Сточные воды для кофе

Сточные воды из-под кофе , также известные как сточные воды из-под кофе , являются побочным продуктом переработки кофе . Его обработка и утилизация являются важным экологическим фактором при переработке кофе, поскольку сточные воды являются формой промышленного загрязнения воды .

Несорванные плоды кофейного дерева, известные как кофейная вишня, подвергаются длительному процессу подготовки к употреблению . Этот процесс часто влечет за собой использование большого количества воды и образование значительного количества твердых и жидких отходов. Тип отходов зависит от типа процесса, которому подвергаются кофейные ягоды. Превращение вишни в оро или зеленые зерна (высушенные кофейные зерна, готовые к экспорту) получают в результате сухого, полупромытого или полностью промытого процесса.

Обработка

Основная статья: Производство кофе § Переработка

Сухой

Кофейные ягоды сушат сразу после сбора путем сушки на солнце, солнечной сушки или искусственной сушки. При сушке на солнце кофейные ягоды кладут на чистый пол и оставляют сушиться на открытом воздухе. При солнечной сушке вишню помещают в закрытый шкаф, имеющий вентиляционные отверстия для выхода влаги. Искусственная сушка используется в основном во время сезона дождей, когда из-за низкого уровня солнечного света продлевается время, необходимое для сушки на солнце, а вишня склонна к образованию плесени. После сушки вишню очищают от шелухи. При этом процессе высушенный внешний слой вишни, известный как околоплодник , удаляется механически.

Полумытый

При полумытой обработке вишни очищают от мякоти, удаляя околоплодник. После этого удаляется слизистый слой, покрывающий бобы. Это делается механически путем подачи зерен в цилиндрическое устройство, которое транспортирует их вверх. Хотя трения и давления, оказываемого на бобы в результате этого процесса, достаточно, чтобы удалить большую часть слизи, небольшое ее количество все равно останется в центральной части бобов. Этот метод используется в Колумбии и Мексике, чтобы снизить расход воды в результате длительного процесса ферментации и интенсивной промывки.

Беколсуб

Чтобы уменьшить загрязнение, возникающее при влажном процессе переработки кофейных плодов, ученые Cenicafé разработали технологию, которая позволяет избежать использования воды, когда она не нужна, и использует правильную воду, когда она необходима. Технология, получившая название Becolsub (от испанских инициалов экологического процесса приготовления влажного кофе с переработкой побочных продуктов: Beneficio . Ecol ogicos Sub -productos) ), контролирует более 90% загрязнений, создаваемых его предшественником. Качество кофе, обработанного таким способом, такое же, как и у кофе, обработанного естественным брожением.

Технология Becolsub состоит из варки целлюлозы без воды, механического удаления слизи и смешивания побочных продуктов (кожи и слизи плодов) на шнековом конвейере. Технология также включает в себя гидромеханическое устройство для удаления плавающих плодов и легких примесей, а также тяжелых и твердых предметов, а также цилиндрическое сито для удаления плодов, кожица которых не была отделена в варочной машине. Ученые из Cenicafé обнаружили, что плоды кофе со слизью (незрелые и сухие плоды не имеют слизи) содержат достаточно воды внутри, чтобы кожуру и семена можно было отделить в обычных машинах для приготовления мякоти без воды, что жидкость требовалась только в качестве средства транспортировки и что варка целлюлозы без воды позволяет избежать 72% потенциального загрязнения.

Удаление слизи осуществляется посредством процесса ферментации, который занимает от 14 до 18 часов, пока слизь не разложится и ее можно будет легко удалить водой. Для промывки ферментированной слизи в лучшем случае требуется 5,0 л/кг ДПК. Ученые Cenicafé разработали машину для удаления слизи, покрывающей семена кофе. Эта машина, названная Deslim (начальные буквы испанского слова «demucilager», механическая мойка и очиститель), удаляет более 98% общего количества слизи (так же, как и при хорошо проведенной ферментации), создавая стресс и вызывая столкновения между зернами, используя всего 0,7 л. /кг ДПК. Полученная высококонцентрированная смесь воды, слизи и примесей является вязкой и добавляется к отделенной кожуре фруктов на шнековом конвейере. В винтовом конвейере степень удержания превышает 60 %, что означает дополнительный контроль потенциального загрязнения на 20 %.

Эти два побочных продукта широко используются в качестве субстрата для червей для производства натуральных удобрений. Однако высокая концентрация слизи, полученной из демоцилагера, дает возможность промышленной переработки побочного продукта.

