CC BY
36
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
3) в результате экспериментальных исследований получены модели, позволяющие с достаточной точностью рассчитать твердость дна проушины и глубину деформированной зоны;
4) качество проушин, полученных холодным торцовым прессованием, по проверенным показателям удовлетворяет требованиям, предъявляемым ГОСТ 19414-90 и 9330-76;
5) получены модели для расчета прочности соединений на растяжение и изгиб; экспериментально определены поправочные коэффициенты для этих моделей.
Результаты научно-исследовательской работы рекомендуются для оценки и выбора наиболее эффективных конструкций и технологий изготовления шиповых соединений.
Библиографический список
1. Рублева, О.А. Замена фрезерования в операции формирования шипов при сращивании древесных заготовок по длине на обработку давлением / О. А. Рублева, А.О. Российский // Ежегодная регио-
нальная научно-техническая конференция ВятГТУ «Наука - производство - технология - экология».
- Киров, Изд-во ВятГУ - 2000. - Т 3 . - С. 103.
2. Рублева, О. А. Методика проектирования технологического процесса изготовления прямоугольного шипового соединения способом прессования / О.А. Рублева // Актуальные проблемы развития лесного комплекса: материалы международной научно-технической конференции. - Вологда: ВоГТУ, 2008. - С. 67-69.
3. Управление качеством продукции. Справочник / под. ред. В.В. Бойцова, А.В. Гличева. - М.: Издательство стандартов, 1985. - 464 с.
4. Федюкин, В.К. Основы квалиметрии. Управление качеством продукции: учеб. пособие / В.К. Федюкин. - М.: Филинъ, 2004. - 296 с.
5. Спиридонов, А. А. Планирование эксперимента при исследовании технологических процессов / А. А. Спиридонов. - М.: Машиностроение, 1981.
- 184 с.
6. Фрейдин, А.С. Прогнозирование свойств клеевых соединений древесины / А.С. Фрейдин, К.Т. Вуба.
- М.: Лесная пром-сть, 1980. - 224 с.
7. Уголев, Б.Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения: учебник для лесотехнических вузов. Изд.3-е, перераб. и доп. / Б.Н. Уголев. - М.: МГУЛ, 2001. - 340 с.
СОСТАВ ЖИРНЫХ КИСЛОТ «БЕЛВИТАМИЛА» КОНДОПОЖСКОГО
цбк и избыточного активного ила сегежского ЦБК
И.С. ГЕЛЕС, доц. Института леса КарНЦРАН, канд. техн. наук,
Н. А. ВАСИЛЬЕВА, гл. химик аналитической лаборатории Института леса КарНЦ РАН,
М. А. КОРЖОВА, Институт леса КарНЦ РАН
Сточные воды (СВ) целлюлозно-бумажных предприятий содержат в растворенном виде разнообразные органические соединения, различающиеся химическим составом и строением. Удаление основного их количества происходит на биологических очистных сооружениях, где сообщество различных микроорганизмов (активный ил - АИ) использует указанные вещества в качестве источника углеродного питания. При достижении регламентируемых показателей нормативным требованиям считается, что такие СВ не оказывают больше негативного влияния на окружающую среду. Однако возникает другая опасность ее загрязнения - образование значительных количеств избыточного активного ила (ИАИ), для которого пока не найдены оптимальные
методы утилизации [1]. Отчасти его собирают в илонакопителях или после обезвоживания складируют и/или сжигают. Из-за трудности удаления воды сжигание его малоэффективно, при этом атмосфера загрязняется окислами азота и образуется значительное количество зольного остатка. Вместе с тем АИ содержит ряд ценных компонентов, в частности белок (до
43,6 %) [2]. Относительно высокое содержание белка послужило основанием предлагать ИАИ в качестве кормовой добавки в рационах животных. Одним из ее видов рассматривали так называемый «Белвитамил» - ИАИ Кондопожского ЦБК, получаемый путем высушивания суспензии ИАИ в аэрофонтанной сушилке. В нем наряду с белком содержатся различные биологически активные вещества.
