FI94996B - Menetelmä maidonkäsittelylaitoksen jätteiden hyödyntämiseksi - Google Patents

Description

94996

Menetelmä maldonkäsittelylaltoksen jätteiden hyödyntämiseksi

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen l johdannon 5 mukaista menetelmää maidonkäsittelylaitoksen jätteiden hyö dyntämiseksi .

Tällaisen menetelmän mukaan jätemaitotuotteesta erotetaan ensin sinänsä tunnetulla tavalla ainakin osa sen sisältämästä 10 rasvasta ja proteiinista, minkä jälkeen se saatetaan jatkokä sittelyyn hyötytuotteen valmistamiseksi.

Keksintö koskee myös patenttivaatimuksen 7 johdannon mukaista lannoiteseosta, joka on tarkoitettu käytettäväksi etenkin 15 puutarha- ja huonekasvien kastelulannoitteena.

Maito ja sen jatkojalosteet ovat ihmiskunnan vanhimpia elintarvikkeita. Yleisemmin maito saadaan lehmistä ja jossain määrin vuohista. Maito on kemiallisesti ja ravintofysiologi-20 sesti ns. täysravinne, joka sisältää lähes kaiken tarpeelli sen ainakin kasvuiässä olevalle eläimelle. Niinpä se koostuu proteiinista, emulgoituneesta rasvasta ja maitosokerista. Näiden lisäksi maidossa on kalsiumia, fosfaatteja ja monia hivenaineita sekä A-, D-, B- sekä C-vitamiineja.

25

Maidonjalostus- ja maidonkäsittelytoiminnassa ylläpidetään • yleisesti suurta hygieniaa ja steriilisyyttä. Meijereissä ja juustoloissa pestään kaikki maidon kuljetukseen käytetyt astiat ja autojen säiliöt joka tyhjennyskerran jälkeen. Tyy-30 pillinen maidonkäsittelylaitos kuluttaa tästä syystä suuret määrät vettä vuorokaudessa; veden määrä ylittää lähes kaksi kertaa sisään otetun maidon määrän. Pesun lisäksi säiliöt ja astiat kuten myös tuotantolaitteet steriloidaan yleensä sekä happo- että emäs-steriloinnilla. Steriloinnissa käytetyt 35 kemikaalit typpihappo ja natriumhydroksidi on tähän asti pääsääntöisesti heitetty menemään. Kaikille näille viemäriin meneville virroille on ollut tyypillistä hyvin alhainen kon-sentraatio.

2 94996

Tyypillisesti maidon hävikki meijerioperaatioissa on noin 0,6 % sisään ostetusta maidosta. Tämän lisäksi on erilaisia mai-toeriä, joita ei voida toimittaa jatkojalostukseen tai kuluttajille ja jotka joutuvat jätteeksi.

5

Kuten edellä esitetystä käy ilmi, maidonkäsittelylaitoksilla on ongelmia tuoreen veden ja erityisesti jäteveden kanssa samalla kun arvokkaita kemikaaleja joutuu hukkaan ja rasittamaan vesistöä tai jäteveden käsittelylaitosta.

10

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on poistaa tunnettuun tekniikkaan liittyvät epäkohdat ja saada aikaan aivan uudenlainen menetelmä maidonkäsittelylaitoksen jätteiden hyödyntämiseksi .

15

Keksintö perustuu siihen siihen perusratkaisuun, että jäte-maidosta tai muuten tarpeettomasta maitotuotteesta erotetaan ensin sinänsä tunnetulla tavalla rasvat ja proteiinit joko erikseen tai yhdessä.

20

Rasvan ja proteiinin erotuksen jälkeen jää jäljelle maidon ns."hera", joka sisältää maitosokerin ja liukoiset ravinteet, hivenaineet ja vesiliukoiset vitamiinit B ja C. Tämä hera on esim. rahkan valmistuksen yhteydessä tyypillisesti heitetty 25 menemään tai kuivattu maitosokerivalmisteeksi. Esillä olevan · keksinnön yhteydessä on kuitenkin todettu, että hera soveltuu mainiosta käytettäväksi lannoitteena, etenkin jos siihen lisätään sopivia ravinteita.

