Строение зерновок, использование составных частей зерновки в пивоварении.
С точки зрения применения злаков в пивоварении и производстве зерновых продуктов следует обратить внимание на следующие структуры зерна: оболочки, алейроновый слой, эндосперм и зародыш. Различают пленчатые и голозерные культуры. Оболочки В пленчатых злаках имеется наружная оболочка, которая называется цветковой, или мякинной. Например, цветковая оболочка ячменя составляет 8-13% массы зерна и состоит из целлюлозы, а также небольшого количества липидов, фенольных соединений, белков и силикатов. Оболочки голозерных злаков (пшеница, рожь, голозерный овес, просо, сорго, гречиха) состоят из плодовой (наружной) и семенной (прилегающей к алейроновому слою) оболочек – рисунок 1.1. Плодовая оболочка представляет собой тонкий слой мертвых клеток, в которых в период вегетации находился хлорофилл. Семенная оболочка – полупроницаемая, она пропускает только воду. В состав клеток семенной оболочки входят целлюлоза (клетчатка), фенольные соединения, в частности процианидин, являющийся причиной коллоидных помутнений пива. Рис 1.1. Морфология зерна Алейроновый слой Показанный на рисунке 1.1. алейроновый слой (АС), состоящий из толстостенных клеток, включает, как правило, несколько слоев. Количество слоев в АС зависит от природы злака. Напрмер у ячменя АС состоит из 3 слоев, у ржи – из 1слоя. 7 АС богат биологически активными веществами. В состав клеток АС входят главным образом белки, липиды, соли фитиновой кислоты, фенольные соединения, в частности феруловая кислота, и мениральные вещества. В алейроновом слое находятся ферменты, некоторые из них – в активной форме. В частности в алейроновом слое содержатся дыхательные ферменты, находящиеся в митохондриях. Клетки всасывающего эпителия также содержат митохондрии. Эндосперм Эндосперм составляет большую часть зерновки. Он состоит из субалейронового слоя, за которым располагаются крупные тонкостенные клетки разнообразной формы, занимающие всю внутреннюю часть эндосперма, как показано на рисунке рис.1.1. В этих клетках находятся мелкие и крупные гранулы крахмала. На риснке 1.2. воказано, что между крахмальными зернами располагается белок. CW – клеточная стенка, LS – крупные крахмальные зерна; P-S – мелкие крахмальные зерна. Рисунок 1.2 – Клеточные стенки эндосперма зерна ячменя Клеточные стенки состоят из β-глюканов и пентозанов (арабиноксилана). Они связаны между собой посредством эфирных связей феруловой кислоты и белка. Зародыш Зародыш имеет в зависимости от культуры разные размеры. Так для ячменя его масса составляет около 3% , у кукурузы 10-14% от СВ зерна. В 8 состав зародыша входят жиры, моно и олиго-сахариды, белки, витамины и микроэлементы. Кроме того в состав зародыша входят ферменты в активной форме.
Методы обеззараживания и очистки сточных вод.
Обеззараживание проводится физическими, химическими, биологическими методами: Химические методы основаны на добавлении в сточные воды дезинфицирующих средств — хлора, марганца, аминов. Это дешевый способ обеззараживания, но при этом ухудшаются качества воды. Высок риск образования токсичных соединений, формирования устойчивости микроорганизмов к хлору. Физические методы включают обработку стоков озоном, ультрафиолетом, ультразвуком. Вода при этом не изменяет состав, сохраняется ее безопасность для последующего использования, нет риска выработки устойчивости микробов. Но физические методы обеззараживания требуют больших затрат, наличия специальных установок. Биологические методы применяются крайне редко. Обеззараживание проводится путем слива канализации в специально созданные пруды, где на них воздействуют живые организмы — микроскопические рачки, полезные бактерии. Способ затратный, требует много времени.
Хлорирование Экономически выгодный способ обеззараживания. В сточные воды добавляют соединения, выделяющие активный хлор: оксид хлора; известь; хлорноватистый кальций, натрий. В начале XX века этот метод остановил вспышки кишечных инфекций. Под действием хлора нарушается структура микроорганизмов, они погибают. В хлораторах готовят раствор хлора необходимой концентрации и подают его в стоки. Виды хлораторов: непрерывного действия — постоянно подают установленные дозы хлора; порционные — выдают установленную порцию хлора через равные промежутки времени; регулирующие — автоматически изменяют дозу реагента с учетом количества сточных вод. Хлорсодержащие вещества вредны для здоровья человека, работать с ними можно только в защитной одежде. Постоянное использование хлоридов ведет к коррозии металлических поверхностей. В хлорированной воде гибнут живые обитатели водоемов. Йод и бром обладают окисляющим действием, разрушая оболочку микроорганизмов. Отличаются большей эффективностью обеззараживания по сравнению с хлором, так как сильнее действуют на вирусы. Йод используют в замкнутых водных системах — например, на космических станциях. Однако йодирование и бромирование сточных вод не получает широкой распространенности. Стоимость этих соединений значительно выше, чем хлорных.
