CH686710A5 - Cross-flow filtration of contaminated liq - Google Patents

Abstract

Processing of contaminated cleaning liquors and alkaline process solns. is carried out by cross-flow filtration using ceramic membranes with a partition limit of 0.005-1.4 mu m.

Description

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CH 686 710 A5 CH 686 710 A5

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Beschreibung description

Die Reinigung von Anlagen und Geräten in der Lebensmittelindustrie erfolgt in verschiedenen Zyklen. Nach dem Produktausschub mit Luft oder Wasser erfolgt das Vorspülen mit Wasser. Die eigentliche Reinigung besteht meistens aus einem Laugen- mit nachfolgendem Säurezyklus. Während des Laugenzyklus wird der grösste Teil der noch anhaftenden Schmutzfracht entfernt. Im darauf folgenden Säurezyklus werden noch anhaftende mineralische Beläge gelöst. Die alkalische Reinigungslösung wird je nach Verschmutzung der Anlagen und Geräte stark belastet, und ihre Reinigungswirkung nimmt ab. Die Reinigungslaugen werden meistens mehrmals eingesetzt, wobei je nach Verschmutzung der Anlagen und Geräte, die Reinigungswirkung abnimmt. Der gängige Weg zur Entsorgung der verschmutzten Reinigungslaugen ist deren Neutralisation mit Säuren. Diese Methode ist nach heutigem Verständnis unbefriedigend und zwar weil: Plant and equipment in the food industry are cleaned in different cycles. After the product has been ejected with air or water, it is prewashed with water. The actual cleaning usually consists of an alkali cycle followed by an acid cycle. Most of the dirt load still adhering is removed during the lye cycle. In the subsequent acid cycle, adhering mineral deposits are released. The alkaline cleaning solution is heavily loaded depending on the contamination of the systems and devices, and its cleaning effect decreases. The cleaning solutions are mostly used several times, whereby the cleaning effect decreases depending on the contamination of the systems and devices. The common way to dispose of the dirty cleaning solutions is to neutralize them with acids. According to today's understanding, this method is unsatisfactory because:

. hochwertige alkalischen Substanzen, Reinigungsmittelkomponenten und Seifen verloren gehen und nicht für weitere Reinigungen eingesetzt werden können . high-quality alkaline substances, detergent components and soaps are lost and cannot be used for further cleaning

. das Abwasser durch Produktrückstände, Reinigungsmittel und die Salzfracht belastet wird . the wastewater is contaminated by product residues, cleaning agents and the salt load

. die zur Neutralisation eingesetzten Säuren einen erheblichen Kostenfaktor darstellen . the acids used for neutralization represent a significant cost factor

. mit zunehmendem Gebrauch die Schmutzfracht in der verwendeten Reinigungslauge ansteigt . the dirt load in the cleaning solution used increases with increasing use

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren vorzusehen, mit dem die genannten Schwierigkeiten überwunden werden und The object of the invention is to provide a method with which the difficulties mentioned are overcome and

. eine klare Reinigunslauge gewonnen wird, welche für weitere Reinigungsaufgaben eingesetzt werden kann . a clear cleaning solution is obtained, which can be used for further cleaning tasks

. der Verbrauch von Wasser, Säure und Lauge gesenkt werden kann . the consumption of water, acid and lye can be reduced

. die Abwassermenge und die darin enthaltene Schmutzfracht gesenkt wird . the amount of waste water and the amount of dirt it contains is reduced

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch das Verfahren gemäss Patentanspruch 1 gelöst. According to the invention, this object is achieved by the method according to patent claim 1.

Die eingesetzten alkalischen Prozesslösungen oder Reinigungslaugen enthalten beispielsweise die organischen Verschmutzungen aus Lebensmittelrückständen (Fette, Proteine, Zucker, Kohlehydrate), deren Abbauprodukte (Seifen, Glyzerin, Peptide, Maillardprodukte, Karamelisierungsprodukte etc.) und/oder mineralische Rückstände (Ca, Mg, P, Na etc.). Die aufbereiteten Prozesslösungen oder Reinigungslaugen sind klar und weisen einen hohen Anteil der aktiven Reinigungmittelkomponenten (NaOH, Tenside, Seifen aus Produktfett, Komplexbildner, Korrosionsinhibitoren, Sequestrierungshilfsmittel) auf. The alkaline process solutions or cleaning solutions used contain, for example, the organic contaminants from food residues (fats, proteins, sugars, carbohydrates), their breakdown products (soaps, glycerin, peptides, Maillard products, caramelization products etc.) and / or mineral residues (Ca, Mg, P, Well etc.). The processed process solutions or cleaning liquors are clear and have a high proportion of active cleaning agent components (NaOH, surfactants, soaps from product fat, complexing agents, corrosion inhibitors, sequestering aids).

