Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Водоотведение региональных предприятий по производству молочной продукции. Монография
.pdf
Кроме того, простота конструкции обуславливает высокую надежность оборудования. Работа ФПЗ характеризуется низкими показателями
начального сопротивления загрузки и потери напора. На регенерацию полимерного материала требуется меньше времени, чем для песка, что снижает объем промывной жидкости. Эффект доочистки для фильтров с плавающей загрузкой составляет по: БПКполн – 65-75%; взвешенным веществам – 70-85%. Принципиальная схема представлена на рисунке 8.8.
Рисунок 8.8. Безнапорный фильтр с плавающей загрузкой: 1 – корпус,
2 – удерживающая решетка, 3– загрузка; 4 – распределительная решетка
Мембранные фильтры. Наиболее современными и эффективными являются мембранные фильтрующие установки. Рынок предлагает два типа
оборудования: ультрафильтрационные и обратноосмотические установки.
Ультрафильтрация – это баромембранный процесс, основанный
на «продавливании» воды через полупроницаемую перегородку (мембрану) под давлением. Размер отверстий пор лежит в пределах от 5нм
до 0,05-0,1 мкм.
В настоящее время ультрафильтрация отлично себя зарекомендовала как технология, обладающая высокой экономической эффективностью и результативностью по степени очистки воды. По своей сути, ультрафильтрация относится к механической фильтрации высокой степени
очистки, так как не затрагивает минерально-солевой состав воды.
91
Во время эксплуатации модули ультра- и микрофильтрации подвержены загрязнению органическими и неорганическими коллоидными
элементами. Вследствие такого загрязнения производительность модулей снижается и необходимо проводить их периодическую чистку.
От правильности организации процесса работы ультрафильтрационных установок существенно зависит срок эксплуатации ультра- и
микро- фильтрационных модулей и в процессе их проектирования
(установок) необходимо учитывать условия, в которых предполагается
работа системы очистки воды.
Стандартные модули ультрафильтрации обеспечивают удаление
бактерий и вирусов на уровне не менее 99,99%, показывая высокую технологическую и санитарную надёжность. Если сравнивать с традиционными методами дезинфекции воды (ультрафиолетовое обеззараживание,
хлорирование, озонирование и т. д.), то при ультрафильтрации происходит физическое устранение микроорганизмов из воды. Это объяснимо
тем, что диаметр пор в ультрафильтрационной мембране значительно
меньше размеров вирусов или бактерий (вирус – 0,02…0,4 мкм, бактерия – 0,4…1,0 мкм, пора – 0,01 мкм).
Система обратного осмоса предназначена для еще более глубокой
очистки и обессоливания воды, удаления органических соединений,
микроорганизмов, взвесей, для подготовки воды хозяйственно-бытового,
промышленного и питьевого назначения.
Обратноосмотическая мембрана очень хорошо отделяет неорганические вещества. Размер отверстий пор лежит в пределах 0,0005-0,0001
мкм. В зависимости от типа применяемой мембраны (ацетатцеллюлозная или тонкопленочная композитная) степень очистки составляет по
большинству неорганических элементов 85%-98%.
Мембрана обратного осмоса также удаляет из воды и органические вещества. Органические вещества с молекулярным весом более
100-200 удаляются полностью; а с меньшим могут проникать через
мембрану в незначительных количествах. Большой размер вирусов и
бактерий практически исключает вероятность их проникновения через
мембрану.
В то же время, мембрана пропускает растворенные в воде кислород и другие газы, определяющие ее вкус. В результате, на выходе системы обратного осмоса получается свежая, вкусная, настолько чистая
вода, что она, строго говоря, даже не требует кипячения.
Основные производители мембранных фильтрующих установок
приведены в Приложении Б (таблица Б.2).
Сравнение эффективности доочистки воды на фильтрах по основным
показателям (взвешенным веществам и БПК) представлено в таблице 8.2.
