zala urisk Študij postopkov ČiŠČenja odpadnega · univerza v mariboru fakulteta za strojniŠtvo...
TRANSCRIPT
UNIVERZA V MARIBORU FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO
Zala URISK
ŠTUDIJ POSTOPKOV ČIŠČENJA ODPADNEGA
PERUTNINSKEGA PERJA ZA NADALJNJO UPORABO
Diplomsko delo univerzitetnega študijskega programa 1. stopnje
Oblikovanje in tekstilni materiali
Maribor, september 2011
ŠTUDIJ POSTOPKOV ČIŠČENJA ODPADNEGA
PERUTNINSKEGA PERJA ZA NADALJNJO UPORABO
Diplomsko delo
Študentka: Zala URISK
Študijski program: Univerzitetni študijski program 1. stopnje
Oblikovanje in tekstilni materiali
Smer: Sodobni tekstilni materiali
Mentor: prof. dr. Tatjana Kreže
Somentor: prof. dr. Simona Strnad
Maribor, avgust 2011
- II -
I Z J A V A
Podpisana Zala Urisk izjavljam, da:
je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom izr. prof.
dr. Tatjane Kreže in somentorstvom izr. prof. dr. Simone Strnad;
predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev
kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;
soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet
Univerze v Mariboru.
Maribor,_____________________ Podpis: ___________________________
- III -
ZAHVALA
Zahvaljujem se mentorici izr. prof. dr. Tatjani Kreže in
somentorici izr. prof. dr. Simoni Strnad za pomoč in
vodenje pri opravljanju diplomskega dela. Za pomoč pri
eksperimentalnem delu se zahvaljujem vsem v
Laboratoriju za obdelavo in preskušanje polimernih
materialov.
Posebna zahvala velja staršem, ki so mi omogočili študij
in me vedno v vsem podpirali.
Hvala tudi vsem ostalim, ki so mi pri delu kakorkoli
pomagali.
- IV -
ŠTUDIJ POSTOPKOV ČIŠČENJA ODPADNEGA PERUTNINSKEGA
PERJA ZA NADALJNJO UPORABO
Ključne besede: čiščenje vlaken, keratinska vlakna, analizne metode, perutninsko perje
UDK: 675.087.017(043.2)
POVZETEK
V diplomskem delu z naslovom »Študij postopkov čiščenja odpadnega perutninskega perja za
nadaljnjo uporabo« je bil namen ugotoviti, kateri je najbolj optimalen postopek čiščenja
odpadnega perutninskega perja, ki je kot stranski produkt mesne industrije zelo
obremenjujoče za okolje.
Pri postopku pranja odpadnega perutninskega perja smo spreminjali parametre pranja:
temperaturo, uporabo pralnega sredstva in uporabo ultrazvoka. S pomočjo številnih analiznih
metod, kot so določanje motnosti odpadne kopeli, količine trdnih delcev v kopeli, celotnega
organskega ogljika, celotnega dušika, vsebnosti maščob in mikrobioloških poškodb, smo
ugotavljali kakšne lastnosti ima odpadna pralna kopel in oprano perje, z namenom, da bi
določili optimalen postopek pranja, ki perju nudi želene in potrebne lastnosti za določeno
področje uporabe.
- V -
STUDY OF WASTE POULTRY FEATHERS CLEANING FOR
FURTHER USE
Key words: cleaning fibers, keratin fibers, analytical methods, poultry feathers
UDK: 675.087.017(043.2)
ABSTRACT
This diploma work entitled »Study of waste poultry feathers cleaning for further use« was
intended to determine which is the most optimal process for cleaning waste poultry feathers,
which are a by-product of the meat industry and are very burdening for the environment.
In the process of cleaning waste poultry feather, we changed the parameters of
cleaning: the temperature, the use of detergent and use of ultrasound. By using several
analytical methods such as turbidity of waste bath, the amount of solid particles in the bath,
total organic carbon, total nitrogen, fat content and the presence of microorganisms, we
identified the characteristics of the waste bath and cleaned feathers in order to determine the
optimal washing process which provides the desired and necessary properties for specific
applications to the feathers.
- VI -
KAZALO
1 UVOD IN NAMEN ............................................................................................................. - 1 -
2 TEORETIČNI DEL ............................................................................................................ - 3 -
2.1 Struktura in lastnosti ptičjega perja ........................................................................ - 3 -
Struktura perutninskega perja ........................................................................................ - 3 -
Keratin ........................................................................................................................... - 5 -
Keratin v perju ............................................................................................................... - 7 -
2.2 Proces nastajanja odpadnega perutninskega perja ................................................ - 8 -
2.3 Postopki čiščenja in pranja vlaknatih materialov .................................................. - 9 -
Čiščenje keratinskih vlaken ......................................................................................... - 12 -
Pranje perutninskega perja........................................................................................... - 14 -
3 EKSPERIMENTALNI DEL ............................................................................................ - 15 -
3.1 Materiali ................................................................................................................... - 15 -
Perutninsko perje ......................................................................................................... - 15 -
Reagenti ....................................................................................................................... - 16 -
3.2 Postopki čiščenja ...................................................................................................... - 18 -
3.3 Metode določanja učinkov čiščenja........................................................................ - 20 -
Motnost ........................................................................................................................ - 21 -
Količina trdnih delcev v kopeli ................................................................................... - 22 -
Določevanje celotnega organskega ogljika v kopeli (TOC) ........................................ - 23 -
Določanje celotnega vezanega dušika (TNb) .............................................................. - 24 -
Ekstrakcija in določanje količine maščob ................................................................... - 25 -
Določanje prisotnosti mikroorganizmov ..................................................................... - 27 -
3.4 Meritve in rezultati .................................................................................................. - 28 -
3.5 Diskusija ................................................................................................................... - 33 -
4 Zaključek ................................................................................................................... - 42 -
5 Literatura ................................................................................................................... - 44 -
- VII -
KAZALO SLIK
Slika 2.1: Zgradba ptičjega peresa ............................................................................... - 4 -
Slika 2.2: Vijačna struktura α-heliksa .......................................................................... - 5 -
Slika 2.3: Zvijanje proteinskih makromolekul v α-vijačnico ...................................... - 6 -
Slika 2.4: Tvorba vodikovih vezi med dvema polipeptidnima verigama in tvorba β-
nagubane ravnine ......................................................................................... - 6 -
Slika 2.5: Model β-nagubane ravnine .......................................................................... - 7 -
Slika 2.6: Zvijanje β-keratina. Slika je povzeta po referenci [5]. ................................ - 7 -
Slika 2.7: Molekula tenzida ......................................................................................... - 9 -
Slika 2.8: Združevanje micel ..................................................................................... - 10 -
Slika 3.1: Industrijsko predčiščeno perutninsko perje ............................................... - 16 -
Slika 3.2: Naprava za določanje motnosti turbidimeter ............................................. - 21 -
Slika 3.3: Aparat Analytik Jena Multi N/C 2100 ....................................................... - 23 -
Slika 3.4: Aparat za ekstrakcijo maščob .................................................................... - 25 -
Slika 3.5: Motnost odpadnih kopeli [NTU]. .............................................................. - 33 -
Slika 3.6: Vpliv temperature na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci obdelovalnih
kopeli (1A) pri temperaturi 40°C in b) vzorci obdelovalnih kopeli (1B) pri
temperaturi 60°C. ...................................................................................... - 34 -
Slika 3.7: Vpliv ultrazvoka na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci obdelovalnih
kopeli (1B) pri temperaturi 60°C brez uporabe ultrazvoka in b) vzorci
obdelovalnih kopeli (1BUZ) pri temperaturi 60°C z uporabo ultrazvoka. - 35 -
Slika 3.8: Vpliv pralnega sredstva na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci
obdelovalnih kopeli (1A) pri temperaturi 40°C brez uporabe pralnega
sredstva in b) vzorci obdelovalnih kopeli (2A) pri temperaturi 40°C z uporabo
ultrazvoka. ................................................................................................. - 35 -
Slika 3.9: Količina trdnih delcev v kopeli [g/100 mL] .............................................. - 36 -
Slika 3.10: Ostanek trdnih snovi po postopku pranja pri 60 °C brez uporabe pralnega
sredstva (1B) in ob uporabi pralnega sredstva (2B) .................................. - 37 -
Slika 3.11: Celotni organski ogljik TOC [mg/L] in celotni dušik TN [mg/L] v odpadnih
pralnih kopelih. .......................................................................................... - 38 -
- VIII -
Slika 3.12: Vzorec perja 1A, opazovan v vodi, 100× povečava. ................................. - 39 -
Slika 3.13: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 1A in b) vzorec
1AUZ ......................................................................................................... - 39 -
Slika 3.14: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 1B in b) vzorec
1BUZ ......................................................................................................... - 39 -
Slika 3.15: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: vzorec 1C .................... - 40 -
Slika 3.16: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 2A in b) vzorec
2AUZ ......................................................................................................... - 40 -
Slika 3.17: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 2B in b) vzorec
2BUZ ......................................................................................................... - 40 -
- IX -
KAZALO PREGLEDNIC
Preglednica 2.1: Vsebnost nečistoč na volni [15] ................................................................ - 12 -
Preglednica 3.1: Oznake vzorcev kopeli, opis kopeli, temperatura in čas obdelave, ter obdelava
z ultrazvokom. ........................................................................................... - 19 -
Preglednica 3.2: Oznake vzorcev perja, opis obdelovalnih kopeli, temperatura in čas obdelave,
ter obdelava z ultrazvokom. ........................... Napaka! Zaznamek ni definiran.
Preglednica 3.3: Motnost obdelovalnih kopeli [NTU]. ........................................................ - 28 -
Preglednica 3.4: Količina trdnih delcev v kopeli [g/100mL]. .............................................. - 29 -
Preglednica 3.5: Celotni organski ogljik [mg/L], celotni organski ogljik skupaj s slepo kopeljo
TOCSK
[mg/L] in standardna deviacija TOC [mg/L]. ............................... - 30 -
Preglednica 3.6: Celotni dušik [mg/L], celotni dušik s slepo kopeljo TNSK
[mg/L] in
standardna deviacija TN [mg/L]. ............................................................... - 31 -
Preglednica 3.7: Masa bučke (Mb), masa bučke z ekstrahirano maščobo (Mbm), masa ostanka
(Mo), masa obdelanega perja (Mp) in iz teh rezultatov izračunana vsebnost
maščob v opranem perju. ........................................................................... - 32 -
- X -
UPORABLJENI SIMBOLI IN KRATICE
mTD - masa trdnih delcev [g]
m1 - masa filtrirnega papirja s filtratom [g]
m2 - masa filtrirnega papirja [g]
m3 - vsebnost vlage filtrirnega papirja [%]
Vk - volumen kivete [mL]
fr - faktor redčenja
Mo - masa ostanka [g]
mb - masa bučke pred ekstrakcijo [g]
mbm - masa bučke po ekstrakciji [g]
ppm - angl. parts per million, enota za merjenje koncentracije
CMC - angl. critical micelle concentracion, kritična koncentracija tvorbe micel
NTU - nefelometrične turbidimetrične enote
SK - slepa kopel
TOC - angl. total organic carbon, celotni organski ogljik [mg/L]
TN - angl. total nitrogen, celotni dušik [mg/L]
TC - angl. total carbon, celotni ogljik [mg/L]
IC - angl. inorganic carbon, anorganski ogljik [mg/L]
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 1 -
1 UVOD IN NAMEN
Trajnostni razvoj je način razvoja, ki zadošča današnjim potrebam, ne da bi pri tem ogrozil
možnosti razvoja prihodnjim generacijam. S časom je postalo jasno, da bo potrebno zaradi
klimatskih sprememb omejiti uporabo številnih virov, prav tako pa tudi zmanjšati vse vrste
emisij. S tem bi zajezili škodljiv vpliv na človeški razvoj in dosegli trajnostni razvoj.
