The effect of non-therman plasma on the quality of condensate of whey (COW) water from dairy product manufacturing : a case study

Abstract

The study was commissioned by a dairy product manufacturer who wanted to investigate the effect of non-thermal plasma on the quality of reusable water. The purpose of the study was to determine how non-thermal plasma affects the quality of water generated from the manufacturing processes. This water is reused at the factory, for example in the cooling cycles of compressors, and therefore needs to meet certain quality criteria. Poor quality water with bacteria can cause biofilm formation. This might cause clogging in the equipment, which the client had observed. This prevents the water from being fully used for all intended purposes.

The appearance of the water, bacterial count, and pH as well as Total Organic Content and Chemical Oxygen Demand levels were investigated before, during, and after Non-Thermal Plasma treatment. The aim was to obtain comprehensive information about water quality over a long period of time. A pilot-sized non-thermal shower reactor was used for treatment. However, the reactor experienced problems that caused interruptions during the experiment, and the experimental period ended abruptly.

Based on the results of this study, it can be concluded that treatment with non-thermal plasma reactor did not have a discernible effect on the overall quality of the collected water. A slight increase in pH was observed due to the presence of oxidants produced during the reactions. Based on these results, the treatment had no significant effect on the quality of the entire water volume that was intended to be improved. In addition, the problems and downtime experienced affected the outcome of the study and the trial period was too short. However, this does not mean that the treatment did not work, but rather it was found not sufficient to improve the quality of the entire water volume when it was reintroduced to the contaminated water. Longer post-shutdown sampling would have given a better understanding of parameter behaviour, and whether the reactor’s discontinuation was responsible for the observed decline in water quality.

Tutkimuksen toimeksiantajana oli maitotuotevalmistaja, joka halusi selvityksen non-thermaalisen plasma vaikutuksesta kierrätettävän veden laatuun. Tutkimuksen tarkoituksena oli selvittää, kuinka non-thermaalinen plasma vaikuttaa meijerin valmistusprosesseista generoituvan veden laatuun. Kyseistä vettä käytetään tehtaalla uudelleen esimerkiksi kompressoreiden kylmäkierrossa, joka tarkoittaa, että sen on täytettävä tietyt laatukriteerit. Huonolaatuinen vesi, jossa on biofilmiä aiheuttavia bakteereja, voi aiheuttaa muun muassa laitteiden tukkeutumista, jota toimeksiantaja oli havainnut omissa laitteissaan. Tämä estää veden täysmääräisen käyttämisen kaikkiin suunniteltuihin kohteisiin.

Työssä tutkittiin veden ulkonäköä, bakteeripitoisuutta ja pH-arvoa sekä TOC- että COD-pitoisuutta ennen puhdistusta, sen aikana ja sen jälkeen. Tarkoituksena oli saada kattavasti tietoa vedenlaadusta pitkältä ajalta. Puhdistukseen käytettiin pilotointikokoista non-thermaalista suihkutusreaktoria. Reaktorissa kuitenkin oli ongelmia, jotka aiheuttivat katkoksia sen kokeilun aikana ja kokeilujakson pituus jäi lyhyeksi.

Tämän tutkimuksen tulosten perusteella voidaan päätellä, että non-thermal plasma -reaktorin käsittelyllä ei ollut havaittavaa vaikutusta kerätyn veden kokonaislaatuun. pH-arvossa havaittiin pientä nousua, joka johtuu reaktiossa syntyvien hapettimien läsnäolosta. Näiden tuloksien perusteella puhdistuksella ei ollut vaikutusta koko vesivolyymin laatuun, jota pyrittiin parantamaan. Lisäksi laitteiston kokemat ongelmat ja pysähdysjaksot vaikuttivat työn lopputulokseen ja kokeilujakso jäi lyhyeksi. Tämä ei kuitenkaan tarkoita sitä, että puhdistus ei olisi toiminut vaan sitä, että se ei ollut riittävä parantamaan koko vesivolyymin laatua, kun se palautettiin takaisin kontaminoituneen veden sekaan. Pidempi näytteenottojakso laitteen käytöstäoton jälkeen olisi antanut paremman ymmärryksen parametrien käyttäytymisestä ja siitä, oliko reaktori vastuussa veden laadun alenemisesta, joka havaittiin.