92
Фильтр с пес-
активированным
(ультрафильтрация,
Взвешенные
Таблица 8.2
Сравнение эффективности фильтров доочистки
Эффекты очистки сточных вод, %
Показатель
вещества
БПК 50-60 65-75 80-85 95-99
Жиры 90 95 95-98 99
чаногравийной
загрузкой,
однослойный
65-70 70-85 80-85 98-99
Фильтр с
полистирольной
плавающей
загрузкой (ФПЗ)
Фильтр с
углем,
однослойный
Мембранный
фильтр
обратный осмос)
8.4. Обеззараживание сточных вод
Обеззараживание или дезинфекция сточных вод осуществляется
на последнем этапе технологической схемы. Для малогабаритных КОС
наиболее популярные методы: 1) ультрафиолетовое УФ-облучение; 2)
обработка раствором гипохлорита натрия.
УФ технология – основной метод обеззараживания сточных вод,
экологически чистая и безопасная альтернатива хлорированию. УФ
обеззараживание сточных вод дает возможность полностью отказаться
от дорогостоящего хлорирования и дехлорирования. УФ метод не оказывает негативного влияния на экологию водоемов и позволяет с минимальными затратами обеспечить соответствие требованиям современных государственных нормативов.
Основными промышленно применяемыми источниками УФ излучения являются ртутные лампы высокого давления и ртутные лампы
низкого давления, в том числе их новое поколение – амальгамные. Лампы высокого давления обладают высокой единичной мощностью (несколько кВт), но более низким КПД (9–12%) и меньшим ресурсом, чем
лампы низкого давления (КПД 40%), единичная мощность которых составляет десятки и сотни ватт. УФ системы на амальгамных лампах чуть
менее компактны, но гораздо более энергоэффективны, чем системы на
лампах высокого давления. Поэтому требуемое количество УФ оборудования, а также тип и количество используемых в нем УФ ламп, зависит
не только от требуемой дозы УФ облучения, расхода и физикохимических показателей качества обрабатываемой среды, но и от условий размещения и эксплуатации.
Для эффективного применения УФ-облучения на КОС необходимо снизить содержание взвешенных веществ до 10 мг/дм
3
. На это спо-
93
собны технологии, включающие этап доочистки (например, фильтры)
или МБР. Для малогабаритных очистных сооружений наиболее подходящими являются УФ - установки проточного типа, монтируемые непосредственно на трубопроводе.
Очищенная вода подвергается облучению, проходя рядом с УФлампами, помещенными в проницаемые для излучения чехлы. В результате воздействия УФ-излучения разрушаются участки ДНК бактерий и
патогенных простейших, а также РНК вирусов, что препятствует их размножению. Для обеззараживания очищенных сточных вод применяются
только лампы низкого давления с длиной волны 254 нм.
Аппараты УФ-обеззараживания для очистных сооружений малой
производительности выпускаются корпусными (напорными).
Отечественные производители выпускают широкую линейку серийных установок УФ-облучения для сточных вод. Их компактные размеры
позволяют размещать установки в помещениях с минимальными объемами.
Основные производители УФО-установок для обеззараживания
очищенных сточных вод приведены в Приложении Б, таблице Б.4.
Способ обеззараживания гипохлоритом натрия связан с использованием реагентов. Современный вариант – использование уже приготовленного концентрированного раствора гипохлорита и подача его в трубопровод при помощи автоматического дозатора. В этом случае необходим автоматический контроль за концентрацией остаточного хлора в воде.
Интересны с точки зрения совершенствования технологий опытные разработки СВЧ-обеззараживания воды [7-8, 50-52, 134], которые
исключают использование реагентов при гарантии высокого качества
обработки.
Как правило, производители малогабаритных блочно-модульных
станций очистки сразу предусматривают встроенную ступень обеззараживания в станциях и на свое усмотрение выбирают необходимое оборудование. В таблице Б.3 Приложения Б представлены производители комплексов
очистки стоков предприятий по производству молочной продукции.
