Investigating Water and Wastewater Management in the South African Fruit and Vegetable Processing Industry
Date
2020-12
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: The Water Research Commission (WRC) has commissioned updated versions of national surveys (known popularly as the NASTURV reports) dealing with water and wastewater management within various industries. The NATSURVS were originally completed in the late 1980s and early 1990s and were used to determine minimum specific water intake requirements; protect downstream infrastructure and water sources; as well as to provide benchmarking criteria for academia, industry and regulators. The second edition of NATSURV 19 (Water and wastewater management in the fruit and vegetable processing industry) is due to be published in 2021 and will draw heavily on this study and related work. The aim of this study, therefore, is to perform a national survey of water and wastewater management within the fruit and vegetable processing industry. The quality and scope of which should be suitable for inclusion in the updated version of NATSURV 19.
The research processes commenced with an in-depth literature review, with much attention being given to the economic structure of the fruit and vegetable processing industry. This was done to facilitate a more focused selection of key sub-sectors later in the study. Another key component of the literature review was careful documentation of all available methods of reducing water use in food processing, and more specifically, in the processing of fruits and vegetables.
The actual survey process began an application for ethical clearance with the Stellenbosch University research ethics committee (REC), with the actual approval being granted on the 28th of January 2019. The building of an industry database then commenced using a combination of internet research, industry databases and referrals. The operational status of all 78 facilities were thereafter telephonically verified. An internet-based survey was then made available to designated persons within each facility. During the period in which the internet-based survey was available, site-visits to selected facilities were performed. The site-visits included a walk-through audit as well an interview with persons having in-depth knowledge of the processes involved. The data obtained via the internet-based surveys and site-visits was subjected to Qualitative Data Analysis (QDA) using the ATLAS.ti 9 analytic platform. Water consumption and effluent quality parameters were also critically evaluated and compared to the available literature.
Analysis revealed that some of the facilities reported SWI figures comparable or better than that of their international counterparts. In addition to this, some facilities did perform well in relation to the specific water intakes (SWIs) established for certain products in the original 1987 NATSURV, indicating at least anecdotally an improvement in water-use efficiency over the last three decades. The QDA revealed, in general, that raw material washing and facility cleaning were the main consumers of water within surveyed facilities. It was also noted that improvements in water efficiency in the South African FVPI are not only motivated by desire for environmental protection or drought risk, but also for financial reasons. By improving the water efficiency of the processes, savings related to water consumption and effluent disposal could be achieved. With regards to wastewater management, it was discovered that advanced treatments are not generally practiced within the industry, possibly due to the extended pay-back periods associated with the capital expenditure. Only three of the 19 facilities included in the final sample practiced advanced/tertiary treatment. The nature of the immediate surroundings was the primary factor in determining the effluent disposal technique. Rural settings most commonly saw irrigation as the preferred disposal route, whilst urban environments provided the means for discharge into municipal wastewater systems.
