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总有机碳TOC分析提高食品饮料生产中水处理工艺的质量与合规性

发布日期:2021-08-09 13:42:19 发布人员: 浏览次数:35

为了实现生产和利润目标,食品饮料制造商面临着如何改进其生产工艺的挑战。保持竞争力还意味着必须确保工厂遵守法规,优化废水处理工艺,并且保证锅炉、换热器、处理设备和产品储罐等资产的安全。食品饮料行业的成功取决于质量管理、保持高质量的产品和良好的品牌形象。

水质监测和高效分析工具的使用,能够清楚地了解工艺状态,使生产厂家能够发现各种变化。这类措施有助于降低污染、产品损失和高额罚款带来的风险。

总有机碳TOC分析提供了检测水质的一种简便方法,提供对所有有机物的清楚了解——从生产原料到废水处理的各种成分。实时跟踪有机负荷的变化,把数据驱动的决策工具提供给食品饮料生产厂,非常适合用于质量控制、工艺监测和法规的合规性。

通过即时检测到泄漏,食品饮料厂可以快速调整,从而有助于防止污染,zui大限度地降低产品不合格的风险。否则,生产厂家就需要销毁产品,承担财务损失。如果泄漏未被发现可能导致产品召回,对品牌形象造成很大影响。实时检测泄漏对于保护资产免受有机物污染、避免可能导致数百万元成本的损坏、停机或灾难性问题也至关重要。

由于食品饮料产品基本上都是有机物,或含有香料、色素等有机成分,因此TOC分析对于确定设备的清洁度非常有效,从而可以保证产品质量和安全。此外,作为一种基于前瞻性的解决方案,TOC分析能够为提高废水处理效率提供关键的深入了解,实现长期的成本节约,并确保处理后的废水符合特定的水质标准


来看几个TOC分析

如何帮助食品饮料行业运营的实际案例


灌装公司优化膜生物反应器MBR

废水处理工艺


由于产量增加,在一家大型灌装公司内,其废水处理系统已无法跟上由此产生的高浓度有机物和固体含量的废水处理量。由于流入液体的成分变化很大,包括糖分和装置流量的巨大波动,使操作的一致性更为复杂。结果,化学需氧量(COD)无法满足当地法规要求,该工厂经常排放超出允许限值的废水。该厂以前使用人工检测COD的方法,需要3个多小时才能得到检测结果,这些数值无法用于及时的工艺调整。

由于缺乏空间且生产设备的波动很大,工厂扩建不可行,因此进行了技术改造,把浓缩的有机物和高COD废水改道储存起来。这样可以在低浓度废水流动期间,把高浓度的废水缓慢地计量送回到工艺中。该灌装厂还决定增加一台膜生物反应器(MBR)废水处理系统,因为MBR装置占地面积小。


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为了维持健康的生物量,灌装厂的应用需要保持100:5:1的碳/氮/磷比例。由于碳的可变性最大并且浓度最高,灌装厂选用TOC分析,以便连续监测有机碳负荷。在必要时,向均化池中添加氨产品,以保持营养成分的平衡比。在这里,TOC分析——将程序设定为输出线性COD值——被用于工艺控制输入,以便随着COD的变化加入氨。

一旦稳定下来,MBR系统通过大幅度降低出水中的总悬浮固体量(TSS)和大大提高COD去除率,提高了工厂效益。这一综合解决方案每年为灌装厂节省了用于昂贵化学品、废物运输和罚款的数十万美元


制糖厂防止成本高昂的产品泄漏


哥伦比亚有一家著名的制糖厂,每天可为国内外客户加工约4300吨甘蔗。鉴于其大规模的产能,优化生产并防止有价值的产品泄漏到工艺流中,至关重要。

把甘蔗加工成畅销的商品

需要经过研磨、澄清、过滤、蒸发、结晶、离心等一系列步骤。蒸发过程包括一个多级的蒸馏系统来浓缩糖汁。第一级通过由锅炉提供的干净蒸汽源,把得到的蒸发物加入到下一级,继续穿过所有步骤。来自末级的蒸汽用一台气压冷凝器冷凝,并被收集在冷却罐中。收集每个阶段的冷凝水,并将其加入到冷却罐中,供以后用作冷却水。