Perutninsko perje je pomemben odpadek oziroma stranski produkt na področju vzreje
perutnine, ki se trenutno v največji meri predeluje v nizko hranilno hrano za male živali, v
nekaterih državah pa perje še vedno odlagajo na odlagališča. V Evropski uniji direktiva
1999/31/EC prepoveduje odlaganje odpadkov, ki vsebujejo velik del biorazgradljivih
materialov z visokimi vrednostmi gorljivosti. Zaradi tega je pomembno najti ustrezno in
široko področje uporabe perutninskega perja, ki bi pomagala pri odstranitvi te vrste odpadkov
[3].
S študijem perutninskega perja lahko dosežemo, da se odpadno perje uporabi kot
vhodna surovina za druge procese in izdelke, katere lahko razvijamo na način, da so
biorazgradljivi in zato tudi kasneje lažje odstranljivi.
Področje pranja perja do sedaj ni bilo široko raziskano. S pranjem perja so se ukvarjali v
Nemčiji z začetkom leta 1969, ko je nastal patent pod številko United States Patent 3,475,112.
Pri tem so raziskovali proces čiščenja perja za uporabo kot polnilo v odejah in vzglavnikih.
Deset let kasneje so začeli z razvijanjem procesa čiščenja perja na način, da se perje med
pranjem ne bi zvijalo ali združevalo v skupke, kar otežuje nadaljnjo obdelavo, postopek pa so
patentirali pod številko United States Patent 4,169,706 [18]. Na področju predelave
odpadnega perutninskega perja so leta 2002 ugotovili, da ima perje odlične absorpcijske
sposobnosti, še posebej, če je obdelano z NaOH, in lahko absorbira težke kovine iz odpadnih
voda [1]. Kot zelo uspešno se je leta 2003 perje izkazalo tudi na področju nadzora erozije,
kjer so puranje perje uporabili za izdelavo tkanine, v kateri je bilo perje med seboj povezano z
lateksom [11]. Med novejša dognanja pa spada postopek shranjevanja vodika, in sicer naj bi
karbonizirano perje služilo kot substrat za shrambo vodika [13].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 2 -
Namen diplomske naloge z naslovom »Študij postopkov čiščenja odpadnega
perutninskega perja za nadaljnjo uporabo« je ugotoviti, kakšen postopek čiščenja odpadnega
perja je najprimernejši za njegovo nadaljnjo uporabo kot je npr. izolacijski materiali,
geotekstilije, filtri, idr.
Industrijsko čiščeno odpadno perje smo za namen raziskovalnega dela in izvedbe
diplomske naloge dobili v podjetju Perutnina Ptuj. Podjetje posveča veliko pozornosti
varnosti, kakovosti in odnosu do okolja. Odpadno perje trenutno predelujejo v perno moko,
kar pa zaradi pojava BSE (bolezen norih krav) postaja vedno bolj strogo regulirano.
Z namenom priprave odpadnega perutninskega perja za nadaljnjo uporabo smo izvedli
različne postopke čiščenja oziroma pranja. Uporabili smo različne obdelovalne kopeli (čista
voda, dodatek neionogenega pralnega sredstva, ultrazvočna obdelava) in spreminjali
temperature obdelovalnih kopeli (40°C, 60°C in 90°C). Glede na dobljene rezultate po pranju
z različnimi postopki smo z ustreznimi metodami (določanje motnosti kopeli, določanje
količine trdnih snovi, TOC, TN, določanje vsebnosti maščob, določanje prisotnosti
mikroorganizmov) analizirali učinkovitost postopkov čiščenja in izbrali najprimernejši
postopek.
Diplomska naloga je sestavljena iz teoretičnega in eksperimentalnega dela. S
povzemanjem predvsem tuje in tudi domače literature je predstavljen proces nastajanja
odpadnega perutninskega perja in problematika le-tega. Predstavljena je struktura
perutninskega perja, ter njegove najpomembnejše lastnosti. V teoretičnem delu naloge so
opisane osnove postopkov čiščenja in pranja vlaknatih materialov, natančneje beljakovinskih -
keratinskih vlaken (volna), v nadaljevanju pa še specifični postopki čiščenja perutninskega
perja. V uvodu eksperimentalnega dela so zapisani uporabljeni materiali (industrijsko čiščeno
perje in reagenti), ter postopki čiščenja. V nadaljevanju pa so predstavljene analizne metode
(princip merjenja, pogoji merjenja, analizna oprema in izvedba metode), s pomočjo katerih
smo določali učinke različnih postopkov pranja. V poglavju Meritve in rezultati so v
preglednicah predstavljene posamezne meritve in rezultati uporabljenih analiznih metod. V
diskusiji je s pomočjo grafičnih predstavitev prikazana in primerjana učinkovitost čiščenja
perutninskega perja po različnih postopkih. Ob zaključku so definirani najprimernejši
postopki čiščenja perja, ki ob izbiri optimalnih parametrov (poraba energentov povezana s
stroški) nudijo želene in potrebne lastnosti za določeno področje uporabe.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 3 -
2 TEORETIČNI DEL
2.1 Struktura in lastnosti ptičjega perja
Ptičje perje sodi zaradi svoje strukture in lastnosti med edinstvena vlakna, uporabna za
številne aplikacije. Zaradi prisotnosti votlih struktur v obliki satovja, nizke gostote, visoke
fleksibilnosti in strukturne skladnosti z drugimi vlakni v proizvodu, imajo vlakna iz ptičjega
perja edinstvene lastnosti, ki se močno razlikujejo od drugih naravnih in sintetičnih vlaken
[12].
Struktura perutninskega perja
Peresa so tvorbe, sestavljene iz trdne beljakovine keratin, ki sestavlja tudi lase, volno, nohte in
kopita. Znana so po svoji visoki kristalinosti, ter predvsem termični izolativnosti in
odpornosti.
Pero sestavljajo tulec, strženasto rebrce, veje, ter gladke in kaveljčaste vejice, ki skupaj
sestavljajo kosmačo (slika 2.1). Tulec je vsajen v kožo in se na drugi strani nadaljuje v
osrednje rebro ali os, iz katerega dvostransko izraščajo stranske veje, nameščene v eni ravnini.
Iz vej se zopet dvostransko cepijo vejice in na tistih, ki so obrnjene proti vrhu peresa, so
drobni kaveljčki, s katerimi se oprijemajo nekaveljčkastih vejic naslednje stranske veje.
Takšna prepletajoča zgradba daje peresu stalno obliko in trdnost in izoblikuje se enotna
neprepustna ploskev [6].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 4 -
Slika 2.1: Zgradba ptičjega peresa
Ptiči imajo več vrst peres in sicer krovna peresa, ki imajo ravno osrednjo os ali rebro, iz
katerega izraščajo ožja stranska rebra, iz teh pa še manjša rebrca, ki držijo rebra skupaj, zaradi
česar slednja tvorijo ravno površino. Poznamo tudi puhasta peresa, ki imajo samo rebra brez
rebrc in niso urejena v ravno površino, ter letalna peresa, ki so posebna oblika krovnih peres
brez kosmače in imajo ključno vlogo pri letenju [10].
Perutninsko perje se ponaša s številnimi lastnostmi kot je nizka gostota, odlična
stisljivost, prožnost, sposobnost blaženja zvoka, zadrževanje toplote, ter posebna morfološka
struktura kosmače, ki perje uvršča med edinstvena vlakna.
Gostota perutninskega perja znaša 0,8 g/cm3, kar je znatno manj od gostote celuloznih
vlaken ali volne. Prav tako nima nobeno komercialno sintetično vlakno tako nizke gostote kot
perje. Nizka gostota, sposobnost zadrževanja toplote, ter zvočna izolativnost izhajajo
predvsem iz votlih celic v notranjosti perja, ki so razporejene v obliki satovnice. Perje je kot
odpadek pri predelavi perutnine tudi poceni, množično dosegljiv in naravno obnovljiv vir za
beljakovinska vlakna [12].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 5 -
Keratin
Keratin je beljakovina, ki spada med vlaknate strukturne proteine. Najdemo ga v številnih
strukturah kot je volna, človeška koža, lasje, živalske dlake, kopita in perje.
Perutninsko perje je v 90% sestavljeno iz keratina, ki sestoji iz zaporedja 95 amino
kislin. Najbolj pogoste aminokisline so serin (Ser), prolin (Pro), glicin (Gly), valin (Val),
cistein (Cys) in leucin (Leu). Približno polovica teh aminokislin ima hidrofilen značaj, druga
polovica pa hidrofoben. Površinske lastnosti perja so odvisne od tega, ali so hidrofobne
aminokisline obrnjene proti notranjosti makromolekule ali proti njeni površini. Za razliko od
perutninskega keratina ima volna v keratinu najbolj zastopane naslednje aminokisline:
glutamin, serin, cistein, glicin, leucin in arginin [4].
Poznamo dva osnovna tipa nadmolekulske strukture keratina in sicer α-helix (α-
vijačnica) in β-pleated sheet (β-nagubana ravnina ali β-cikcakasta ploskev).
Vijačna struktura (α-helix)
V paličasti strukturi alfa heliksa so aminokisline razporejene v obliki vijačnice. Kisik vsake
karbonilne skupine je preko vodikove vezi povezan z vodikom aminske skupine vsake
naslednje četrte aminokisline. Vodikove vezi tako potekajo vzporedno z osjo vijačnice. V alfa
heliksu volne tvori zavoj 3,6 aminokislinskih ostankov, kar predstavlja razdaljo 0,54 nm
(slika 2.2), vsak aminokislinski ostanek pa predstavlja v smeri vijačnice razdaljo 0,15 nm.