The study achieved the aim of providing information and recommendations suitable for the updated NATSURV 19. The investigation has provided a sample of current water and wastewater management practices in the industry, and therefore, future work should seek to focus on individual facilities and the optimisation of processes within them.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die Waternavorsingskommissie (WRC) het dit bekend gemaak dat n reeks van nationale opnames rondom water- en afvalwaterbestuur in industrie (bekend as NATSURV-verslae) opgedateer gaan word. Die NATSURVS is oorspronklik in die laat 1980's en vroeë 1990's voltooi en is gebruik om minimum spesifieke waterinnamevereistes te bepaal; stroomaf infrastruktuur en waterbronne te beskerm; sowel as om kriteria vir die akademie, die industrie en reguleerders te bied. Die tweede uitgawe van NATSURV 19 (Water- en afvalwaterbestuur in die groente- en vrugteverwerkingsbedryf) sal in 2021 gepubliseer word en sal sterk steun op hierdie studie en verwante werk. Die doel van hierdie studie is dus om ondersoek in te stel op die nasionale bestuur van water en afvalwater in die groente- en vrugteverwerkingsbedryf. Die kwaliteit en omvang daarvan moet geskik wees sodat dit deel kan vorm van die opgedateerde weergawe van NATSURV 19. Die navorsingsprosesse is begin met 'n in diepte literatuuroorsig, daar is baie aandag aan die ekonomiese struktuur van die groente- en vrugteverwerkingsbedryf gegee. Die doel hiervan was om later in die studie 'n meer gefokusde seleksie van belangrike subsektore te vergemaklik. ‘n Ander belangrike komponent van die literatuuroorsig was om alle beskikbare metodes hoe waterverbruik in voedselverwerking, en meer spesifiek, in die verwerking van vrugte en groente verminder kan word, noukeurig te dokumenteer. Aansoek om etiese goedkeuring by die Universiteit Stellenbosch se navorsingsetiekkomitee (REC) is gedoen voor die werklike opnameproses kon begin. Die goedkeuring is op 28 Januarie 2019 toegestaan. Daarna is die bedryfsdatabasis gebou met behulp van internetnavorsing, die verskillende databasisse in die industrie en verwysings. Die operasionele status van elk van die 78 fasiliteite is daarna telefonies geverifieer. 'n Internet-gebaseerde opname is daarna beskikbaar gestel aan uitgesoekte persone binne elke fasiliteit. Gedurende die tydperk waarin die internet-gebaseerde opname beskikbaar was, is besoeke aan geselekteerde fasiliteite gedoen. Die besoeke het bestaan uit ‘n in diepte analise van die terrein asook ‘n onderhoude met van die meer ervare personeel. Die data wat via internet opnames en besoeke aan die fasaliteite verkry is, is onderwerp aan kwalitatiewe data-analise (QDA) met behulp van die ATLAS.ti 9-ontledingsplatform. Parameters vir waterverbruik en afvalwaterkwaliteit is ook krities geëvalueer en vergelyk met die beskikbare literatuur. Na ontleding blyk dit dat sommige van die fasiliteite SWI-syfers vergelyk of selfs beter is as die van hul internasionale eweknieë. Sommige fasiliteite presteer ook goed in verhouding tot die spesifieke waterinnames (SWI's) wat in die oorspronklike NATSURV van 1987 vir sekere produkte ingestel is, wat anekdoties 'n verbetering in die watergebruiksdoeltreffendheid gedurende die afgelope drie dekades aandui. Die QDA het aan die lig gebring dat skoonmaak van rouinsette en die fasiliteite self, die belangrikste verbruikers van water was. Daar is ook opgemerk dat verbeterings in waterdoeltreffendheid in die Suid-Afrikaanse groente- en vrugteverwerkingsbedryf nie net gemotiveer word deur die begeerte na beskerming van die omgewing of droogterisiko nie, maar ook om finansiële redes. Deur die waterdoeltreffendheid van die prosesse te verbeter, kan die hoeveelheid waterverbruik en die afvoer van afvalwater verminder word. Wat die afvalwaterbestuur betref, is dit bevind dat gevorderde behandelings gewoonlik nie in die bedryf toegepas word nie, moontlik as gevolg van die lang terugbetalingstydperk van die kapitaalbelegging. Slegs drie van die 19 fasiliteite wat in die finale monster ingesluit is, het gevorderde/tersiêre behandeling beoefen. Die afvalwater verwyderings tegniek bepalende faktor was die aard van die onmiddellike omgewing. Landelike omgewings beskou besproeiing meestal as die voorkeurroete, terwyl stedelike omgewings die middele bied om na munisipale afvalwaterstelsels te stort. Die doel om inligting en aanbevelings te gee wat geskik is vir die opgedateerde NATSURV 19 is deur die studie bereik. Die lig is geplaas oor van die huidige water- en afvalwaterbestuurspraktyke in die bedryf, en daarom moet toekomstige projekte probeer fokus op individuele fasiliteite en die optimalisering van prosesse binne hulle.