Полностью вымытый

Этот процесс в основном используется при обработке Coffea arabica . После отделения мякоти бобы собираются в ферментационные резервуары, где бактериальное удаление слизи происходит в течение 12–36 часов. Фаза ферментации важна для развития вкуса кофе, что частично обусловлено происходящими микробиологическими процессами. Появление дрожжей и плесени в кислой воде может привести к появлению неприятных привкусов, таких как привкус кислого кофе и лука . Однако считается, что влажная обработка дает кофе более высокого качества, чем другие процессы, поскольку небольшое количество посторонних привкусов придает кофе особый вкус и «телость».

По завершении ферментации бобы тщательно промывают, чтобы удалить остатки ферментации и оставшуюся слизь. Если их не удалить, они вызовут обесцвечивание пергамента и сделают бобы восприимчивыми к дрожжевым грибкам. После промывания бобы сушат. Когда процесс сушки происходит недостаточно быстро, землистые и затхлые привкусы, такие как аромат Рио . появляются

Использование воды

Количество воды, используемой при обработке, сильно зависит от типа обработки. Мокрая полностью промытая обработка кофейных ягод требует больше всего пресной воды, сухая обработка — меньше всего. Источники указывают на широкий диапазон использования воды. Повторное использование воды в процессе удаления пульпы может значительно сократить необходимое количество. При повторном использовании и улучшенной технике мойки до 1–6 м. ³ воды на тонну свежей кофейной ягоды; без повторного использования расход до 20 м ³ /тонна возможна.

Использование воды при обработке кофе

Страна	Процесс	Водопотребление м 3 /тонна вишни	Источник
Индия	Полумытая, влажная обработка	3
Кения	Полностью промыта, повторное использование воды	4–6
Колумбия	Полностью промытая и экологическая обработка (BECOLSUB)	1–6
Папуа-Новая Гвинея	Полностью промытый, повторное использование воды	4–8
Вьетнам	Полумокрый и полностью вымытый	4–15
Вьетнам	Традиционный, полностью промытый	20
Индия	Традиционный, полностью промытый	14–17
Бразилия	Полумытый, механический демуцилаж.	4
Мексика	Полумытый, механический демуцилаж.	3.4
Никарагуа	Традиционный, полностью промытый	16
Никарагуа	Полностью промыта, повторное использование воды	11

Общий

Кофейные ягоды отделяются водой в сепарационных чанах

Вода, используемая при обработке кофе, оставляет установку для обработки кофе с высоким уровнем загрязнения . Основным компонентом является органическое вещество , образующееся в результате удаления мякоти и слизи . Большая часть органических материалов в сточных водах обладает высокой устойчивостью, а значения ХПК (количество кислорода, необходимое для стабилизации органических веществ с помощью сильного окислителя) составляют 80% нагрузки загрязнения, достигая 50 г/л. БПК , , количество кислорода, необходимое для биологического разложения органического вещества в аэробных условиях при стандартизированной температуре и времени инкубации происходящие из биоразлагаемого органического материала, могут достигать значений 20 г/л.

При (грубом) просеивании и удалении пульпы значения ХПК и БПК становятся значительно ниже. Значения в диапазоне 3–5 г/л для ХПК и 1,5–3 г/л для БПК _5. были найдены. Зарегистрированные значения 2,5 г/л для ХПК и 1,5 г/л для БПК ₅ .

Большая часть органических веществ, пектинов , выпадает в осадок в виде слизистых твердых веществ и может быть выведена из воды. Когда эти твердые вещества не удаляются, значения pH повышаются и можно наблюдать увеличение ХПК.

Для оптимизации анаэробной обработки сточных вод значения pH должны находиться в пределах 6,5–7,5 вместо обычно существующих значений pH=4, что является очень кислым. Это достигается путем добавления гидроксида кальция (CaOH ₂ в сточные воды ). Это привело к восстановлению растворимости пектинов, увеличив ХПК в среднем со среднего 3,7 г/л до среднего 12,7 г/л.

Вода также характеризуется наличием флавоноидных соединений, получаемых из кожицы вишни. Флавоноидные соединения приводят к потемнению воды при pH = 7 или выше, но они не увеличивают уровни БПК или ХПК в сточных водах и не оказывают серьезного воздействия на окружающую среду. Однако более низкий уровень прозрачности может оказать негативное влияние на фотосинтетические процессы, рост и трансформацию питательных веществ (особенно) укоренившимися водными растениями. Многие предприятия по переработке оливок и вина , располагающие относительно большими средствами на исследования, пытались найти решение этой проблемы. Калверт упоминает исследования, проведенные по удалению полифенолов и флавоноидных соединений видами деревопереваривающих грибов ( базидиомицеты ) в погружном растворе с аэрацией сжатым воздухом. Эти сложные процессы, казалось, могли удалить красящие соединения, но упрощенные и более дешевые методы с использованием других типов грибов (например, Geotrichum , Penicillium , Aspergillus ) хорошо себя зарекомендовали только в сильно разбавленных сточных водах.