Nepolarni oziroma hidrofobni ostanki se orientirajo proti notranji strani makromolekule,
tako da tvorijo hidrofobne cone molekul, v katerih se najbližji ostanki ogljikovodikov
povezujejo z Van der Waalsovimi silami [15].
Slika 2.2: Vijačna struktura α-heliksa
zavoj 3,6
amino
kislinskih
ostankov
amino
kislinski
ostanek
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 6 -
Slika 2.3: Zvijanje proteinskih makromolekul v α-vijačnico
β-nagubana ravnina (β-pleated sheet)
Planarnost peptidne vezi prisili polipeptidno verigo, da se naguba tako, da se stranske verige
(ostanki) aminokislin postavijo na vsako stran verige (slika 2.4 in 2.5). Verige so praktično
popolnoma raztegnjene, tako, da je med sledečima si Cα atomoma razdalja 0,35 nm.
Cikcakasta struktura je vedno nekoliko zavita in če je vključenih več različnih
aminokislin, se lahko oblikujejo v beta sodčasto obliko. Več plasti cikcakaste strukture daje
takšni strukturi visoko trdnost [15].
Slika 2.4: Tvorba vodikovih vezi med dvema polipeptidnima verigama in tvorba β-nagubane
ravnine
Vodikova
vez
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 7 -
Slika 2.5: Model β-nagubane ravnine
Keratin v perju
Perje je (v povprečju) sestavljeno iz 91% keratina, 1,3% maščob in 7,9% vode. Glavna
sekundarna struktura v perju je β-keratin, ki pa ni položen v plasteh, ampak se postopoma
zvija, kar je vidno na sliki 2.6. β-keratin vsebuje urejene strukture alfa heliksa in β-nagubane
ravnine, pa tudi nekaj neurejenih struktur [5].
Slika 2.6: Zvijanje β-keratina. Slika je povzeta po referenci [5].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 8 -
2.2 Proces nastajanja odpadnega perutninskega perja
Ocenjeno je, da na svetu letno pridelamo 5 Mt perja kot odpadek v pridelavi perutninskega
mesa, kar je za predelovalce perutninskega perja obremenjujoče tako s finančnega kot tudi z
ekološkega vidika. V zadnjih 15 letih se je proizvodnja perutnine povečala še za približno 5%
letno, še posebej v razvijajočih se državah. [3]
Zadnja leta je bilo veliko polemik glede vpliva odpadnega materiala iz perutninskih
predelovalnic na zdravje ljudi, kljub vsemu pa je odpadno perje relativno čisto in v splošnem
ne predstavlja tveganja za zdravje. Težavo bi lahko predstavljala kontaminacija perja s krvjo
in blatom, vendar se perje nenehno odstranjuje iz območja predelave. Predelovalni obrat
naredi povprečno 2 toni odpadnega perja na uro, dobiček na posamezno ptico pa je zelo nizek,
zato je potrebno perje odstranjevati zelo hitro in s čim nižjimi stroški [9].
Perje, ki ga industrijsko očistijo (spiranje s hladno vodo), iz klavnice prepeljejo v
kafilerijo, kar je izraz za obrat za predelovanje klavniških odpadkov in trupel poginulih živali,
kjer se odpadno živalsko tkivo predeluje v nov material z dodano vrednostjo. Pod tem je
mišljena kakršnakoli predelava stranskih živalskih proizvodov v bolj uporabne proizvode, ali
gledano še ožje, predelava odpadnega živalskega mastnega tkiva v očiščene maščobe, v mast
ali loj ter visoko proteinsko mesno-kostno in perno moko. V primeru, ko klavnici sledi
kafilerija (kot je to v primeru podjetja Perutnina Ptuj), to imenujemo integrirana predelava
odpadkov [9]. Predelava perja v perno moko pa ima lahko nekatere negativne posledice,
problem predstavlja predvsem možnost prenosa mikroorganizmov in kontaminacija hrane za
male živali.
Trenutno je še vedno zelo aktualno kompostiranje odpadnega perja kot metoda
recikliranja, saj se nove metode še niso dovolj raziskale, da bi lahko bile množično v uporabi.
Največji problem je velika količina perja, zato je potrebno zelo hitro odstraniti staro perje, da
se naredi prostor za novo. Vendar pa je treba opozoriti na dejstvo, da je keratin perja zaradi
velikega števila disulfidnih medmolekulskih povezav izjemno obstojen in je njegov razpad
med kompostiranjem dolgotrajen [9].
Novi cilj perutninske industrije je postal kako predelati odpadno perje v nove produkte.
Znanstveniki se intenzivno ukvarjajo z raziskovanjem in iskanjem novih možnosti
izkoriščanja odpadnega perutninskega perja kot npr. izdelovanje papirja in avtomobilskih
delov do izdelovanja keratinskih filmov, izdelave vlaknovin za geotekstilije, itd.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 9 -
2.3 Postopki čiščenja in pranja vlaknatih materialov
Pranje je proces, s katerim želimo iz materiala odstraniti vse tuje snovi, ki so bile na material
nanesene naključno, po nesreči ali malomarno in zmanjšujejo stopnjo higieničnosti materiala.
Pranje najpogosteje poteka v vodnem mediju, ročno ali strojno, z dodatkom površinsko
aktivnih pralnih sredstev in ostalih dodatkov (elektrolitov) ob možnosti povišanja
temperature. Pri procesu pranja so tekstilije skupaj z nečistočami v središču sistema, v
katerem si prizadevamo odstraniti nečistoče. Kot aktivni partnerji v tem sistemu sodelujejo
voda kot topilo oziroma nosilni medij, detergent, ki olajša pranje in pralni stroj, ki določa
ostale parametre pranja: temperaturo kopeli, čas pranja in intenzivnost mehanskega delovanja.
Za vsa pralna sredstva (mila, pomožna sredstva ali tenzidi) je značilno, da so njihove
molekule zgrajene iz dveh delov: v vodi topnega, hidrofilnega dela in v vodi netopnega,
hidrofobnega dela (slika 2.7). Njihova pomembna lastnost je, da se molekule tenzida
nakopičijo na mejni površini vodne raztopine, ne glede na to, ali meji na plinasto, tekočo ali
trdno snov in tako spremenijo njene fizikalno kemijske lastnosti. Sloj tenzida na površini
raztopine povzroči znižanje mejne površinske napetosti tekočine in s tem poveča njeno
omakalno sposobnost.
Slika 2.7: Molekula tenzida
Mehanizem pranja poteka tako, da se začne oljni madež zaradi spremembe mejne
površinske napetosti kopeli spreminjati v obliko, tako da zavzame najmanjšo možno površino
– to je krogla, torej v majhno kapljico. Kapljica se z vseh strani obda s plastjo molekul tenzida
in se tako emulgirana loči od podlage. Trdni delci, ki so večinoma v vodi netopne anorganske
nečistoče, pa se poleg tega, da se obdajo s plastjo molekul tenzida v raztopini, še dispergirajo
zaradi elektrostatičnih odbojnih sil, ki delujejo med nečistočami in tekstilnimi vlakni.
Hidrofobni del Hidrofilni del
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 10 -
Hidrofilni del tenzida ima afiniteto do vode, medtem ko je hidrofobni del tenzida
vodoodbojen. Tenzide delimo tudi po naboju:
anionski tenzidi, kjer je hidrofobni del ostanek ogljikovodika, na katerega je vezana
hidrofilna negativno nabita skupina,
kationski tenzidi, kjer je hidrofobni del ostanek ogljikovodika, na katerega je vezana
hidrofilna pozitivno nabita skupina,
amfoterni tenzidi, kjer je hidrofobni del ostanek ogljikovodika, na katerega je vezana
hidrofilna tako negativno kot pozitivno nabita skupina in
neionski tenzidi, kjer je hidrofobni del ostanek ogljikovodika, na katerega je vezana
hidrofilna hidratizirana nenabita skupina, ki je ostanek etilen oksida.
Če damo tenzide v vodo, se njihove molekule porazdelijo po vseh mejnih površinah. Ko
so vse mejne površine zasedene, preostane tenzidom le še možnost lastnega združevanja (slika
2.8). Molekule tenzidov se združujejo v krogelne agregate ali krogelne micele, pri katerih je
hidrofobni del usmerjen v notranjost krogelnega agregata, hidrofilen del pa je usmerjen proti
vodi. Micele so za pranje zelo pomembne, saj so rezervna količina tenzidov za nastanek novih
mejnih površin. Tvorba micel nastopi le nad mejno koncentracijo tenzidov, ki se imenuje
kritična koncentracija tvorbe micel ali CMC.
Slika 2.8: Združevanje micel
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 11 -
Proces pranja
Pralni proces lahko razdelimo v tri glavne faze:
1. faza: Omočenje vlaken in nečistoč v pralni kopeli
Omočenje je sposobnost raztopine, da iz kapilarnih prostorov vlaken izpodrine zrak in
omogoča enakomeren dostop pralne kopeli. Ko je material popolnoma omočen, se vzpostavi
nasičenje faz v mejnem področju, saj tenzidi potujejo na površino vlaken in tvorijo
adsorpcijsko plast. Pri tem se neprekinjeno spreminjajo fizikalne lastnosti vlaken (navzemanje
vlage, vpliv temperature, pH vrednost), saj material nabrekne in se ob tem poveča površina
vlaken, zmanjša pa se tudi hrapavost.
Tvorjena adsorpcijska plast ima pomembno vlogo pri pranju, prav tako pa tudi pri
emulgiranju in pri nosilni sposobnosti umazanije pralne kopeli. Adsorpcijska plast zraste iz
micel,ki so prisotne v raztopini. Med razpadom micel in nastankom adsorpcijske plasti se
vzpostavi ravnotežje.
2. faza: odcepitev nečistoč od vlaken
Vezi med vlaknom in nečistočo se pretrgajo zaradi delovanja tenzidov in elektrolitov. Za
pretrganje vezi je pri procesu pranja potrebna določena energija, ki jo dovajamo z mehansko
obdelavo in toploto. S prekoračenjem energetske ovire se povišata adsorpcija in difuzija,
viskoznost se zniža, zaradi nabrekanja pa se poveča tudi površina vlaken in s tem difuzija
tekoče faze v vlakno.
3. faza: odstranitev nečistoč s pralno kopeljo
Nečistoče po odcepitvi od vlakna odstranjujemo iz procesa s spiranjem. Ta proces teče v
razredčenih kopelih, ker se tako odstranijo na novo zgrajeni fazni sistemi. Da znižamo porabo
vode, razdelimo proces odstranjevanja na več stopenj spiranja: najprej z vročo vodo, nato pa z
vodo sobne temperature [16].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 12 -
Čiščenje keratinskih vlaken
Surova keratinska vlakna, predvsem surova volna vsebuje številne nečistoče, katerih količina
je odvisna od vrste ovc in pogojev v katerih živijo. Te nečistoče se lahko razvrstijo v tri
skupine in sicer:
maščobne nečistoče, ki so proizvod žlez lojnic in znojnic,
rastlinske nečistoče in
nečistoče, ki so na volni zaradi uporabe dezinfekcijskih sredstev za zaščito ovc pred
insekti [2].