30 Maidon, maitoa sisältävien tuotteiden sekä maitoa sisältävien jätevesien käyttö lannoitukseen on sinänsä ennestään tunnettua. Viittaamme siihen, mitä on esitetty seuraavissa julkaisuissa: US-patenttijulkaisu 4 957 534, FSTA 80-12-p2014, J. Edwards, "Innovative whey procesing procedures", Cultured 35 Dairy Products Journal, vol. 15, nro 2, 1980, s. 6-7, DE- patenttijulkaisu 3 826 390, Chemical Abstracts, vol. 95 (1981) 174929m ja Chemical Abstacts, vol. 86 (1977) 145191y.

I! 3 94996

Esillä oleva keksintö eroaa kuitenkin tunnetusta tekniikasta mm. siinä, että rasvan ja proteiinien erotuksen jälkeen saatavaan heraan yhdistetään menetelmän seuraavassa vaiheessa typpihappoa ja kaliumhydroksidia. Viimeksi mainitut aineet 5 saadaan edullisesti maidonkäsittelylaitoksen laitteiden ste- rilointivesistä. Keksinnön mukaan steriloinnissa tavallisesti käytetty NaOH-emäs on tällöin vaihdettu KOH-emäkseen, jolloin ei-ravinne on korvattu ravinteella, mistä on hyötyä jatko-käyttöä silmällä pitäen. Typpihapon ja kaiiumhydroksidin 10 lisäyksen yhteydessä huolehditaan samalla siitä, että heran pH-arvo ei laske niin alas, että jäljellä olevat proteiinit saostuisivat. Tämän jälkeen heraan voidaan - käyttökohteen mukaan - tarvittaessa lisätä esim. lisäravinteita ja suoloja.

15 Täydellisyyden vuoksi voidaan mainita, että DE-hakemusjul kaisussa 2 341 043 on kuvattu menetelmä, jossa meijeriteollisuuden jätevesiä tai pesuvesiä yhdistetään heran kanssa eläinten rehukäyttöön soveltuvan tuotteen valmistamiseksi. Sanotussa menetelmässä käytetään meijerin laitteistoiden 20 pesuun kuitenkin fosforihappo- ja natrium- tai kalsiumhydrok- sidiliuoksia, eikä typpihappoa ja kaliumhydroksidia, kuten esillä olevassa keksinnössä.

Keksinnön mukainen uusi lannoiteseos koostuu yhdistetystä 25 typpihappo- ja kaliumhydroksidiliuoksesta, joka sisältää ' sinänsä tunnettujen ja tavallisesti käytettyjen ravinteiden ohella maidon proteiinia, maidon sokereita ja maidon hivenaineita .

30 Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 1 tunnusmerkkiosassa.

Keksinnön mukaiselle lannoiteseokselle on puolestaan tun-35 nusomaista se, mikä on esitetty patenttivaatimuksen 7 tunnus merkkiosassa .

4 94996 Tämän hakemuksen puitteissa tarkoitetaan "jätemaitotuotteel-la" maitoeriä, joita eri syistä ei voida toimittaa jatkojalostukseen tai kuluttajille ja jotka tähän asti ovat joutuneet jätteeksi. Jätemaitotuote voi myös koostua esim. mai-5 tosäiliöiden huuhteluvesistä.

Maito sisältää monta erilaista proteiinia, kuten kaseiinia, albumiinia ja globuliinia. Yksinkertaisuuden vuoksi käytetään tämän hakemuksen puitteissa kaikista maidon sisältämistä 10 erilaisista proteiineista, eli maidon proteiinifraktiosta, nimitystä "proteiini". Vastaavasti käytetään maidon rasva-fraktiosta nimitystä "rasva". Sanottu rasvafraktio koostuu pääasiassa voihapon, kapronihapon, kapryylihapon, kapriini-hapon, lauriinihapon, myristiinihapon, palmitiinihapon, stea-15 riinihapon sekä oleiinihapon triglyserideistä. Siinä on myös mm. pieniä määriä lesitiiniä.

