CC BY
5
УДК 628.1
Марченкова Н.А., Азопков С.В.
КОАГУЛЯЦИОННАЯ ОЧИСТКА СТОЧНЫХ ВОД ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВЫХ И СПОРТИВНЫХ ДОБАВОК
Марченкова Наталья Андреевна - бакалавр 4-го года обучения кафедры промышленной экологии; [email protected];
Азопков Сергей Валерьевич - заведующий лабораторией кафедры промышленной экологии; Sergej. [email protected]
ФГБОУ ВО «Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева», Россия, Москва, 125047, Миусская площадь, дом 9.
Представлены результаты лабораторных исследований по выбору коагулянта и оптимальной дозы для очистки модельной воды производства пищевых и спортивных добавок. Для оценки коагуляционной эффективности очистки модельной воды исследовали коагулянты как сульфат алюминия, оксихлорид алюминия и хлорид железа. Определены оптимальные дозы. Установлено, что максимальное снижение содержания взвешенных веществ и показателя цветности достигается в результате использования оксихлорида алюминия с эффективной дозой 83,3 мг/л (в пересчете на AW3), при этом эффективность очистки составила 96,4% от взвешенных веществ и 76,15% по показателю цветности. Для очистки модельной воды производства пищевых и спортивных добавок не рекомендуется применять в качестве коагулянта хлорид железа, так как требуется очень высокая доза и очищенная вода повторно загрязняется водорастворимыми железо-органическими комплексами.
Ключевые слова: коагуляция, очистка сточной воды, сывороточный протеин, спортивное питание, эффективная доза.
SELECTION OF COAGULANT AND EFFECTIVE DOSE FOR CLEANING MODEL WATER FROM WHEY PROTEIN
Marchenkova N.A.
D. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russian Federation
The results of laboratory research on the selection of coagulant and optimal dose for purification of model water for the production of food and sports supplements are presented. Coagulants as aluminum sulfate, aluminum oxychloride and iron chloride were examined to evaluate coagulation efficiency of model water purification. The optimum doses were identified. It has been found that the maximum reduction of suspended solids and chromaticity index is achieved through the use of aluminum oxychloride with an effective dose of 83.3 mg/l (in terms of Al2O3), the purification efficiency was 96.4% for suspended solids and 76.15% for chromaticity index. It is not recommended to use iron chloride as a coagulant for purification of model water for the production offood and sports additives, because a very high dose is required and the purified water is re-polluted with water-soluble iron-organic complexes.
Key words: coagulation, wastewater treatment, whey protein, sports nutrition, effective dose.
Введение
Спортивное питание - относительно новая отрасль пищевой промышленности, поэтому объем производства в России составляет лишь 5% от мирового производства [1]. Основой спортивного питания можно считать белки, так как в них содержатся аминокислоты, которые являются основой эффективного функционирования организма при сильных физических нагрузках.
Одним из главных источников получения протеина является молоко. В первоначальном виде оно содержит казеин (80%) и сыворотку (20%). Молоко створаживают для получения сыра и творога, побочным продуктом является молочная сыворотка, из которой, собственно, получают концентрированную смесь белков - сывороточный протеин [2].
Сывороточный протеин подразделяют на три вида: концентрат сывороточного протеина, изолят и гидролизат сывороточного белка.
Концентрат сывороточного протеина
Концентрат производят с помощью процессов ультрафильтрации и диафильтрации. В результате получают протеиновую смесь с содержанием белка 70-85%. Данные концентраты используются в производстве сухих протеиновых смесей как источник легкоусвояемого белка (быстрые протеины).
Изолят сывороточного белка Изолят получают методом ионного обмена, либо в результате процесса микрофильтрации. На выходе получаем очищенную от жиров и лактозы высушенную сыворотку с содержанием белка 8595%.
Гидролизат сывороточного белка Гидролизат получают кислотным способом (кислотный гидролиз) и ферментативным способом (щелочной гидролиз). Он является формой белка, которая повышает скорость всасывания вещества в ткани, но при этом сохраняет основные аминокислоты в неизменном виде [2].
Экологически выгодно перерабатывать молочную сыворотку, так как это снижает
загрязнение сточных вод и уменьшает количество отходов за счет повторного использования. В Европе и США перерабатывается свыше 80% сыворотки. Наиболее перспективным является выделение концентратов сывороточных белков (КСБ) методом ультрафильтрации, так как они сохраняют в продукте натуральную форму белковых молекул, которые обеспечивают их биологическую активность. Однако в России производство КСБ не развито [3].
Сточные воды производства пищевых и спортивных добавок загрязнены легкоокисляемыми органическими соединениями и взвешенными белковыми частицами. В случае сброса неочищенных сточных вод в водоем снижается концентрации растворенного кислорода в водоемах, это приводит к накоплению донных отложений, и как следствие, к гниению. В связи с этим сточная вода должна проходить очистку в зависимости от места сброса.
Для очистки данных сточных вод применяется нанофильтрация с концентрированием органических соединений, но чаще всего на практике применяют флотационные установки совместно с процессами коагуляцией и флокуляцией (реагентная флотация)
[4-8].
Экспериментальная часть
В работе проводили оценку эффективности коагуляционной очистки модельной сточной воды производства пищевых и спортивных добавок. Для приготовления модельный воды использовали
протеин «Whey 100» польской компании «Trec Nutrition». Данный протеин содержит (в 1 г): 72% белка, 5,67% углеводов, 0,66% жиров, остальные 21,67% - различные ароматизаторы, подсластители и красители. Модель сточной воды готовили растворением определенной навески протеина (5г) в 4л водопроводной воды.
