Переработка торфа на кормовую добавку для рыб ферментативным способом Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

ЗАДАЧИ ДОБЫЧИ И ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ТОРФА

Д.В. Снегирёв, О.С. Горфин, Л.Н. Самсонов,

Тверской государственный технический

ПЕРЕРАБОТКА ТОРФА НА КОРМОВУЮ ДОБАВКУ ДЛЯ РЫБ ФЕРМЕНТАТИВНЫМ СПОСОБОМ

Дефицит кормовой базы для рыбоводства объясняется нехваткой качественного калорийного корма и его дороговизной. В решении этой проблемы существенную помощь может оказать органическое вещество -торф. Но в исходном состоянии питательные свойства последнего низки, поэтому было предложено подвергнуть торф специальной переработке, в результате чего его питательные свойства увеличиваются в несколько раз. Наиболее эффективно зарекомендовал себя способ ферментативной переработки. Суть способа - увеличение питательности за счёт увеличения биомассы или другими словами увеличения количества микроорганизмов, находящихся в среде. Для успешного протекания процесса необходимо создать определённые условия, к которым относятся: наличие исходного количества микроорганизмов и питательная среда -комбикорм. В торфе изначально присутствуют определённые популяции микроорганизмов, но для более интенсивного протекания процесса в смесь вводится часть готового продукта в виде «закваски». Для успешного развития микрофлоры необходимо также обеспечить определённую влажность торфа.

Из вышесказанного следует, что целесообразнее всего исследовать количество в смеси «закваски» Q, количество комбикорма Р, а также исходную влажность торфа w. Содержание в смеси комбикорма и «закваски» задаётся, количество минеральных включений в опытах было принято постоянным.

В качестве способа, позволяющего оценить качество получаемой смеси, был использован метод биологической активности (БА). Процесс ферментации преследует цель увеличения биомассы, следовательно, его целесообразнее всего контролировать именно по состоянию микрофлоры среды. Специалистами ВНИИ прудового рыбного хозяйства была разработана методика определения БА (мг С02 / 100 г. сух. в-ва в сутки), которая заключается в определении количества С02 как продукта жизнедеятельности микроорганизмов, чем выше содержание, тем больше микроорганизмов в пробе.

Эксперименты проводились с использованием метода ротатабельного планирования второго порядка. В качестве независимых факторов выбраны Q, Р, w, параметра оптимизации БА. На графике рис. 1 представлены зависимости каждого из факторов на параметр оптимизации. По результатам проведённых исследований удалось получить оптимальное сочетание исследуемых факторов:

Q = 11,65%, Р = 13,25%, w = 76,8%, при которых была получена максимальная величина БА, равная 825 мг С02/100 г. сух. в-ва в сут. Таким образом, при

влажности 76,8% наиболее эффективно происходит развитие микроорганизмов. Но с другой стороны увеличивая влажность, уменьшаем количество сухого вещества торфа, находящегося в смеси, а, следовательно, большую биомассу. Поэтому используем другую величину, оценивающую содержание биомассы в смеси - биологическая активность относительно сухого вещества торфа - БАС, которая получается следующим образом:

БАС=БА (100-ю), условных единиц (у е ).

БА, мг С02/100 г.сух.в-ва сут.

800

700

600

500

і

і V 1 \ 1 \ 2 / \ С, і ^ 1

1 1 1

Э О 3 с

10 1І 20 21 30

10

20

—г~

30

г-

40

40

50

60

70

о,%

—I Р,% 50 —I w,°Л 80

Рис. 1. Зависимо сть Б А от исследуемых факторов:

1 - БА=£(<3), Р=13,25%, '№=76,8%

2 - БА=ВД>), 0=11,65%, \^76,8%

3 - БА=1'(№), Р=13,25%, <3=11,65%

В результате статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии в безразмерном виде:

БАс = 165-4.4X1- 9X2- 20Х,+1.6ХХ-1.8ХХ,-- 3.3Х2Х,+4.8X1 + 6.6Х22 + 52Хз2 (1)

Согласно (1) на величину БАс количество «закваски» Q, (Х1) и комбикорма Р, (Х2) оказывает отрицательное влияние, с их уменьшением БАс возрастает. Также можно отметить, что влажность w, (Х3) со снижением БАс возрастает, так как увеличивается биомасса среды. Наличие квадратичных членов говорит о нелинейности функции БАс = f Ю, Р, w).

