CC BY
100
ЭКОЛОГИЯ
УДК 620.165.29./088.86/
В.П. Ангелюк ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРЕДЕЛЬНО ДОПУСТИМЫХ НОРМ БРАКА ПО ГЕРМЕТИЧНОСТИ МЕТАЛЛИЧЕСКОЙ КОНСЕРВНОЙ ТАРЫ НА ПРЕДПРИЯТИЯХ МЯСНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Показано направление в разработке предельно допустимых норм брака по герметичности металлической консервной тары для консервных предприятий мясной промышленности, проведенное в экологических аспектах формирования количественных показателей эффективности их продукционных систем.
V.P. Angelyuk THE ECOLOGICAL ASPECTS OF THE LIMIT PERMISSIBLE STANDARD IN THE WASTER TIGHTNESS OF THE METAL CANNING CONTAINERS
IN THE MEAT INDUSTRY
The direction of limit permissible standard in the waster tightness of metal canning containers in the meat industry is proved in the article. That was worked out in accordance with ecological aspects of the forming of effective quantitative changes their production system.
Введенные в Российской Федерации международные стандарты серии 14000 методически обозначили направления оценки экологической эффективности продукционных систем промышленных предприятий. Развитие на их основе систем экологического мониторинга консервных предприятий мясной промышленности предполагает разработку научно обоснованных (базовых и перспективных) количественных показателей предельно допустимых норм брака профильной продукции. Это в свою очередь требует совершенствования методических основ построения и аппаратурно-технического оснащения продукционных систем консервного производства мясной промышленности, основными экологическими аспектами которого являются сбросы отработанных вод.
Существующие данные исследований по изучению состава сточных вод мясоконсервных предприятий, их специфике и характеру образования позволяют охарактеризовать их как сложную, полидисперсную смесь органической, минеральной и бактериальной природы, для которых необходима многостадийная очистка с локальными звеньями в системы водоотведения [1,2,3]. Следует особо отметить, что концентрация загрязнений в стоках значительно
колеблется в течение смены, суток, времени года. На их величину, а также водопотребление оказывают влияние множество факторов: специализация, структура, мощность, оснащенность предприятия, культура производства, вариабельность, многообразие технологических процессов и т.п. [1].Местные требования к качеству производственных сточных вод, отводимых в городскую канализацию ряда городов России, различны [2]. Однако содержание жира во всех случаях лимитируется на весьма низком уровне 20-60 мг/л, что обусловлено необходимостью защиты канализационной сети от жировых отложений и городских очистных сооружений от нарушений в работе систем биологической очистки. Доведение сточных вод мясоперерабатывающих производств до норм сброса в природные водоемы (БПКп -1-6 мгО2/л и ХПК - 15-30 мгО2/л в зависимости от категории водоема) представляет собой главную и серьезную проблему технологической очистки, решение которой осуществляется многостадийно. Применение предварительной очистки с использованием жироловок и флотаторов перед биологической очисткой позволяет снизить содержание жира до остаточных концентраций 25-30 мг/л и нерастворенных органических веществ, приблизительно на 90% (см. рисунок).
Показатели гидромеханической очистки сточных вод консервных предприятий мясной промышленности: х—х - ХПКп;
▲—▲ - БПКп;
■—■ - взвешенные вещества;
♦—♦ - жиры
Уровни очистки, N
График изменения основных показателей сточных вод мясоконсервных предприятий при их предварительной очистке:
1 - исходный уровень показателей; 2, 3 - уровни очистки, после жироловки и флотатора, соответственно; 4 - нормативный уровень
Это способствует стабилизации условий процессов протекания биологической очистки в случае ритмичной работы системы, но без залповых обвальных сбросов загрязненных стоков предприятиями. Методические основы организации продукционной системы мясоконсервного производства объективно допускают нестабильный уровень образования жиросодержащих стоков в технологии основного процесса - формирования герметичной тарной упаковки, что позиционирует его с невысоким коэффициентом надежности в экологических аспектах деятельности продукционной системы [4]. Так, возможны обвальные, залповые, неконтролируемые сбросы загрязненных вод после процесса стерилизации, с которыми не справляются очистные сооружения. Причиной является нарушение целостности консервной тары в процессе стерилизации, прочность и герметичность в производстве которой, как упаковки продукта, должны являться надежными и контролируемыми показателями. Это, по большому счету, отсутствует на большинстве предприятий, особенно малых, где контрольным этапом производства выступает сам процесс стерилизации. Технологический вопрос
здесь проработан до уровня «Технических условий» (ТУ) и даже «Государственных стандартов» (ГОСТов) - брак перерабатывается в менее ценную продукцию, утилизируется и т.д., а решения по экологическим аспектам продукционных систем в производственной деятельности предприятий представлены второстепенно. По сути дела, можно сказать, что осуществляется нейтрализация совершившегося факта, а не его предотвращение.