Preglednica 2.1: Vsebnost nečistoč na volni [2].
Vrsta volne
Maščobe in
znoj
[%]
Prah in nečistoče
[%]
Rastlinske
nečistoče
[%]
Vlakno
[%]
Fina volna 20 – 50 5 - 40 0,5 – 2 20 – 50
Crossbred volna 15 – 30 5 – 20 1 – 5 40 – 60
Dolgovlaknata volna 5 - 15 5 - 10 0 – 2 60 – 80
Volna za preproge 5 - 15 5 - 20 0,5 - 2 60 - 80
Volno peremo v različnih fazah tehnološkega procesa plemenitenja, zato ločimo:
pranje volne v masi,
pranje prediva, ter
pranje tkanine.
Pri pranju prodira voda v fibrilarne prostore vlaken, ter povzroča njihovo nabrekanje. Ionske
vezi keratina se v vodi cepijo, zaradi česar je trdnost vlaken v mokrem stanju manjša kot v
suhem. Nabrekanje vlaken v vodi je odvisno od pH vrednosti in je izven izoelektrične točke
(pH = 4,9) zaradi cepitve prečnih vodikovih vezi večje kot v izoelektrični točki [14].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 13 -
Pranje volne v masi
Poznamo tri osnovne možnosti pranja volne v masi [2]:
emulzijsko pranje, ki poteka v pralnem stroju imenovanem leviatan, na katerem si
sledijo faze namakanja, pranja (razmastitev in odstranjevanje znoja in ostalih nečistoč)
in izpiranje. Pomembna dejavnika pri tem postopku pranja sta temperatura in pH
kopeli, saj pranje poteka pri temperaturi 35 – 45°C in pri različnih pH vrednostih ob
dodatku neionogenih tekstilnih sredstev. Iz odpadne pralne kopeli lahko pridobivamo
volneno maščobo - lanolin, ki se uporablja kot osnovna surovina v kozmetični
industriji,
ekstrakcija v organskih topilih, kjer se izvede obdelava volne s topili kot je bencin ali
ogljikov tetraklorid. Obdelava volne z organskimi topili ima številne prednosti, saj se
med pranjem manj uniči in polsti, zato pa se tudi lažje prede, ter
zamrzovanje, kjer se volna izpostavi nizkim temperaturam. Pri tem se vosek zamrzne,
postane trd in lomljiv, iz tega pa z mehansko obdelavo nastane fini prah. Temperatura
se pri tem postopku pranja spusti do -30°C.
Pranje prediva
Volneno predivo vsebuje določeno količino olja ali kakšno drugo sredstvo za maščenje, ki se
doda predivu, da bi se olajšalo predenje. Pranje prediva poteka v raztopini mila ali sintetičnih
pralnih sredstev pri temperaturi manjši od 60°C. Če sestoji sredstvo za maščenje iz oleina in
le neznatne količine mineralnega olja, se lahko pranje izvede samo z natrijevim karbonatom.
Pranje tkanine
Nečistoče, ki jih najdemo na volnenih tkaninah so istega izvora kot nečistoče, prisotne na
predivu. Zaradi tega je pranje izvedeno v raztopini mila ali sintetičnih pralnih sredstev ali pa v
raztopini natrijevega karbonata, kar je odvisno od kemijske sestave sredstva za maščenje [2].
Na proces pranja beljakovinskih vlaken vplivajo mnogi dejavniki [14]:
vrsta surovine in konstrukcija tekstilij,
vrsta nečistoč (organskega, anorganskega izvora, v vodi topne ali v vodi netopne),
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 14 -
pralni medij,
tekstilna pomožna sredstva – tenzidi in
čas mehanske in toplotne obdelave.
Pranje perutninskega perja
Pri iskanju primernega postopka pranja perutninskega perja je potrebno upoštevati številne
dejavnike. Eden izmed najpomembnejših je velika poraba vode in detergentov, kar pa je
potrebno zmanjšati na točko, kjer bo perje oprano do želene stopnje ob tem pa bo poraba vode
čim nižja.
Po konvencionalnih postopkih pranja perja je za čiščenje enega kilograma materiala
potrebno 200 do 300 kg vode [18]. Prav tako je potrebno na postopek pranja gledati z
ekološkega vidika, saj se je potrebno izogniti onesnaževanju okolja z odpadno vodo, ki je bila
uporabljena v postopku čiščenja perutninskega perja.
Perutninsko perje je močno onesnaženo z iztrebki in ostalimi nečistočami, kar pa je zelo
težko očistiti. Proces čiščenja je zato izveden pri temperaturi med 40 in 80°C, pri čemer je v
skladu z nekaterimi viri najbolj optimalna temperatura 60°C [18]. Takšna relativno nizka
temperatura tako obenem tudi olajšuje proces sušenja. Pri čiščenju se dodajajo detergenti na
osnovi ogljikovodikovih derivatov, kamor spadajo trikloroetileni, tetrakloroeteni in njihove
mešanice. Takšni detergenti so na voljo v velikih količinah in poceni.
Z uporabo pralnih komor in že omenjenih detergentov se zmanjša poraba vode, prav
tako pa se iz pralne kopeli po končanem postopku z destilacijo odstranijo trdni delci, kar pa
pomeni ponovno uporabo kopeli pri naslednjem pranju [18].
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 15 -
3 EKSPERIMENTALNI DEL
Namen te diplomske naloge je ugotoviti, kakšen postopek čiščenja odpadnega perja je
najprimernejši za njegovo nadaljnjo uporabo kot npr. izolacijski material, geotekstilije, filtri
idr.
V ta namen smo uporabili industrijsko čiščeno odpadno perje, ki nam ga je posredovalo
podjetje Perutnina Ptuj d.d. Izvedli smo postopke čiščenja oziroma pranja pri različnih
pogojih. Uporabili smo različne obdelovalne kopeli (čista voda, dodatek neionogenega
pralnega sredstva, ultrazvočna obdelava) in spreminjali temperature obdelovalnih kopeli
(40°C, 60°C in 90°C). Glede na dobljene rezultate po pranju z različnimi postopki smo z
ustreznimi metodami (določanje motnosti, določanje količine trdnih snovi, TOC, TN,
določevanje vsebnosti maščob, prisotnost mikroorganizmov) analizirali učinkovitost
postopkov čiščenja in izbrali najprimernejši postopek.
3.1 Materiali
Perutninsko perje
V diplomski nalogi z naslovom smo kot vhodni material uporabili odpadno perutninsko perje,
ki smo ga dobili iz proizvodnje perutninskih izdelkov Perutnine Ptuj, d.d.
Perje je bilo industrijsko predčiščeno (slika 3.1), kar pomeni, da je bilo predhodno sprano s
hladno vodo. V postopku industrijskega čiščenja se odstrani večji del nečistoč, kljub temu pa
je perje še vedno vsebovalo vrsto nečistoč od krvi, iztrebkov, maščob, delcev kože do drugih
odpadnih snovi.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 16 -
Slika 3.1: Industrijsko predčiščeno perutninsko perje
Reagenti
Za namen izvedbe eksperimentalnega dela diplomske naloge smo uporabili naslednje
reagente:
Pralno sredstvo Sandoclean PC
Detergent Sandoclean PC je biološko razgradljivo sredstvo, ki z emulzijskim in disperzijskim
delovanjem omogoča čiščenje in odstranjevanje mineralnih olj in drugih nečistoč iz tekstilnih
materialov. Je neionogeno sredstvo, kar pomeni, da ne disociira v vodi [17].
Organsko topilo petroleter
Pri ekstrakciji maščob iz opranega perutninskega perja smo uporabili topilo petroleter.
Petroleter se pridobiva v naftni rafineriji kot vmesni člen med lažjo nafto in težjim kerozinom
in ima gostoto med 0,6 in 0,8, kar je odvisno od vsebovanih komponent. Pri delu smo
uporabljali petroleter z gostoto 0,6475 kg/m3.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 17 -
Barvilo Metilen modro
Barvilo Metilen modro smo uporabili pri ugotavljanju prisotnosti mikroorganizmov na
obdelanem perju. Metilen modro je na sobni temperaturi v obliki temno zelenega prahu, ob
dodatku vode pa se raztopi v temno modro tekočino. Uporablja se kot indikator v redoks
reakcijah.
Barvilo je dodano preparatu, kjer vdre v žive celice mikroorganizmov, tam pa ga
encimi, ki jih proizvajajo mikroorganizmi, oksidirajo in tako modra barva izgine, celice pa se
iz modro obarvanih spremenijo v prozorne. Celice, ki niso žive in zato tudi ne proizvajajo
encimov, ostanejo obarvane modro in pokažejo uspešnost pralnega procesa.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 18 -
3.2 Postopki čiščenja
Industrijsko predčiščeno perutninsko perje smo obdelovali v kopelih pri različnih
temperaturah, ob dodatku pralnega sredstva ali pa ob pomoči ultrazvoka. Želeli smo ugotoviti,
kateri postopek daje najboljše učinke pranja in je hkrati cenovno ugoden, kar je v industriji
zelo pomembno. Postopki pranja so bili izvedeni v treh stopnjah:
obdelava v pralni kopeli 30 minut,
prvo izpiranje in sicer v času 10 minut, ter
drugo izpiranje prav tako v času 10 minut.
Vse stopnje so imele enako temperaturo obdelovalne kopeli, uporabljeno kopelno razmerje je
bilo 1:40 (200 mL kopeli, 5 g perja).
Prvi postopek pranja je bil izveden pri temperaturi 40°C, kot pralna kopel pa je služila
čista voda iz vodovoda (vzorec 1A). Vzorec smo po prvem pranju še dvakrat izpirali pri
temperaturi 40°C in času posameznega izpiranja 10 minut. Po vsaki fazi smo iz kopeli
odstranili perje, ter odpadno kopel filtrirali skozi filtrirni papir, da smo lahko določali količino
trdnih delcev v kopeli. Po končanem postopku pranja smo vzorce kopeli označili: vzorec 1A,
ki je ostal po prvem pranju, vzorec 1A/1 po prvem izpiranju in vzorec 1A/2 po drugem
izpiranju. Prav tako smo po vsaki fazi odlili vzorec odpadne kopeli v steklene kivete s
pokrovom, da smo lahko po končanem pranju izvajali opisane analizne metode.
Pri naslednjem postopku smo uporabili enako pralno kopel (čista voda iz vodovoda),
temperatura obdelave je bila 60°C, čas obdelave pa prav tako 30 minut (vzorec 1B), ter
ponovili dvoje izpiranj (vzorca kopeli 1B/1 in 1B/2). Pri tretjem postopku pranja smo pri
enakih pogojih povišali le temperaturo obdelave na 90°C (vzorec 1C) z dvema izpiranjema
(1C/1 in 1C/2).