Kuten yllä mainittiin tarkoittaa "hera"-termi tässä hakemuksessa sellaista jätemaitotuotetta, josta pääosa sen sisältä-20 mästä rasvasta ja proteiinista on poistettu. Heran kuiva- ainepitoisuus on tavallisesti noin 1-10 paino-% ja sen rasva- ja proteiinipitoisuudet ovat noin 0,01 - l paino-% ja vastaavasti 0,01 - 5 paino-%.

25 Keksinnön mukaan menetelmän ensimmäisessä vaiheessa erotetaan • i käsiteltävästä jätemaitotuotteesta rasva ja suurin osa proteiinista. Erotukseen voidaan käyttää sinänsä tunnettuja menetelmiä, kuten pH-shokkisaostusta, lämpödenaturointiin perustuvaa saostusta tai muita esim. sähkökentän hyväksikäyttöön 30 perustuvia menetelmiä (elektrolyyttinen sähkösaostus), joilla emulsioita voidaan murtaa. Proteiini voidaan saada koaguloi- • · tumaan mineraalihappolisäyksellä, jolla tuotteen pH alennetaan nopeasti alle arvon 2,5. Lämpödenaturoinnin (lämpösh-okin) yhteydessä jätemaito kuumennetaan yli 50 °C:n lämpöti-35 laan.

Jätemaitotuotteesta poistetaan tämän jälkeen rasva- ja prote- li 5 94996 iinifraktiot esim. selkeyttimessä. Erotusta voidaan vielä tehostaa flotaatiolla, esim. johtamalla jätemaitoon ilmaa taikka muuta kaasua.

5 Rasva-proteiini-fraktio, jonka kuiva-ainepitoisuus on tyypil lisesti noin 14 - 20 paino-%, otetaan talteen, ja sitä voidaan käyttää sellaisenaan eläinten rehuna. Vaihtoehtoisesti siitä voidaan valmistaa proteiinipitoisia rasvatuotteita, kuten erilaisia ihovoiteita. Rasva ja proteiinit voidaan myös 10 erottaa toisistaan ennen mahdollista jatkokäsittelyä. Kek sinnön edullisen sovellutusmuodon mukaan erotus suoritetaan tällöin sulattamalla rasva erikseen pois proteiinin ja veden seoksesta ja sentrifugoimalla saatu sulate. On kuitenkin myös mahdollista erottaa rasva esim. hiilidioksidilla suoritetulla 15 ylikriittisellä uutolla.

Ensimmäisen menetelmävaiheen jälkeen saatu hera, joka koostuu vedestä, jossa on maidosta peräisin olevia hiilihydraatteja (sokereita), jonkin verran orgaanisia happoja, vitamiineja 20 sekä proteiinia ja mahdollisesti pieniä määriä rasvaa, yh distetään menetelmän toisessa vaiheessa maidonkäsittelylaitok-sen sterilointi- ja pesuvesiin, jotka sisältävät typpihappoa ja kaliumhydroksidia. Tavallisesti heraan lisätään tällöin erikseen typpihappoa sisältävä hapan sterilointiliuos ja .75 kaliumhydroksidia sisältävä alkalinen sterilointiliuos, mutta • liuokset voidaan myös sekoittaa keskenään ennen lisäystä.

Haluttaessa lisää typpihappoa ja kaliumhydroksidia voidaan tietenkin tuoda heraan tuorekemikaaleinakin; kaliumia ja nitraattia voidaan tietenkin syöttää myös kaliumnitraatti-30 liuoksen muodossa. Typpihappo/kaliumhydroksidilisäyksen yh teydessä huolehditaan siitä, että muodostuvan liuoksen pH-' arvo on niin korkea, etteivät heran jäljelle jääneet prote iinit koaguloidu. pH-arvon alaraja vaihtelee jonkin verran jätemaitotuotteen mukaan, mutta on tavallisesti noin 2,5.

