Сточные воды для кофе - Coffee wastewater - Wikipedia

Сточные воды для кофе, также известный как кофейные стоки, является побочным продуктом обработка кофе. Его обработка и утилизация являются важным фактором, влияющим на окружающую среду при переработке кофе, поскольку Сточные Воды это форма промышленного загрязнение воды.^[1]

Неотобранный фрукты кофейного дерева, известного как кофейная вишня, проходит долгий процесс подготовки к потребление. Этот процесс часто влечет за собой использование большого количества воды и образование значительного количества твердых и жидких отходов. Тип отходов - это результат процесса, через который проходит кофейная вишня. Превращение вишни в oro^{[примечание 1]} или же зеленая фасоль (высушенные кофейные зерна, готовые к экспорту) получают с помощью процесса сушки, полувымывания или полной промывки.

Обработка

Основная статья: Производство кофе § Обработка

Сухой

Кофейные вишни сушат сразу после сбора путем сушки на солнце, сушки на солнце или искусственной сушки. При сушке на солнце кофейные вишни кладут на чистый пол и оставляют сушиться на открытом воздухе. При солнечной сушке черешню помещают в закрытый шкаф, в котором есть вентиляционные отверстия для выхода влаги. Искусственная сушка используется в основном в сезон дождей, когда низкий уровень солнечного света продлевает время, необходимое для сушки на солнце, а вишня склонна к росту плесени. После сушки черешню очищают. В этом процессе высушенный внешний слой вишни, известный как околоплодник, снимается механическим способом.

Полумытый

При обработке с использованием полумытых плодов черешню удаляют целлюлозу для удаления околоплодника. После этого слизистая слизь слой, покрывающий бобы, удаляется. Это делается механически путем подачи зерен в цилиндрическое устройство, которое перемещает их вверх. Несмотря на то, что трение и давление, оказываемые на бобы во время этого процесса, достаточны для удаления большей части слизи, небольшое ее количество все же останется в центре среза бобов. Этот метод используется в Колумбии и Мексике, чтобы снизить потребление воды в результате длительного процесса ферментации и тщательной промывки.

Беколсуб

Чтобы уменьшить загрязнение плодов кофе во влажном состоянии, ученые из Cenicafé разработала технологию, которая позволяет избежать использования воды, когда она не нужна, и использует правильную воду, когда это необходимо. Технология под названием Беколсуб (взято из инициалов испанского, обозначающего экологический процесс влажного кофе с обработкой побочных продуктов: Beneficio Ecolогикос Sub-продукты^[2]), контролирует более 90% загрязнения, произведенного его предшественником. Качество кофе, обработанного таким образом, такое же, как и у кофе, обработанного естественным брожением.

Технология Becolsub состоит из варки целлюлозы без воды, механического удаления слизи и смешивания побочных продуктов (кожуры фруктов и слизи) на шнековом конвейере. Технология также включает в себя гидромеханическое устройство для удаления плавающих фруктов и легких примесей, а также тяжелых и твердых предметов и цилиндрическое сито для удаления фруктов, кожица которых не была отделена в машине для измельчения. Ученые из Cenicafé обнаружили, что кофейный плод со слизью (незрелые и сухие плоды не имеют слизи) имеет достаточно воды внутри, чтобы кожица и семена могли быть отделены в обычных машинах для измельчения целлюлозы без воды, что жидкость требовалась только как средство транспортировки и что варка целлюлозы без воды позволяет избежать 72% потенциального загрязнения.

Удаление слизи производится путем ферментации, которая занимает от 14 до 18 часов, пока слизь не разложится и ее можно будет легко удалить водой. Для промывки сброженной слизи в лучшем случае требуется 5,0 л / кг DPC. Ученые из Cenicafé разработали машину для удаления слизи, покрывающей семена кофе. Эта машина, называемая Deslim (начальные буквы испанского demucilager, механическая промывка и очиститель), удаляет более 98% общей слизи (так же, как хорошо проведенная ферментация), создавая напряжение и создавая столкновения между бобами, используя только 0,7 л. / кг ДПК. Полученная высококонцентрированная смесь воды, слизи и примесей является вязкой и добавляется к отделенной кожуре фруктов на шнековом конвейере. В шнековом конвейере задержка превышает 60%, что означает дополнительный контроль потенциального загрязнения на 20%.

