بررسی‌وضعیت آلاینده های تولیدی صنعت قند و مدیریت آن

بررسی‌وضعیت آلاینده های تولیدی صنعت قند و مدیریت آن

هدف از این مقاله بررسی فرآیندها وآلاینده های تولیدی و نحوه مد یریت و ارائه راهکاره ای پیشنهاد ی برای مدیریت وکنترل آنها می باشد.

مواد اولیه اصلی مورد استفاده کارخانه قند چغندر قند ، سنگ آهک و کک و محصولات تولیدی آن شکر سفید، قند کله، نبات، تفاله تر و تفاله خشک می باشد. آلاینده های اصلی تولیدی گازهای حاصل از فرایند سوخت کوره، فاضلاب ناشی از مصرف فراوان آب و گل باقی مانده از شست و شوی چغندر می باشد.

راهکارهای پیشنهادی برای کنترل و کاهش آلاینده ها، استفاده از سیستم جدید شست و شو و انتقال چغندر به وسیله نوار نقاله، تبدیل فاضلاب واحد قندگیری از ملاس به ویناس ، احداث مخزن بتونی برای ذخیره آب تازه، استفاده مجدد از زیر آب کوره پس از خنک سازی، جلوگیری از ورود گل صافی خلاء به فاضلاب، جداسازی سنگ و شن همراه چغندر و استفاده از دستگاه نرمه گیر، پیشگیری از ریخت و پاش کک و سنگ آهک و جلوگیری از هدر رفتن آب بر اثر سر ریزهای گوناگون می باشند.

هر سال بیش از 160 میلیون تن شکر در بیش از 127 کشور جهان تولید می شود. تقریبا سه چهارم شکرهای تولیدی از نیشکر و مابقی از چغندر قند به دست می آید بزرگترین تولید کنندگان و مصرف کنندگان شکر در جهان برزیل، هند و چین می باشند.

در بین کشورهای تولید کننده قند و شکر هشت کشور چغندر و نیشکر کار وجود دارند که ایران یکی از آنها می باشد.

صنعت قند ایران با حدود 110 سال قدمت دومین صنعت قدیمی کشور است.

در حال حاضر 35 کارخانه چغندری و 8 کارخانه قند نیشکری در ایران در حال فعالیت می باشند.

سرانه مصرف شکر در ایران 31 کیلو گرم به ازاء هر نفر و تولید کل سالانه 1258 هزار تن و مصرف کل سالانه 2175 هزارتن شکر خام است.

عمده ترین چالش های زیست محیطی در مورد کارخانجات قند و شکر مربوط به زایدات مایع، انتشارات گازی و زایدات جامد است. آلودگی صوتی نیز یک چالش مهم در این صنعت می باشد

عمده ترین انتشارات هوا در تولید و تصفیه شکر از احتراق تفاله نیشکر، مواد نفتی سوخت یا زغال سنگ به وجود می آید

5/5 کیلوگرم خاکستر فرار در پردازش هر یک تن نیشکر در گازهای خروجی ناشی از احتراق نیشکر وجود دارد.

سایر منابع انتشارات هوا شامل واحد تخمیر شربت و واحد خروجی های صنعت قند و شکر معمولا محتوای آمونیاک آن بسیار بالاست.

فاضلاب ممکن است پاتوژن هایی از مواد آلوده یا فرایندهای تولید را در برداشته باشد.

یک کارخانه قند و شکر اغلب بو و گرد و غباری را تولید می کند که باید کنترل شوند. بیشتر زایدات جامد این قابلیت را دارند که به سایر تولیدات و محصولات جانبی پردازش شوند. در بعضی موارد ممکن است آفت کش هایی در مایعات شستشو دهنده نیشکر وجود داشته باشند

آشکارترین اثر در پردازش چغندر قند و نیشکر مربوط به خروجی های آلوده است. در کشورهایی که قوانین زیست محیطی در آنها ضعیف است و کارخانه های قند و شکر سالانه تمیز می شوند مقادیر بسیار بالایی از مواد آزاد شده که مستقیما به درون رودخانه ها وارد می شوند.

خروجی های کارخانه های قند و شکر در مقایسه با سایر منابع دارای مواد آلی بالایی هستند و تجزیه این مواد اکسیژن محلول در آب را کاهش داده و فرایندهای بیوشیمیایی طبیعی و گونه های ساکن در سیستم های آبی را تحت اثر قرار می دهد. آلاینده های بالقوه در این خروجی ها شامل فلزات سنگین، مواد نفتی، روغن و عوامل تمیزکننده هستند.