35 Sterilointiliuosten lisäyksen ja alla esitettävän haihdutuk sen jälkeen typpihapon pitoisuus on tyypillisesti noin 0,2 % ja kaiiumhydroksidin pitoisuus vastaavasti noin 0,4 % viiden- 94996 6 teenosaan haihdutetun tuotteen painosta.

Erään sovellutusmuodon mukaan rasvan ja proteiinin erotuksen jälkeen saatavaan heraan lisätään typpihappo ja kaliumhydrok-5 si vasta sen jälkeen, kun siitä on vielä erikseen poistettu pääosa maitosokerista (laktoosista). Näin tehdään kun halutaan käyttää maitosokeria esimerkiksi joidenkin jatkojalos-tustuotteiden, kuten dieettiruoka-aineiden, valmistuksen raaka-aineena. Herassa oleva maitosokeri ei sinänsä haittaa 10 lopputuotteen käyttöä lannoitteena. Maitosokerin poisto voi tapahtua fermentoinnilla tai kiteytyksellä.

Toisen menetelmävaiheen jälkeen liuokseen voidaan vielä erikseen lisätä lannoitekäyttöä varten sopivia typpi-, fosfori-15 ja kaliumpitoisia lisäravinteita. Voidaan myös lisätä hiven aineita sisältäviä aineita. Typpiyhdisteistä mainittakoon am-moniumsuolat ja nitraatit (esim. ammoniumnitraatti), fos-foriyhdisteistä fosfaatit (esim. ammoniumfosfaatti) ja hi-venaineyhdisteistä booraatit (esim. natriumtetraboraatti).

20 Muutkin lannoitteissa tavallisesti käytettävät aineet saatta vat tietenkin tulla kyseeseen.

Menetelmän sopivassa vaiheessa hera haihdutetaan, minkä toimenpiteen tarkoituksena on poistaa niin paljon vettä, että 25 heran maito-sokeri-suolaseos saadaan niin väkeväksi, että väkevöityyn liuokseen lisätyt suolat kykenevät estämään heran altistumisen hiiva- tai bakteerikäymiselle 38 °C:ssa. Liuosta ei kuitenkaan haluta saattaa niin väkeväksi suolojen suhteen, että nämä kiteytyisivät ja eroaisivat nestefaasista. Ylärajan 30 ravinteille asettaa siten niiden liukoisuus 0 °C:n lämpöti lassa. Heran haihdutus voidaan suorittaa ennen typpihappo/ka-: liumhydroksidi-liuosten lisäystä tai sen jälkeen. Edullisesti se suoritetaan kuitenkin aina ennen lisäravinteiden lisäystä, koska näiden sisältämät suolat vaikeuttavat haihdutusta.

35 Yhdistetty jätemaito, pesuvesi ja sterilointiliuosten virta haihdutetaan tilavuuteen, joka on korkeintaan 1/2 alkuperäisestä tilavuudesta, sopivimmin alle 1/3 alkuperäisestä

II

7 94996 tilavuudesta, ja erityisen edullisesti alle 1/5 alkuperäisestä tilavuudesta. Teknisesti ja taloudellisesti ei ole mielekästä haihduttaa yhdistettyä virtaa pienempään tilavuuteen kuin 1/20 alkuperäisestä.

5

Menetelmällä aikaansaatu hera-tuote voidaan käyttää kasvien lannoitukseen, edullisesti kastelulannoitteena. Tähän tarkoitukseen keksinnön mukainen lannoiteseos sopii erinomaisesti, koska sen sisältämät typpiravinteet koostuvat ainakin 10 osittain proteiinista tai aminohapoista, joista typpi purkau tuu hitaasti. On myös todettu, että heran sisältämät eloperäiset liukoiset orgaaniset aineet, kuten sokerit, orgaaniset hapot, kuten maitohappo, etikkahappo jne., pienissä pitoisuuksissa ovat eduksi kasvien kasvulle.

