer (łapacz tłuszczu – system czyszczenia powierzchni cieczy) zbiera zgromadzone na powierzchni cieczy tłuszcze i kieruje do szczelnego zbiornika wyposażonego w czujnik napełnienia. Zbiorniki można tymczasowo składować, a do ich wywozu nie jest konieczny wóz asenizacyjny.

Separatory umieszczane na zewnątrz stosuje się w przypadku dużych przepływów ścieków, jeśli w budynku nie można wydzielić odpowiedniego pomieszczenia. Separatory zewnętrzne wykonywane są jako zbiorniki podziemne (z włazem na poziomie gruntu) z betonu, żeliwa HDPE lub laminatów. W przypadku zbiorników podziemnych konieczne jest odpowiednie posadowienie – np. separatory betonowe osadza się na podbudowie z betonu klasy B-10 o odpowiedniej grubości, a separatory z tworzyw sztucznych w gruntach podmokłych lub nawodnionych mogą wymagać dodatkowego kotwienia i zabezpieczenia przed wypłynięciem ścieków. Ponieważ zbiorniki te są trudno dostępne do kontroli i inspekcji, należy stosować tzw. sygnalizatory poziomu oraz urządzenia alarmowe. W trakcie ich eksploatacji najważniejsze jest regularne usuwanie zgromadzonych zanieczyszczeń.

Dobór separatora

Do separatora nie mogą trafiać ścieki bytowe ani odpływy wód deszczowych, odpływy zanieczyszczone substancjami ropopochodnymi, a także środkami czyszczącymi tworzącymi z tłuszczami stabilne emulsje, których nie można usunąć w procesie sedymentacji i flotacji. Tłuszcze w postaci emulsji powstają także w niektórych sektorach przemysłu spożywczego, np. w mleczarniach czy przy produkcji sera. Usunięcie emulsji przez separator tłuszczu nie jest możliwe.

Wybór konkretnego rozwiązania zależy od:

• maksymalnego natężenia przepływu ścieków dopływających do separatora (w oparciu o ten parametr wybiera się przepustowość nominalną w l/s urządzenia);
• składu ścieków – stężenia i gęstości wprowadzanych tłuszczy, temperatury wody oraz zawartości środków czyszczących;
• rodzaju i wielkości obsługiwanego obiektu;
• możliwości lokalizacji urządzenia – ważna jest dostępność pod kątem usuwania osadów i tłuszczy, możliwość pobrania próbek do analizy, a także położenie względem poziomu zalewania (może być konieczne zaplanowanie przepompowni).

Przy projektowaniu separatora w instalacji i jego doborze należy się kierować wytycznymi norm PN EN 1825-1 oraz 1825-2 zawierającymi m.in. zasady projektowania i doboru [4, 5] oraz wskazaniami producentów. Zgodnie z normą PN-EN 1825-2 [5] przepustowość nominalną separatora (NS) wyznacza się ze wzoru:

gdzie:

Q_max – maksymalna wielkość przepływu ścieków wpływających do separatora obliczana metodą odpływów dobowych i współczynników przepływu szczytowego F lub metodą sumy odpływów jednostkowych, dm³/s;

f_t – współczynnik uwzględniający temperaturę czynnika, wynoszący f_t = 1 dla temperatury ścieków wynoszącej maks. 60°C lub f_t = 1,3 dla temperatury okresowo wyższej niż 60°C;

f_d – współczynnik uwzględniający gęstość danego tłuszczu, dla cieczy o gęstości ≤ 0,94 g/cm³ f_d = 1; dla cieczy o większej gęstości f_d = 1,5;

f_r – współczynnik uwzględniający zużycie detergentów i środków płuczących, wynoszący f_r = 1,3 lub f_r = 1,5 dla szpitali, jeśli takie środki mogą być stosowane, lub f_r = 1, jeśli nie jest przewidywane stosowanie takich środków.

Eksploatacja separatorów

Separatory tłuszczu należy poddawać regularnej inspekcji, z częstotliwością zalecaną przez producenta i zależną od szybkości gromadzenia się osadów i tłuszczów. W specyfikacji producentów można znaleźć wartości graniczne napełnienia części osadowej (np. 50% objętości) i zbiornika do przechowywania tłuszczu (np. 80% objętości czynnej).

Kluczowym warunkiem prawidłowego działania separatora jest jego regularne (częste) serwisowanie, polegające na usuwaniu zatrzymanych substancji, sprawdzeniu drożności wlotów i wylotów oraz każdorazowym oczyszczeniu wnętrza separatora, ponieważ tłuszcze łatwo osadzają się na jego elementach i trudno je usunąć mechanicznie.

