د.م عبد الرزاق
05-04-2008, 12:41 AM
أطروحة أعدت
لنيل لقب الدكتوراه في الهندسة
معالجة المياه الملوثة الناتجة عن صناعة الحليب
(ملخص باللغة العربية - لغة الاطروحة الانكليزية)
إعداد : عبد الرزاق محمد سعيد التركماني
إشراف البروفيسور الدكتور المهندس: الكساندرو مانيسكو
بخارست - 2007
موجز
هناك العديد من الصناعات اللتي تنتج مياه ملوثة يجب معالجتها قبل صرفها إلى البيئة المحيطة. لقد طورت العديد من طرق المعالجة لهذه المياه الملوثة صناعيا كإستجابة للتشريعات المحلية لمنع التلوث . وبشكل عام فإن مختلف الصناعات تبحث بشكل دائم عن بدائل إقتصادية و فعالة للتخلص من هذه المياه الملوثة بشكل امن .
من أجل الحصول على فهم واضح لتأثيرات المنصرفات الصناعية على البيئة و من أجل التمكن من وضع إستراتيجيات مناسبة لمنع التلوث فإن كل من خواص و متغيرات و تأثيرات المياه الملوثة الصناعية قد نوقشت بالتفصيل ضمن الأطروحة .
إعتمادا على كمية و تركيز و سمية ووجود المواد العضوية الغير قابلة للتحلل البيولوحي ضمن المياه الملوثة فإن عملية المعالجة يمكن أن تتضمن واحد أو أكثر من المراحل التالية : المعالجة الأولية ,المعالجة الفيزيائية ,المعالجة الكيميائية ,المعالجة البيولوجية .
تمت مناقشة أنظمة المعالجة المختلفة في سياق هذه الأطروحة . إن معرفة أنظمة المعالجة هذه يمكننا من توسيع خياراتنا لإختيار الحل الأفضل لمعالجة المياه الملوثة الصناعية المصروفة .
تعتبر صناعة الحليب المصدر الأكبر للمياه الملوثة الناتجة عن التصنيع الغذائي في العديد من البلدان و من بينها على سبيل المثال سوريا .و على الرغم من أن صناعة الحليب لا ترتبط على العموم بمشاكل بيئية صارمة فإنه يجب الأخذ بعين الأعتبار تأثيرها على البيئة خصوصا" إذا علمنا أن ملوثات معامل الحليب على الأغلب ذات منشأ عضوي . تم التطرق في هذا البحث إلى تكنولوجيا تصنيع منتجات الحليب المختلفة باإضافة إلى أساليب معالجة المياه الملوثة الناتجة عن تصنيعها .
يعتبر المصل الناتج عن تصنيع الأجبان سائلا" شديد التلوث العضوي بحيث يمكن أن تبلغ قيمة الإحتياج الكيمائي للأكسجين (COD) إلى 70000 ملغ/ليتر . تشير العديد من الأبحاث الحديثة إلى نجاح المعالجة البيولوجية الاهوائية في معالجة الملوثات الصناعية عالية المحتوى العضوي . لذلك فإن هذه الدراسة قد تطرقت ألى استخدام المعالجة الاهوائية في معالجة المصل .
تم استخدام نموذج مخبري للمفاعل اللاهوائي الدفعي المثار (AnSBR) و التسمية باللغة الإنكليزية هي : Anaerobic Stirred Batch Reactor.
لقد تم إستخدام هذا المفاعل ليكون المرحلة الإبتدائية من المعالجة لتخفيض المحتوى العالي للتلوث ضمن المصل . لقد تمت تغذية المفاعل اللذي يبلغ حجمه النظري 2.5 ليتر و العملي 2 ليتر بالمصل COD = 75000 mg/l الممدد بالماء في تراكيز متنوعة . تم استخدام حمأة لاهوائية مأخوذة من حوض تحليل كبادئ لتسريع تأمين البكتيريا الاهوائية بنسبة 1 إلى 4 من المياه الملوثة المعالجة بالمفاعل . استغرقت عملية الإقلاع حوالي الشهر و ذلك بالحفاظ على درجة حرارة 38 مئوية مع تأمين مزج مستمر للوسط بواسطة جهاز تحريك مغناطيسي بمعدل 200-400 دورة بالدقيقة.