Озонирование. Озон — сильный окислитель, разрушает микроорганизмы путем повреждения их оболочки. Обеззараживание сточных вод озонированием экологически безопасно. Озон разлагается за полчаса, образуя кислород, не оставляет запаха. Поэтому сточные воды после озонирования можно использовать повторно. Эффективность обеззараживания озоном достигает 100 %. Но быстрое разложение озона является одновременно и недостатком. После его распада до кислорода снова появляется риск инфицирования стоков. Активный кислород вызывает коррозию металлических поверхностей. Частое озонирование приводит к быстрому изнашиванию канализационных труб, арматуры.
Ультразвук Ультразвуковые волны уничтожают микроорганизмы, создавая вокруг них область повышенного давления. Действует преимущественно на бактерии. Область распространения ультразвука небольшая, обеззаразить можно тонкий слой воды. Поэтому метод для дезинфекции стоков практически не применяется.
Ультрафиолетовое обеззараживание. Ультрафиолетовое облучение губительно воздействует на микроорганизмы, нарушая их способность делиться. Для обеззараживания воду пропускают через трубу с кварцевыми лампами. Ультрафиолет уничтожает вирусы, бактерии, грибы, споры. Обеззараживание УФ-лучами не изменяет качественный состав воды, безопасно для живых организмов в водоемах. Установка для ультрафиолетового обеззараживания небольшая, легко монтируется. Сам процесс не требует больших затрат ресурсов.
Комбинированные методы очистки стоков Для достижения наибольшей экономической выгоды и экологической эффективности обеззараживания применяют комбинированные методы. Ультразвуковые волны сочетают с ультрафиолетовым облучением, что позволяет добиться полного уничтожения патогенных микробов в больших объемах канализации.
Механическая очистка. Принцип механической очистки заключается в том, что на данном этапе из стоков удаляются все твердые нерастворимые вещества, твердые фракции и примеси, которые могут повредить дальнейшее очистное оборудование и сооружения.
Производится предварительная очистка поступающих на очистные сооружения сточных вод с целью подготовки их к биологической очистке. На механическом этапе происходит задержание нерастворимых примесей.
Механическую очистку сточных вод можно выполнять двумя способами.
Первый способ состоит в процеживании воды сквозь решетки и сита, в результате чего отделяются твердые частицы. Второй способ заключается в отстаивании воды в специальных отстойниках, в результате чего минеральные частицы оседают на дно.
К сооружениям для механической очистки сточных вод относятся:
решётки (или УФС – устройство фильтрующее самоочищающееся),
сита,
песколовки,
Первичные отстойники.
Мембранные элементы.
Септики.
Для задержания крупных загрязнений органического и минерального происхождения применяются решётки и для более полного выделения грубодисперсных примесей – сита
В последнее время мембранная технология становится перспективным способом при очистке сточных вод. Очистка сточных вод с использованием прогрессивной мембранной технологии применяется в комплексе с традиционными способами, для более глубокой очистки стоков и возврат их в производственный цикл.
Очищенные таким образом сточные воды переходят на первичные отстойники для выделения взвешенных веществ.
Метод осаждения используется, например, для очистки сточных вод от взвешенных веществ. Отстаивание основано на свободном оседании (всплывания) примесей с плотностью больше (меньше) плотности воды. Процесс отстаивания реализуют в песколовках, отстойниках (периодического и непрерывного действия), осветлителях, нефтеловушках и жироуловителях.
Другим методом очистки производственных сточных вод и загрязненных вод другого происхождения от крупнодисперсных субстанций является метод флотации. Процесс проходит в специальных сооружениях – флотаторах, в которые под давлением подается воздух и сточные воды. Суть данной методики состоит в переносе загрязняющих агентов на поверхность обрабатываемых сточных вод при помощи воздушных пузырьков. Как результат флотации, образуются пенные образования, содержащие загрязнители воды, которые, затем, удаляются особыми скребками. Пузырьки воздуха для флотации могут быть получены механическими способами – при помощи турбин или форсунок, при помощи электрофлотации воды и другими способами.