Эти два побочных продукта широко используются в качестве субстрата для червей для производства натуральных удобрений. Однако высокая концентрация слизи, полученной из демусиладера, дает возможность промышленного производства побочного продукта.

Полностью промытый

Этот процесс в основном используется при обработке Кофе арабика.^[3] После измельчения бобы собираются в ферментация резервуары, в которых бактериальное удаление слизи происходит в течение от 12 до 36 часов.^[4] Фаза ферментации важна для развития вкуса кофе, что частично связано с происходящими микробиологическими процессами. Появление дрожжей и плесени в кислой воде может привести к посторонние привкусы подобно кислый кофе и луковый аромат. Однако считается, что влажная обработка дает более качественный кофе, чем другие процессы, поскольку небольшие количества посторонние привкусы придают кофе особый вкус и «тело».^[5]

По окончании ферментации бобы тщательно промывают, чтобы удалить остатки ферментации и оставшуюся слизь. Если их не удалить, они обесцвечивают пергамент и делают бобы восприимчивыми к дрожжам. После промывания фасоль сушат. Когда процесс высыхания идет недостаточно быстро, появляются землистые и затхлые пятна, например Рио-аромат появиться.^[6]

Использование воды

Количество воды, используемой при обработке, сильно зависит от типа обработки. Для влажной и полностью промытой обработки кофейных ягод требуется больше всего пресной воды, а для сухой - меньше всего. Источники указывают на широкий диапазон использования воды.^{[нужна цитата ]} Повторное использование воды в процессе удаления целлюлозы может значительно сократить необходимое количество. Благодаря повторному использованию и усовершенствованным методам мойки можно получить от 1 до 6 м³ воды на тонну свежей кофейной вишни; без повторного использования возможен расход до 20 м³ / тонну.

Использование воды при переработке кофе

Страна	Процесс	Использование воды м³ / тонну вишни	Источник
Индия	Полумытая, влажная обработка	3	[7]
Кения	Полностью промыт, повторное использование воды	4-6	[8]
Колумбия	Полностью промытый и экологическая обработка (BECOLSUB)	1-6	[8]
Папуа - Новая Гвинея	Полностью промытый, повторное использование воды	4-8	[8]
Вьетнам	Полумокрый и полностью вымытый	4-15	[8]
Вьетнам	Традиционный, полностью вымытый	20	[9]
Индия	Традиционный, полностью вымытый	14-17	[10]
Бразилия	Полумытье, механическое удаление слизи	4	[11]
Мексика	Полумытье, механическое удаление слизи	3.4	[12]
Никарагуа	Традиционный, полностью вымытый	16	[13]
Никарагуа	Полностью промыт, повторное использование воды	11	[14]

Общий

Сепарация кофейных ягод с использованием воды в разделительных чанах

Вода, используемая для обработки кофе, покидает блок обработки кофе с высоким уровнем загрязнение. Главный компонент - это органическая материя, происходящие из де-варка и слизь удаление.^[15] Большая часть чего-либо органический материал в сточных водах отличается высокой стойкостью и COD Значения количества кислорода, необходимого для стабилизации органического вещества за счет использования сильного окислителя, составляют 80% нагрузки по загрязнению, со значениями до 50 г / л.^[16][17] В BOD, количество кислорода, необходимое для биологического разложения органического вещества в аэробных условиях при стандартной температуре и времени инкубации,^[18] приходящий из биоразлагаемый органический материал может достигать значений 20 г / л.

При (грубом) просеивании и удалении пульпы значения ХПК и БПК становятся значительно ниже. Значения в диапазоне 3-5 г / л для ХПК и 1,5–3 г / л для БПК.₅^{[заметка 2]} были найдены.^[19] Зарегистрированные значения 2,5 г / л для ХПК и 1,5 г / л для БПК.₅.^[20][21]

Большая часть органического вещества, пектины, выпадает в виде липких твердых частиц и может быть извлечен из воды.^[22] Когда эти твердые частицы не удаляются и pH значения повышаются, и может наблюдаться увеличение ХПК.