برای تامین برق کارخانه قند از بخار استفاده می شود. هم چنین به منظور تولید شیر آهک و گاز دی اکسید کربن مورد نیاز در فرایند تولید سنگ آهک را به همراه کک در کوره آهک می سوزانند.

آهک تولیدی به مصرف تهیه شیر آهک می رسد و گاز  حاصل بعد از عمل خاکستر گیری و شست و شو توسط پمپ به مصرف قسمت های لازم می رسد

ابزار و روش ها

در گام نخست مطالعه حاضر به بررسی سوابق و مدارک موجود در جهان و ایران در زمینه صنعت قند و شکر و فرایند تولید و آلاینده های تولیدی در هر بخش پرداخته و کارخانه قند فسا به عنوان کارخانه مورد مطالعه انتخاب شد.

اطلاعات لازم با مراجعه به اداره محیط زیست این شهرستان و بازدید از کارخانه و آشنایی با فرایند تولیدی آن و آلودگی های ایجاد شده در هر مرحله از خط تولید و مصاحبه با کارشناسان این کارخانه به دست آمد.

نتایج

فرایند تولید در کارخانه ها

پس از ورود کامیون های حامل چغندر به کارخانه و باسکول از محموله نمونه برداری می شود. برای تعیین عیار چغندر نمونه ها به ترتیب خاک گیری، شستشو، حمل، آسیاب و عصاره گیری شده و میزان قند آن اندازه گیری می شود.

آب مصرفی در این قسمت باید تمیز و عاری از هرگونه ذرات معلق باشد. چون مصرف آب به وسیله انژکتور می باشد و در صورت وجود ذرات معلق نظیر شن و سنگ باعث مسدود شدن انژکتورها می شود، بنابراین نمی توان از آبی که پیشتر مصرف شده استفاده کرد.

پس از آن، حمل چغندر از سیلو به کارخانه به وسیله آب از کانالی که حدود 35 درصد شیب دارد انجام می شود.

چغندر از طریق کانال هدایت به ایستگاه پمپاژ می رسد و قبل از رسیدن به ایستگاه مقداری آب تازه به آن اضافه می شود.

چغندر پس از پمپاژ به لاور شستشوی چغندر رفته و در نهایت به آسیاب خلال وارد و آب شست و شوی آن به استخر ته نشینی هدایت می شود.

در مرحله آسیاب خلال هدف تبدیل چغندر به رشتههای باریک خلال میباشد.

مصرف آب در این مرحله به دو صورت است.

آب سرد کننده آسیاب که از منبع آب سرد تامین شده و به استخر ته نشینی برگشت داده میشود و آب شستشوی قالب ها که به کانال اصلی فاضلاب افزوده می شود. در این آب وجود تکههای چغندر نرم و و ریز و مواد آلی مانند قند محتمل است.

میزان آب مصرفی در این بخش 10 درصد چغندر مصرفی است. این مقدار پس از خنک کردن روغن آسیاب خلال به استخر ته نشینی اضافه میشود. آب شستشوی قالب ها به همراه آب های دورریز دیگر به کانال اصلی فاضلاب روانه میشود.

در مرحله عصاره گیری (دیفوزیون) به وسیله دستگاه عمل قندگیری از رشته های خلال طبق عمل اسمز انجام و آب مصرفی به شربت خام تبدیل می شود.

سپس در مرحله تصفیه شربت ناخالصی های شربت مانند رنگ و مواد قندی دیگر در قسمتی به نام ساتراسیون با استفاده از شیرآهک، دی اکسید کربن و شیر ساکارات تولیدی از واحد قندگیری از ملاس از شربت جدا می شود (مرحله کربناتاسیون).

معمولا پس از مرحله کربناتاسیون مرحله سولفیتاسیون انجام می شود که در طی آن عمل رنگ زدایی و پایداری شربت در برابر گرما انجام می شود. محصول عمل شربتی است که در آن 14 درصد قند وجود دارد و به آن شربت رقیق خالص می‌گویند.

در بخش اواپراسیون (تبخیر) شربت در طی چهار مرحله تبخیر می شود تا بریکس آن به 65 تا 70 برسد.

سیستم به صورت چهار مرحله ای می باشد که مرحله اصلی از بخار رتور استفاده می کند و بخار حاصل از تبخیر شربت در مرحله اول به

مصرف مرحله دوم می رسد و همین طور ادامه دارد تا مرحله چهارم که به خلاء متصل می شود. در زیر هر تبخیر کننده یک بالن وجود دارد که آب کندانس آن بدنه در آن جمع آوری می شود و به مصرف می رسد.