Postopke pranja v čisti vodi pri enakih pogojih smo ponovili še s podporo ultrazvoka, in
sicer pranje v čisti vodi pri temperaturi 40°C in 60°C pri času prve kopeli 30 minut in dveh
izpiranj, ki sta posamezno trajali 10 minut. Dobili smo vzorce kopeli z oznakami 1AUZ,
1AUZ/1, 1AUZ/2 (pranje pri temperaturi 40°C) in z oznakami 1BUZ, 1BUZ/1 in 1BUZ/2
(pranje pri temperaturi 60°C).
V nadaljevanju smo uporabili obdelovalne kopeli z dodatkom neionskega pralnega
sredstva Clariant Sandoclean PC 1 g/L. Prali smo prav tako pri temperaturi 40°C in pri dveh
izpiranjih (vzorci odpadnih kopeli 2A, 2A/1 in 2A/2), pri temperaturi 60°C (vzorci kopeli 2B,
2B/1 in 2B/2), ter ob pomoči ultrazvoka pri temperaturi 40°C (vzorci 2AUZ, 2AUZ/1 in
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 19 -
2AUZ/2), ter temperaturi 60°C (vzorci 2BUZ, 2BUZ/1 in 2BUZ/2). Na začetku vsakega
pranja z dodatkom detergenta smo pripravili 300 mL kopeli, od česar smo že pred pranjem
odvzeli 100 mL slepe kopeli za primerjavo pri analizni metodi merjenja motnosti kopeli.
Slepa kopel je označena z oznako SK.
Oprano perje smo posušili na zraku na sobni temperaturi in sicer tako, da smo čašo s
perjem prekrili z gazo, da bi preprečili izhajanje suhega perja. V preglednici 3.1 so podani
parametri različnih procesov pranja in sicer: oznake obdelovalnih kopeli, ki bodo uporabljeni
v nadaljevanju naloge, ter pogoji pri katerih smo prali perje.
Preglednica 3.1: Oznake vzorcev kopeli, opis kopeli, temperatura in čas obdelave, ter
obdelava z ultrazvokom.
VZORCI KOPEL T [°C] t [min] Ultrazvok
1 1A Pralna kopel: čista voda 40 30 -
2 1A/1 1. izpiranje: čista voda 40 10 -
3 1A/2 2. izpiranje: čista voda 40 10 -
4 1B Pralna kopel: čista voda 60 30 -
5 1B/1 1. izpiranje: čista voda 60 10 -
6 1B/2 2. izpiranje: čista voda 60 10 -
7 1C Pralna kopel: čista voda 90 30 -
8 1C/1 1. izpiranje: čista voda 90 10 -
9 1C/2 2. izpiranje: čista voda 90 10 -
10 1AUZ Pralna kopel: čista voda 40 30 UZ
11 1AUZ/1 1. izpiranje: čista voda 40 10 UZ
12 1AUZ/2 2. izpiranje: čista voda 40 10 UZ
13 1BUZ Pralna kopel: Čista voda 60 30 UZ
14 1BUZ/1 1. izpiranje: čista voda 60 10 UZ
15 1BUZ/2 2. izpiranje: čista voda 60 10 UZ
16 2A Pralna kopel: Sandoclean PC 1 g/l 40 30 -
17 2A/1 1. izpiranje: čista voda 40 10 -
18 2A/2 2. izpiranje: čista voda 40 10 -
19 2B Pralna kopel: Sandoclean PC 1 g/l 60 30 -
20 2B/1 1. izpiranje: čista voda 60 10 -
21 2B/2 2. izpiranje: čista voda 60 10 -
22 2AUZ Pralna kopel: Sandoclean PC 1 g/l 40 30 UZ
23 2AUZ/1 1. izpiranje: čista voda 40 10 UZ
24 2AUZ/2 2. izpiranje: čista voda 40 10 UZ
25 2BUZ Pralna kopel: Sandoclean PC 1 g/l 60 30 UZ
26 2BUZ/1 1. izpiranje: čista voda 60 10 UZ
27 2BUZ/2 2. izpiranje: čista voda 60 10 UZ
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 20 -
3.3 Metode določanja učinkov čiščenja
Po opravljenem postopku pranja smo z različnimi analiznimi metodami želeli ugotoviti, kako
uspešno smo oprali perje in na podlagi rezultatov tudi določiti najbolj optimalen postopek, ki
je učinkovit in hkrati tudi cenovno ugoden. S pomočjo ustreznih analiznih metod smo
ugotavljali naslednje lastnosti obdelovalnih kopeli in opranega perja:
motnost obdelovalne kopeli,
količino trdnih delcev v kopeli,
celotni organski ogljik TOC v kopeli,
celotni dušik TN v kopeli,
ekstrakcijo in določevanje vsebnosti maščob v opranem perju, ter
mikrobiološke poškodbe na obdelanem perju.
Naštete analizne metode so pomagale pri ugotavljanju najprimernejšega postopka pranja
odpadnega perutninskega perja. Z določanjem motnosti obdelovalne kopeli smo ugotavljali
količino suspendiranih delcev, saj je večja motnost kopeli pomenila tudi več odstranjenih
nečistoč z odpadnega perja. Prav tako je bil pomemben pokazatelj uspešnosti pranja tudi
količina trdnih delcev v kopeli, s čemer smo želeli ugotoviti kakšna količina nečistoč se je
med postopkom obdelave odstranila s površine perja. Učinkovitost pranja smo preskušali tudi
z merjenjem celotnega organskega ogljika in celotnega dušika, pri čemer smo lahko ugotovili
količino organskih snovi v odpadni kopeli. Preskušali pa smo tudi oprano perje, in sicer z
ekstrakcijo maščob iz opranega perja, na koncu pa smo izvedli še slikovno analizo za
ugotavljanje prisotnosti mikroorganizmov na obdelanem perju, pri čemer smo pripravili
mikroskopske slike pri ustrezni povečavi.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 21 -
Motnost
Motnost kopeli je pokazatelj prisotnosti delcev, velikosti od 1 nm do 1 mm. Delce tvorijo
anorganske in organske suspendirane snovi ter mikroorganizmi.
Motnosti izražamo v NTU (nefelometrične turbidimetrične enote). Metoda merjenja
motnosti temelji na primerjavi sipanja svetlobe pri prehodu skozi standardno suspenzijo z
znano motnostjo. Več kot je prisotnih suspendiranih delcev v raztopini, večja je motnost
vzorca in tem bolj se na delcih sipa svetloba. Intenziteta sipanja svetlobe je poleg
koncentracije suspendiranih delcev funkcija velikosti in oblike delcev, valovne dolžine
svetlobe in razlike lomnih količnikov delcev in vode [8].
Izvedba
Motnost obdelovalnih kopeli smo določali s pomočjo aparata turbidimeter znamke Hach
Model 2100P Portable Turbidimeter (slika 3.2), ki meri od 0,01 do 1000 NTU. Aparat smo
najprej priklopili v električno omrežje, da se je ustalil na delovno temperaturo. Očiščeno
kiveto smo čistili z destilirano vodo in jo napolnili s 15 mL analiziranega vzorca odvzete
kopeli, ter jo obrisali do suhega. Kiveto smo vstavili v aparat in po končanem merjenju
odčitali vrednost motnosti kopeli v NTU enotah.
Slika 3.2: Naprava za določanje motnosti turbidimeter
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 22 -
Količina trdnih delcev v kopeli
Med neraztopljene snovi sodijo sedimentirajoče, lebdeče in plavajoče anorganske in organske
snovi. Iz raztopine jih ločimo s filtriranjem, posušimo, njihovo vsebnost pa določimo
gravimetrično. Pod pojmom neraztopljene snovi razumemo tisti del snovi, ki jih v procesu
filtracije zadrži filter.
Neraztopljene snovi so definirane kot masna koncentracija trdnih snovi v tekočini,
običajno izločenih s filtracijo in nato določenih s sušenjem pri določenih pogojih.
Neraztopljene snovi ločimo iz vzorca pralne odpadne vode s filtriranjem, čemur sledi sušenje
filtra. Na osnovi ostanka suhe snovi lahko sklepamo o lastnostih, primernosti in učinkovitosti
posamezne tehnologije čiščenja [8].
Izvedba
Ostanek suhe snovi smo določali tako, da smo odpadne pralne kopeli po končanem
čiščenju filtrirali skozi klimatiziran filtrirni papir in sicer skozi lijak, v nekaterih primerih, kjer
je bila kopel gostejša, pa s pomočjo nuče. Filter papir s filtratom smo nato sušili na
temperaturi 105°C in času 5 ur do absolutno suhe teže. Po končanem sušenju smo vzorce
prenesli v eksikator, kjer so se hladili vsaj 2 uri. Kasneje smo vzorce filtrirnega papirja
stehtali v klimatiziranem prostoru in na podlagi mas izračunali količino trdnih snovi v kopeli
(enačba 3.1).
MTD = m1 – (m2 + m3) (3.1)
kjer je:
mTD [g] - masa trdnih delcev
m1 [g] - masa filtrirnega papirja s filtratom
m2 [g] - masa filtrirnega papirja
m3 [%] - vsebnost vlage filtrirnega papirja
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 23 -
Določevanje celotnega organskega ogljika v kopeli (TOC)
Osnova postopka merjenja organsko vezanega ogljika je oksidacija ogljika, prisotnega v
organskih spojinah, v ogljikov dioksid. Ta oksidacija je lahko termična, kemična s pomočjo
primernega oksidacijskega sredstva in/ali UV. Koncentracije TOC izračunavamo s pomočjo
TOC analizatorja kot razliko med vsebnostjo anorganskega ogljika [8].
Kot TOC analizator smo uporabili aparat Analytik Jena Multi N/C 2100 (slika 3.3), ki
pod visoko temperaturo s katalitskim izgorevanjem poskrbi za popolno oksidacijo vzorca v
ogljikov dioksid. Le-ta se zazna z nerazpršenim infrardečim senzorjem (NDIR –
Nondispersive Infrared Sensor).
Slika 3.3: Aparat Analytik Jena Multi N/C 2100
Izvedba
Za določevanje TOC smo vzorce obdelovalnih kopeli prelili v steklene kivete in jih do
volumna 5 mL redčili z destilirano vodo (enačba 3.2), količina redčenja pa je bila odvisna od
pričakovane vsebnosti ogljika v kopeli, saj je bila po prvem pranju pričakovana večja
vsebnost ogljika kot pa pri nadaljnjih dveh izpiranjih.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 24 -
(3.2)
kjer je:
Vk [mL] - volumen kivete
fr - faktor redčenja
Pripravili smo tudi slepi vzorec, pri čemer smo namesto vzorca v epruveto dodali
destilirano vodo. Vzorce smo vstavili v avtomatski vzorčevalnik, pred začetkom merjenja pa
smo v TOC analizator vnesli še podatke kot so oznake in volumen vzorcev.