94
9. Переработка и утилизация молочной сыворотки
Исключение творожной и сырной сыворотки из состава сточных
вод предприятия по переработке молока влечет существенной изменение
качества сточных вод в лучшую сторону. Но в этом случае основной
проблемой является необходимость создания отдельного производства
по переработке и утилизации молочной сыворотки. Как правило, для получения качественного и востребованного нового продукта необходимы
дополнительные ресурсы и затраты. Обычно это невыгодно небольшому
предприятию, специализирующемуся на производстве повседневных
молочной продукции.
Известны различные способы переработки молочной сыворотки:
концентрирование, сушка, получение (извлечение) отдельных или комбинированных компонентов, получение (синтез) производных компонентов и
др. Полученные продукты используются для приготовления пищевых добавок, продуктов питания, приготовления кормов и кормовых добавок животных, в фармацевтической промышленности и в других сферах.
Сформированы два основных направления переработки молочной
сыворотки: получение сгущенных и сухих концентратов для производства пищевых продуктов и полуфабрикатов (молочных, мучных, мясных, мороженого, плавленых и мягких сыров, продуктов детского, диетического, лечебного питания и т.д.) [3-5, 16-18, 28, 31, 58, 75, 79, 82, 91,
96- 97, 107, 118, 126-128].
Результаты расчетов, а главное, внедрение ряда технологий на
предприятиях молочной отрасли России [15] показывают, что организация переработки и использование компонентов молочной сыворотки в
составе молочных продуктов обходятся значительно дешевле, чем производство эквивалентного количества молока в сельском хозяйстве. При
этом будут исключены затраты на очистку сточных вод, в которые сбрасывается молочная сыворотка, и для предприятия становится экономически выгодной комплексная переработка молочного сырья.
Наибольший интерес у молочных предприятий вызывает переработка
творожной сыворотки: ее высокая кислотность значительно затрудняет возможность использования при производстве молочных продуктов.
Для переработки кислой сыворотки наиболее перспективна электродиализная обработка, особенно после широкого апробирования технологий в молочной промышленности [16, 18, 58]. В случае использования электродиализа решаются две проблемы, свойственные кислой (творожной и казеиновой) молочной сыворотке: высокая минерализация и
высокая кислотность.
Сравнение состава деминерализованной и натуральной сыворотки
подтвердило, что электродиализ существенно не влияет на качественные
показатели молочной сыворотки, в частности на содержание сывороточных белков и лактозы. Установлено, что с уменьшением содержания со-
95
лей одновременно снижается титруемая кислотность [58]. Деминерализация кислой сыворотки позволяет получить основу с необходимой титруемой (15–25°Т) и активной кислотностью (рН 5,8–6,7).
Пробиотический кисломолочный напиток может служить основой
для создания широкого ассортимента напитков с фруктовыми наполнителями (джемы, концентраты соков, кусочки фруктов и т.д.) и ароматизаторами [18]. Наполнитель добавляют в сквашенный продукт. Для
улучшения органолептических показателей и достижения желаемой
консистенции продукта допускается внесение стабилизатора.
Предлагаемый пробиотический продукт является альтернативой кисломолочным напиткам. По своим физико-химическим и органолептическим
показателям он может быть позиционирован как питьевой йогурт или молочный десерт, что позволяет расширить ассортимент молочных продуктов.
Добавление сывороточных белков, содержащихся в деминерализованной сыворотке, повышает пищевую и биологическую ценность
кисломолочного напитка. Таким образом, пробиотические кисломолочные напитки, произведенные с использованием деминерализованной
молочной сыворотки, являются экономически выгодными вследствие
минимального использования молока и их себестоимость на 20–30%
ниже традиционных продуктов.