15

Haihdutettu lauhde voidaan kierrättää ja käyttää maidonkäsit-telylaitoksen pesuvetenä ja puhdistusvetenä. Ennen tätä käyttöä se puhdistetaan tarvittaessa haihtuneista aromiaineista aktiivihiilisuodatuksella ja steriloidaan sinänsä tunnetuilla 20 tavoilla kuten UV-säteilytyksellä.

Keksintöön liittyy oleellisia etuja. Niinpä vaihtamalla mai-donkäsittelylaitoksen steriloinnissa käytettävä NaOH-liuos KOH-liuokseen, saadaan kaikki syntyvät jätteet - ajoneuvojen ·, 25 ulkopesuvesiä ja saniteettivesiä lukuun ottamatta - nyt hyö dynnetyksi ja niiden sisältämät arvokkaat komponentit otetuksi talteen. Talteenotetut maidon komponentit voidaan myydä ekologisesti ja taloudellisesti oikeaan paikkaan. Samalla vältytään jätevesikuormilta ja saattamalla heran haihde kier-30 toon vältytään tuoreen puhtaan veden ostolta. Keksinnön mu kaisen menetelmän avulla päästään näin ollen meijeriprosessi-tekniikan osalta jätteettömään maidonkäsittelylaitokseen.

On lisäksi yllättäen havaittu, että esim. kompressorihaih-35 dutuksella regeneroitu vesi on halvempaa kuin tuore vesi + jätevesimaksu yhteensä.

8 94996

Keksintöä ryhdytään seuraavassa lähemmin tarkastelemaan sovellutusesimerkin avulla:

Esimerkki 1 5 Jätepiimää käsiteltiin pH-shokkiin perustuvalla typpihapon lisäyksellä, niin että piimästä saatiin erotetuksi pintaan ilmastuksen avulla proteiini ja sen mukana rasva suurelta osin. Heraan jäi rasvaa 0,015 % ja proteiinia 0,60 %.

10 Heran kokonaiskuiva-ainepitoisuus oli 5,88 %. Tätä seosta haihdutettiin 1/3 osaan alkuperäisestä tilavuudestaan ja siihen lisättiin 45 litraa kohden 15,75 kg typpihappoa ja 6,0 kg kaliumhydroksidia sekä 5,1 kg monoammoniumfosfaattia ja 5,7 g natriumtetraboraattia.

15

Saatu lannoiteliuos laimennettiin 0,02 %:ksi liuokseksi auto-maattilaimentimella ja pumpattiin kastelulannoitteeksi mansikoille .

20 Saadut lannoitustulokset eivät eronneet parhaasta monia hi venaineita sisältäneestä kaupallisesta kastelulannoitteesta. Mansikoiden maku oli erinomainen ja kiinteys hyvä.

Esimerkki 2 2,5 Meijerin yhdistettyä maitopitoista jätevettä, jonka kuiva- ainepitoisuus oli 0,35 %, käsiteltiin elektrolyyttisesti sähkökentässä kahden platinasta valmistetun elektrodin välissä pH-arvossa 8,5 ja lämpötilassa 25 °C. Jännite oli 9 V ja virta 16 A. Jätevesi pumpattiin laitteen lävitse nopeudella 30 30 1/min. Elektrolyysissä käytettiin Ekoflok Oy:n toimittamaa laitetta. Erottuneen rasvan ja proteiinin annettiin nousta pintaan, josta ne kaavittiin pois. Analyysit osoittivat, että rasvoille erotusaste oli 93 % ja proteiineille 85 %.

35 Elektrolyyttisen erotuksen jälkeen siihen yhdistettiin sekä emäksinen kaliumhydroksidia sisältävä sterilointiliuos että hapan typpihappoa sisältävä sterilointiliuos, jotka saadaan li 9 94996 huuhtelun eri vaiheista.