Чтобы оптимизировать анаэробный при обработке сточных вод значения pH должны быть от 6,5 до 7,5 вместо обычно существующих значений pH = 4, которые являются очень кислыми. Это получается добавлением гидроксид кальция (CaOH₂) в сточные воды. Это привело к восстановлению растворимости пектинов, повысив ХПК в среднем с 3,7 г / л до в среднем 12,7 г / л.

Вода также характеризуется наличием флавоноид соединения, поступающие из кожуры вишни. Флавоноидные соединения приводят к темному окрашиванию воды при pH = 7 или выше, но они не повышают уровень БПК или ХПК сточных вод и не оказывают серьезного воздействия на окружающую среду. Однако более низкий уровень прозрачности может отрицательно сказаться на фотосинтетический процессы роста и преобразования питательных веществ (особенно) корневыми водными растениями. Много усилий в оливковый и вино перерабатывающие предприятия, располагающие относительно большими фондами на исследования, пытались найти решение этой проблемы. Калверт упоминает исследования, проведенные с целью удаления полифенолы и флавоноидные соединения по видам древесных грибов (Базидиомицеты ) в погруженном растворе с аэрация с использованием сжатого воздуха.^[23] Эти сложные процессы, казалось, могли удалить цветные соединения, но упрощенные и более дешевые методы с использованием других типов грибов (т. Е. Геотрихум, Пенициллий, Аспергиллы ) процветает только в сильно разбавленных сточных водах.

Сточные воды из-под кофе - это не постоянный поток воды с равномерными загрязнениями. Обработка кофейной вишни - это периодический процесс, и в отношении потоков воды можно определить два процесса: удаление целлюлозы и ферментация / промывка.

Удаление целлюлозы

Механический сепаратор удаляет целлюлозу из кофейной вишни с помощью воды.

Вода, используемая для измельчения вишни, называется водой для варки. На его долю приходится чуть более половины воды, используемой в процессе. Согласно Фон Эндену и Калверту, «вода для варки целлюлозы состоит из быстро ферментирующих сахаров как из компонентов мякоти, так и слизи. Пульпа и слизь состоят в значительной степени из белков, сахаров и слизи, в частности из пектинов, то есть полисахаридных углеводов.^[15] Эти сахара ферментируются с помощью ферментов бактерий вишни. Другими компонентами воды для варки целлюлозы являются кислоты и токсичные химические вещества, такие как полифенолы (дубильные вещества) или алкалоиды (кофеин).

Воду для варки целлюлозы можно повторно использовать в течение одного дня при удалении целлюлозы из урожая. Это приводит к увеличению содержания органических веществ и снижению pH. Исследования, проведенные в Никарагуа, показали, что средний уровень ХПК увеличился с 5400 мг / л до 8400 мг / л с удалением большей части мякоти.^[14] Падение pH может быть связано с началом ферментации воды для варки целлюлозы. Это снижение продолжается до тех пор, пока брожение не закончится и не будет достигнут уровень pH около 4. В ходе этого исследования было определено содержание питательных веществ в воде для варки целлюлозы при максимальной нагрузке ХПК, которая, как считалось, отражает максимальное загрязнение. Концентрация общего азота (TN) в образцах колебалась от 50 до 110 мг / л со средним значением по всем образцам 90 мг / л. Концентрация общего фосфора (TP) в образцах колебалась от 8,9 до 15,2 мг / л со средним значением по всем образцам 12,4 мг / л.

Мойка

При промывке ферментированных бобов сточные воды содержат в основном пектины слизи, белки и сахара. Ферментация сахаров (углеводов дисахаридов) в этанол и CO₂ приводит к кислотным условиям в промывочной воде. В этиловый спирт превращается в уксусную кислоту после реакции с кислородом, снижая pH до уровня около 4. Высокая кислотность может отрицательно повлиять на эффективность очистки очистных сооружений, обрабатывающих сточные воды, содержащие кофе, например, в анаэробных реакторах или сооруженных заболоченных территориях, и считается вредной для водных организмов. жизнь при разрядке прямо в поверхностные воды.