بلغت نسبة إزالة COD ما يزيد على 76% بزمن مكوث قدره خمسة أيام و معدل تحميل عضوي أقل من 10 غ من ال COD في الليتر يوميا" . تم زيادة معدل التحميل العضوي بشكل تدريجي من أجل تأمين شروط مثالية للبكتيريا الاهوائية للتأقلم مع الحمولات العضوية العالية . و عمليا" يحتاج الهضم اللاهوائي الكلي لعينة المصل الى زمن مكوث بين 10 الى 12 يوم .
بلغت نسبة إزالة COD أقل من 74% عندما زاد الحمل العضوي عن 15 غ COD لليتر يوميا" . إن الإزالة العظمى للCOD بلغت 87% من أجل تحميل عضوي قدره 7.5 غ COD لليتر يوميا" .
لقد تزايد إنتاج الغاز الحيوي أثناء التجربة يوما بعد يوم حتى وصل إلى قيمة ثابتة تقريبا . بلغ الإنتاج الأعظمي للغاز البيولوجي 0.32 ليتر لكل غرام COD مزال (أي 20.8 ليتر من الغاز البيولوجي لكل ليتر من المصل ) بحيث شكل غاز الميثان 58 % من الغاز البيولوجي المنتج .
إن إضافة شوارد الحديد (كلور الحديد )بمعدل 50 ملغ/ليتر قد زاد من إنتاج الغاز البيولوجي بمعدل 50 % بسبب التأثير الجيد لكلور الحديد على بكتيريا الميثان . و يجب الحذر من استخدام هذه المادة بتراكيز عالية تجنبا" لتأثيرها السلبي على البكتريا.
تم ايقاف التحكم بدرجة الحرارة حيث انخفضت درجة الحرارة من 38 درجة مئوية إلى 21 درجة مئوية (حرارة الوسط المحيط في المخبر ) مما أدى إلى إنخفاض إنتاج الغاز الحيوي بنسبة وصلت إلى 45 % .
و بشكل عام فإن هذه الأطروحة مؤلفة من 200 صفحة و تتضمن عشرة فصول و هي :
- الفصل الأول : المياه الملوثة صناعيا"
- الفصل الثاني : معالجة المياه الملوثة صناعيا"
- الفصل الثالث : المعالجة الإبتدائية
- الفصل الرابع : طرق المعالجة الفيزيائية و الكيميائية
- الفصل الخامس : المعالجة البيولوجية
- الفصل السادس : معالجة المياه الملوثة في سوريا
- الفصل السابع : صناعة منتجات الحليب
- الفصل الثامن : معالجة المياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب
- الفصل التاسع : المعالجة اللاهوائية للمصل بإستخدام المفاعل الدفعي المثار
- الفصل العاشر : النتائج و التوصيات
معالجة المياه الملوثة الناتجة عن صناعة الحليب
1- المقدمة
تعتبر صناعة الحليب بشكل عام أكبر مصدر للمياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الأغذية في العديد من البلدان . و مع نمو إدراك أهمية المعايير المطورة لمعالجة المياه الملوثة فإن متطلبات التصنيع قد أصبحت صارمة بشكل متزايد . تتصف صناعة الحليب بأنها ذات منتجات متنوعة و كذلك خطوط الإنتاج . يمكن لمعمل الحليب أن يضم واحد أو إثنين من خطوط الإنتاج أو ربما كل خطوط الإنتاج (حليب مبستر , جبنة , زبدة ....إلخ ) .
بسبب إحتواء المياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب على مواد قابلة إلى حد كبير للتحلل البيولوجي فإن هذه المياه يمكن معالجتها بشكل فعال بأنظمة المعالجة البيولوجية . لذلك فإن هذا البحث يتطرق إلى خيارات معالجة المياه الملوثة المنصرفة عن معامل الحليب و يتضمن أيضا" بحث عملي لإختبار قدرة المفاعل اللاهوائي الدفعي و المثار لمعالجة المصل .
2- الحليب
ان الحليب عبارة عن سائل مغذي يتم الحصول عليه من الحيوانات الثدية. ان قدرة الاناث على انتاج الحليب يعتبر من الخواص المحددة للثديات. يشكل الحليب المصدر الرئيسي لتغذية الاطفال حديثي الولادة. في المرحلة المبكرة للارضاع يكون الحيلب محتويا" على المضادات الحيوية بحيث تنقل من الام الى الرضيع. وهذا يسهم في تقليل تعرض الاطفال الرضع والأمهات معا" للأمراض.