TOC vrednost izračunamo po enačbi (3.3):
TOC = TC – IC [mg/L] (3.3)
kjer je:
TC [mg/L] - celotni ogljik v ppm
IC [mg/L] - anorganski ogljik v ppm
Določanje celotnega vezanega dušika (TNb)
Celotni vezan dušik je seštevek organskega, amonijevega, nitritnega in nitratnega dušika.
Osnova določanja celotnega dušika temelji na podobnem principu kot določanje celotnega
organskega ogljika, saj gre za katalitsko reakcijo, ki poteče pod visoko temperaturo in
povzroči popolno oksidacijo vsebovanega dušika v dušikov oksid. Metoda neposrednega
določanja organskega dušika ni mogoča, saj pri vsaki metodi še vedno ostane nekaj vezanega
anorganskega dušika. Rešitev se ponuja v določanju celotnega dušika, kateremu odštejemo
količino nitratov, nitritov in amonijevega dušika (slednji pa so neposredno določljivi).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 25 -
Izvedba
Za določanje celotnega dušika TN smo prav tako uporabili aparat Analytik Jena Multi N/C
2100 (slika 3.3), le da aparat zazna dušikov oksid s pomočjo kemiluminiscence, kjer gre za
pojav značilne svetlobe zaradi kemične reakcije.
Za določevanje celotnega dušika smo vzorce pripravili popolnoma enako kot za
določevanje celotnega organskega ogljika, vključno z redčenjem (enačba 3.2), ki je bilo za
obe analizi enako, in slepo kopeljo.
Ekstrakcija in določanje količine maščob
Ekstrakcija maščob poteka v aparatu Soxhlet (slika 3.4). Soxhlet je naprava, ki deluje na
principu pretokov organskega topila (običajno je to heksan ali petroleter), ki pronica skozi
material in pri tem s sabo odnaša tudi vsebovano maščobo.
Slika 3.4: Aparat za ekstrakcijo maščob
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 26 -
Izvedba
Kot vhodni material za ekstrakcijo smo uporabili perje z oznako 2A in 2AUZ, kar pomeni, da
je bilo oprano pri temperaturi 40°C ob dodatku pralnega sredstva, le da je bil vzorec 2AUZ
opran s pomočjo ultrazvoka. Uporabili smo perje po drugem izpiranju in pripravili 50 g
vsakega vzorca perja. Maščobo smo ekstrahirali tako, da smo v filtrirni papir ovili oprano
perje in na obeh straneh tulca zapognili papir tako, da perje ni moglo izhajati. Tulec smo nato
vstavili v Soxhlet aparat in perje ekstrahirali z organskim topilom petroleter volumna 250 mL
in sicer 20 pretokov v času dveh do treh ur.
Po končani ekstrakciji smo alkoholni ekstrakt evaporirali v aparatu Büchi VAC V-500
in sicer v ogreti kopeli, zato, da se je organsko topilo ločilo od ekstrahirane maščobe. Bučko
smo stehtali pred ekstrakcijo in potem po končani evaporaciji in dobili razliko v masi.
Glede na dobljene mase smo lahko izračunali vsebnost maščob v opranem perju (enačbi
3.4 in 3.5).
Mo = mbm – mb (3.4)
kjer je:
Mo [g] - masa ostanka
mbm [g] - masa bučke po ekstrakciji
mb [g] - masa bučke pred ekstrakcijo
(3.5)
kjer je:
Mo [g] - masa ostanka
mp [g] - masa perja po ekstrakciji
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 27 -
Določanje prisotnosti mikroorganizmov
Na naravnih vlaknih lahko pride do mikrobioloških poškodb, saj so primerno gojišče za
mikroorganizme zaradi visoke higroskopičnosti. Najprimernejše razmere za razvoj in rast
mikroorganizmov pomenijo toplota, vlažnost in mirujoč zrak.
Plesni predstavljajo posebno nevarnost, saj so njihove spore v zraku zelo razširjene. Ko
pridejo v stik z materialom se na njem naselijo in, ob primernih razmerah, na njem tudi
razmnožijo. Najbolje uspevajo v vlažnih in toplih okoljih, v nevtralnem ali rahlo kislem
mediju. Relativno dobro so razpoznavne že s klasičnimi mikroskopskimi tehnikami, v
primeru pa, ko je bil material po napadu mikroorganizmov opran in se na njem nahajajo le še
ostanki plesni, je potrebno za identifikacijo le-teh uporabiti obarvalne metode.
Reakcija mikroorganizmov z barvilom metilensko modro (CI 52015) je redoks reakcija,
s katero lahko spremljamo živost celic. Barvilo je v oksidirani obliki modro, v reducirani pa
brezbarvno. Zato so po reakciji z metilensko modro membrane celic, ki porabljajo kisik (so
žive) brezbarvne, mrtve celice pa se obarvajo modro.
Izvedba
Oprane vzorce perja smo za 4 tedne izpostavili sobni atmosferi, in sicer temperaturi
25°C in relativni vlažnosti okrog 50%.
Analizo prisotnosti mikroorganizmov smo izvedli s pomočjo barvila Metilen modro B
(Merck) [C.I. Basic Blue 9, C.I. 52015] in sicer tako, da smo vlakna položili na objektno
steklo in dodali kapljico reagenta. Po eni minuti smo reagent odstranili iz preparata s pomočjo
filtrirnega papirja in vlakna sprali z destilirano vodo, ki smo jo prav tako odstranili s pomočjo
filtrirnega papirja. Če so prisotni živi mikroorganizmi, se zaradi redukcije barvila le-to
razbarva, saj se porablja kisik.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 28 -
3.4 Meritve in rezultati
Meritve analiziranih vzorcev obdelovalnih kopeli in opranega perja so podane v preglednicah
od 3.3 do 3.7. Izmerjeni so bili naslednji parametri: motnost obdelovalnih kopeli [NTU],
količina trdnih delcev v kopeli [g/100 mL], celotni organski ogljik TOC [mg/L], celotni dušik
[mg/L] in vsebnost maščob [%]. Izvedena je bila tudi analiza prisotnosti mikroorganizmov na
opranem perju po preteku izpostavljanja sobni atmosferi.
Preglednica 3.3: Motnost obdelovalnih kopeli [NTU].
Številka Oznaka Motnost [NTU]
1 1A 68,9
2 1A/1 10,3
3 1A/2 6,48
4 1AUZ 202
5 1AUZ/1 81,0
6 1AUZ/2 53,0
7 1B 116
8 1B/1 8,83
9 1B/2 4,04
10 1BUZ 248
11 1BUZ/1 39,7
12 1BUZ/2 29,5
13 1C 251
14 1C/1 19,6
15 1C/2 10,4
16 2A 881
17 2A/1 30,3
18 2A/2 8,67
19 2A (SK) 43,6
20 2AUZ 716
21 2AUZ/1 55,0
22 2AUZ/2 16,5
23 2AUZ (SK) 37,7
24 2B 600
25 2B/1 45,2
26 2B/2 7,14
27 2B (SK) 39,5
28 2BUZ 198
29 2BUZ/1 58,2
30 2BUZ/2 22,4
31 2BUZ (SK) 36,3
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 29 -
Preglednica 3.4: Količina trdnih delcev v kopeli [g/100mL].
Številka Oznaka Količina trdnih delcev v kopeli
[g/100 mL]
1 1A 0,0298
2 1A/1 0,0171
3 1A/2 0,0150
4 1AUZ 0,0314
5 1AUZ/1 0,0228
6 1AUZ/2 0,0175
7 1B 0,0261
8 1B/1 0,0189
9 1B/2 0,0114
10 1BUZ 0,0274
11 1BUZ/1 0,0157
12 1BUZ/2 0,0164
13 1C 0,0198
14 1C/1 0,0234
15 1C/2 0,0170
16 2A 0,0368
17 2A/1 0,0389
18 2A/2 0,0237
19 2A (SK) -
20 2AUZ 0,0313
21 2AUZ/1 0,0020
22 2AUZ/2 0,0014
23 2AUZ (SK) -
24 2B 0,1153
25 2B/1 0,0385
26 2B/2 0,0245
27 2B (SK) -
28 2BUZ 0,0249
29 2BUZ/1 0,0275
30 2BUZ/2 0,0304
31 2BUZ (SK) -
Vsebnost vlage filtrirnega papirja je znašala povprečno 7,5%.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 30 -
Preglednica 3.5: Povprečne vrednosti celotnega organskega ogljika [mg/L] in standardna
deviacija TOC [mg/L].
Oznaka TOC [mg/L]
STDEV
TOC [mg/L]
1 1A 76,26 6,56
2 1A/1 5,73 0,72
3 1A/2 9,18 0,10
4 1AUZ 36,24 1,61
5 1AUZ/1 3,35 0,02
6 1AUZ/2 1,57 0,04
7 1B 120,00 1,54
8 1B/1 7,30 0,52
9 1B/2 5,95 0,05
10 1BUZ 244,00 13,54
11 1BUZ/1 41,40 4,35
12 1BUZ/2 44,10 0,83
13 1C 230,00 2,96
14 1C/1 13,20 1,53
15 1C/2 0,61 0,01
19 2A (SK) 360,00 0,15
16 2A 454,00 30,45
17 2A/1 372,00 0,26
18 2A/2 6,06 0,13
23 2AUZ (SK) 370,00 2,25
20 2AUZ 501,00 0,42
21 2AUZ/1 77,00 1,26
22 2AUZ/2 23,90 0,55
27 2B (SK) 360,11 3,26
24 2B 434,89 7,76
25 2B/1 49,10 0,07
26 2B/2 11,80 1,03
31 2BUZ (SK) 362,00 0,34
28 2BUZ 247,00 1,56
29 2BUZ/1 76,60 0,07
30 2BUZ/2 16,90 0,10
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 31 -
Preglednica 3.6: Povprečne vrednosti celotnega dušika [mg/L] in standardna deviacija TN
[mg/L].
