Научная статья на тему 'Повышение экологической безопасности производства пищевой лимонной кислоты'

Повышение экологической безопасности производства пищевой лимонной кислоты Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

CC BY
64
9
Поделиться

Аннотация научной статьи по промышленным биотехнологиям, автор научной работы — Новинюк Л.В., Кулев Д.Х.

With the purpose to decrease volumes of production wastes, sewage and gas emission and to improve substantially environmental conditions new citric acid production technology without sodium citrate formation as intermediate product has been developed and offered. The technology is based on utilization of pure raw material and membrane methods of fermented solution clearing.

Похожие темы научных работ по промышленным биотехнологиям , автор научной работы — Новинюк Л.В., Кулев Д.Х.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Increase of environmental safety of food citric acid production

With the purpose to decrease volumes of production wastes, sewage and gas emission and to improve substantially environmental conditions new citric acid production technology without sodium citrate formation as intermediate product has been developed and offered. The technology is based on utilization of pure raw material and membrane methods of fermented solution clearing.

Текст научной работы на тему «Повышение экологической безопасности производства пищевой лимонной кислоты»

О

ХРАНА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Повышение

экологической безопасности

производства пищевой лимонной кислоты

Л.В. Новинюк, Д.Х. Кулев

Всероссийский научно-исследовательский институт пищевых ароматизаторов, кислот и красителей, Санкт-Петербург

Пищевую лимонную кислоту в России получают путем биосинтеза, используя в качестве сырья свекловичную мелассу и классический цитратный способ выделения кристаллической кислоты из ферментированных растворов (см. рисунок). Недостаток этой технологии -образование значительных объемов отходов производства, сточных вод и газовых выбросов, которые при использовании гексацианоферрата калия могут быть загрязнены цианидами.

На 1 т кристаллической лимонной кислоты образуется от 1,0 до 1,2 т мицелия влажностью 75-80 %, от 2,5 до 3,0 т гипсового шлама влажностью 4050 % и до 15 м3 фильтрата цитрата кальция с содержанием сухих веществ 5-6 %.

Мицелий гриба-продуцента накапливается в процессе ферментации уг-леводсодержащего сырья в лимонную кислоту. В мицелии содержится «сырой протеин», в котором присутствуют практически все незаменимые аминокислоты, углеводы, ферменты, витамины, в том числе группы В и провитамин Р2, а также минеральные вещества.

Схема образования, переработки и использования отходов производства лимонной кислоты цитратным способом

Использование мицелия связано с получением кормового продукта в сухом виде, так как в «нативном» влажном состоянии он подвержен микробиологической порче и не может храниться длительное время. В связи с этим влажную мицелиальную массу сушат до остаточной влажности 10-12 %.

Один из разработанных способов производства сухого мицелия предусматривает высушивание мицелиаль-ной биомассы в горизонтальных вакуум-котлах. Общая продолжительность процесса составляет 7-8 ч, за это время происходит полное удаление свободных цианидов. Возможно получение сухого гранулированного мицелия совместно с наполнителем - свекловичным жомом. Сушку производят горячим воздухом на конвективной ленточной сушилке в течение 2,0 - 2,5 ч. Перспективно использование для сушки гранулированного мицелия установок с виброкипящим слоем. При температуре воздуха 120...140 °С время сушки (с 6 до 10 % влажности) составляет всего 8-10 мин. Но с учетом удаления свободных цианидов сушка мицелия в установках с виброкипящим слоем должна быть не менее 1,5 ч.

Питательная ценность 1 кг сухого мицелия - 0,9-1,1 корм. ед., что позволяет использовать его в качестве эффективной белково-витаминной добавки к кормам животным.

Фильтрат цитрата кальция (ФЦК) и гипсовый шлам (ГШ) образуются на стадии цитратного выделения кристаллической лимонной кислоты. ФЦК -наиболее многотоннажный отход производства лимонной кислоты. Большие объемы этого жидкого отхода сбрасываются на поля фильтрации или направляются на очистные сооружения совместно со сточными водами. В то же время фильтрат содержит ценные азотистые соединения, бетаин и другие питательные компоненты. Хранение и транспортирование ФЦК в «нативном» виде, так же как и мицелия, недопустимо, поэтому его упаривают до содержания сухих веществ 50-60 % и используют как кормовую добавку. Кон-

центрирование ФЦК осуществляют в двухкорпусной вакуум-выпарной установке непрерывного действия фирмы «Виганд». Режим выпаривания определяют, исходя из необходимости сохранения питательной ценности фильтрата как белкового продукта.