Для очистки сточных вод от взвешенных веществ используют процеживание, отстаивание, обработку в поле действия центробежных сил и фильтрование.
Процеживание реализуют в решетках и волокноуловителях. В вертикальных или наклонных решетках ширина прозоров обычно составляет 15...20 мм. Для удаления осадка веществ с входной поверхности решеток используют ручную или механическую очистку.
Песколовки используют для очистки сточных вод от частиц металла и песка размером более 0,25 мм. Песколовки защищают отстойники от загрязнения минеральными примесями.
В зависимости от направления движения сточной воды применяют горизонтальные песколовки с прямолинейным и круговым движением воды, вертикальные и аэрируемые.
Отстойники используют для очистки сточных вод от механических частиц размером более 0,1 мм, а также от частиц нефтепродуктов. В зависимости от направления движения потока сточной воды применяют горизонтальные, радиальные или комбинированные отстойники.
Очистку сточных вод в поле действия центробежных сил осуществляют в открытых или напорных гидроциклонах и центрифугах. Открытые гидроциклоныприменяют для выделения из сточной воды крупных твердых примесей со скоростью осаждения более 0,02 м/с. Такие гидроциклоны имеют большую производительность и малые потери напора, не превышающие 0,5 м. Эффективность очистки сточных вод от твердых частиц в гидроциклонах зависит от состава примесей (материала, размера, формы частиц и др.), а также от конструктивных и геометрических характеристик гидроциклона.
Фильтрование применяют для очистки сточных вод от тонкодисперсных примесей с малой их концентрацией. Его используют как на начальной стадии очистки сточных вод, так и после некоторых методов физико-химической или биологической очистки. Для очистки сточных вод фильтрованием применяют в основном два типа фильтров: зернистые, в которых очищаемую сточную воду пропускают через насадки несвязанных пористых материалов, и микрофильтры, фильтроэлементы которых изготовляют из связанных пористых материалов (сеток, натуральных и синтетических тканей, спеченных металлических порошков и т. п.). Фильтрация сточных вод при помощи данного метода можно организовать двумя различными способами: либо под действием силы тяжести – при отстаивании сточных вод, или под действием центробежной силы. Установки, очищающие сточные воды такими способами, как правило, могут удалять нерастворимые взвеси размером более нескольких долей миллиметра. В некоторых случаях применяются магнитные фильтры.
Твердые фракции, такие как песок, волокна, металл и другие материалы, накопившиеся на ситах, решетках, в песколовках, в отстойниках периодически вывозятся на полигоны утилизации, как твердые отходы.
Промышленный обратный осмос – это технология система очистки воды, на которую сделали ставку практически во всех отраслях промышленности. Промышленная система обратного осмоса применяется при подготовке питьевой, котловой, технологической и другой воды, где необходима высокая степень очистки от растворённых в воде ионов, а также используется при обессоливании морской воды. Зачастую промышленные системы обратного осмоса называют «мембранные опреснители воды», т.к. внутри этого оборудования происходит обратноосмотическое обессоливание воды или деминерализация.
Промышленная установка обратноосмотического опреснения включает обычно следующее оборудование: фильтр тонкой очистки воды, система реагентной подготовки, насос высокого давления, блок фильтрующих модулей, датчики и приборы управления. Основной элемент установки обратного осмоса — полупроницаемая обратноосмотическая мембрана, помещённая в корпус. В неё поступает исходная вода, а отводится два потока — очищенная и обессоленная, которая называется пермеатом, и вода с концентрированными примесями, называемая концентратом, которая сливается. Продавливание воды через мембрану ведётся при высоком давлении, которое создает насос, обычно центробежный многоступенчатый или роторный. Для замедления образования нежелательных отложений на мембранах применяется дозирование ингибитора осадкообразования. Для снятия осадков с поверхности мембран используется система химпромывки. Для контроля качества очистки и рН — проточные измерители солесодержания и рН-метры. Для контроля расхода пермеата и концентрата — проточные расходомеры
Физико-химические методы очистки. В настоящее время в связи с использованием оборотных систем водоснабжения существенно увеличивается применение физико-химических методов очистки сточных вод, основными из которых являются флотация, экстракция, нейтрализация, сорбция, ионообменная и электрохимическая очистка, гиперфильтрация, эвапорация, выпаривание, испарение и кристаллизация. Данные методы используют для очистки от растворенных примесей, а в некоторых случаях и от взвешенных веществ.