Концептуальным подходом в решении существа вопроса обозначен комплекс мероприятий, заключающихся в совершенствовании методической базы контроля герметичности консервной упаковки во всех точках технологического цикла ее формирования как тарной емкости для продукта консервации, а также в аппаратурном оформлении процессов контроля и решения в экономических аспектах деятельности предприятий [5]. Здесь потенциальную значимость решения имеет научно-техническая продукция по совершенствованию аппаратурно-технологических схем консервного производства, с общей направленностью разработок - исключение образования брака консервной тары по герметичности и другим видам технологического брака. Она способна в перспективе занять центральное место в создаваемых экологически эффективных продукционных системах консервных предприятий мясной промышленности. Однако отправной точкой в решении вопроса представляются все же мероприятия нормативно-методического плана.
Так, продукция мясоконсервных предприятий учитывается в условных консервных банках. При этом виды брака консервного ассортимента проходят по отчетным бухгалтерским документам в физических банках. Брак до 1% считается технологически допустимым. Его величина обобщенно характеризует устоявшийся уровень организации и культуры производства, но не характеризует экологические аспекты деятельности продукционной системы предприятия. Дело в том, что содержание жира в консервах, как наиболее легко вытекае-мого, экологически опасного их содержимого, попадающего в сточные воды при потере герметичности тары, различно и зависит от вида консервной продукции и номенклатуры тары. Поэтому процент брака по герметичности консервов, который позиционируется после процесса стерилизации таким образом, неоднозначно характеризует функционирование каждого конкретного предприятия (или предприятий при их сравнении) в аспектах экологической деятельности и влиянии на окружающую среду.
В связи с этим, были разработаны предельно допустимые нормы брака (ПДБ) консервов по герметичности [6], где для определения ПДБ было взято за основу «жиросодержание» 0=3,534 мг/л условной номенклатурной банки (353,4 мл). При этом допустимое количество условных бракованных банок (Лс/) с учетом предельно допустимой концентрации (ПДК) водоемов сброса равно
Лс/ = ПДК / С/. (1)
Тогда предельно допустимый сброс (ПДС):
ПДС = дат Сст , (2)
где дст - расход сточной воды; Сст=(ЛС/С/) - концентрация вещества в сточной воде (принимается на уровне концентрации (ПДК), установленном в местах водопользования).
Отсюда число бракованных единиц продукции с нормативным содержанием жира
равно:
ПДБ = Лс/- С// т/, (3)
где т/ - содержание жира в выпускаемом предприятием типоразмере консервной тары соответствующего ассортимента консервов.
Особую значимость приобретает определение ПДБ при организации консервного производства или освоении нового вида продукции. Здесь в целях систематизации видового ассортимента при расчете показателей экологической эффективности предприятий разработана классификация мясных консервов по содержанию в них жира.
А именно, содержание жира в баночных консервах составляет от 3-4% до 10% и более в обеденных, мясорастительных и субпродуктовых («Борщ флотский», «Фасоль, горох или чечевица с мясом», « Каша с мясом», «Мясо с картофелем» и т.п.); около 20% и много выше в натурально-кусковых, паштетных, в зависимости от вида («Мясо тушеное», «Паштет Пражский», «Паштет печеночный» и т.п., в соответствии с ТУ). Достаточно высокий процент жира содержится в новых видах консервов с разнообразными пищевыми добавками [6]. Предлагается, в соответствии с последующими заключениями, классифицировать мясные консервы по содержанию жира на две категории: с содержанием жира до 10% отнести к I категории, выше 10% - ко II категории. При этом в I категории обозначить: а) слабожирные до 5%; б) жирные 5-10%. Такой подход позволит организационно ориентировать производителя на ассортимент выпуска, учитывая природоохранные нормы водоемов пользования.