Третий отход производства лимонной кислоты - гипсовый шлам, который образуется в процессе химического разложения цитрата кальция серной кислотой. ГШ представляет собой пастообразную массу с содержанием дву-водного сульфата кальция от 82 до 90 %, не обладает вяжущими свойствами.

Одно из основных направлений использования гипсового шлама - его применение в производстве строительных материалов. Для этого необходима предварительная сушка шлама с целью снижения влажности, уменьшения содержания примесей, в том числе цианидов, и придания сыпучих свойств для дальнейшей его переработки. Однако из-за невысокой стоимости строительных изделий и больших энергозатрат на получение цитрогипса на действующих предприятиях не было организовано его производство, и ГШ, как правило, направляют в отвал, что создает дополнительную экологическую нагрузку на окружающую среду.

Все раздельные способы утилизации отходов связаны с необходимостью их предварительной подготовки, удаления избыточной влаги и содержащихся примесей, а следовательно, и с серьезными энергозатратами. В связи с этим разработан достаточно рациональный способ комплексной переработки отходов производства лимонной кислоты в их «нативном» виде в гипсоволокни-стые плиты, не требующий предварительного упаривания ФЦК, сушки мицелия и ГШ [1, 2].

Важный вопрос в производстве лимонной кислоты - очистка сточных вод, в которые поступают промывные воды от мойки оборудования - аппаратов приготовления питательных растворов, посевных и основных ферментаторов, коммуникаций, а также после промывки цитрата кальция. Объем сточных вод от замывов оборудования достигает 24-25 м3, от промывки цитрата кальция - 25-26 м3 на 1 т кристаллической кислоты. Такие стоки имеют кислый характер, содержат мицелиальные остатки, значительное количество взвешенных веществ органического и минерального происхождения. Химический состав сточных вод зависит не только от исходного сырья, но и используемых при ферментации питательных солей и реагентов, применяемых для очистки мелассы и растворов лимонной кислоты. В стоках

присутствуют редуцирующие сахара, аммонийные соединения, сульфаты, нитраты и ферроцианиды. Высокое содержание органических соединений в стоках позволяет использовать биологические методы их очистки.

Газовые выбросы в небольших объемах образуются в отделении ферментации от варочных котлов, посевных и основных ферментаторов. В их составе содержатся лимитируемые по токсичности аммиак, хлор и цианид водорода. Продолжительность максимального выброса этих соединений, образующихся во время внесения реагентов, невелико и составляет примерно 10-20 мин. В химическом отделении имеют место выбросы от нейтрализаторов, реакторов разложения цитрата кальция, участков приготовления известкового молока, сушки и фасовки готовой продукции, помещений и емкостей хранения реагентов. В составе их могут быть сернистый ангидрид, циановодо-род, аэрозоль серной и лимонной кислот, угольная пыль.

Среднесуточные концентрации веществ, загрязняющих промвыбросы производства лимонной кислоты, в целом не превышают среднесуточных предельно допустимых значений (ПДК) для воздуха населенных мест. Для ликвидации атмосферных загрязнений в местах образования промвыб-росов предусмотрены локальные очистные системы.

Вместе с тем до сих пор наиболее проблемной остается полная утилизация отходов производства лимонной кислоты. Несмотря на имеющиеся решения по переработке отходов и переходу на безотходное производство, они в настоящее время практически не реализуются. Объясняется это прежде всего тем, что организация производств по переработке отходов требует высоких материальных и энергетических затрат, приобретения и установки комплектов оборудования, включающих смесители, грануляторы, сушилки, вакуум-выпарные аппараты и другое оборудование. Для размещения производств по переработке отходов необходимы значительные производственные площади. В этом случае предприятию нецелесообразно идти на высокие капитальные затраты и снижение рентабельности производства основной продукции.

Наиболее эффективный путь улучшения экологического состояния производства - переход на принципиально новую технологию лимонной кислоты, позволяющую сократить объемы образования отходов, сточных вод и газовых выбросов. Такая технология разработана специалистами ГУ ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей. Основные принципы ее

PROTECTION OF THE ENVIRONMENT

базируются на использовании потенциально более чистого по сравнению с мелассой сырья, современных мембранных и сорбционных методов очистки ферментированных растворов и бесцитратного способа выделения из них кристаллической кислоты [3].