Сточные воды из-под кофе не представляют собой постоянный поток воды с равномерным содержанием загрязнений. Обработка кофейных зерен представляет собой периодический процесс, и в отношении потоков воды можно выделить два процесса: удаление мякоти и ферментация/промывка.

Депульпирование

Механический сепаратор отделяет кофейные зерна от мякоти с помощью воды.

Вода, используемая для отделения мякоти вишни, называется водой для варки. На его долю приходится чуть более половины воды, используемой в процессе. Согласно Фон Эндену и Калверту, «вода для варки целлюлозы состоит из быстро ферментируемых сахаров как из компонентов мякоти, так и из компонентов слизи. Мякоть и слизь состоят в значительной степени из белков, сахаров и слизи, в частности из пектинов, т.е. полисахаридных углеводов. Эти сахара ферментируются с использованием ферментов бактерий на вишне. Другими компонентами целлюлозной воды являются кислоты и токсичные химические вещества, такие как полифенолы (танины) или алкалоиды (кофеин).

Воду для варки можно использовать повторно во время однодневной депульпации урожая. Это приводит к увеличению содержания органических веществ и снижению pH. Исследования в Никарагуа показали, что средние значения ХПК возрастают с 5400 мг/л до 8400 мг/л при удалении большей части мякоти. Падение pH можно объяснить началом ферментации варочной воды. Это падение продолжается до тех пор, пока ферментация не завершится и уровень pH не достигнет около 4. В ходе этого исследования было определено содержание питательных веществ в варочной воде при максимальной нагрузке ХПК, которая, как считалось, отражает максимальное загрязнение. Концентрация общего азота (TN) в пробах колебалась от 50 до 110 мг/л при средней по всем пробам 90 мг/л. Концентрация общего фосфора (ОФ) в пробах колебалась от 8,9 до 15,2 мг/л при среднем по всем пробам 12,4 мг/л.

Стирка

Промывка ферментированных бобов приводит к образованию сточных вод, содержащих в основном пектины из слизи, белки и сахара. Ферментация сахаров (дисахаридных углеводов) в этанол и CO ₂ приводит к кислой среде промывной воды. Этанол преобразуется в уксусную кислоту после реакции с кислородом, снижая pH до уровня около 4. Высокая кислотность может отрицательно повлиять на эффективность очистки очистных сооружений , обрабатывающих сточные воды кофе как анаэробный реактор или построенные водно-болотные угодья, и считается вредной. для водных организмов при сбросе непосредственно в поверхностные воды .

Исследование, проведенное в Никарагуа, показало явное снижение загрязнения сточных вод в процессе промывки. Значения ХПК падают в среднем с 7200 мг/л до менее 50 мг/л. Несмотря на то, что сточные воды со значениями ХПК ниже 200 мг/л разрешены к сбросу в естественные водоемы в Никарагуа, целесообразно перенаправлять все сточные воды в систему очистки. Это связано с тем, что уровни ХПК невозможно определить на месте во время процесса промывки, а сброс сточных вод в поверхностные воды осуществляется на основе визуального осмотра. Когда вода «прозрачна», она считается достаточно чистой, но значения ХПК, измеренные в ходе исследования, показали, что сброс обычно происходит слишком скоро, что приводит к образованию сточных вод с более высоким уровнем ХПК, чем разрешено. Еще одним положительным эффектом от направления сточных вод в систему очистки является разбавление сточных вод, что обеспечивает лучшую очистку анаэробными бактериями благодаря более благоприятным значениям pH и лучшую последующую очистку благодаря более низким концентрациям аммония.

Концентрация TN в пробах сточных вод от промывки колебалась от 40 до 150 мг/л при среднем по всем пробам 110 мг/л. Концентрация ТП в пробах колебалась от 7,8 до 15,8 мг/л при среднем по всем пробам 10,7 мг/л.