Das Verfahren wird nachfolgend anhand der in Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Prozessverläufe beispielsweise näher erläutert: The method is explained in more detail below on the basis of the process sequences shown in FIGS. 1 and 2:

Die aufzubereitende Reinigungslauge wird mit hoher Geschwindigkeit (z.B. 4 m/s) über die keramische Membrane geleitet. Zum Einsatz gelangen alkaliresistente Membranen aus anorganischen Werkstoffen wie beispielsweise Aluminiumoxid, Zirkoniumoxid, Titaniumoxid, Kohlenstoff, Siliziumoxid oder Siliziumcarbid. Um die Leistungsfähigkeit des Verfahrens zu verbessern, werden die Membranen vorteilhafterweise zyklisch mit aufbereiteter Lauge zurückgespült. Die Prozesstemperatur muss mindestens 35°C betragen, wobei bevorzugterweise Temperaturen zwischen 50 und 80°C zum Einsatz gelangen. Idealerweise wird die verschmutzte Reinigungslauge direkt nach der Reinigung aufbereitet. Da die Reinigungslaugen nach der Reinigung typischerweise eine Temperatur zwischen 60 und 70°C aufweisen, ist vor der Filtration normalerweise keine weitere Erhitzung der Reinigungslauge nötig. The cleaning liquor to be treated is passed over the ceramic membrane at high speed (e.g. 4 m / s). Alkali-resistant membranes made of inorganic materials such as aluminum oxide, zirconium oxide, titanium oxide, carbon, silicon oxide or silicon carbide are used. In order to improve the performance of the method, the membranes are advantageously flushed back cyclically with treated lye. The process temperature must be at least 35 ° C, preferably between 50 and 80 ° C. Ideally, the dirty cleaning solution is processed immediately after cleaning. Since the cleaning liquors typically have a temperature between 60 and 70 ° C after cleaning, no further heating of the cleaning liquor is normally necessary before the filtration.

Das Verfahren kann chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt werden (Fig. 1 und 2). Bei der chargenweisen Betriebsweise wird das Schmutzkonzentrat (Retentat) wieder in den Vorlagetank ge-spiesen, welcher die verschmutzte Lauge enthält. Die Schmutzfracht der verschmutzten Lauge wird somit während des Prozesses kontinuierlich aufkon-zentriert. Vorteilhafterweise wird ein volumetrischer Konzentrationsfaktor zwischen 20 und 80 angestrebt. Typischerweise wird ein durchschnittlicher Transmembrandruck zwischen 1 und 3 bar und eine Überströmgeschwindigkeit zwischen 2 und 6 m/s eingestellt. So werden beispielsweise bei einer Trenngrenze von 0,1 (im, einer Temperatur von 0°C, einem Transmembrandruck von 2 bar und einer Überströmgeschwindigkeit von 4 m/s je nach Art der Verschmutzung Fluxwerte zwischen 200 und 1200 Litern pro Stunde und m2 erzielt, wobei 92% der Fette, 42% der gebildeten Fettseifen und 55% der Stickstoffverbindungen zurückbehalten werden. Bei fettverschmutzten oder stark hydroly-sierten, proteinverschmutzten Laugen kann die Prozessleistung durch eine Erhöhung des Transmembrandrucks (2 bis 10 bar) und der Überströmgeschwindigkeit (6 bis 10 m/s) verbessert werden. The process can be carried out batchwise or continuously (FIGS. 1 and 2). In batch mode, the dirt concentrate (retentate) is fed back into the storage tank, which contains the contaminated lye. The dirt load of the dirty lye is thus continuously concentrated during the process. A volumetric concentration factor between 20 and 80 is advantageously sought. Typically, an average transmembrane pressure between 1 and 3 bar and an overflow speed between 2 and 6 m / s are set. For example, with a separation limit of 0.1 (im, a temperature of 0 ° C, a transmembrane pressure of 2 bar and an overflow speed of 4 m / s, depending on the type of contamination, flux values between 200 and 1200 liters per hour and m2 are achieved, whereby 92% of the fats, 42% of the fatty soaps formed and 55% of the nitrogen compounds are retained. With fat-soiled or heavily hydrolyzed, protein-soiled alkalis, the process performance can be increased by increasing the transmembrane pressure (2 to 10 bar) and the overflow rate (6 to 10 m / s) can be improved.

Sowohl bei der chargenweisen wie auch der kontinuierlichen Betriebsart empfiehlt es sich bei der Aufbereitung von Laugen mit einem hohen Anteil an anorganischer Verschmutzung, vor der Filtration eine Sedimentation durchzuführen. Idealerweise findet die Sedimentation bereits im Vorlagetank statt (Beispiel in Fig. 2). In both batch and continuous operating modes, it is advisable to carry out sedimentation prior to filtration when treating alkalis with a high proportion of inorganic contamination. Ideally, the sedimentation takes place in the storage tank (example in Fig. 2).