گام بعدی شامل سه مرحله پخت میباشد. در پخت 1 شکر سفید تولید و سپس تبدیل به قند و بسته بندی می شود. در این بخش مقداری پساب تولیدی دوباره به سیستم برگشته و در پخت 2 استفاده می شود تا ضعیف شود.

در پخت 2 شکر درجه 2 تولید می شود و پساب ضعیف تولیدی در پخت 3 مصرف و در نهایت شکر درجه 3 و ملاس تولید می شود.

پیش از پخت قند از تانک رنگبری (محتوی زغال سیاه یا زغال اکتیو ) به منظور سفید کردن قند استفاده می شود.

تفاله تر پس از خروج از دیفوزیون وارد پرس تفاله می شود و آب حاصل از پرس تفاله وارد یک مخزن و از آنجا به

دیفوزیون فرستاده می شود و تفاله پرس شده به تفاله خشک کنی منتقل می شود. در مرحله بعد ملاس حاصل از سانتریفوژ پخت به یک مخزن هدایت و از آنجا به واحد قندگیری از ملاس به منظور بازیافت قند محتوی ملاس (حدود 5 درصد قند در برسد و سپس وارد مخزن – آن است) منتقل می شود.

در این واحد ابتدا ملاس با آب سرد رقیق می شود تا بریکس آن به 13 مجهز به همزن و پودر آهک به آن اضافه می شود. بعد از اختلاط وارد مبرد دارای هم زن می شود تا دمای آن کاهش یابد.

در اثر ترکیب قند ملاس و آهک، ساکارات تولید می شود که برای جداسازی ساکارات مخلوط از یک صافی خلاء عبور می کند و ساکارات حاصل به واحد تولید شیر آهک پمپ و در بخش تصفیه شربت مصرف می شود.

در واحد بسته بندی محصولات تولیدی شامل شکر و قند بسته بندی و تفاله خشک نیز برای تهیه خوراک دام به دامداری ها فرستاده می شود. ملاس تولیدی نیز در مخازن ویژه ای نگهداری می شود تا به کارخانه هایی مانند الکل سازی و اسید سیتریک سازی انتقال یابد. در پایان محصولات بسته بندی شده در انبارها ذخیره و پس از فروش به مراکز مختلف فرستاده می شوند.

زایدات تولیدی

میزان مصرف آب در این کارخانه 9 لیتر در ثانیه معادل 770 متر مکعب در روز است. در مقابل مقدار فاضلاب تولیدی که پس اتمام کلیه مراحل تولیدی در لاگون موجود در کارخانه جمع می شود معادل 400 متر مکعب در روز می باشد. کارخانه دارای دو مدار اصلی فاضلاب است

مدار حمل و شست و شوی چغندرکه توسط آن فاضلاب ناشی از حمل و شست و شوی چغندر که حاوی گل و لای و سنگریزه و هم چنین برگ و احتمالا تکه های چغندر می باشد مستقیما به استخر ته نشینی مدور هدایت می شود. این استخر مجهز به بازوهای لجن روب می باشد که مواد ته نشین شده را به مرکز استخر که دارای حوضچه جمع آوری گل و لجن است، هدایت می کند. این حوضچه مجهز به پمپ است و آب گل آلود استخر اغلب در باغ ها و زمین های کشاورزی استفاده می شود و در پاره ای مواقع به سایر فاضلاب های کارخانه می پیوندد.

آب نسبتا زلال و صاف شده بعد از عبور از آشغالگیر میله ای به حوضچه پمپاژ هدایت می شود و دوباره برای انتقال چغندر مصرف می شود.

آب های اضافه شده به این حوض شامل سرریز آب قسمت خنک کننده قندگیری از ملاس که بدترین نوع فاضلاب می باشد، سرریزمخزن آب گرم کارخانه، آب خنک کننده آسیاب های خلال، سرریز حوضچه پمپاژ آب برگشتی استخر خنک کننده کندانسور بارومتریک، آب شستشوی گاز در لاور و خاکستر گیر می باشد[ 3 و 4]. خط اصلی فاضلاب شامل کانال اصلی فاضلاب است که از سالن تولید و محوطه کارخانه عبور می کند و به وسیله آن فاضلاب قسمت های مختلف جمع آوری و به لاگون ته نشینی هدایت می شود. این فاضلاب ها شامل زیر آب کوره های بخار و دستگاه های سختی گیر و دستگاه گاز زدا، سرریز مخزن آب گرم، آب خنک کننده پمپ های صافی خلاء که در محل تخلیه به کانال با ایجاد رسوب کربنات کلسیم همراه است و نیز آب خنک کننده پمپ های گاز دی اکسید کربن، آب کندانسه رو شوفرهای دیفوزیون، فاضلاب ناشی از شستشوی کف کارخانه که دارای کانال جمع آوری شربت سرریز مخازن دیگر نیز می باشد، نشتی و آبریزی از پمپ های ملاس و سایر پمپ ها و فاضلاب شستشوی قالب های آسیاب خلال، فاضلاب سرویس های بهداشتی به سپتیک تانک و فاضلاب حمام ها به کانال فاضلاب حاصل از رواناب ناشی از شستشوی کک و سنگ آهک مصرفی که بدون محافظ در قسمتی از کارخانه انبار شده اند، می باشد