В качестве углеводсодержащего сырья можно применять сахар-песок, сахар-сырец, полупродукты сахарного производства, крахмал, концентрированные соки сахаросодержащих растений, в частности, сок сорго и другие перспективные в этом отношении источники углерода [4]. При бес-цитратном способе выделение лимонной кислоты осуществляется без стадии нейтрализации и разложения цитрата кальция. При этом исключается образование многотоннажных отходов производства - ФЦК и ГШ (табл. 1).

Использование новой технологии позволяет эффективно решить комплекс технологических и экологических задач. Помимо исключения образования ФЦК и ГШ, снижения выхода мицелия, технология не предусматривает применения токсичных и агрессивных химических реагентов, таких как гекса-цианоферрат калия, концентрированные серная и соляная кислоты, известь, а также позволяет сократить количество стоков и газовых выбросов, снизить степень их загрязнения. Сравнительный анализ данных, представленных в табл. 1 и 2, показывает, что при бесцитратном способе на чистом сырье объем стоков сокращается практически вдвое, исключается загрязнение газовых выбросов сернистыми газами и, что особенно важно, цианидами, повышается безопасность использования мицелия и белкового концентрата, образующегося при ультрафильтрации, в качестве кормовой добавки.

В этом случае, как показывают расчеты, коэффициент экологичности, характеризующий степень безопасности такого производства по отношению к окружающей среде, близок к 1:

К = 1 - К ,

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

э о'

где Ко - коэффициент отходоемкос-ти (для данной технологии в первом приближении Ко = 0).

С точки зрения соответствия современным требованиям рационального природопользования разработанная технология обеспечивает высокий уровень безотходности, что, согласно существующей классификации, позволяет отнести ее к категории безотходных технологий [5]. Внедрение данной технологии - один из эффективных направлений повышения экологической безопасности производства пищевой лимонной кислоты.

Таблица 1

Объемы образования отходов производства и сточных вод при различных способах получения пищевой лимонной кислоты

Объемы образования

Отход цитратный способ на бесцитратный способ на

мелассе сахаре-песке

Мицелий, т/т 1,0-1,2 0,5-0,6

Белковый - 0,30-0,31

концентрат, т/т

Фильтрат цитрата кальция, м3/т 14-15

Гипсовый шлам, т/т 2,5-3,0 -

Сточные воды, м3/т 50-55 24-25

Таблица 2

Состав газовых выбросов при получении лимонной кислоты на мелассе и сахаре-песке

Показатель Пределы значений показателей (среднесуточные) ПДК (среднесуточная)

цитратный способ на мелассе, мг/м3 бесцитратный способ на сахаре-песке, мг/м3 в воздухе населенных мест, мг/м3

Аммиак 0,06-0,08 0,03-0,04 0,04

Цианиды 0,001-0,005 - 0,01

Хлор 0,005-0,01 - 0,03

Сернистый 0,01-0,03 - 0,05

ангидрид

Аэрозоль 0,01-0,05 - 0,01

серной кислоты

Угольная 0,01-0,04 0,01-0,04 2,0

пыль

ЛИТЕРАТУРА

1. НовинюкЛ.В., Гуревич М.А. Исследование комплексной переработки отходов производства лимонной кислоты в гипсоволокнистые плиты//Хранение и переработка сельхозсырья. 1997. № 9. С. 28-29.

2. Новинюк Л.В., Гуревич М.А., Лер-нер Р.Б. Сравнительная оценка эффективности раздельной и комплексной переработки отходов производства пищевой лимонной кислоты//Хранение и переработка сельхозсырья. 1998. № 6. С. 35-36.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

3. Новинюк Л.В., Новицкая И.Б., Ку-лев Д.Х. Особенности мембранной очистки ферментированных растворов лимонной кислоты//Хранение и переработка сельхозсырья. 2005. № 12. С.23-25.

4. Никифорова Т.А., Мушникова Л.Н., Львова Е.Б. Основы микробного синтеза лимонной кислоты. - СПб., 2005.

5. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности АПК России и охрана окружающей среды/Справочник под. ред. Е.И. Сизенко. - М., 1999.