На графике рис. 2 представлены однофакторные зависимости БАс = f ^, Р, w). В результате проведённых исследований были определены оптимальные параметры факторов: Q = 11,65%, Р = =13,25%, w = =44,2%, при которых была получена максимальная величина БАс равная 256 у.е.

6 і 1999

243

БАС

у.е.

240

210

1В0

1

! 2

1 3 /

1 1

1 1 ■

ю

1_

15

_1_

20

_1_

25

_1_

30

10

1_

20

_1_

30

_|_

■40

_1_

50

Р °/о

40 50 60 70 30 '

Рис.2. Зависимость БАС от исследуемых факторов:

1 - БАС=ВД), Р=13,25°/о? \л^44?2°/о

2 - БАС=Ґ(Р), <2=11,6594 і*=44,2°/о

3 - БАС=Ґ(У)? Р=13?25°/о? р=11,65%

В опытах максимальная величина параметра оптимизации достигалась за разное время (рис. 3). Поэтому возможно экономически выгодно получить несколько меньшее значение БА, но за более короткое время.

БА . мг СОг

г 100г. сух. в-ва сут.

600 500 400 300 200 100

кИ*

'У X' ** ** **

У'

Ф *

Т,°С

70

60

50

40

30

20

8 16 24 32 40 48 1,час

Рис.З. Кинетика процесса ферментации при составе смеси (торф : комбикорм : закваска"):

1 - 63,8% : 13,2% : 20%, при №=60%;

2 - 47% - 30% - 20%, при \н=76,8%

Для того чтобы сделать вывод об экономической целесообразности процесса ферментации (не учитывая стоимость компонентов смеси), используем другой параметр оптимизации - отношение БА ко времени t наступления её максимума - БА / і, у.е./час. Пересчитаем экспериментальные данные на новый параметр оптимизации. В результате статистической об работки было получено уравнение регрессии в безразмерном виде (2):

244

^=3.6-0.085Х 1 -0.7X 2+0.05Х 3-0.8Х 1Х 2-0.4 Х1Х 3+ 2 2 2 +0.2 X 2X3+0.14X1+ 0.8X2+ 0.02X3 (2)

Если анализировать уравнение по значимости коэффициентов, то становится очевидным, что влажность w оказывает малое влияние на параметр оптимизации, два других фактора Q и Р оказывают такое же влияние на параметр оптимизации, что и на БАс. На рис. 4 представлены однофакторные зависимости БАс Л = f ^, Р, w). Оптимальные значения Q, Р, w, при которых величина БАс Л имеет максимум БАс Л = 5.82 у.е./час, соответственно равны Q = 11.65%, Р = 13.25%, w = 44.2%. При этих же параметрах БАс имеет также максимальное значение.

БАр у.е. Ї ’ час

10 15 20 25 30

■-----■------■------■-------■ Р,%

10 20 30 40 50

■-----■------■------■-------! °/о

40 50 60 70 80 ?

Рис.4. Зависимость БАс^ от исследуемых факторов:

1 - БА^д), Р=13,25%, ^44,2%

2 - БАс=£(Р), <2=11,65%, №=44,2%

3 - БАС= ад, Р=13,25%, <3=11,65%

Таким образом, при установленных оптимальных значениях в процессе ферментативной переработки торфа получается богатая биомассой кормовая добавка и при этом процесс ферментации протекает за минимальное время.

Определив оптимальное содержание смеси, рассмотрим способы интенсификации процесса. Ферментативное выдерживание сопровождается активным выделением тепла. Поэтому можно предположить, что, искусственно увеличивая начальную температуру смеси 1нач, можно ускорить ход процесса. Проведя ряд опытов ферментативной переработки торфа при установленных оптимальных величинах Q, Р и w с разными значениями начальной температуры ^Ч смеси, установили (табл. 1), что с ростом ^Ч до 250С величина БА также увеличивается и при этом процесс протекает более интенсивно - время достижения БАмах уменьшается. Однако при достижении начальной температуры смеси до ^^30^ микроорганизмы, находящиеся изначально в смеси не могут приспособиться к такой

ГИАБ

tнАЧ, “С БА (мг СО2 /100 г сух. в-ва в сутки) т, час

15 180 230

20 290 154

25 320 112

30 208 108

температуре и нормально развиваться, вследствие чего БА уменьшается и при этом загнивание торфа, что недопустимо с точки зрения качества корма.