برای مدیریت و کنترل صحیح زایدات تولیدی در فرایندهای صنعتی مختلف، شناخت این زایدات و مقدار آنها و فرایندی که سبب تولید آنها می شود بسیار مهم است[ 7]. پس از بررسی های لازم در مورد فرایندهای مختلف تولید شکر و قند در این کارخانه زایدات حاصل از آن شناسایی شد. بر این اساس شکل 1 نمودار جریان زیست محیطی این واحد صنعتی را نشان می دهد.

کنترل آلودگی و جلوگیری از آن

به منظور کنترل و حفاظت موثر از آلودگی در صنعت قند و شکر چند مورد اصلی باید مد نظر قرار گیرد. این موارد شامل کاهش هدر رفت محصولات به کمتر از 10 درصد از طریق کنترل بهترآنها، کاهش زمان ذخیره سازی شربت و سایر فراورده های واسطه به منظور کاهش هدر رفت محصولات و تخلیه آنها به درون جریان فاضلاب، جمع آوری زایدات تولید شده برای استفاده در سایر صنایع مثل استفاده از تفاله در کارخانه های کاغذ و سوخت، بهینه کردن مصرف آب با استفاده مجدد از آب های خنک کننده و تصفیه آنها و تمیز کردن مواد شیمیایی مصرفی، می باشد. نمونه برداری و اندازه گیری پیوسته از پارامترهای تولید کلیدی به شناسایی عوامل کاهش دهنده تولیدات و کاهش آنها منجر می شود.

مشکلات مربوط به بو می تواند با رویکرد ذخیره سازی مناسب و حفظ بهداشت کنترل شود

 

 

راهکارهای پیشنهادی برای کاهش فاضلاب تولیدی

با تقدیر و تشکر از جناب مهندس هوشمند که توانستند با طرح خود تحولی بزرگ را در کارخانه قند کرج و کارخانه های کشور ایفا کنند

کارخانه های فند ار جمله پر مصرف ترین واحدهای آب محسوب می شوند، به همین دلیل به منظور کاهش حجم

فاضلاب تولیدی باید در درجه اول میزان مصرف آب را کاهش داد. اصولا در طراحی تصفیه فاضلاب این کارخانجات باید یک دید راهبردی داشت.

یعنی اساس کار را نخست بر کاهش منطقی حجم آب های دور ریز متمرکز کرد، زیرا اکنون با توجه به کم آبی کشور امکان برداشت چنین حجم عظیمی از آب میسر نیست.

بررسی های لازم برای کاهش حجم فاضلاب و بهبود کیفیت آن قبل از هر نوع تصمیم گیری در خصوص طراحی تصفیه فاضلاب لازم است.

البته باید به این نکته تاکید کرد که قبل از اجرای پروژه ها و پیشنهادات ضروری است که پیامدهای فنی و ایمنی آن را به دقت بررسی کرد چون این پیشنهادات تنها از دیدگاه زیست محیطی هستند و چه بسا برخی از آنها مشکلاتی را در امر تولید ایجاد کنند.

یکی از نقاط پر مصرف آب در صنعت قند مرحله شستشو و انتقال چغندر می باشد که سبب افزایش میزان فاضلاب می‌شود.

با به کار بردن سیستم های جدید شستشو و انتقال خشک نه تنها می توان میزان مصرف آب را تا حدود نیم لیتر ب ازاء هر کیلو چغندر کاهش داد، بلکه جداسازی سنگ و شن همراه چغندر و فروش آن و هم چنین جداسازی خرده ها و زواید چغندر و انتقال آن به سمت تفاله خشک کنی گام موثری در اقتصادی کردن و بهره دهی سیستم می باشد

تصفیه چنین فاضلابی ورای هزینه بالا و با فرض طراحی درست در عمل مشکلات فراوانی را به دنبال خواهد داشت. بنابراین ضرورت جداسازی فاضلاب این بخش از بقیه فاضلاب ها و انتخاب راه حل ویژه ای برای آن کاملا احساس می شود. از جمله راه حل ها پیاده کردن طرح ویناس در کارخانه های قند است.