Исследования в Никарагуа показали явное снижение загрязнения сточных вод в процессе мойки.^[14] Значения ХПК снижаются в среднем с 7200 мг / л до менее 50 мг / л. Несмотря на то, что сточные воды со значениями ХПК ниже 200 мг / л разрешено сбрасывать в естественные водные пути в Никарагуа, рекомендуется перенаправлять все сточные воды в систему очистки. Это связано с тем, что уровни ХПК не могут быть определены на месте во время процесса промывки, а сброс сточных вод в поверхностные воды основан на визуальном осмотре. Когда вода «прозрачная», она считается достаточно чистой, но значения ХПК, измеренные в ходе исследования, показали, что сброс в целом должен был произойти в ближайшее время, что привело к образованию сточных вод с более высокими уровнями ХПК, чем разрешено. Другим положительным эффектом отвода сточных вод в систему очистки является разбавление сточных вод, что позволяет лучше обрабатывать анаэробные бактерии из-за более благоприятных значений pH и лучшей последующей обработки из-за более низких концентраций аммония.

Концентрация TN в пробах сточных вод после промывки колебалась от 40 до 150 мг / л со средним значением по всем пробам 110 мг / л. Концентрация ТП в пробах колебалась от 7,8 до 15,8 мг / л при среднем значении по всем образцам 10,7 мг / л.

Смотрите также

Примечания

1. Происходит от испанского слова «золото» из-за цвета сушеных бобов.
2. Значения БПК через 5 дней

Рекомендации

1. Немеров 1971.
2. Куэрво 1997, п. 3.
3. "Кофе". www.herbs2000.com. Получено 22 апреля 2018.
4. Фон Энден 2002, п. 3–4.
5. Калверт 1998, п. 9–13.
6. Калверт 1999.
7. Мурти, Д'Са и Капур 2004.
8. Фон Энден и Калверт 2002b, п. 3.
9. Фон Энден и Калверт 2002a.
10. Deepa et al. 2002 г..
11. Де Матос и др. 2001 г..
12. Белло-Мендоса и Кастильо-Ривера 1998.
13. БИОМАТ 1992.
14. Грендельман 2006.
15. Фон Энден и Калверт 2002a, п. 4.
16. Фон Энден и Калверт, 2002 г., п. 6. Ошибка sfn: нет цели: CITEREFVon_EndenCalvert2002 (помощь)
17. Treagust 1994.
18. Дросте 1997.
19. Де Матос 2001. Ошибка sfn: цель отсутствует: CITEREFDe_Matos2001 (помощь)
20. Белло-Мендоза и др. 1995 г..
21. Белло-Мендоса и Кастильо-Ривера 1998, п. 220.
22. Фон Энден и Калверт 2002a, п. 6.
23. Калверт 1997.