استخدم الحليب المأخوذ من الحيوانات المنزلية من قبل البشر منذ 8000 عام قبل الميلاد. و على الرغم من أن الأغنام و الماعز كانا أول الحيوانات المنزلية المنتجة للحليب بسبب سهولة ادارتها مقارنة مع البقر، فان البقر حاليا" يعتبر المصدر الرئيس للحليب.
يبلغ الانتاج العالمي السنوي من الحليب حوالي 600 مليون طن بحيث توزع من حيث المصدر الى 85 % من البقر، 11 % من الجاموس و 2% من الاغنام و الماعز(Gerrit, 2003) . ان نسب استخدام الانتاج العالمي الاجمالي للحليب في التصنيع متنوعة و على سبيل المثال: (%39) للحليب السائل المعد للشرب، (% 33) للاجبان, ..الخ.
يعتبر الحليب سائل معقد جدا" فهو يحتوي على مايزيد عن 100000 جزيئ مختلف. ان التركيب الاجمالي للحليب يحدد كما يلي: % 4.1 دهون, % 3.6 بروتين، % 4.9 لاكتوز، % 0.7 مركبات مختلفة مثل الفلزات المعدنية و الفيتامينات و الشحوم (Hui, Y. K., 1993) . يتألف الدهن في الحليب من يتألف بشكل رئيس من ثلاثي الغليسيريدات المحتوية على مدى واسع من الحمض الدهنية والتي بدورها تحوي نسبة عالية نسبيا" من الحموض الدهنية المشبعة و الحمض الدهنية ذات السلاسل القصيرة.
منذ عام 1830 تم التعرف على ان الحليب يتضمن نوعين من البروتين بواسطة جعل الوسط حمضيا" و بدرجة pH تساري 4.6. ان البروتينات غير المنحلة عند pH تساري 4.6 يطلق عليها الكاسيين (Caseins) و التي تشكل 78 بالمائة من النتروجين الكلي ضمن الحليب البقري، و أما القسم المنحل فيدعى المصل(Whey). ان اللاكتوز هو الكربوهيدرات الاساسية ضمن كل انواع الحليب الناتج عن الحيوانات الثديية. ويحتوي الحليب على كمبات قليلة من الاشكال الاخرى للسكريات مثل الغلوكوز(50 mg/l) و الفركتوز، .. الخ.
للمزيد يرجى مراجعة الرابط التالي:
http://4enveng.com/pdetails.php?id=56
لنيل لقب الدكتوراه في الهندسة
معالجة المياه الملوثة الناتجة عن صناعة الحليب
(ملخص باللغة العربية - لغة الاطروحة الانكليزية)
إعداد : عبد الرزاق محمد سعيد التركماني
إشراف البروفيسور الدكتور المهندس: الكساندرو مانيسكو
بخارست - 2007
موجز
هناك العديد من الصناعات اللتي تنتج مياه ملوثة يجب معالجتها قبل صرفها إلى البيئة المحيطة. لقد طورت العديد من طرق المعالجة لهذه المياه الملوثة صناعيا كإستجابة للتشريعات المحلية لمنع التلوث . وبشكل عام فإن مختلف الصناعات تبحث بشكل دائم عن بدائل إقتصادية و فعالة للتخلص من هذه المياه الملوثة بشكل امن .
من أجل الحصول على فهم واضح لتأثيرات المنصرفات الصناعية على البيئة و من أجل التمكن من وضع إستراتيجيات مناسبة لمنع التلوث فإن كل من خواص و متغيرات و تأثيرات المياه الملوثة الصناعية قد نوقشت بالتفصيل ضمن الأطروحة .
إعتمادا على كمية و تركيز و سمية ووجود المواد العضوية الغير قابلة للتحلل البيولوحي ضمن المياه الملوثة فإن عملية المعالجة يمكن أن تتضمن واحد أو أكثر من المراحل التالية : المعالجة الأولية ,المعالجة الفيزيائية ,المعالجة الكيميائية ,المعالجة البيولوجية .
تمت مناقشة أنظمة المعالجة المختلفة في سياق هذه الأطروحة . إن معرفة أنظمة المعالجة هذه يمكننا من توسيع خياراتنا لإختيار الحل الأفضل لمعالجة المياه الملوثة الصناعية المصروفة .
تعتبر صناعة الحليب المصدر الأكبر للمياه الملوثة الناتجة عن التصنيع الغذائي في العديد من البلدان و من بينها على سبيل المثال سوريا .و على الرغم من أن صناعة الحليب لا ترتبط على العموم بمشاكل بيئية صارمة فإنه يجب الأخذ بعين الأعتبار تأثيرها على البيئة خصوصا" إذا علمنا أن ملوثات معامل الحليب على الأغلب ذات منشأ عضوي . تم التطرق في هذا البحث إلى تكنولوجيا تصنيع منتجات الحليب المختلفة باإضافة إلى أساليب معالجة المياه الملوثة الناتجة عن تصنيعها .