Исходные показатели модельной сточной воды: рН = 7,09, содержание взвешенных веществ = 128 мг/л.—Эффективность коагуляционной очистки определяли по остаточному содержанию взвешенных веществ в очищенной воде фотометрическим методом в соответствии с ГОСТ 3351-74 [9].
Коагуляционную очистку проводили следующим образом: после введения раствора коагулянта в очищаемую воду дополнительно корректировали рН воды 10%-ым раствором NaOH до значения 6,0-6,5 для улучшения процесса коагуляции. В работе использовали следующие коагулянты: хлорид железа, оксихлорид алюминия, сульфат алюминия. Результаты представлены в табл.1, на рис.1 и рис.2.
В результате проведенных экспериментов зафиксировано, что после добавления раствора коагулянта в очищаемую модельную воду, происходит снижение рН воды до 3,07- 4,85 и за счет этого в системе протекают процессы денатурации белковых соединений, являющиеся центрами зародышеобразования и улучшающие процесс коагуляционной очистки.
Коагулянт Доза коагулянта (в пересчете на AhO3),мг/л Значение рН Остаточное значение цветности, град
до подщелачивания после подщелачивания
Хлорид железа 267 3,18 6,68 84,5
283 3,14 6,6 38,16
299 3,1 6,61 36,54
314,4 3,07 6,7 30,29
Оксихлорид алюминия 58,3 4,85 6,73 51,04
66,66 4,8 6,7 16,66
75 4,75 6,74 13,16
83,3 4,7 6,76 7,54
Сульфат алюминия 57,4 4,46 6,01 56,29
63,75 4,42 6,01 34,79
70 4,35 6 30,29
76,5 4,32 6,06 41,41
Таблица 1. Значения рН до и после подщелачивания. Показатель цветности.
\
■1 so 1эо l:c- zoo гм : к
Рис. 1. Остаточные концентрации взвешенных веществ после коагуляционной очистки хлоридом железа.
140 Ш Очсяморидалюминm —è— Сул ырат j л юми н ия
ч 120 —
i ftA
3 s
î 80 — W
S 60 1 S. \
£ 40 M
V
0 10 20 30 Доза 40 коагулянт SO 6 70 ao
Рисунок 2. Остаточные концентрации взвешенных веществ после коагуляционной очистки сульфатом и оксихлоридом алюминия.
На основании данных, представленных в табл. 1, на рис. 1 и рис. 2 было установлено, что наибольшую эффективность коагуляционной очистки по взвешенным веществам и цветности продемонстрировал коагулянт сульфат алюминия с оптимальной дозой 70 мг/л (в пересчете на Л12Оз) по сравнению с оксихлоридом алюминия и хлоридом железа. В случае увеличении дозы сульфата алюминия наблюдается снижение эффективности очистки по взвешенным веществам и цветности ввиду того, что в системе происходит перезарядка поверхности гидролизных частиц алюминия с последующей стабилизацией дисперсной системы.
Заключение
Показано, что возможно применение метода коагуляционной очистки модельных сточных вод производства пищевых и спортивных добавок,
который позволяет снизить содержание взвешенных веществ на 94,7 % и цветности на 76,15 %. Однако, необходимо продолжить исследования в данном направлении с целью снижения показателя цветности, характеризующего содержание растворенных органических соединений.
Список литературы
1) Новокшанова А.Л., Продукты спортивного питания/ А.Л. Новокшанова, Е.В. Ожеганова// Молочная промышленность.- 2012. -№6. - С. 8283.
2) Аракелян С.В., Горб А.Э. Физико-химические основы получения протеиновых продуктов для спортивного питания// Материалы Международной студенческой конференции «Студенческий научный форум».
3) ИТС НДТ 45-2017 Информационно-технический справочник по наилучшим доступным технологиям. Введ.2018-06-01.- Москва: Росстандарт, 2018.-247 с.
4) Свириденко Ю.Я., Использование молочной сыворотки и локальная очистка стоков/ Ю.Я. Свириденко, Э.Ф. Кравченко, О.А. Яковлева// Молочная промышленность.-2008.-№11,-с.58-60.
5) Kuzin E. N., Kruchinina N. E., Gromovykh P.S., TyaglovaYa. V. Coagulants in the Processes of Waste Water Treatment in Dairy Complex Industry // Chemistry for sustainable development 2020. V. 28. P. 388-393
6) Kuzin, E.; Averina, Y.; Kurbatov, A.; Kruchinina, N.; Boldyrev, V. Titanium-Containing Coagulants in Wastewater Treatment Processes in the Alcohol Industry. Processes 2022, 10, 440.
7) Гордиенко М.Г., Кручинина Н.Е., Кузин Е.Н., Войновский А.А. Оптимизация процесса получения отвержденных форм алюмокремниевого флокулянта-коагулянта для применения в очистке сточных вод/ Безопасность в техносфере. -2012. -№ 4. -С. 21 -25.
8) Кузин Е.Н., Кручинина Н. Е. Оценка эффективности использования комплексных титансодержащих коагулянтов в процессах очистки сточных вод машиностроительного производства // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2019. Т. 62. Вып. 10 С. 140 - 146
9) ГОСТ 335174 Вода питьевая. Методы определения вкуса, за паха, цветности и мутности.