Tämä seos haihdutettiin 1/10 osaan tilavuudestaan, jolloin sen kuiva-ainepitoisuus kasvoi arvoon 3,07 %. Liuokseen 5 lisättiin kaliumnitraattia 0,40 kg/1 ja diammoniumfosfaattia 0,11 kg/1. Liuosta sekoitettiin, minkä jälkeen se suodatettiin ja käytetiin kasvihuoneessa kurkkujen ja mansikoiden lannoitteena 0,02 %:n liuokseksi laimennettuna.

• L

Claims (7)

10 94996

1. Menetelmä maidonkäsittelylaitoksen maitopitoisten jätteiden hyödyntämiseksi, jonka menetelmän mukaan 5. jätemaitotuotteesta erotetaan ensin sinänsä tunne tulla tavalla ainakin osa sen sisältämästä rasvasta ja proteiinista alhaisen rasva- ja proteiinipitoisuuden omaavan hera-fraktion muodostamiseksi, tunnettu siitä, että 10. rasvan ja proteiinin erotuksen jälkeen herafraktioon lisätään typpihappoa sisältävää hapanta sterilointi-liuosta ja kaliumhydroksidia sisältävää alkalista sterilointiliuosta tai näiden seosta, herafraktio haihdutetaan sopivassa vaiheessa tila-15 vuuteen, joka on korkeintaan 1/2 alkuperäisestä tilavuudesta, saatuun tuotteeseen lisätään haluttaessa typpi-, fosfori- ja kaliumpitoisia ravinteita, haihde lauhdutetaan vedeksi ja käytetään uudelleen 20 maidonkäsittelylaitoksessa ja haihdutettu liuos käytetään kasvien lannoitteena.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- t u siitä, että lisättäessä hapanta ja vastaavasti alkalista 25 liuosta herafraktioon pidetään muodostuvan liuoksen pH-arvo : niin korkeana, etteivät heran jäljelle jääneet proteiinit koaguloidu.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, jossa 30 haihdutus suoritetaan typpihappo- ja kaliumhydroksidiliuosten lisäyksen jälkeen, tunnettu siitä, että yhdistetty ' ' jätemaito, pesuvesi ja sterilointiliuosten virta haihdutetaan tilavuuteen, joka on pienempi kuin 1/3 alkuperäisestä tilavuudesta, edullisesti pienempi kuin 1/5 alkuperäisestä 35 tilavuudesta.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet- II 94996 11 t u siitä, että heraan lisätään korkeintaan niin paljon ravinteita kuin mitä siihen liukenee 0 °C:n lämpötilassa ja ainakin niin paljon, ettei se fermentoidu +38 °C:n lämpötilassa . 5

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että rasvan ja proteiinin erotuksen jälkeen "herasta" fermentoidaan tai kiteytetään pääosa maitosokerista pois ennen kuin siihen lisätään typpihappoa ja kaliumhydrok- 10 sidia tai näiden seosta.

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että lauhdutettu haihde käytetään maidonkäsitte-lylaitoksen pesu- ja puhdistusvetenä ja että ennen tätä käyt- 15 töä se tarvittaessa puhdistetaan haihtuneista aromiaineista aktiivihiilisuodatuksella ja steriloidaan esim. UV-säteily-tyksellä.

7. Patenttivaatimuksen 1 mukaisella menetelmällä valmistettu 20 lannoiteseos, joka on tarkoitettu käytettäväksi etenkin puutarha- ja huonekasvien kastelulannoitteena ja joka sisältää sinänsä tunnettuja kasvien kasvua edistäviä ravinteita, tunnettu siitä, että se koostuu yhdistetystä typpihappo- ja kaliumhydroksidiliuoksesta, joka sisältää ainakin ... 25 jonkin verran maidon proteiinia, maidon sokeriyhdisteitä ja maidon hivenaineita. i 12 94996