Библиография

• Белло-Мендоса, Р.; Кальво-Бадо, Луизиана; Санчес-Васкес, JE; Лау-Чонг, Г.; Куэвас-Гонсалес, Р. (1995). «Диагностика загрязнения сточных вод кофемолок мокрого приготовления в Сокону-ско, штат Чьяпас, Мексика». Учеб. XVI Латиноамериканский симпозиум по выращиванию кофе, 20–25 октября 1993 г., Манагуа, Никарагуа . Тегусигальпа, Гондурас: PROMECAFE-IICA. стр. 1–13.
• Белло-Мендоса, Р.; Кастильо-Ривера, МФ (1998). «Запуск анаэробного гибридного реактора UASB/фильтр для очистки сточных вод завода по переработке кофе». Анаэроб . 4 (5): 219–225. дои : 10.1006/anae.1998.0171 . ПМИД   16887646 .
• «Изучение и проектирование завода по переработке кофейных отходов на ферме «Сан-Луис». БИОМАТ 1992 . Матагальпа, Никарагуа: Мэрия Матагальпы и Управление биогаза и санитарии окружающей среды.
• Калверт, Кен К. (1997). «Очистка сточных вод от кофе — вариант биогаза. Обзор и предварительный отчет о текущих исследованиях». Отчет об исследовании кофе №. 50 . Кайнанту, Папуа-Новая Гвинея: Coffee Industry Corporation Ltd.
• Калверт, Кен К. (1998). «Микробиология переработки кофе, часть 1» ( DOC ) . Информационный бюллетень PNGCRI по исследованиям кофе .
• Калверт, Кен К. (1999). «Микробиология переработки кофе, часть 3». Информационный бюллетень PNGCRI по исследованиям кофе .
• Куэрво, Адриана Мария (1997). экологическая обработка кофе с обращением с побочными продуктами (PDF) . ЦИАО. Архивировано из оригинала (PDF) 6 марта 2016 г. Проверено 25 июля 2020 г.
• Дипа, Великобритания; Чанакья, Х.Н.; де Алвис, AAP; Манджунатх, Греция; Деви, В. (2002). «Преодоление загрязнения озер и водоемов в результате деятельности по производству целлюлозы из кофе с помощью соответствующих технологических решений». Материалы «Симпозиума по сохранению, восстановлению и управлению водными экосистемами» . Канада: Центр экологических наук, Индийский институт науки (IIS) и Фонд исследований окружающей среды штата Карнатака [KERF], Бангалор и Содружество обучения. бумага 4.
• Де Матос, Т., А.; Ло Монако, Пенсильвания; Пинто, AB; Фиа, Р.; Фукунага, округ Колумбия (2001). «Потенциал загрязнения сточных вод при переработке плодов кофе». Окружающая среда и вода . Висоза-МГ, Бразилия: Федеральный университет Висоза, факультет сельскохозяйственной инженерии. {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
• Дросте, РЛ (1997). Теория и практика очистки воды и сточных вод . Хобокен, Канада: John Wiley & Sons, Inc.
• Грендельман, ER (2006). Tratar las Aguas Mieles (Неопубликованная дипломная работа по стажировке). Нидерланды: Университет Вагенингена, кафедры: Группа ирригации и водного хозяйства и Экологические технологии.
• Мурти, КВН; Д'Са, А.; Капур, Г. (2004). Вариант очистки сточных вод с выработкой электроэнергии на кофейных поместьях: осуществим ли он с финансовой точки зрения? (Черновая версия ред.). Бангалор: Международная энергетическая инициатива.
• Немероу, Нельсон Леонард (1971). «Кофейные отходы» . Жидкие отходы промышленности: теории, практика и обращение . Паб Аддисон-Уэсли. Ко.
• Трегаст, Дж. (1994). Очистка сточных вод кофе (дипломная работа бакалавра наук (с отличием)). Крэнфилд, Великобритания: Университет Крэнфилда.
• Фон Энден, Ян К. (2002). «Передовые методы влажной обработки приносят финансовую выгоду фермерам и переработчикам» (PDF) . Проект GTZ-PPP «Повышение качества кофе и устойчивости производства кофе во Вьетнаме» .
• Фон Энден, Ян К.; Калверт, Кен С. (2002a). Обзор характеристик сточных вод для кофе и подходов к их очистке (PDF) . {{cite book}}: |work= игнорируется ( помогите )
• Фон Энден, Ян К.; Калверт, Кен С. (2002b). «Ограничьте ущерб окружающей среде с помощью базовых знаний о сточных водах от кофе» (PDF) . Проект GTZ-PPP «Повышение качества кофе и устойчивости производства кофе во Вьетнаме» .

Дальнейшее чтение

• Руководство по сбросу промышленных сточных вод. Характеристики . Том. 3. Женева: Всемирная организация здравоохранения . 1995. стр. 231–236.
• Деви, Рани; Сингх, Виджендер; Кумар, Ашок (апрель 2008 г.). «Снижение ХПК и БПК в сточных водах переработки кофе с использованием углерода из кожуры авокадо». Биоресурсные технологии . 99 (6): 1853–1860. doi : 10.1016/j.biortech.2007.03.039 . ПМИД   17493806 .