يعتبر المصل الناتج عن تصنيع الأجبان سائلا" شديد التلوث العضوي بحيث يمكن أن تبلغ قيمة الإحتياج الكيمائي للأكسجين (COD) إلى 70000 ملغ/ليتر . تشير العديد من الأبحاث الحديثة إلى نجاح المعالجة البيولوجية الاهوائية في معالجة الملوثات الصناعية عالية المحتوى العضوي . لذلك فإن هذه الدراسة قد تطرقت ألى استخدام المعالجة الاهوائية في معالجة المصل .
تم استخدام نموذج مخبري للمفاعل اللاهوائي الدفعي المثار (AnSBR) و التسمية باللغة الإنكليزية هي : Anaerobic Stirred Batch Reactor.
لقد تم إستخدام هذا المفاعل ليكون المرحلة الإبتدائية من المعالجة لتخفيض المحتوى العالي للتلوث ضمن المصل . لقد تمت تغذية المفاعل اللذي يبلغ حجمه النظري 2.5 ليتر و العملي 2 ليتر بالمصل COD = 75000 mg/l الممدد بالماء في تراكيز متنوعة . تم استخدام حمأة لاهوائية مأخوذة من حوض تحليل كبادئ لتسريع تأمين البكتيريا الاهوائية بنسبة 1 إلى 4 من المياه الملوثة المعالجة بالمفاعل . استغرقت عملية الإقلاع حوالي الشهر و ذلك بالحفاظ على درجة حرارة 38 مئوية مع تأمين مزج مستمر للوسط بواسطة جهاز تحريك مغناطيسي بمعدل 200-400 دورة بالدقيقة.
بلغت نسبة إزالة COD ما يزيد على 76% بزمن مكوث قدره خمسة أيام و معدل تحميل عضوي أقل من 10 غ من ال COD في الليتر يوميا" . تم زيادة معدل التحميل العضوي بشكل تدريجي من أجل تأمين شروط مثالية للبكتيريا الاهوائية للتأقلم مع الحمولات العضوية العالية . و عمليا" يحتاج الهضم اللاهوائي الكلي لعينة المصل الى زمن مكوث بين 10 الى 12 يوم .
بلغت نسبة إزالة COD أقل من 74% عندما زاد الحمل العضوي عن 15 غ COD لليتر يوميا" . إن الإزالة العظمى للCOD بلغت 87% من أجل تحميل عضوي قدره 7.5 غ COD لليتر يوميا" .
لقد تزايد إنتاج الغاز الحيوي أثناء التجربة يوما بعد يوم حتى وصل إلى قيمة ثابتة تقريبا . بلغ الإنتاج الأعظمي للغاز البيولوجي 0.32 ليتر لكل غرام COD مزال (أي 20.8 ليتر من الغاز البيولوجي لكل ليتر من المصل ) بحيث شكل غاز الميثان 58 % من الغاز البيولوجي المنتج .
إن إضافة شوارد الحديد (كلور الحديد )بمعدل 50 ملغ/ليتر قد زاد من إنتاج الغاز البيولوجي بمعدل 50 % بسبب التأثير الجيد لكلور الحديد على بكتيريا الميثان . و يجب الحذر من استخدام هذه المادة بتراكيز عالية تجنبا" لتأثيرها السلبي على البكتريا.
تم ايقاف التحكم بدرجة الحرارة حيث انخفضت درجة الحرارة من 38 درجة مئوية إلى 21 درجة مئوية (حرارة الوسط المحيط في المخبر ) مما أدى إلى إنخفاض إنتاج الغاز الحيوي بنسبة وصلت إلى 45 % .
