Application of membrane processes for whey treatment

Abstract

ÖZETPeyniraltı suyu, peynir üretimi esnasında yan ürün olarak ortaya çıkan ve yüksekmiktarlarda protein ve laktoz içeren bir sıvıdır. Kimyasal Oksijen htiyacı değeri yaklaşık100,000 mg O2/L olan bu sıvının arıtımı büyük bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır. Buçalışmada, ultrafiltrasyon, nanofiltrasyon, ve ters ozmos gibi membran prosesleri kullanılarakiki tip peyniraltı suyunun arıtımı incelenmiştir. Peyniraltı suyu muhteviyatındaki protein sözkonusu prosesler ile geri kazanımı da araştırılmıştır.6 değişik membran modülü (bir ultrafiltrasyon, üç nanofiltrasyon, ve iki ters ozmosmembrane modülü) tek kademeli ve bu modüllerin kombinasyonları ile oluşturulan birdenfazla kademeli sistemler halinde test edilmiştir. Tek kademeli uygulamalarda, nanofiltrasyon,arıtım kapasitesi ve protein geri kazanımı göze alındığında en iyi sonuçları vermiştir. Tekkademeli nanofiltrasyon uygulaması ile, 8 bar'lık transmembran basıncında 30.8 L/m2/hpermeat akısı ve 88 %'lik bir protein geri kazanımı sağlanmıştır. Buna ilave olarak, peyniraltısuyu original hacminin 6.8 katı kadar konsantre edilmiştir. Ancak, aynı uygulamanın KOgiderim verimi 77 % ile çok düşük bir değerde kalmış ve membranın tutamadığı laktoz sebebiile 23, 502 mg O2/L KO değerine sahip permeat üretmiştir.Arıtım kapasitesi, protein geri kazanımı, ve KO giderim verimi açısından en iyisonuçlara ulaşabilmek için birden fazla kademeli membran prosesleri içeren sistemleraraştırılmıştır. Mevcut membran modülleri ile yapılan kombinasyonlar arasında en verimliolanının, protein geri kazınımı amcıyla uygulanan birincil nanofiltrasyon prosesini takip edenve KO giderimi için uygulanan ikincil bir ters ozmos prosesi olduğu ortaya çıkmıştır. Bukombinasyon 2,450 mg O2/L KO değerine sahip, konvansiyonel arıtma yolları ile kolaylıklaarıtılabilecek bir permeat akısı üretmiştir. Bu kombinasyonun bir diğer avantajı ise, ilkkademede protein ikinci kademede ise laktoz geri kazanımına olanak vermesidir.

ABSTRACTWhey is a by-product of cheese manufacturing process containing significant amounts ofprotein and lactose. Treatment of whey has been a big problem due to its high organic loadwith an approximate chemical oxygen demand of 100,000 mg O2/L. In this study, treatment oftwo different types of whey by using different membrane processes such as ultrafiltration,nanofiltration, and reverse osmosis was investigated. Recovery of proteins in whey for re-usewas also investigated.6 different types of membrane modules (one ultrafiltration module, three nanofiltrationmodules, and two reverse osmosis modules) were tested as one stage operations and cascadeoperations by employing a combination of membrane modules in series. Nanofiltration, whenoperated in one stage, produced the best results from the point of treatment capacity andprotein recovery. 30.8 L/m2/h of permeate flux value at transmembrane pressure of 8 bar wasreached with nanofiltration and the protein rejection was 88 %. Additionally, the influentwhey was concentrated 6.8 times its original volume. However, the COD removal efficiencyof the same process was very low, 77 %, producing effluent with COD value of 23,502 mgO2/L due to high lactose content in it.Cascade operations were investigated in order to designate a process stream efficient intreatment capacity namely high permeate flux, protein recovery and also COD removalefficiency. An initial stage of nanofiltration for the purpose of protein recovery and afollowing stage of reverse osmosis for polishing turned out to be the best combination amongthe available modules. This combination produced an effluent stream with COD value of2,450 mg O2/L that can easily be treated by means of conventional treatment. Anotherachievement of this combination was its capability of recovering both protein and lactoseseparately, protein recovery in the first stage and lactose recovery in the second stage.