Регенерация смеси сорбентов после очистки оборотных вод производства безалкогольных напитков

Abstract

Современные технологии пищевой промышленности должны предусматривать дополнительную очистку технической воды и увеличение ее части в оборотных промышленных циклах. Несмотря на большое количество современных методов очистки воды таких как нано-, ультра-, микрофильтрация, коагуляция, реагентная обработка и фотокатализ, адсорбция активированным углем остается одним из наиболее эффективных методов очистки промышленной воды от органических примесей. Однако значительные количества активированного угля и других сорбентов, которые применяются в пищевой промышленности, повторно не используются, что связано со сложностью их регенерации и существенными материальными затратами. Таким образом, актуальным является исследование регенерации смесевых сорбентов с целью их повторного эффективного использования в оборотных циклах водоснабжения. В данной работе исследовалась регенерация отработанной смеси сорбентов состоящей из активированного угля и кизельгура и возможное повторное использование регенерированных сорбентов для очистки технической оборотной воды при производстве безалкогольных напитков. Регенерация смеси сорбентов обработкой только раствором NaOH или только раствором HCl позволяет увеличить их сорбционную емкость по сравнению с нерегенерированной смесью, соответственно, на 29–42 % либо 24–29%. Наилучшего результата было достигнуто в двух случаях: при использовании 1,25 % раствора NaOH и при совместной обработке смеси сорбентов растворами NaOH и HCl. При этом сорбционная емкость регенерированного смесевого сорбента увеличилась на 42 % и достигла первоначального значения емкости до технологического использования сорбента. Определена возможность почти 100% регенерации сорбционной емкости отработанной смеси путем последовательной кислотно-основной обработки. Предложенная схема трехступенчатой адсорбционной установки по очистке технической воды от органических примесей может быть использована в замкнутых оборотных циклах производства безалкогольных напитков, поскольку она предоставляет возможность трехкратной регенерации смеси сорбентов, и уменьшение содержания сахара, как основного загрязнителя технической воды, в 2,9 раза. Очищенная вода может быть использована в оборотном водоснабжении технологического цикла или, при необходимости, дополнительно очищена путем ее подачи в смеситель-коллектор. Такой подход обеспечивает сокращение общего водопотребления производством безалкогольных напитков.

Сучасні технології харчової промисловості повинні передбачати додаткове очищення технічної води та збільшення її частки в оборотних промислових циклах. Не зважаючи на велику кількість сучасних методів очищення води таких як нано-, ультра-, мікрофільтрація, коагулювання, реагентна обробка и фотокаталіз, адсорбція активованим вугіллям залишається одним із найбільш ефективних методів очищення промислової води від органічних домішок. Однак, значні кількості активованого вугілля та інших сорбентів, що застосовуються в харчовій промисловості, повторно не використовуються, що пов’язано із складністю їх регенерації та істотними матеріальними витратами. Таким чином, актуальним є дослідження регенерації сумішевих сорбентів з метою їх повторного ефективного використання в оборотних циклах водопостачання. В цій роботі досліджена регенерація відпрацьованої суміші сорбентів, що складається з активованого вугілля та кізельгуру, а також можливе повторне використання регенерованих сорбентів для очищення технічної оборотної води при виробництві безалкогольних напоїв. Регенерація суміші сорбентів обробкою лише розчином NaOH або тільки розчином HCl дозволяє збільшити їх сорбційну ємність порівняно з нерегенерованою сумішшю, відповідно, на 29–42 % або 24–29%. Найкращого результату було досягнуто в двох випадках: при використанні 1,25 % розчину NaOH та при сумісній обробці суміші сорбентів розчинами NaOH і HCl. При цьому сорбційна ємність регенерованого сумішевого сорбенту збільшилась на 42 % та досягла початкового значення ємності до технологічного використання сорбенту. Визначена можливість майже 100% регенерації сорбційної ємності відпрацьованої суміші шляхом послідовної кислотно-основної обробки. Запропонована схема трьохступінчатої адсорбційної установки з очищення технічної води від органічних домішок може бути використана в замкнених оборотних циклах виробництва безалкогольних напоїв оскільки вона надає можливість трьохкратної регенерації суміші сорбентів та зменшення вмісту цукру, як основного забруднювача технічної води, в 2,9 рази. Очищена вода може бути використана в оборотному водопостачанні технологічного циклу або, за необхідністю, додатково очищена шляхом її подачі в змішувач-колектор. Такий підхід забезпечує скорочення загального водоспоживання виробництвом безалкогольних напоїв.

Modern technologies of the food industry should provide for additional purification of industrial water and an increase in its part in reverse industrial cycles. Despite the large number of modern water purification methods such as nano-, ultra-, microfiltration, coagulation, reagent treatment, and photocatalysis, activated carbon adsorption remains one of the most effective methods for purifying industrial water from organic impurities. However, significant amounts of activated carbon and other sorbents which are used in the food industry are not reused, due to the complexity of their regeneration and significant material costs. Thus, it is relevant to study the regeneration of mixed sorbents with the aim of their repeated effective use in reverse water supply cycles. In this work, the regeneration of a spent mixture of sorbents consisting of activated carbon and kieselguhr and the possible reuse of regenerated sorbents for the purification of industrial recycled water in the production of soft drinks has been studied. Regeneration of the sorbent mixture by treatment only with NaOH solution or only with HCl solution allows increasing their sorption capacity in comparison with the unregenerated mixture, respectively, by 29–42 % or 24–29 %. The best result was achieved in two cases: when using a 1.25 % solution of NaOH and when processing a mixture of sorbents with solutions of NaOH and HCl. At the same time, the sorption capacity of the regenerated mixed sorbent increased by 42 % and reached the initial value of the capacity before the technological use of the sorbent. The possibility of almost 100 % regeneration of the sorption capacity of the spent mixture by sequential acid-base treatment has been determined. The proposed scheme of a three-stage adsorption plant for purification of industrial water from organic impurities can be used in closed circuits for the production of soft drinks as it provides the possibility of three-fold regeneration of a mixture of sorbents and a decrease in sugar content, as the main pollutant of industrial water, by 2.9 times. The purified water can be used in the reverse water supply of the technological cycle or, if necessary, additionally purified by feeding it to the mixer-collector. This approach reduces the overall water consumption by the production of soft drinks.