Библиография

• Bello-Mendoza, R .; Кальво-Бадо, Л.А.; Sánchez-Vázquez, J.E .; Lau-Chong, G .; Куэвас-Гонсалес, Р. (1995). "Diagnóstico de la contaminación en las aguas резидуаалес де лос благотворных людей в кафе en el Soconu sco, Чьяпас, Мексика". Proc. XVI латиноамериканский симпозиум по выращиванию кофе, 20–25 октября 1993 г., Манагуа, Никарагуа. Тегусигальпа, Гондурас: PROMECAFE-IICA. С. 1–13.
• Bello-Mendoza, R .; Кастильо-Ривера, М.Ф. (1998). «Запуск анаэробного гибридного UASB / реактора с фильтром для очистки сточных вод завода по переработке кофе». Анаэроб. 4 (5): 219–225. Дои:10.1006 / anae.1998.0171. PMID  16887646.
• «Эстудия и дизайн-де-ла-Планта-де-Тратамьенто-де-лос-Десехос-дель-Кафе в усадьбе« Сан-Луис ».». БИОМАТ 1992. Матагальпа, Никарагуа: Алькальдия де Матагальпа и Oficina Biogás y Saneamiento Ambiental.
• Калверт, Кен С. (1997). «Очистка кофейных сточных вод - вариант биогаза. Обзор и предварительный отчет текущих исследований». Отчет об исследовании кофе № 50. Кайнанту, Папуа-Новая Гвинея: Coffee Industry Corporation Ltd.
• Калверт, Кен С. (1998). «Микробиология обработки кофе, часть 1» (DOC ). Информационный бюллетень исследований кофе PNGCRI.
• Калверт, Кен С. (1999). «Микробиология обработки кофе, часть 3». Информационный бюллетень исследований кофе PNGCRI.
• Куэрво, Адриана Мария (1997). "Beneficio Ecológico del Café Con Manejo de Subproductos" (PDF). ЧАО. Архивировано из оригинал (PDF) на 2016-03-06. Получено 2020-07-25.
• Deepa, G.B .; Chanakya, H.N .; de Alwis, A.A.P .; Manjunath, G.R .; Деви, В. (2002). «Преодоление загрязнения озер и водоемов из-за деятельности по варке кофейной целлюлозы с помощью соответствующих технологических решений». Труды "Симпозиума по сохранению, восстановлению и управлению водными экосистемами". Канада: Центр экологических наук, Индийский институт науки (IIS) и Фонд экологических исследований штата Карнатака [KERF], Бангалор и Содружество обучения. бумага 4.
• Де Матос, Т., А .; Lo Monaco, P.A .; Pinto, A.B .; Fia, R .; Фукунага, округ Колумбия (2001). «Загрязняющая способность сточных вод при переработке кофейных фруктов». Висоса-MG, Бразилия: Федеральный университет Висосы, факультет сельскохозяйственной инженерии.
• Дросте, Р. Л. (1997). Теория и практика очистки воды и сточных вод. Хобокен, Канада: John Wiley & Sons, Inc.
• Грендельман, Э. Р. (2006). Tratar las Aguas Mieles (Неопубликованная диссертационная работа). Нидерланды: Университет Вагенингена, кафедры: Группа ирригации и водоснабжения и Экологические технологии.
• Murthy, K.V.N .; D'Sa, A .; Капур, Г. (2004). Вариант очистки сточных вод с выработкой электроэнергии на кофейных плантациях: осуществимо ли это с финансовой точки зрения? (Проектная версия ред.). Бангалор: Международная энергетическая инициатива.
• Немеров, Нельсон Леонард (1971). «Кофейные отходы». Жидкие отходы промышленности: теории, практика и обработка. Аддисон-Уэсли Паб. Co.
• Треагуст, Дж. (1994). Очистка кофейных сточных вод (Бакалаврская (с отличием) диссертация). Крэнфилд, Великобритания: Университет Крэнфилда.
• Фон Энден, Ян К. (2002). «Лучшие методы мокрой обработки приносят финансовые выгоды фермерам и переработчикам» (PDF). Проект GTZ-PPP «Повышение качества кофе и устойчивость производства кофе во Вьетнаме».
• Von Enden, Jan C .; Калверт, Кен С. (2002a). Обзор характеристик кофейных сточных вод и подходы к их очистке (PDF). Проект GTZ-PPP «Повышение качества кофе и устойчивость производства кофе во Вьетнаме».
• Von Enden, Jan C .; Калверт, Кен С. (2002b). «Ограничьте ущерб окружающей среде с помощью базовых знаний о кофейных сточных водах» (PDF). Проект GTZ-PPP «Повышение качества кофе и устойчивость производства кофе во Вьетнаме».

дальнейшее чтение

• Руководство по сбросу характеристик промышленных сточных вод. 3. Женева: Всемирная организация здоровья. 1995. С. 231–236.
• Деви, Рани; Сингх, Виджендер; Кумар, Ашок (апрель 2008 г.). «Снижение ХПК и БПК в сточных водах, образующихся при производстве кофе, с использованием угля Avacado peel» Биоресурсные технологии. 99 (6): 1853–1860. Дои:10.1016 / j.biortech.2007.03.039. PMID  17493806.