Если рассматривать кинетику процесса, то своего максимума БА достигает при температурах 45-500С. если сравнить эту величину с оптимальным значением 1нАч = 250С, то можно отметить существенную разницу этих величин. Для более быстрого достижения максимальной величины БА проведём ряд опытов со ступенчатым разогревом смеси. В качестве начальной температуры разогрева примем ^Ч=250С, затем при увеличении температуры смеси в процессе ферментации свыше этой величины температура материала искусственно повышается до ^эКр=30°С. Далее при повышении температуры смеси свыше 300С снова разогреваем материал до 350С. Конечным пределом искусственного разогрева материала был выбран уровень третьей ступени в 400С, так как при этой температуре процесс идёт уже интенсивно. На рис. 5 представлена кинетика процесса ферментации БА = ДТ) и t = ВД со ступенчатым разогревом. Для сравнения на этом же рисунке даны зависимости при тех же параметрах смеси состава и начальной температурой смеси ^Ч=250С. При ступенчатом разогреве удалось сократить время ферментации до 32 часов в отличие от обычного варианта процесса, где время достижения максимума составило 112 часов. При этом удалось сохранить качество ферментируемой смеси - величина БА в обоих случаях практически одинакова.

Полученный оптимальный торфяной компонент был испытан на живом материале ВНИИПРХ. Испытания проводились акваториально согласно норм, разработанных ВНИИПРХ. На основании проведённых работ было дано заключение: использование торфяного кормового компонента (ТКК) в смеси с основными кормами возможно и не вызывает отрицательного воздействия на физиологическое развитие рыбы. По основным питательным свойствам ТКК имел следующие показатели: протеин - 17%, жир - 4,2%, зола -10%, что близко к качеству рыбных комбикормов. Данные по рыбопродуктивности при различных сочетаниях комбикорма и ТКК приведены в табл. 2.________

Комбикорм, % ТКК, % Рыбопродуктивность по отношению к базовому варианту

100 0 1

75 25 1,2

60 40 0,95

Как видно из табл. 2 наиболее целесообразно производить скармливание ТКК с комбикормом в соотношении 25% и 75%, при этом кормовые затраты составили 2,7 кг/кг рыбы, а рыбопродуктивность по отношению к базовому варианту кормления одним комбикормом увеличилась в 1,2 раза.

БА

мг С02/ ЮОг 300 сух.

в-ва 250

17с

200

1 ч

/ 1 * 1

г -- -Г

2

104

40

30

20

111 т,ч

Рис.5. Кинетика процесса ферментации: торф : комбикорм : «закваска» - 72,2 : 13,2 : 11,6.

1 - ступенчатый разогрев; 2 - ^ач =25°С.

---------------- - БА=Дт);

................

Специалистами Г ипроторфа была разработана технологическая схема производства ТКК и определена его стоимость. С учётом коэффициентом инфляции себестоимость 1 кг. ТКК согласно этой технологии составила 952 руб. (по состоянию на 1.10.1996 года). Используя метод ступенчатого разогрева удаётся сократить время производства ТКК в 3,75 раза и, следовательно, снизить удельные цеховые затраты по сравнению с вариантом предложенным Гипроторфом.

Годовой экономический эффект за счёт снижения удельных цеховых затрат составит: ЭГОд 1 = = 340605 тыс. рублей.

Вводя в основной корм ТКК в соотношении 25% или 40% возможно существенно снизить стоимость корма. Годовой экономический эффект от экономии основного корма составит: ЭгОд 2 = 75600000 тыс. рублей (25% ТКК); Э*ГОД 2 = 120975000 тыс. руб. (40% ТКК). Применение смеси 25% ТКК и 75% комбикорма позволяет увеличивать рыбопродуктивность в 1,2 раза. Если сохранять рыбопродуктивность прежней, то кормовые затраты снижаются соответственно на 20%.

Годовой экономический эффект по данной статье составили:

ЭГОд з = 158709600 тыс. рублей.

Суммарный годовой экономический эффект:

Эгод = 234,4 млн. рублей (25% ТКК); Эгод = 123,3 млн. рублей (40% ТКК).

© Д.В. Снегирёв, О.С. Горфин, Л.Н. Самсонов

243