Образующаяся при производстве сычужных сыров сыворотка содержит половину сухих веществ молока, в том числе 4,5% лактозы, около 1% белков, до 0,4% молочного жира. Её энергетическая ценность составляет 36% энергетической ценности молока. Кроме того, в подсырную сыворотку переходят практически все водорастворимые витамины
молока, макро и микроэлементы [63].
Очевидна тенденция увеличения объемов промышленной переработки подсырной сыворотки в рассматриваемый период, однако в целом это
составляет не более 1/3 ее ресурсов. Основными видами продукции, вырабатываемой в РФ из нее, являются сухая сыворотка, молочный сахар и альбуминная масса, а также напитки, на выработку которых расходуется более
80% ресурсов сыворотки, подвергаемой промышленной переработке.
Анализ анкетных данных позволил выявить ограниченность ассортимента вырабатываемой в отрасли продукции, а также недостаточно
эффективное использование имеющегося, зачастую технически устаревшего, технологического оборудования.
Анализ экономических показателей показал, что переработка молочной сыворотки позволяет предприятиям получать прибыль в размере до
30% от общей прибыли. Значительное повышение экономических показателей обусловлено как производством и реализацией дополнительной товарной продукции, так и снижением затрат на очистку сточных вод.
Потери сыворотки имеют место на всех группах предприятий, при
этом выявлена общая закономерность − чем ниже мощность предприятия, тем выше удельный вес потерь.
96
Потери большого количества сыворотки объясняются следующими причинами:
– не соблюдается норматив сбора сыворотки, что приводит к
небрежному ее использованию;
– прессы, формовочные столы и другое сыродельное оборудование
не имеют приспособлений для ее сбора;
– на предприятиях нет строгого учета получения и расхода ресурсов сыворотки;
– на мелких предприятиях отсутствует техническая база для ее переработки.
Вместе с тем, высокое содержание способных к окислению органических соединений обусловливает значительный показатель биохимического потребления кислорода (БПК) молочной сывороткой, составляющий 50−60 г О2/дм3 (для сравнения БПК хозяйственно-бытовых
сточных вод в среднем 300 мг О2/дм3). В этой связи попадание молочной
сыворотки в системы канализации, а в аварийных случаях и непосредственно в водоемы, вызывает серьезные экологические проблемы. Простые расчеты показывают, что для окисления органических соединений,
содержащихся в 25 т молочной сыворотки (сыродельный завод средней
мощности), требуется такое же количество кислорода, как для окисления
хозяйственно-бытовых стоков города с населением 40 тыс. человек.
Высокая концентрация легкоокисляемых органических соединений в сточных водах сыродельных заводов может вызвать снижение
концентрации растворенного кислорода в водоемах, а наличие взвешенных частиц белкового происхождения привести к накоплению донных
отложений, для которых характерными являются процессы гниения.
Положение усугубляется еще и тем, что сточные воды на сыродельных предприятиях, как правило, не подвергаются очистке, а степень
загрязненности их органическими соединениями при сбросе в централизованные очистные сооружения определяет и стоимость затрат, связанных с их очисткой до регламентируемых показателей предельно допустимой концентрации (ПДК).
В связи с высокой концентрацией загрязнений и различным их составом сточные воды сыродельных предприятий должны проходить механическую, биологическую и другие виды очистки в зависимости от места
сбора. В случае сброса их в городской коллектор, как правило, требуется
предочистка на локальных очистных сооружениях заводов. Для локальной
очистки образующихся на предприятии стоков (особенно первых ополосков с автомолокоцистерн, молокоприемных танков, транспортных коммуникаций, технологического оборудования аппаратных, сыродельных, маслодельных цехов) целесообразно использование универсальной отечественной нанофильтрационной установки модели УФС фирмы «Элевар»,
предназначенной для концентрирования органических соединений (жира,
белка, лактозы). Установка комплектуется под заданную производитель-
97
ность необходимым количеством фильтрующих элементов по модельному
принципу. При этом полученный концентрат с содержанием сухих веществ до 22% может быть использован для кормовых целей, а фильтрат
(практически чистая вода) направлен на технические или технологические
цели. Согласно выполненным расчетам эта мера позволила бы на 90−95%
сократить попадание органических соединений (ценных компонентов молока) в сточные воды предприятий отрасли. Для предварительной очистки
сточных вод возможно использование также специализированных флотационных установок. Так, флотационная двухступенчатая проточная установка (ФДП) производительностью 20 м3/ч за год может очистить 150 тыс.