Ime vzorca TN [mg/L] STDEV TN
[mg/L]
1 1A 27,60 0,13
2 1A/1 2,22 0,02
3 1A/2 1,86 0,02
4 1AUZ 19,10 0,40
5 1AUZ/1 2,19 0,02
6 1AUZ/2 0,42 0,01
7 1B 23,30 0,17
8 1B/1 3,11 0,02
9 1B/2 0,76 0,00
10 1BUZ 13,90 0,38
11 1BUZ/1 5,19 0,06
12 1BUZ/2 2,28 0,03
13 1C 8,04 0,11
14 1C/1 3,52 0,03
15 1C/2 1,18 0,00
19 2A (SK) 0,40 0,02
16 2A 30,71 0,44
17 2A/1 3,89 0,49
18 2A/2 1,25 0,01
23 2AUZ (SK) 0,70 0,02
20 2AUZ 13,50 0,67
21 2AUZ/1 4,23 0,02
22 2AUZ/2 2,46 0,06
27 2B (SK) 0,22 0,05
24 2B 7,55 0,15
25 2B/1 3,70 0,03
26 2B/2 1,85 0,00
31 2BUZ (SK) 0,55 0,04
28 2BUZ 6,08 0,43
29 2BUZ/1 2,53 0,05
30 2BUZ/2 1,13 0,00
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 32 -
Preglednica 3.7: Rezultati določanja vrednosti maščob: masa bučke (Mb), masa bučke z
ekstrahirano maščobo (Mbm), masa ostanka (Mo), masa obdelanega perja
(Mp) in vsebnost maščob [%].
Vzorec Mb
[g]
Mbm
[g]
Mo
[g]
Mp
[g]
Vsebnost
maščob
[%]
2A 105,0164 105,2974 0,2810 13,35 2,1
2AUZ 105,8914 106,1563 0,2649 13,83 1,9
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 33 -
3.5 Diskusija
V okviru diplomske naloge smo ugotavljali, kateri postopek pranja je najbolj optimalen za
dosego želenih lastnosti odpadnega perutninskega perja ob čim manjši porabi energentov,
vode in reagentov. Na opranem perju smo izvedli analizne metode, s katerimi smo ugotavljali
učinkovitost uporabljenih pralnih metod.
Kot prvo analizno metodo smo uporabili metodo določanja motnosti odpadnih pralnih
kopeli, torej kopeli po prvem pranju, ki je trajalo 30 minut, po prvem izpiranju in drugem
izpiranju, oboje pa je trajalo 10 minut. Motnost pralnih kopeli je znašala od 68,10 do 881
NTU, kopeli prvega izpiranja od 10,30 do 81 NTU in drugega izpiranja od 4,04 do 53 NTU.
Največja motnost obdelovalnih kopeli je bila zabeležena v postopku 2A in sicer pri pranju pri
40 °C in ob uporabi pralnega sredstva z (881 NTU), visoko motnost so imele tudi obdelovalne
kopeli postopka 2AUZ in sicer 716 NTU, kjer so bili pogoji enaki, le da je bilo pranje podprto
z ultrazvokom. Visoko motnost kopeli smo izmerili tudi v postopku 2B, kjer je bila
temperatura obdelave 60°C, obdelovalna kopel pa je vsebovala pralno sredstvo (600 NTU).
Za boljšo preglednost rezultatov določanja motnosti, so na diagramu na sliki 3.5
prikazani rezultati motnosti pralnih kopeli. Pri vzorcih kopeli, kjer smo uporabili detergent so
odštete vrednosti motnosti slepih (začetnih) kopeli.
Slika 3.5: Motnost odpadnih kopeli [NTU].
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1A 1AUZ 1B 1BUZ 1C 2A 2AUZ 2B 2BUZ
Mo
tno
st [N
TU
]
Vzorci pralne kopeli
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 34 -
Iz diagrama na sliki 3.5 je razvidno, da zvišanje temperature in uporaba ultrazvoka
zvišata motnost obdelovalnih kopeli, in sicer za okrog 193 % pri vzorcu 1AUZ in 113 % pri
vzorcu 1BUZ. Uporaba detergenta močno (za okrog 12-krat pri vzorcu 2A in za okrog 6-krat
pri vzorcu 2B) zviša motnost kopeli. Pri kopelih ob uporabi detergenta obdelava z
ultrazvokom zmanjša motnost kopeli (2AUZ, 2BUZ). Enak učinek ima tudi povišana
temperatura (2B).
Fotografije obdelovalnih kopeli na slikah 3.6 – 3.8 prikazujejo vpliv temperature,
uporabe ultrazvoka in detergenta na motnost kopeli in potrjujejo izmerjene vrednosti motnosti
prikazane v diagramu na sliki 3.8. Na slikah so ob pralnih kopelih (1A, 1B, 1BUZ, 2A) tudi
vzorci obdelovalnih kopelih po prvem in drugem izpiranju.
Slika 3.6: Vpliv temperature na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci obdelovalnih kopeli
(1A) pri temperaturi 40°C in b) vzorci obdelovalnih kopeli (1B) pri temperaturi 60°C.
1A 1B
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 35 -
Slika 3.7: Vpliv ultrazvoka na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci obdelovalnih kopeli (1B)
pri temperaturi 60°C brez uporabe ultrazvoka in b) vzorci obdelovalnih kopeli
(1BUZ) pri temperaturi 60°C z uporabo ultrazvoka.
Slika 3.8: Vpliv pralnega sredstva na motnost obdelovalne kopeli a) vzorci obdelovalnih
kopeli (1A) pri temperaturi 40°C brez uporabe pralnega sredstva in b) vzorci
obdelovalnih kopeli (2A) pri temperaturi 40°C z uporabo ultrazvoka.
Pralno sredstvo v slepih kopelih ni bistveno vplivalo na motnost kopeli, saj smo merili
tudi slepe kopeli, kjer je bila samo mešanica vode s pralnim sredstvom, vpliv je zanemarljiv.
Iz navedenega lahko sklepamo, da detergent vpliva predvsem na učinkovitejše odstranjevanje
nečistoč in zaradi tega na povečano motnost. Ultrazvok pa verjetno podpira razgradnjo
odstranjenih nečistoč na manjše delce in s tem vpliva na drugačne optične lastnosti kopeli.
Rezultati določanja trdnih delcev v kopeli s pomočjo filtracije so predstavljeni na
diagramu na sliki 3.9. Razvidno je, da je količina trdnih delcev v pralnih kopelih znašala od
0,0198 do 0,1153 g/100 mL, kopeli prvega izpiranja od 0,002 do 0,0389 g/100 mL in kopeli
drugega izpiranja 0,0014 do 0,0304 g/100 mL. S povišanjem temperature pralne kopeli iz
1B 1BUZ
1A
2A
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 36 -
40°C na 60°C in 90°C (1A, 1B, 1C) se količina trdnih delcev v kopeli ne spremeni bistveno.
Ob dodatku detergenta v pralno kopel pa se količina trdnih delcev poveča za približno 50%
pri temperaturi obdelave 40°C (2A) ter celo za 200% pri temperaturi obdelave 60°C (2B).
Dodatna uporaba ultrazvoka v procesih pranja pri nižjih temperaturah, brez dodatka
detergenta ni bistveno vplivala na povečanje količine trdnih delcev v kopelih. Po pranju pri
temperaturi 40°C (1AUZ) se je količina trdnih delcev povišala za 9%, pri temperaturi 60°C
(1BUZ) pa le za 5%. V pralnih kopelih z dodatkom detergenta (2A, 2B) pa podpora
ultrazvoka zniža ostanek trdnih snovi v kopelih, za 65% pri temperaturi 40°C (2AUZ) in za
53% pri temperaturi obdelave 60°C (2BUZ).
Slika 3.9: Količina trdnih delcev v kopeli [g/100 mL]
Povečano količino trdnih delcev v kopeli (2B) po postopku pranja pri temperaturi 60°C ob
dodatku detergenta v primerjavi z vzorcem 1B prikazujeta tudi fotografiji na sliki 3.10.
0
0,02
0,04
0,06
0,08
0,1
0,12
0,14
1A 1AUZ 1B 1BUZ 1C 2A 2AUZ 2B 2BUZ
Ko
liči
na
trd
nih
del
cev
[g
/10
0
mL
]
Vzorci pralne kopeli
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 37 -
Slika 3.10: Ostanek trdnih snovi po postopku pranja pri 60 °C brez uporabe pralnega sredstva
(1B) in ob uporabi pralnega sredstva (2B)
Na osnovi predstavljenih rezultatov določanja motnosti kopeli (slika 3.5) in določanja
količine trdnih snovi (3.9), ki so ostale v kopeli po postopku pranja lahko sklepamo, da tako
uporaba ultrazvoka kot dodatek detergenta v pralnih kopelih omogočata boljše raztapljanje in
razgradnjo trdnih delcev, saj se količina le teh zniža, posledično pa se zato poveča motnost
pralnih kopeli.
Rezultati določanja celotnega organskega ogljika TOC in celotnega dušika TN v
različnih pralnih kopelih in obdelovalnih kopelih po izpiranju so podani v preglednicah 3.5 in
3.6. Diagram na sliki 3.11 pa prikazuje korelacijo izmerjenih vrednosti TOC in TN različnih
pralnih kopeli. Biološke snovi (kot npr. kri in drugi izločki), ki so prisotne v odpadnem
perutninskem perju so glavni vir dušikovih spojin v pralnih kopelih. Najvišje povprečne
vrednosti TN so bile izmerjene v vzorcu pralne kopeli z dodatkom detergenta pri temperaturi
obdelave 40°C (vzorec kopeli 2A). Zvišanje temperature pralne kopeli (60°C in 90°C) in
uporaba ultrazvoka pa povzročita znižanje TN vrednosti pralnih kopeli. Najnižjo vrednost TN
ima tako vzorec pralne kopeli z dodatkom detergenta in ob uporabi ultrazvoka pri temperaturi
60°C (2BUZ).
Možnih razlag za takšen učinek je veliko. Najnižja vrednost TN je bila ugotovljena v
kopeli po pranju pri temperaturi 60°C, ob uporabi ultrazvoka. Znano je, da tako ultrazvok, kot
tudi povišanje temperature pospešujeta nekatere procese in reakcije. Domnevamo lahko, da v
tem primeru ultrazvok in/ali višje temperature obdelave povzročajo različne reakcije, kot tudi
izhlapevanje specifičnih spojin dušika iz pralne kopeli. Procesi pranja so se izvajali v odprtih
sistemih in rezultati določanja TN tako ne morejo služiti kot natančen indikator za
učinkovitost postopka čiščenja odpadnega perja.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 38 -
Slika 3.11: Celotni organski ogljik TOC [mg/L] in celotni dušik TN [mg/L] v odpadnih
pralnih kopelih.
Vrednosti celotnega organskega ogljika TOC so merilo za količino organskih snovi v
odpadnih pralnih kopelih. Iz diagrama na sliki 3.11 je razvidno, da je bila najvišja povprečna
vrednost TOC ugotovljena v kopeli po postopku pranja odpadnega perutninskega perja pri
temperaturi 40°C in dodatku pralnega sredstva (vzorec 2A). Ultrazvok in zvišanje temperature
imata enak vpliv na vrednosti TOC, kot v primeru določanja TN. Oba parametra procesa
pranja vplivata na znižanje TOC vrednosti vseh pralnih kopeli, razen vzorca kopeli 1BUZ.