Der Vorteil des Verfahrens besteht insbesondere darin, dass die Gewinnung der aufbereiteten Reinigungslaugen erheblich günstiger ausfällt als das übliche Neutralisationsverfahren, wobei zusätzlich dessen Nachteile vermieden werden. Beispielsweise können pro m3 aufbereiteter Reinigungslauge, welche 5% NaOH enthält, die Kosten (SFr. 41,00) für die zur Neutralisation benötigte Salpetersäure eingespart werden. Zusätzlich ergeben sich Einsparungen im Verbrauch an Natriumhydroxid (SFr. 32,00), Reinigungsmitteladditiven (SFr. 7,00), Frischwasser (SFr. 1,00), Abwasser (SFr. 1,00) und Energie (SFr. 4,00). Das Verfahren benötigt keine Zusatzstoffe wie etwa Flockulationshilfsmittel. Die aktiven Reinigungsmitteladditive (Tenside, Komplexbildner, etc.) und aus dem Fett der Produktreste gebildete Seifen können zu einem grossen Teil zurückgewonnen werden, wobei mit abnehmender Trenngrenze die Retention ansteigt. The advantage of the method is, in particular, that the preparation of the treated cleaning liquors is considerably cheaper than the conventional neutralization method, with its disadvantages also being avoided. For example, the costs (SFr. 41.00) for the nitric acid required for neutralization can be saved per m3 of cleaning solution containing 5% NaOH. In addition, there are savings in the consumption of sodium hydroxide (SFr. 32.00), detergent additives (SFr. 7.00), fresh water (SFr. 1.00), waste water (SFr. 1.00) and energy (SFr. 4.00 ). The process does not require any additives such as flocculation aids. A large part of the active detergent additives (surfactants, complexing agents, etc.) and soaps formed from the fat of the product residues can be recovered, the retention increasing as the separation limit decreases.

Das anfallende, alkalische Schmutzkonzentrat kann direkt in Faultürmen kommunaler Kläranlagen The resulting alkaline dirt concentrate can be found directly in the digestion towers of municipal sewage treatment plants

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zu 50 bis 75% abgebaut werden. Eine tägliche Zugabe von 10% der CSB-Fracht ohne vorherige Neutralisation ist möglich. 50 to 75% are reduced. A daily addition of 10% of the COD load without prior neutralization is possible.

Claims (6)

PatentansprücheClaims 1. Verfahren zur Aufbereitung verschmutzter Reinigungslaugen und alkalischer Prozesslösungen, dadurch gekennzeichnet, dass man die flüssigen Medien mit Hilfe der Crossflow-Filtration aufbereitet, wobei keramische Membranen mit einer Trenngrenze zwischen 0,005 und 1,4 (im verwendet werden.1. Process for the preparation of soiled cleaning liquors and alkaline process solutions, characterized in that the liquid media are processed using crossflow filtration, using ceramic membranes with a separation limit of between 0.005 and 1.4 (µm). 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für fettverschmutzte Laugen Membranen mit einer Trenngrenze zwischen 0,1 und 1,4 (im verwendet werden.2. The method according to claim 1, characterized in that membranes with a separation limit between 0.1 and 1.4 (im are used for fat-soiled bases. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für proteinverschmutzte Laugen Membranen mit einer Trenngrenze zwischen 0,005 und 0,4 (im verwendet werden.3. The method according to claim 1, characterized in that membranes with a separation limit between 0.005 and 0.4 (im are used for protein-soiled bases. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für Laugen, welche mit Fetten, Proteinen und/oder Kohlehydraten verschmutzt sind, Membranen mit einer Trenngrenze zwischen 0,01 und 0,4 (im verwendet werden.4. The method according to claim 1, characterized in that for bases which are contaminated with fats, proteins and / or carbohydrates, membranes with a separation limit between 0.01 and 0.4 (im are used. 5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass während des Verfahrens Prozesstemperaturen über 35°C herrschen und eine Überströmgeschwindigkeit zwischen 2 und 10 m/s eingestellt wird.5. The method according to claim 1, characterized in that during the process there are process temperatures above 35 ° C and an overflow speed between 2 and 10 m / s is set. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtrationsleistung durch vorherige Sedimentation und/ oder zyklisches Rückspülen der Membrane erhöht wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the filtration performance is increased by prior sedimentation and / or cyclic backwashing of the membrane. 55 1010th 1515 2020th 2525th 3030th 3535 4040 4545 5050 5555 6060 6565 33rd