CC BY
152
УДК 636.087.2.
Переработка отходов сельскохозяйственного производства с получением кормовых продуктов, строительных материалов и химической продукции
Е.П. Шишаков, М.О. Шевчук, О.Ю. Рекиш
Учреждение образования «Белорусский государственный технологический университет»
Сельскохозяйственное производство характеризуется значительным количеством отходов и побочных продуктов производства. При выращивании зерновых и масличных культур образуется солома, полова, стебли кукурузы. При выращивании плодов, ягод, винограда -ветви от обрезки деревьев и виноградная лоза. При переработке плодов и ягод - выжимки, гребни, косточки. Значительная часть этих продуктов утилизируется путем сжигания (ветви, лоза) или вывозится в отвал (выжимки, гребни, косточки). Основной причиной указанных явлений является недостаточная изученность химического состава и свойств побочных продуктов, сезонность образования, а также отсутствие экономически эффективных технологий переработки указанных отходов.
Сотрудники Уо БГТУ (г. Минск, Республика Беларусь) имеют значительный опыт в разработке новых и совершенствовании существующих технологических схем переработки отходов сельского хозяйства.
В таблице 1 приведен средний химический состав наиболее распространенных отходов сельскохозяйственного производства.
Таблица 1 - Усредненный состав отходов сельскохозяйственного производства __
Вид отходов Химический состав, % от абс. сухого вещества
водо- зольные легко- трудно- потенциаль ацетильн
растворим ые веществ а гидролизуе мые гидролизуе мые ный выход фурфурола ые группы
вещества полисахари ды полисахари ды
Ветви 0,3-0,6 0,7-3,2 18-22 37-41 14-15 4,2-4,4
плодовых
деревьев
Виноградная 0,6-1,2 0,9-1,4 24-27 29-32 13-14 3,8-4,0
лоза
Стебли 0,2-0,4 6,4-8,2 25-28 32-34 17-19 2,5-2,8
кукурузы
Солома рапса 0,2-0,4 5,7-6,2 16-17 32-34 10-11 3,1-3,3
Яблочный 31,1-36,7 4,2-5,4 22-24 20-22 8-9 2,8-2,9
жмых
Рябиновый 28,1-32,2 6,5-7,1 15-17 13-16 9-10 3,1-3,3
жмых
Гребни 14,1-17,2 7,1-8,2 18-19 32-34 9 4,1-4,4
винограда
Свекловичный 0,3-0,5 0,2-0,4 55-57 14-15 6-7 0,8-0,9
жом
Из анализа данных таблицы 1 можно заключить, что ветви плодовых деревьев, виноградная лоза, стебли кукурузы и солома рапса по своему химическому составу пригодны для получения фурфурола и уксусной кислоты. Практически достижимый выход этих продуктов, при использовании некоторых наиболее распространенных катализаторов, приведен в таблице 2.
При использовании автокаталитического процесса гидролиз гемицеллюлоз и образование фурфурола происходят под действием уксусной кислоты, образующейся при отщеплении ацетильных групп, и муравьиной кислоты, образующейся при распаде углеводов. В этих условиях целлюлозная часть исходного сырья практически не разрушается. В то же время лигнин претерпевает значительные изменения: он становится более пластичным. В значительной степени ослабляются связи между волокнами целлюлозы. Целлолигниновый остаток легко размалывается с получением волокнистой массы, пригодной для получения древесно-волокнистых плит (ДВП) «сухим» или «мокрым» способом. При этом, благодаря пластифицированному лигнину, формование плит может происходить без использования дополнительного связующего. По своим механическим показателям полученные ДВП лишь на 20-25% уступают плитам, полученным по традиционной технологии из кондиционного древесного сырья. При этом затраты энергии на размол древесной массы меньше в 5-7 раз. Таблица 2 - Выход фурфурола и уксусной кислоты при гидролитической
переработке сел пьскохозяйственных отходов
Вид отходов Выход фурфурола по конденсату, % от а. с. сырья Достижимый выход фурфурола, кг/т сырья Достижимый выход товарной уксусной кислоты, кг/т сырья
авто катал итичес-кий процесс разбавленная серная кислота
Ветви плодовых деревьев 5,2-5,8 8,4-9,1 36-47 22-26
Виноградная лоза 5,2-5,5 8,1-8,8 35-46 20-28
Стебли кукурузы 4,4-4,8 12,5-14.2 72-86 14-21
Солома рапса 4,1-4,8 6,8-7,4 44-50 22-24
При переработке стеблей кукурузы и соломы рапса для получения высоких выходов фурфурола и уксусной кислоты необходимо использовать более активный катализатор - 2-5%-ный раствор Н2304. В этом случае выход фурфурола достигает 72-86 кг на 1 т соломы кукурузы натуральной влажности и 44-50 кг - при переработке рапсовой соломы. Дополнительно можно получить 20-25 кг товарной уксусной кислоты. Целлолигнин, полученный после гидролиза указанных видов сырья, имеет развитую поверхность и пригоден для получения топливных брикетов, пеллет, активных углей, лечебного лигнина
(полифепана, лигносорба) и других продуктов. Свекловичный жом, гребни винограда, яблочный и рябиновый жмых содержат значительное количество водорастворимых веществ, преимущественно сахаров и легкогидролизуемых полисахаридов. Наиболее перспективным направлением переработки этих видов отходов является получение кормовых дрожжей, растительно-углеводных или растительно-белковых кормов.
В первом варианте технология включает следующие этапы: обработку отходов горячей водой (80-95°С, 0,5-1,0 ч), гидролиз гемицеллюлоз (130-140°С, 0,5-1,0%-ный раствор Н2Э04, 1,0-1,5 ч), нейтрализацию гидролизата, охлаждение сусла, внесение засевной культуры дрожжей, жидкофазная ферментация, отделение дрожжевой биомассы, пастеризация и консервация кормового белкового продукта. Готовый продукт содержит 20-25% сухих веществ, в том числе 10-12% полноценного белка, 3-5% жиров, витамины группы В, микро- и макроэлементы. По питательной ценности белковый продукт превосходит зерно злаковых культур. Выход кормового белкового продукта в зависимости от вида переработки отходов достигает 120-480 кг из 1 т отходов натуральной влажности.
Во втором варианте технология включает следующие операции: обработка отходов газообразным аммиаком или аммиачной водой, внесение засевной культуры дрожжей, аэрация полученного субстрата, пастеризация и консервация кормового продукта. Выход кормовой добавки составляет 700-900 кг на 1 т перерабатываемых отходов. Готовая добавка содержит 5-8% полноценного белка, 1,5-2,0% жира, витамины группы В, макро- и микроэлементы.