Для примера, одна номенклатурная банка № 9 массой 338 г натурально-кусковых консервов «Свинина тушеная», отнесенная ко II категории, обнаруженная с активным подтеком после стерилизации на «горячей сортировке», обеспечивает концентрацию жира в отработанных сбросовых водах при одном производственном цикле однокорзиночного аппарата стерилизации, не совместимую с предельно допустимым сбросом (ПДС) в рыбоохранные водоемы. Организация производства при таких «качественных показателях» требует наличия развитых технологий очистки, что не всегда доступно малым предприятиям, расположенным рядом с природоохранными водоемами. Поэтому для таких предприятий необходимо рассмотреть нормы видового производства консервной продукции с пониженным содержанием жира, а также жесткой аттестацией технологии и оборудования вплоть до принципиального вопроса о существовании производства как такового вообще. Для предприятий с комплексной переработкой сырья, с развитой (развивающейся) системой охраны окружающей среды и претендующих на высокий экологический аудит возможно и необходимо техникотехнологический пересмотр продукционной системы, именно в экологических аспектах ее деятельности. Имея в виду вышепредставленные положения, предлагается следующее.
Расчеты по формулам (1-3) показывают, что выпуск даже «:слабожирных» консервов вблизи рыбоохранных водоемов в ходовой сейчас консервной банке № 8 и № 9 не возможен, так как находится на уровне случайного брака (1-2 банки) и превосходит допускаемые нормы сброса. Следует особо обратить внимание, что предлагаемая величина численного значения Сг психологически ориентирует на проблемность консервного производства в близости рыбоохранных водоемов (<3 мг/л) уже на стадии предварительных расчетов при его организации.
При таком подходе в оценке производства следует обратить внимание на фасовку продукта в более мелкую тару (банка № 4, 3, 1), что, вообще говоря, находится в соответствии с социально-психологическим фактором снижения порционной массы упаковки продукта. Здесь «достижение» ПДК происходит при ПДБ в несколько физических банок. Это уже является реальным вариантом, позволяющим разработку практических показателей экологической эффективности продукционной системы консервных предприятий, как целевых, так и перспективных.
Достижение целевых показателей экологической эффективности продукционной системы консервных предприятий мясной промышленности обосновывается анализом динамической модели производства, построенной по ресурсно-нормативному методу прогноза [7].
Для создания модели ввели следующие обозначения:
Д- - брак по герметичности консервной тары в г-х точках технологического цикла производства при существующем методическом обеспечении; 1=1, т;
Бго - объем брака на начало прогноза;
Д(7) - объем брака в период прогноза [0,Г0];
АЛг - выбраковка консервной тары по герметичности в г-х точках технологического цикла производства за счет целенаправленных усилий организации;
Ег=Д-+АЛ; - технологическое образование брака консервной тары по герметичности;
ДВ^^Е/^) - прирост образования технологического брака консервной тары по герметичности (дифференцирование по 0;
АЭа - усилия организации по предотвращению брака консервной тары.
Усилия организации по снижению брака по герметичности консервной тары в анализируемый период времени I представим выражением
т
IЭ ($) = Е (). (4)
2=1
Норматив брака (предельно допустимая норма брака) в период прогнозирования [0,70] представим в виде
т
I В, (Т) = (ПДБ), (5)
, = 1
где Т - минимальное время процесса, позволяющее достичь норматива брака консервной тары; при этом, в связи с тем, что для периода прогноза Т0 представляет собой результат технологического образования брака, а Т получено из предельно допустимых норм брака, оно
может не совпадать с Т0.
Рассмотрим течение процесса при t+At, в результате чего имеем
В, ^ДО = В, (0 + ДВ,^^ + ДЛ,^^ , (6)
на основании чего составим
Шп + Д)~В(t) или = дв,(t) - Л,3° 3,Ц). (7)
д^0 Дt Ш
Таким образом, учитывая выражения (4)-(7), запишем условия оптимизации математической модели в виде
Т ^ шт ШВ
= Щ (t) - Л13°Е1 (0; dt
Вг(t) > 3(В,); /=1,_т;
т
1 В, (Т) = (ПДБ);
2 =1 т
13, ^) = Е ^) - ограничения
(8)
2=1
3,(0 > 0,
Здесь 3(В,) - экологически обоснованные нормы основных показателей сбросовых вод мясоконсервного производства региона.