м3 сточных вод (сыродельный завод мощностью 2,5 тыс. т сыра в год) до
показателя БПК не более 300 мг О2 на 1 дм3 [17].
При рациональном использовании молочной сыворотки, неутилизируемые ресурсы которой в РФ составляют около 2,5 млн т в год, можно решить следующие две задачи: получение предприятием прибыли за счет реализации дополнительной товарной продукции без увеличения объема заготовляемого молока; повышение экологической безопасности производства
за счет снижения показателя биохимической потребности в кислороде сточных вод предприятий отрасли и, как следствие, затрат на их очистку [4-5].
Требования действующих технических условий распространяются
на сырье молочной сыворотки, получаемую в качестве побочного продукта при изготовлении сыров, творога и казеина и предназначенную
для использования как в натуральном виде, так и для дальнейшей переработки на пищевые, технические и кормовые продукты.
В разделе «Требования к качеству и безопасности» в соответствии
с ГОСТ Р 51740−2001, действующими СанПиН и МР 2.3.2.2327−08
«Методические рекомендации по организации производственного микробиологического контроля на предприятиях молочной промышленности» регламентированы органолептические, физико−химические и санитарно−гигиенические показатели молочной сыворотки сырья. В проекте
ТУ ужесточены требования к транспортной маркировке, введена периодичность контроля по данному показателю и определен его метод. Требования к маркировке сыворотки, изложенные в технических условиях,
соответствуют № 88−ФЗ от 12 июня 2008 г. и ГОСТ Р 51074−97 «Продукты пищевые. Информация для потребителя. Общие требования». В
новой редакции изложен раздел «Правила приемки». В нем приведена
информация, которая должна содержать удостоверение о качестве и безопасности, порядке и периодичности контроля молочной сыворотки сырья. В раздел «Методы контроля» включены новые аттестованные экспресс−методики выполнения измерений массовой доли сухих веществ
рефрактометрическим методом, массовой доли лактозы поляриметрическим методом, массовой доли хлористого натрия методом прямой кондуктометрии. Все это обеспечит оперативность контроля качественных
показателей сыворотки как скоропортящегося вида сырья [4].
98
Многообразие известных способов переработки и использования
молочной сыворотки можно условно разделить на четыре основных
направления: использование ее без обработки (т. е. в натуральном виде);
переработка и применение в виде концентратов; выделение и использование отдельных наиболее ценных компонентов; биологическая переработка.
Использование сыворотки в натуральном виде. Натуральная молочная сыворотка довольно широко используется при выпечке хлеба и хлебобулочных изделий. При этом хлеб обогащается ее полноценными компонентами, что улучшает его биологические и вкусовые качества. Кроме того, введение сыворотки улучшает процесс тестообразования и внешний
вид изделий, замедляет процесс черствения, а также увеличивает до 3%
выход хлеба. Предполагается дальнейшее развитие роста объемов производства напитков на основе молочной сыворотки как одного из наиболее
доступных, не требующих больших капитальных вложений и эксплуатационных (в первую очередь энергетических) затрат. Исследования в этой
области в настоящее время направлены на расширение ассортимента. Производство напитков на основе молочной сыворотки выгодно предприятиям
еще и сезонным совпадением пиков ресурсов сырья и спроса на продукт.
Напитки из натуральной молочной сыворотки представляют особую ценность, поскольку в них содержатся все ее составные части, обладающие
определенными лечебно−профилактическими свойствами. К тому же, их
технология достаточно проста [3-5, 31].