و بشكل عام فإن هذه الأطروحة مؤلفة من 200 صفحة و تتضمن عشرة فصول و هي :
- الفصل الأول : المياه الملوثة صناعيا"
- الفصل الثاني : معالجة المياه الملوثة صناعيا"
- الفصل الثالث : المعالجة الإبتدائية
- الفصل الرابع : طرق المعالجة الفيزيائية و الكيميائية
- الفصل الخامس : المعالجة البيولوجية
- الفصل السادس : معالجة المياه الملوثة في سوريا
- الفصل السابع : صناعة منتجات الحليب
- الفصل الثامن : معالجة المياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب
- الفصل التاسع : المعالجة اللاهوائية للمصل بإستخدام المفاعل الدفعي المثار
- الفصل العاشر : النتائج و التوصيات
معالجة المياه الملوثة الناتجة عن صناعة الحليب
1- المقدمة
تعتبر صناعة الحليب بشكل عام أكبر مصدر للمياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الأغذية في العديد من البلدان . و مع نمو إدراك أهمية المعايير المطورة لمعالجة المياه الملوثة فإن متطلبات التصنيع قد أصبحت صارمة بشكل متزايد . تتصف صناعة الحليب بأنها ذات منتجات متنوعة و كذلك خطوط الإنتاج . يمكن لمعمل الحليب أن يضم واحد أو إثنين من خطوط الإنتاج أو ربما كل خطوط الإنتاج (حليب مبستر , جبنة , زبدة ....إلخ ) .
بسبب إحتواء المياه الملوثة الناتجة عن تصنيع الحليب على مواد قابلة إلى حد كبير للتحلل البيولوجي فإن هذه المياه يمكن معالجتها بشكل فعال بأنظمة المعالجة البيولوجية . لذلك فإن هذا البحث يتطرق إلى خيارات معالجة المياه الملوثة المنصرفة عن معامل الحليب و يتضمن أيضا" بحث عملي لإختبار قدرة المفاعل اللاهوائي الدفعي و المثار لمعالجة المصل .
2- الحليب
ان الحليب عبارة عن سائل مغذي يتم الحصول عليه من الحيوانات الثدية. ان قدرة الاناث على انتاج الحليب يعتبر من الخواص المحددة للثديات. يشكل الحليب المصدر الرئيسي لتغذية الاطفال حديثي الولادة. في المرحلة المبكرة للارضاع يكون الحيلب محتويا" على المضادات الحيوية بحيث تنقل من الام الى الرضيع. وهذا يسهم في تقليل تعرض الاطفال الرضع والأمهات معا" للأمراض.
استخدم الحليب المأخوذ من الحيوانات المنزلية من قبل البشر منذ 8000 عام قبل الميلاد. و على الرغم من أن الأغنام و الماعز كانا أول الحيوانات المنزلية المنتجة للحليب بسبب سهولة ادارتها مقارنة مع البقر، فان البقر حاليا" يعتبر المصدر الرئيس للحليب.
يبلغ الانتاج العالمي السنوي من الحليب حوالي 600 مليون طن بحيث توزع من حيث المصدر الى 85 % من البقر، 11 % من الجاموس و 2% من الاغنام و الماعز(Gerrit, 2003) . ان نسب استخدام الانتاج العالمي الاجمالي للحليب في التصنيع متنوعة و على سبيل المثال: (%39) للحليب السائل المعد للشرب، (% 33) للاجبان, ..الخ.
يعتبر الحليب سائل معقد جدا" فهو يحتوي على مايزيد عن 100000 جزيئ مختلف. ان التركيب الاجمالي للحليب يحدد كما يلي: % 4.1 دهون, % 3.6 بروتين، % 4.9 لاكتوز، % 0.7 مركبات مختلفة مثل الفلزات المعدنية و الفيتامينات و الشحوم (Hui, Y. K., 1993) . يتألف الدهن في الحليب من يتألف بشكل رئيس من ثلاثي الغليسيريدات المحتوية على مدى واسع من الحمض الدهنية والتي بدورها تحوي نسبة عالية نسبيا" من الحموض الدهنية المشبعة و الحمض الدهنية ذات السلاسل القصيرة.
منذ عام 1830 تم التعرف على ان الحليب يتضمن نوعين من البروتين بواسطة جعل الوسط حمضيا" و بدرجة pH تساري 4.6. ان البروتينات غير المنحلة عند pH تساري 4.6 يطلق عليها الكاسيين (Caseins) و التي تشكل 78 بالمائة من النتروجين الكلي ضمن الحليب البقري، و أما القسم المنحل فيدعى المصل(Whey). ان اللاكتوز هو الكربوهيدرات الاساسية ضمن كل انواع الحليب الناتج عن الحيوانات الثديية. ويحتوي الحليب على كمبات قليلة من الاشكال الاخرى للسكريات مثل الغلوكوز(50 mg/l) و الفركتوز، .. الخ.
للمزيد يرجى مراجعة الرابط التالي:
http://4enveng.com/pdetails.php?id=56