Решение поставленной задачи оптимального быстродействия осуществим на основе принципа максимума Понтрягина [8].
Составим функцию Гамильтона
Н = IV, (ДВ, - Л, 3° (I) 3^)) ; (9)
1
= 0; ,=1, т , (10)
Ш1
где у, - сопряженные переменные, при которых условия трансверсальности из выражения (8) для конечных значений переменных равны
¥,(Т) = -/; 1=1, т ; / - постоянная , (11)
а сопряженные переменные для модели
¥() = -I ; /=1, т .
Составив функцию Лагранжа по выражению (9) с учетом (8)
ьо = н+V Г£ э (0 - до) ,
(13)
где V - множитель Лагранжа, соответствующий ограничениям (8), продифференцировав (13) по Эг(7) и приравняв нулю производную, находим усилия организации
ЭО) =
V
и
УгаА Ег (*)
Учитывая (14), из (8) получим выражение для ограничений
Е а-1
г-1 \
и
VгаАг Ег (*)
=т ,
(14)
(15)
откуда найдем множитель Лагранжа
Ґ
а-1
V =
щ)
Е а-1
г=1 1
1
(16)
Уга Аг Ег (*) J
Сделав последовательную подстановку в (8)-(15), получим выражение
ЭМ =
а-1
Ґ л Е (І)
т Е а-1 1 г= V 1
() И~ Ч" >
X а-1
1
VгаАг Ег (*)
(17)
при котором и совпадении сопряженных переменных (11) и (12) получим выражение для определения целевых усилий организации
Г \
эт=
К(г)
а-1
1
аАг Ег (*) J
1
аАг Е г (*)
г = 1, да .
(18)
Это выражение показывает, что целевые усилия организации в динамике по управлению функционированием продукционной системы консервных предприятий мясной промышленности в экологических аспектах их деятельности обеспечивают достижение нормативного уровня брака консервной тары по герметичности за минимальное время в рассматриваемый период.
Основные выводы
а-1
а-1
г=1
1. Сточные воды мясоконсервного производства содержат в своем составе трудно-очищаемые жировые составляющие, нейтрализация которых усугубляется спецификой работы продукционных систем предприятий мясной промышленности.
2. Предложена градация мясных консервов по содержанию в них жира, позволяющая ориентировать производителя на ассортиментный выпуск продукции в соответствии с территориальными экологическими условиями.
3. Разработано предложение по расчету предельно допустимых норм брака по герметичности мясных консервов при стерилизации на основе содержания в них жира, позволяющее разработать целевые и перспективные показатели экологической эффективности продукционных систем консервных предприятий мясной промышленности.
4. На основе анализа динамической модели продукционной системы мясоконсервного производства показана принципиальная возможность достижения предельно допустимых норм брака по герметичности мясных консервов целевыми усилиями организации.
ЛИТЕРАТУРА
1. Большаков О.В. Научное и инженерное обеспечение мясной промышленности (проблемно-системный анализ). М.: Пищевая промышленность, 1998. 368 с.
2. Малахов И. А. Очистка сточных вод мясоперерабатывающих предприятий // Мясная индустрия. 2001. № 5. С. 49-51.
3. Нечаев И. А., Афанасьева О.В. Современные технологии очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий // Мясная индустрия. 2001. № 8. С. 54-55.
4. Ангелюк В.П., Самсонов В.Н., Скорляков Д.В. Экологические аспекты развития концепции контроля герметичности металлической тары в производстве мясных консервов // Сб. материалов Междунар. науч. чтений «Белые ночи - 2001». СПб.: МАНЕБ, 2001. С. 73-74.
5. Ангелюк В. П. Нейтрализация экологических рисков продукционной системы консервного производства предприятий мясной промышленности // Сб. материалов Междунар. науч. чтений «Белые ночи - 2004». СПб.: МАНЕБ, 2004. С. 172-173.
6. Поздняковский В.М. Экспертиза мяса и мясопродуктов. Новосибирск: Изд-во Но-восиб. ун-та, 2001. 526 с.
7. Охрана окружающей среды: модели социально-экономического прогноза. М.: Экономика, 1982. 224 с.
8. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров. М.: Наука, 1978. 832 с.
Ангелюк Валентин Петрович -
кандидат технических наук, доцент,
докторант кафедры «Машины пищевой промышленности и теплотехника»
Энгельсского технологического института Саратовского государственного технического университета
