Przemysł mleczarski jest zaliczany do kluczowych gałęzi przemysłu spożywczego, zarówno pod względem ogólnej masy przerabianego surowca, jak i zużycia wody. Jednocześnie jest uznawany za największe źródło ścieków z przetwórstwa żywności. Szacuje się, że na 1 dm3 przetworzonego mleka zużywa się 1,44 dm3 wody, natomiast produkcja serów, masła czy twarogu jest jeszcze bardziej wodochłonna (1,6÷4,0 dm3 wody na 1 dm3 mleka), nie wspominając już o mleku w proszku (15÷20 dm3 wody na 1 dm3 mleka) (Kasztelan i Kierepka 2014). Około 80÷90% zużytej wody staje się ściekami (Vourch i in. 2008), co – w kontekście ograniczonego dostępu do wody pitnej – stanowi duży problem (w Polsce na jednego mieszkańca przypada ok. 1600 m3 wody rocznie, czyli 3 razy mniej niż średnio w Europie). Wymusza to więc konieczność poszukiwania coraz nowszych i efektywniejszych, a jednocześnie przyjaznych dla środowiska, sposobów jej odzysku. W ostatnich latach szczególny nacisk położono na rozwój systemów filtracji membranowej oraz metod biologicznego uzdatniania wody.

Dobór procesów filtracji membranowej

Ścieki mleczarskie stanowią głównie kąpiele stosowane podczas mycia instalacji do produkcji mleka i przetworów mlecznych, które oprócz substancji organicznych, pochodzących z produktów spożywczych, zawierają także kwasy, zasady i detergenty. Do nowoczesnych technologii oczyszczania tego typu ścieków, umożliwiających zamykanie obiegów wody w przedsiębiorstwach, można zaliczyć procesy filtracji membranowej, które znalazły już liczne zastosowania w przemyśle mleczarskim (Kowalik-Klimczak 2017; Cassano i in. 2015). Wykorzystanie odpowiednio dobranych sekwencji procesów filtracji membranowej umożliwia frakcjonowanie mieszanin ścieków mleczarskich na grupy o zgrubnie zdefiniowanym składzie, ułatwiając tych samym ich dalsze wykorzystanie lub utylizację. W praktyce zastosowanie takich technik najczęściej wiąże się z koniecznością wstępnego przygotowania ścieków przed wprowadzeniem ich do układu filtracyjnego. Skutecznym sposobem oczyszczania ścieków mleczarskich jest stosowanie zintegrowanych systemów. Efektywność uzyskana dla układu ultra- (UF) i nanofiltracji (NF), poprzedzonego filtracją wstępną, może osiągać nawet 95% w przypadku substancji biogennych, a 86% w przypadku związków organicznych (Kowalik-Klimczak i in. 2017). Zastosowanie takiego sposobu oczyszczania ścieków umożliwia odzysk wody, ale zwykle o zapachu podobnym do mleka, co wynika z obecności lotnych związków organicznych. Obniżenie ich stężenia jest możliwe w wyniku adsorpcji na węglu aktywnym, bądź też zastosowania perwaporacji lub zaawansowanych metod pogłębionego utleniania (Krzemińska i in. 2013; Kushwaha i in. 2010). Racjonalnym rozwiązaniem jest także rozdział kąpieli zasadowych i kwasowych. Wówczas, dzięki zastosowaniu procesów mikro- (MF)
lub ultrafiltracji (UF) poprzedzonych filtracją wstępną, możliwe jest zregenerowanie ok. 90% kąpieli, odpowiednio zasadowych i kwasowych.

Innym rodzajem ciekłych odpadów mleczarskich jest serwatka, powstająca przy produkcji serów. Ze względu na zawartość cennych składników (białka, tłuszcze, składniki mineralne, witaminy), najpopularniejszym sposobem jej przetwarzania jest frakcjonowanie (Lech i Trusek-Hołownia 2015). Do oddzielenia tłuszczów stosuje się proces MF, białek – proces UF, a laktozy – proces NF. Odwodnienie serwatki z jej jednoczesną demineralizacją prowadzi się natomiast z wykorzystaniem procesu odwróconej osmozy (RO). Zastosowanie zintegrowanego systemu MF/UF/NF/ RO, poprzedzonego filtracją wstępną, umożliwia odzysk wody oraz zatężanie składników, które mogą być wykorzystywane do wzbogacania produktów spożywczych.

Do bardziej selektywnego wydzielania białek serwatkowych, które są szczególnie cenione w przemyśle spożywczym (głównie jako suplementy diety dla sportowców), medycynie i farmacji, proponowane są techniki filtracji żelowej i chromatografii preparatywnej (Labus i in. 2015). Serwatkę przed rozdziałem chromatograficznym wstępnie oczyszcza się w procesie mikrofiltracji. Separacja białek opiera się na wykorzystaniu różnic w ich właściwościach, tj. punkt izoelektryczny lub hydrofobowość/hydrofilowość (Bizukojć i in. 2014).

Cały artykuł dostępny w nr 1/2018 kwartalnika "Kierunek Spożywczy".