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die Waternavorsingskommissie (WRC) het dit bekend gemaak dat n reeks van nationale opnames rondom water- en afvalwaterbestuur in industrie (bekend as NATSURV-verslae) opgedateer gaan word. Die NATSURVS is oorspronklik in die laat 1980's en vroeë 1990's voltooi en is gebruik om minimum spesifieke waterinnamevereistes te bepaal; stroomaf infrastruktuur en waterbronne te beskerm; sowel as om kriteria vir die akademie, die industrie en reguleerders te bied. Die tweede uitgawe van NATSURV 19 (Water- en afvalwaterbestuur in die groente- en vrugteverwerkingsbedryf) sal in 2021 gepubliseer word en sal sterk steun op hierdie studie en verwante werk. Die doel van hierdie studie is dus om ondersoek in te stel op die nasionale bestuur van water en afvalwater in die groente- en vrugteverwerkingsbedryf. Die kwaliteit en omvang daarvan moet geskik wees sodat dit deel kan vorm van die opgedateerde weergawe van NATSURV 19. Die navorsingsprosesse is begin met 'n in diepte literatuuroorsig, daar is baie aandag aan die ekonomiese struktuur van die groente- en vrugteverwerkingsbedryf gegee. Die doel hiervan was om later in die studie 'n meer gefokusde seleksie van belangrike subsektore te vergemaklik. ‘n Ander belangrike komponent van die literatuuroorsig was om alle beskikbare metodes hoe waterverbruik in voedselverwerking, en meer spesifiek, in die verwerking van vrugte en groente verminder kan word, noukeurig te dokumenteer. Aansoek om etiese goedkeuring by die Universiteit Stellenbosch se navorsingsetiekkomitee (REC) is gedoen voor die werklike opnameproses kon begin. Die goedkeuring is op 28 Januarie 2019 toegestaan. Daarna is die bedryfsdatabasis gebou met behulp van internetnavorsing, die verskillende databasisse in die industrie en verwysings. Die operasionele status van elk van die 78 fasiliteite is daarna telefonies geverifieer. 'n Internet-gebaseerde opname is daarna beskikbaar gestel aan uitgesoekte persone binne elke fasiliteit. Gedurende die tydperk waarin die internet-gebaseerde opname beskikbaar was, is besoeke aan geselekteerde fasiliteite gedoen. Die besoeke het bestaan uit ‘n in diepte analise van die terrein asook ‘n onderhoude met van die meer ervare personeel. Die data wat via internet opnames en besoeke aan die fasaliteite verkry is, is onderwerp aan kwalitatiewe data-analise (QDA) met behulp van die ATLAS.ti 9-ontledingsplatform. Parameters vir waterverbruik en afvalwaterkwaliteit is ook krities geëvalueer en vergelyk met die beskikbare literatuur. Na ontleding blyk dit dat sommige van die fasiliteite SWI-syfers vergelyk of selfs beter is as die van hul internasionale eweknieë. Sommige fasiliteite presteer ook goed in verhouding tot die spesifieke waterinnames (SWI's) wat in die oorspronklike NATSURV van 1987 vir sekere produkte ingestel is, wat anekdoties 'n verbetering in die watergebruiksdoeltreffendheid gedurende die afgelope drie dekades aandui. Die QDA het aan die lig gebring dat skoonmaak van rouinsette en die fasiliteite self, die belangrikste verbruikers van water was. Daar is ook opgemerk dat verbeterings in waterdoeltreffendheid in die Suid-Afrikaanse groente- en vrugteverwerkingsbedryf nie net gemotiveer word deur die begeerte na beskerming van die omgewing of droogterisiko nie, maar ook om finansiële redes. Deur die waterdoeltreffendheid van die prosesse te verbeter, kan die hoeveelheid waterverbruik en die afvoer van afvalwater verminder word. Wat die afvalwaterbestuur betref, is dit bevind dat gevorderde behandelings gewoonlik nie in die bedryf toegepas word nie, moontlik as gevolg van die lang terugbetalingstydperk van die kapitaalbelegging. Slegs drie van die 19 fasiliteite wat in die finale monster ingesluit is, het gevorderde/tersiêre behandeling beoefen. Die afvalwater verwyderings tegniek bepalende faktor was die aard van die onmiddellike omgewing. Landelike omgewings beskou besproeiing meestal as die voorkeurroete, terwyl stedelike omgewings die middele bied om na munisipale afvalwaterstelsels te stort. Die doel om inligting en aanbevelings te gee wat geskik is vir die opgedateerde NATSURV 19 is deur die studie bereik. Die lig is geplaas oor van die huidige water- en afvalwaterbestuurspraktyke in die bedryf, en daarom moet toekomstige projekte probeer fokus op individuele fasiliteite en die optimalisering van prosesse binne hulle.
Description
Thesis (MScFoodSc)--Stellenbosch University, 2020.
Keywords
Water -- Waste, Water Research Commission, Fruit -- Quality -- Analysis, Vegetables -- Quality -- Analysis, Fruit -- Processing -- Waste disposal, Vegetables -- Processing -- Waste disposal, UCTD