فاضلاب حاصل از واحد قندگیری از ملاس بعد از گرم کردن و تصفیه با گاز در تبخیر کننده های ویژه ای حرارت داده و غلیظ می شوند.

ماده غلیظ شده ویناس نام دارد که به تفاله خشک اضافه می شود. بدین ترتیب فاضلاب به محصولی مفید تبدیل می شود و قند قابل استحصال از ملاس استخراج می شود بدین ترتیب علاوه بر حل مشکل مذکور، مقداری قند از این پساب به دست می آید

در اکثر کارخانجات گل مرطوب حاصل از تصفیه شربت خام در واحد صافی خلاء را که به صورت کیک است برای خارج کردن از سالن تولید با آب تازه مخلوط می کنند تا سیالیت آن افزایش یابد.

جداسازی گل مرطوب از فاضلاب بقیه واحدها قبل از اجرای هر طرح تصفیه ای ضروری است. در غیر این صورت علاوه بر افزایش قابل توجه هزینه تصفیه، راندمان تصفیه خانه نیز ممکن است کاهش یابد. فاضلاب حاصل از حمل و شست و شوی

چغندر که حاوی گل و لای، سنگریزه، تکه های خرد شده و زوائد چغندر است مستقیما به استخر ته نشینی هدایت می شود.

از آنجا که آب در مدار حمل و شست و شوی چغندر گردشی است بر اثر تخمیر تکه ها و زوائد چغندر و نیز کود آلی همراه آن

بار آلودگی آب با گذر روزهای تولید افزایش پیدا می کند. وجود تکه ها و زوائد چغندر در فاضلاب باعث خواهد شد که کیفیت

آب زلال شده در استخر ته نشینی که دوباره به مصرف شستشو می رسد کاهش یابد و ضرورت افزودن آب تازه را به مدار ایجاد

کند. بنابراین از جمله نیازهای اساسی کارخانه پیش بینی دستگاه نرمه گیر می باشد

در کارخانه قند مخزن بتنی ذخیره آب خام و سایر مخازن آب گرم و سرد ممکن است سرریز کنند. برای نمونه سرریزهزینه گزافی تامین شده هدر می رود. همین طور با سرریز آب گرم و سرد موجود در کارخانه حجم زیادی از آب قبل از آن که

در جای اصلی خود مصرف شود دورریز می شود. با توجه به کمبود آب و هزینه نسبتا بالای تامین آن در منطقه لازم است

تدابیری برای جلوگیری از هدر رفت آب به عمل آید. علاوه بر این در کارخانه پمپ های متعددی در مدارهای گوناگون به کار

رفته اند که گر چه به هنگام تعمیرات به کلی تعمیر می شوند اما نشتی از برخی پمپ ها وجود دارد. بنابراین تعمیر و آب بندی

نمودن پمپ ها کمک زیادی به کاهش مصرف آب، کاهش میزان فاضلاب تولیدی و بهبود کیفیت آن می کند. با توجه به راه

اندازی پمپ های انتقال آب از چاه ها و قنات به مخازن ذخیره و نوسان لحظه ای مصرف آب، اغلب مخازن بتنی موجود سرریز

دارند و در هر دوره تولید حجم قابل توجهی از آب به هدر می رود. از جمله راه های عملی جلوگیری از به هدر رفتن آب

احداث یک مخزن بتنی دیگر با حجم کافی در کنار مخزن موجود می باشد به نحوی که سرریز مخزن اول وارد مخزن دوم شده

و در مواقعی که سطح آب در مخزن اول پایین می آید با روشن شدن اتوماتیک پمپ آب مخزن دوم به مخزن اول هدایت شود.

 راهکارهای پیشنهادی برای کاهش سایر آلاینده ها

از جمله راهکارهای مناسب در مورد گازهای خروجی نصب فیلترهای مناسب در محفظه خروجی آنها و جذب ذرات

آلاینده می باشد.

در مورد مواد زاید باقی مانده از فرایندهای تولید نیز استفاده مجدد آنها در صورت امکان توصیه می شود و درصورتی که این مواد قابل بازیافت و استفاده مجدد نباشند باید به شیوه مناسبی دفن شونند. هم چنین در صورت امکان میتوان از مواد جایگزینی که زایدات کمتری دارند، استفاده کرد.