В настоящее время большое распространение на рынке прохладительных напитков получила сыворотка, обогащенная натуральными
фруктовыми и ягодными наполнителями, богатыми углеводами, органическими кислотами, обладающими оригинальным вкусом и запахом.
Высокая пищевая и биологическая ценность сывороточных напитков может быть усилена введением пробиотической микрофлоры.
Дополнительное использование вкусовых и ароматических ингредиентов позволяет достичь требуемых характеристик по консистенции,
вкусу, аромату и другим показателям, определяющим потребительские
свойства напитков [3-5, 31].
Производство сывороточных напитков позволит молочным предприятиям более рационально использовать производственные мощности
и предлагать инновационные продукты, отвечающие современным запросам потребителей.
Значительное количество натуральной молочной сыворотки возвращается сельскому хозяйству, где используется как в качестве корма
взрослому поголовью крупного рогатого скота и свиней, так и при приготовлении разнообразных кормосмесей. Введение ее в кормовые рационы повышает их биологическую ценность, способствует лучшей переваримости и усвояемости растительных кормов.
Производство и использование концентратов из молочной сыворотки. Наиболее рациональные способы сохранения молочной сыворотки с
99
целью использования ее ценных питательных компонентов в производстве
пищевых продуктов и заменителей цельного молока для молодняка сельскохозяйственных животных – сгущение и (или) сушка, позволяющие получать долгосохраняемые, транспортабельные, обладающие высокой питательной и биологической ценностью концентраты. Масса продукта при
выработке сухих концентратов уменьшается в 18−20 раз [3-5, 31].
При этом ее органолептические показатели значительно улучшаются, уменьшается кислотность, повышается растворимость. Деминерализованная сыворотка используется взамен сухого обезжиренного молока в рецептурах мясных и кондитерских изделий, в составе молочного и
сливочного мороженого, в производстве хлебобулочных изделий, молочных продуктов, сухих концентратных смесей, суповых концентратов,
мясных и рыбных паштетов, макарон, майонеза, маргарина и др.
Их изготавливают на основе сгущения и сушки подсырной сыворотки с использованием наполнителей, в качестве которых применяют
обезжиренное молоко, пахту, пшеничную или соевую муку [3-5, 31].
Сухие концентраты используют в кондитерской и хлебопекарной
промышленности, в производстве молочных напитков и плавленых сыров, макаронных изделий, мороженого, майонеза, а также в составе заменителей цельного молока для молодняка сельскохозяйственных животных и стартерных комбикормов. Смесь сухая молочная обезжиренная
(ТУ 9229−081−04610209−2008) представляет собой сухой тонкодисперсный порошок, изготовляемый по технологии сухого смешивания
сухой молочной сыворотки и сухого обезжиренного молока в определенной пропорции. Порошок хорошо растворим в воде.
Смесь применяется для частичной замены сухого обезжиренного
или сухого цельного молока при производстве печенья, вафельных листов, булочек, макарон, мороженого и других молочных, кондитерских и
хлебобулочных изделий [3-5, 31].
Выделение и использование отдельных компонентов молочной сыворотки. Раздельное использование компонентов сыворотки позволяет получить: молочный жир в виде так называемых подсырных сливок, которые
используют в сыроделии и маслоделии; сывороточные белки − наиболее
ценный ее компонент, так как он имеет наивысший коэффициент биологической ценности среди пищевых белков. Перспективным является выделение сывороточных белков в неденатурированном виде методом ультрафильтрации. Такие белки максимально сохраняют свои ценные свойства, и
сфера их применения может быть значительно расширена за счет использования в составе диетических, детских, лечебно−профилактических продуктов и продуктов специального назначения. Этот метод выделения сывороточных белков уже широко применяется за рубежом, однако в России
пока еще не нашел достойного использования. Традиционный способ выделения сывороточных белков − тепловая коагуляция [3-4].
100
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]