为了保护设备资产,降低产品和利润损失的风险,非常重要的一点是这些冷凝水不能含任何糖或糖汁。所以,高效的泄漏监控十分重要。及早发现产品泄漏,有助于制糖厂在发生损坏或承担成本损失之前,就能停机、切换产线或改进装置运行。


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该制糖厂以前使用 pH、电导率、碱度、锤度和高效液相色谱(HPLC)分析来确定产品的泄漏。但由于在环境条件下,糖是pH中性的非离子物质,所以这些方法大多不适合检测泄漏。此外,在高压和高温的生产过程中,糖开始分解成有害化合物,这可能导致设备中的沉积、腐蚀和结垢。在糖分解后,也找不到其HPLC的特征峰。基于这些因素,需要一种快速、准确的糖浓度检测方法。

作为由碳、氧和氢组成的碳水化合物,通过汇总TOC参数的检测值,可以很容易地检测到糖,从而准确地量化溶液中所有的有机化合物。该制糖厂投资进行TOC分析以表征和描述其系统,从而建立蒸汽、冷凝水和冷却水的控制限值,优化生产,并使盈利能力最大化。

制糖工艺的蒸发段包括连续蒸汽和冷凝水的反复加热和冷却,是该制糖厂监测糖泄漏的关键点。通过在这些关键步骤中使用TOC监测,该制糖厂能够实现盈利和维护环境及运营的目标


食品饮料公司提高了

清洁周期的效率和质量控制


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在美国加利福尼亚州有一家食品饮料公司,每年生产350多种不同产品,其想要寻求新的工艺工具,以提高产品质量和安全性。虽然以前使用ATP拭子微生物试验以检测微生物污染,但该公司仍多次遭遇质量问题和产品损失。

为了改善清洁过程的质量控制,该公司在灭菌之前,针对在线清洗(CIP)循环后的冲洗样品,使用TOC分析进行监测,以验证其生产设备的清洁度,确保不浪费时间去消毒还未清洁干净的设备。虽然有些技术可用于检测设备上的微生物污染(如ATP拭子试验),但这些试验缺乏残留污染物所需的准确性和选择性,容易出现假阳性的误报。

在进行TOC分析后,该公司将TOC分析与ATP拭子试验进行了对比。ATP拭子试验的结果合格,表明:在线清洗循环之后,该设备没有微生物污染。但TOC分析表明,同一设备具有有机残留物(这也得到了目视检查操作人员的证实)。在使用TOC分析之前,该公司曾使用ATP数据来确认清洁度然后灭菌,导致工厂使用未清洁干净的设备生产后续批次产品,引发产品质量的不合格。


另一个应用领域是,

在设备长时间闲置之后确认其清洁度。


这家工厂估计,在设备闲置时间超过规定的保存时间之后,通过减少工人清洗该设备的次数,在水费、人工费和化学品费用方面每月将节省10000多美元。

这家位于加州的工厂,在36小时的生产过程中,要生产多达50批次产品。在该过程中,任何导致产品损失的问题至少要花费20万美元。由于在灭菌前确定设备清洁度的过程中,TOC分析比其它工具更准确,这家工厂现在可以把财务损失和产品召回的风险降到zui低。

由于该公司还希望减少生产过程中的用水量,TOC分析有助于优化在线清洗循环,并有可能确认:缩短的清洗周期也足以清除设备中的所有污染物。缩短在线清洗周期——即使只有几秒钟——久而久之,就可以从减少用水量中明显地节约成本。该公司还计划对冲洗的样品进行TOC分析,对整个生产和清洁过程中的生产设备进行故障排除,并确定可能的优化点。


结论


通过采用TOC分析进行实时有机物监测,工厂管理层可以更好地了解碳负荷,以确保水质持续优化确保没有有机污染。这种快速发现问题,并在造成损失之前立即采取纠正措施的能力使食品饮料厂能满足产品质量要求,避免影响品牌形象,触及质量底线。


原文英文版刊登于《Water Technology》2019年9月刊

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