Urządzenia mogą być obsługiwane ręcznie, półautomatycznie lub automatycznie:

• w przypadku obsługi ręcznej (stosowanej najczęściej w przypadku separatorów wolnostojących) do króćców przestrzeni flotacyjnej i osadowej wyprowadzonych na zewnątrz budynku podłącza się wąż wozu asenizacyjnego;
• układ półautomatyczny wyposażony jest w pompy ręczne lub elektryczne uruchamiane okresowo albo w zawory spustowe, a tłuszcz i osady usuwane są do szczelnych zbiorników (beczek), które są następnie wywożone;
• układ automatyczny wyposażony jest w programator sterujący odprowadzaniem tłuszczów i osadów do szczelnych beczek, odbieranych przez specjalistyczne przedsiębiorstwo zajmujące się utylizacją odpadów.

Takie prace powinny się odbywać nawet co dwa tygodnie, a w praktyce zależnie od szybkości gromadzenia się zarówno warstwy tłuszczu (flotatu), jak i osadów w części sedymentacyjnej. Zaleca się, by grubość oddzielonych warstw była nie większa niż 18–20 cm. Opróżnianie i czyszczenie separatora powinna prowadzić firma mająca stosowne uprawnienia w zakresie gospodarki odpadami. Po oczyszczeniu, a przed powtórnym rozruchem, separator należy w całości napełnić czystą wodą.

Separatory skrobi

Niektóre zakłady przemysłu spożywczego można wyposażyć w separator skrobi. Skrobia stanowi najczęściej spotykany w roślinach polisacharyd (wielocukier) zapasowy – najbardziej znane jej źródło to bulwy ziemniaków, występuje jednak także w manioku, tapioce, kukurydzy, pszenicy, ryżu oraz szeregu owoców, nasion, łodyg czy korzeni. Skrobia wytrąca się podczas przetwarzania i płukania warzyw, owoców i zbóż, a jej cząsteczki łatwo odkładają się w przewodach kanalizacyjnych, powodując ich tzw. zarastanie.

Mechanizm oddzielania skrobi w mobilnych i stojących separatorach tej substancji wykorzystuje zarówno flotację, jak i sedymentację cząstek – skrobia i substancje jej towarzyszące mają różne własności fizyczne. Sedymentacja i flotacja zachodzi w jednej komorze, a wykorzystuje się zjawisko dekantacji, czyli odpływania cieczy znad zgromadzonego na dnie osadu. Za odpowiedni przepływ w separatorze, uniemożliwiający porywanie oddzielonych cząstek, odpowiadają deflektory (kierownice). Dodatkowo skrobia tworzy pianę, więc separator skrobi wyposażony jest także w dyszę zraszającą przeznaczoną do gaszenia piany.

Separatory skrobi mogą być wykonane z polietylenu, poliestru, stali nierdzewnej lub żelbetu. Otwory włazowe (zwykle jeden lub dwa) mają średnicę odpowiednią dla uzyskania łatwego dostępu do wnętrza zbiornika do czyszczenia lub konserwacji. Montuje się je w budynkach – jako zbiorniki wolnostojące oraz w obniżeniu posadzki lub pod nią. Stosowane są w zakładach obróbki ziemniaków, ale także w budynkach zamieszkania zbiorowego i użyteczności publicznej wyposażonych w stołówki (szpitale, przedszkola i szkoły, koszary, domy opieki etc.), w obiektach gastronomicznych (szczególnie żywienia zbiorowego) i zakładach produkcyjnych artykułów spożywczych. Dobór tych urządzeń następuje w oparciu o przepustowość urządzenia, wynikającą z natężenia przepływu ścieków. Separatory skrobi nie nadają się do oddzielania innych substancji, nie można też wprowadzać do nich ścieków zawierających fekalia.

Literatura

1. Ustawa z dnia 7 czerwca 2001 r. o zbiorowym zaopatrzeniu w wodę i zbiorowym odprowadzaniu ścieków (t.j. DzU 2023, poz. 537)

2. Ustawa z dnia 20 lipca 2017 r. Prawo wodne (t.j. DzU 2021, poz. 624)

3. Rozporządzenie Ministra Budownictwa z dnia 14 lipca 2006 r. w sprawie sposobu realizacji obowiązków dostawców ścieków przemysłowych oraz warunków wprowadzania ścieków do urządzeń kanalizacyjnych (t.j. DzU 2016, poz. 1757)

4. PN EN 1825-1 Oddzielacze tłuszczu. Część 1: Zasady projektowania, użytkowania i badania, znakowanie oraz sterowanie jakością

5. PN EN 1825-2. Oddzielacze tłuszczu. Część 2: Dobór wymiarów nominalnych, instalowanie, użytkowanie i eksploatacja

6. Rozporządzenie Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) nr 305/2011 z dnia 9 marca 2011 r. ustanawiające zharmonizowane warunki wprowadzania do obrotu wyrobów budowlanych i uchylające dyrektywę Rady 89/106/EWG (Dz.Urz. UE L 88/5 z 4.04.2011)

7. Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 9 grudnia 2014 r. w sprawie katalogu odpadów (DzU 2014, poz. 1800)

8. Materiały techniczne firm: ACO, Aquatechnika, Delfin, Ecol-Unicon, HABA, Hauraton, Kessel, Wavin