Pri ekstrakciji maščob v opranem perutninskem perju smo primerjali dva vzorca in sicer
vzorec 2A, kjer je bilo perje obdelano pri temperaturi 40°C ob dodatku pralnega sredstva in
vzorec 2AUZ, kjer je šlo za kombinacijo temperature vode, ki je znašala 40°C, pralnega
sredstva in ultrazvoka. Po ekstrakciji smo perje in ekstrahirano maščobo iz posameznega
vzorca stehtali in izračunali odstotkovno vrednost maščobe v vsakem vzorcu. Vzorec perja 2A
je vseboval 2,1% maščobe, vzorec 2AUZ pa 1,9%, zaradi česar lahko sklepamo, da je
postopek pranja z uporabo ultrazvoka učinkovitejši pri odstranjevanju maščob iz odpadnega
perutninskega perja.
Na koncu je bila na vseh opranih vzorcih določena prisotnost mikroorganizmov. S
pomočjo svetlobnega mikroskopa smo pripravili mikroskopske slike pri ustrezni povečavi. Na
sliki 3.12 je prikazan mikroskopski vzorec opranega perja, opazovan v vodi. Opazovan je
vzorec z oznako 1A, kjer je bilo perje oprano v vodi iz vodovoda pri temperaturi 40°C. Na
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
1A 1AUZ 1B 1BUZ 1C 2A 2AUZ 2B 2BUZ
Vzorci pralnih kopeli
TN
[m
g/L
]
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
TO
C [
mg
/L]
TN TOC
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 39 -
slikah 3.13 – 3.17 pa so prikazani mikroskopski vzorci perja, obarvanega z barvilom
metilensko modro (CI 52015).
Slika 3.12: Vzorec perja 1A, opazovan v vodi, 100× povečava.
Slika 3.13: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 1A in b) vzorec 1AUZ
Slika 3.14: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 1B in b) vzorec 1BUZ
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 40 -
Slika 3.15: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: vzorec 1C
Slika 3.16: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 2A in b) vzorec 2AUZ
Slika 3.17: Rezultati reakcije z barvilom metilensko modro: a) vzorec 2B in b) vzorec 2BUZ
Slike od 3.13 – 3.17 prikazujejo oprane vzorce vlaken perja, po reakciji v barvilu
metilensko modro (CI 52015). Za predele, obarvane modro, lahko predvidevamo, da so na
njih prisotne celice mikroorganizmov. Ker so bili vzorci med 4 tedensko izpostavitvijo sobni
atmosferi v pokritih petrijevkah, lahko sklepamo, da so prisotni mikroorganizmi predvsem
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 41 -
posledica ostankov organskih nečistoč po pranju. Mesta, kjer so prisotne žive celice v skladu s
kemizmom reakcije (glej poglavje 3.3), razbarvajo barvilo. Kjer so celice mrtve oziroma
neaktivne ostanejo modro obarvane. Vidimo lahko, da so na vzorcih, kjer je bilo perje oprano
v vodi brez dodatkov pri temperaturi 40 in 60°C prisotni mikroorganizmi, in sicer tudi žive
celice (svetle kroglaste strukture - sliki 3.13 a in 3.14 a). Obdelava, podprta z ultrazvokom
celo vpliva na prisotnost večjega števila živih celic (sliki 3.13 b in 3.14 b). Pri postopku, kjer
smo perje prali pri 90°C v čisti vodi je največ modro obarvanih mest, kar ni presenetljivo, saj
se pri tej temperaturi zagotovo uničijo vse žive celice (slika 3.15). Vzorci, obdelani v kopeli s
pralnim sredstvom pri obeh temperaturah kažejo ugoden rezultat, saj je obarvanih področij
manj, živih celic pa ni zaznati (slika 3.16 in 3.17). Pranje perja pri temperaturi 60°C ob
dodatku pralnega sredstva se je izkazalo kot zelo primerno, saj so določena področja v
glavnem temno modro obarvana (slika 3.17), s čemer sklepam na uničenje prisotnih
mikroorganizmov. Podpora ultrazvoka se je tukaj izkazala kot primerna, saj slikovna analiza
kaže, da na teh vzorcih vlaken kroglastih struktur ni več prisotnih(sliki 3.16 b in 3.17 b).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 42 -
4 ZAKLJUČEK
Z namenom priprave odpadnega perutninskega perja za nadaljnjo uporabo smo izvedli
različne postopke čiščenja oziroma pranja. Za izvedbo naloge smo uporabili vzorce
industrijsko predčiščenega perja iz podjetja Perutnini Ptuj d.d.. V postopkih čiščenja smo
uporabili različne obdelovalne kopeli (čista voda, dodatek neionogenega pralnega sredstva,
ultrazvočna obdelava) in spreminjali temperature obdelovalnih kopeli (40°C, 60°C in 90°C).
Glede na dobljene rezultate po pranju z različnimi postopki smo z ustreznimi metodami
(določanje motnosti kopeli, določanje količine trdnih snovi, TOC, TN, določanje vsebnosti
maščob, določanje prisotnosti mikroorganizmov) analizirali učinkovitost postopkov čiščenja.
Na osnovi rezultatov analiznih metod lahko zaključim naslednje:
Motnost kopeli je bila največja pri kopeli 2A, kjer smo perje obdelovali pri
temperaturi 40°C ob dodatku pralnega sredstva.
Na motnost kopeli ima značilen vpliv uporaba ultrazvoka, ki v postopkih z vodo brez
dodatkov motnost bistveno zviša, medtem ko jo pri postopkih z dodatkom detergenta
zniža. Predvidevamo lahko, da gre pri tem predvsem za spreminjanje oblike in
velikosti nečistoč in s tem za spreminjanje optičnih lastnosti kopeli. Podobne učinke
ima tudi povišana temperatura.
Samo povišanje temperature pralne kopeli iz 40°C na 60°C in 90°C ni bistveno
vplivalo na količino trdnih delcev v kopeli. Ob dodatku pralnega sredstva v pralno
kopel pa se količina trdnih delcev poveča za približno 50 % pri temperaturi obdelave
40°C ter celo za 200 % pri temperaturi obdelave 60°C.
Dodatna uporaba ultrazvoka v procesih pranja pri nižjih temperaturah, brez dodatka
detergenta ni bistveno vplivala na povečanje količine trdnih delcev v kopelih, pri
uporabi detergenta, pa je UZ vplival na znižanje količine trdnih delcev.
Trenda spreminjanja vsebnosti celotnega organskega ogljika (TOC) in celotnega
dušika v kopelih po različnih postopkih pranja sta popolnoma enaka.
Najvišje vrednosti TOC in TN so bile zaznane v kopeli 2A (40°C in dodatek
detergenta). Zvišanje temperature pralne kopeli (60°C in 90°C) in uporaba ultrazvoka
pa povzročita znižanje TOC in TN vrednosti pralnih kopeli.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 43 -
S podporo ultrazvoka pri procesu pranja pri 40°C in ob dodatku detergenta se odstrani
za 10,5 % več maščob kot s postopkom brez podpore ultrazvoka.
Visoka temperatura (90°C) in/ali uporaba ultrazvoka vplivata na odsotnost živih celic
mikroorganizmov na vzorcih opranega perutninskega perja tudi po 4 tednih
izpostavitve sobni atmosferi.
Na osnovi rezultatov diplomskega dela lahko zaključim, da dodatek pralnega sredstva in
povišanje temperature bistveno izboljšata rezultat čiščenja, in da je najučinkovitejši postopek
pranja ob dodatku pralnega sredstva in temperaturi 60°C (2B).
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 44 -
5 LITERATURA
[1] Al-Asheh Sameer, Banat Fawzi, Al-Rousan Deaya'. Beneficial reuse of chicken
feathers in removal of heavy materials from wastewater. Journal of Cleaner
Production (2003), str. 321 – 326.
[2] Džokić Dimitrije. Hemijska dorada tekstilnog materiala. Beograd : Univerza u
Beogradu Tehnološko – metalurški fakultet, 1976.
[3] Eureka Project: 5851 FeVal Project Description [svetovni splet]. Eureka Secretariat.
Dostopno na http://www.eurekanetwork.org/project/-/id/5851 [10.9.2011].
[4] F. Schmidt Walter, Jayasundera Shalini. Microcrystalline Avian Keratin Protein
Fibers. V: T. Wallenberger Frederick, Weston Norman.Walter F. Schmidt (ur.).
Natural Fibers, Plastics and Composites 2004. Massachusetts : Kluwer Academic
Publishers, 2004, str. 051 – 066.
[5] Fan, Xiuling. Value-added Products from Chicken Feather Fibers and Protein.
Doktorska dizertacija, Alabama, 2008.
[6] Geister, Iztok. Slovenske ptice : Priročnik za opazovanje in proučevanje ptic.
Ljubljana : Mladinska knjiga, 1980.
[7] Informacijski material podjetja Perutnina Ptuj. Rekonstrukcija kafilerije.
[8] Lobnik, Aleksandra. Navodila za vaje pri predmetu Analizna kemija – Okoljska
analitika. Maribor : Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, 2009.
[9] McGovern, Victoria. Recycling Poultry Feathers : More Bang for the Cluck.
Environmental Health Perspectives (2000) vol. 108, no. 8, str. 366 – 369.
[10] Planinski orel : Peresa in perje [svetovni splet]. Osnovna šola Tržič. Dostopno na
http://www2.arnes.si/~sopsosre/Timko99_00/Orel/eva1.htm [21.8.2011].
[11] R. George Brian, Bockarie Anne, McBride Holly, Hoppy David, Scutti Alison.
Utilization of Turkey Feather Fibers in Nonwoven Erosion Control Fabrics. School of
Textile & Materials Technology, Philadelphia, 2003.
[12] Reddy Narendra, Yang Yiqi. Structure and Properties of Chicken Feather Barbs as
Natural Protein Fibers. Journal of Polymers and Environment (2007) vol. 15, str. 81-
87.
[13] Senoz Erman, P. Wool Richard. Hydrogen Storage on Carbonized Chicken Feather
Fibers. Chemical Engineering Department, Newark, 2009.
Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo
- 45 -
[14] Stana – Kleinschek Karin, Fakin Darinka, Golob Vera. Osnove plemenitenja tekstilij :
učbenik. Maribor : Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, 2002.
[15] Strnad, Simona. Naravna in kemična beljakovinska vlakna. Maribor, 2007, str. 17 –
19.
[16] Šostar Turk Sonja, Fijan Sabina. Nega tekstilij in oblačil : skripta. Maribor : Univerza
v Mariboru, Fakulteta za strojništvo, 2000.
[17] Tehnical Information : Sandoclean PC. Clariant.
[18] United States Patent, Ernst Kruchen. Method of Cleaning Poultry Feathers. No.
4,169,706 (1979).