Factors affecting wastewater characteristics in beverage industry : reduction of environmental load and wastewater treatment

Abstract

Climate change, population growth, and urbanization have depleted water resources and increased the amount of wastewater, leading to growing water stress worldwide. Water is the main raw material of the beverage industry, which is why it is also one of the largest industries producing wastewater. For environmental and economic reasons, the beverage industry is increasingly seeking ways to reduce freshwater consumption and minimize wastewater either by treating it for reuse or by reducing its volume.

Wastewater in beverage industry is generated from the cleaning and rinsing of equipment, pipelines, and floors, as well as from heating and cooling systems. The wastewater also contains raw materials used in beverage production, such as various sugars, ethanol, fruit concentrates, malts, hops, syrups, acids, and mineral salts. The final product also ends up in the sewer, for example, during the start and end of production. Due to the raw materials used in beverages the concentration of organic matter is typically high in the wastewater. Typical quality characteristics analysed from beverage industry wastewater are organic matter, total suspended solids, total nitrogen and total phosphorus.

The experimental part of the thesis was conducted for Hartwall. It investigated the reasons for the varying quality characteristics of Hartwall's wastewater and aimed to find methods to treat and reduce the wastewater. Four different wastewater streams were investigated for their quality characteristics and possible treatment methods. Based on the research, it would be most profitable to direct the wastewater from wort production to an existing biogas plant. For the treatment of the total wastewater, a UASB reactor was proposed, but this would still require detailed cost estimates. The most likely cause for the varying of quality characteristics was reduction of water usage, which concentrates the wastewater.

Ilmastonmuutos, väestönkasvu ja kaupungistuminen ovat kuluttaneet vesivaroja ja lisänneet jäteveden määrää, mikä on johtanut kasvavaan vesistressiin maailmanlaajuisesti. Vesi on juomateollisuuden pääraaka-aine, jonka vuoksi se on yksi suurimmista jätevettä tuottavista teollisuudenaloista. Ympäristöllisistä ja taloudellisista syistä juomateollisuus etsii yhä enemmän keinoja vähentää veden kulutusta ja jäteveden syntymistä ja sen mahdollista kierrättämistä.

Jätevettä syntyy laitteiden, putkistojen ja lattioiden puhdistuksesta ja huuhteluista, sekä lämmitys- ja jäähdytysjärjestelmissä. Jätevesi sisältää myös juomien valmistuksessa käytettyjä raaka-aineita, kuten erilaisia sokereita, etanolia, hedelmätiivisteitä, maltaita, humalaa, siirappeja, happoja ja kivennäissuoloja. Myös valmista lopputuotetta päätyy viemäriin esimerkiksi tuotannon aloituksissa ja lopetuksissa. Juomissa käytettyjen raaka-aineiden vuoksi jäteveden orgaanisen aineen pitoisuus on tyypillisesti korkea. Tyypillisiä juomateollisuuden jätevesistä analysoituja laatuominaisuuksia ovat orgaaninen aines, kiintoainepitoisuus, kokonaistyppi ja kokonaisfosfori.

Opinnäytetyön kokeellinen osa tehtiin Hartwallille. Tavoitteena oli selvittää syitä Hartwallin jätevesistä mitattujen laatuominaisuuksien vaihtelulle, sekä pyrkiä löytämään menetelmiä jäteveden käsittelyyn ja vähentämiseen. Työtä varten tutkittiin neljää eri jätevesivirtaa niiden laatuominaisuuksien ja mahdollisten käsittelymenetelmien osalta. Tutkimuksen perusteella kannattavinta olisi ohjata vierteen valmistuksessa syntyvät jätevedet olemassa olevalle biokaasulaitokselle. Kokonaisjätevesien käsittelyyn ehdotettiin UASB-reaktoria, mutta se vaatisi silti yksityiskohtaisia kustannusarvioita. Todennäköisin syy laatuominaisuuksien vaihteluun oli veden käytön väheneminen, joka väkevöittää jäteveden.