164
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Таблица 1
Групповой состав эфирорастворимых веществ «Белвитамила» Кондопожского ЦБК и избыточного активного ила (ПАЖ) Сегежского ЦБК
Показатели Образцы «Белвитамила» Образцы ИАИ
1 2 3 «1С» «2 С» «3 С»
Вещества, экстрагируемые диэтиловым эфиром, % на исх. абс. массу 8,51 7,70 9,84 4,44 2,99 5,90
Состав диэтилового экстракта, % от его массы:
Свободные смоляные и жирные кислоты, в том числе: 34,0 48,9 -
смоляные 13,7 11,4 - 9,93 4,77 1,54
жирные 20,1 36,1 - 33,52 37,09 46,75
Нейтральные вещества, в том числе: 62,8 50,7 - 48,50 42,77 42,43
неомыляемые 38,3 21,2 - 26,18 33,37 23,39
омыляемые 23,6 27,0 - 22,32 16,73 18,70
Из них:
жирные кислоты 18,8 24,4 - 21,48 15,28 14,96
неэтерифицируемые вещества 3,4 2,5 - 0,73 1,06 3,74
Однако присутствие в «Белвитамиле» тяжелых металлов лишило это направление практического применения. «Белвитамил» состоит из микроорганизмов, которые очищают сточные воды, содержащие в том числе некоторое количество моно- и олигосахаридов от сульфитной (бисульфитной) варки еловой древесины. Аналогичный состав имеет ИАИ от очистки СВ сульфат-целлюлозного производства, как было показано при анализе его образцов, взятых на очистных сооружениях Сегежского ЦБК, но он содержит меньше белка и других полезных веществ [3]. В то же время следует отметить, что СВ этих предприятий существенно отличаются по содержанию загрязняющих органических веществ.
В связи с указанными выше ограниченными возможностями использования всей массы ИАИ встает проблема эффективного применения его отдельных достаточно значимых групп соединений.
Определенный интерес, на наш взгляд, представляют экстрактивные вещества (ЭВ), содержание которых может достигать 9 и более процентов (табл. 1). Все эти соединения могут выступать в качестве высококалорийного топлива без загрязнения атмосферы окислами азота, серы, пылевидными выбросами и т.д.
ЭВ ИАИ предприятий ЦБП мало изучены, что послужило основанием для оп-
ределения их группового жирнокислотного состава.
Пробы ИАИ указанных предприятий отбирали в различные периоды года. После их подготовки (подсушка до воздушно-сухого состояния, измельчение, просеивание, отбор средних проб для анализа) экстрагирование вели в аппаратах Сокслета диэтиловым эфиром в течение 24 часов (рабочее время). Экстракты от отдельных аппаратов объединяли, после чего брали две аликвоты, которые упаривали. Полученный остаток сушили до постоянной массы при 105 о С для определения количества ЭВ. Другие аликвоты упаривали в вакууме при температуре 42-45 о С в роторном испарителе, но не сушили, чтобы избежать изменений в соотношении между свободными и связанными группами жирных кислот, что имело место в практике анализа подобных экстрактов. Фракционирование ЭВ и получение метиловых эфиров жирных кислот (МЭЖК) вели по известному методу [4]. Индивидуальный состав МЭЖК каждой фракции определяли методом газожидкостной хроматографии (ГЖХ) с использованием хроматографа «CHROM-5». При анализе применяли стеклянные колонки длиной 250 см и внутренним диаметром 0,3 см, твердыми носителями служили «хроматон N-супер» фракцией 0,16-0,20 мм и «хроматон N-AW-DMCS» фракцией 0,100-0,125 мм.
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
165
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Таблица 2
Индивидуальный состав фракций свободных и связанных жирных кислот в виде их метиловых эфиров образцов «Белвитамила» Кондопожского ЦБК, % от массы кислот
Название кислоты Образец 1 Образец 2 Образец 3
Свободные связанные свободные связанные свободные связанные
Миристиновая отс. отс. отс. 0,19 отс. отс.
Х1 -“- -“- следы 1,39 -“- -“-
Пентадекановая -“- -“- следы 0,39 -“- -“-
Х2 -“- -“- отс. 0,25 -“- -“-
Пальмитолеиновая 21,80 4,53 следы 2,29 0,86 2,00
Пальмитиновая 7,51 19,51 37,05 14,94 9,35 30,56
Маргариновая 4,90 4,42 1,71 8,32 3,22 1,61
Хз Следы следы 0,61 0,48 0,49 0,32
Непредельные С,8 53,65 50,65 46,30 55,76 49,63 47,85
Нондекановая 1,84 0,46 1,68 1,80 отс. 1,02
Арахидоновая отс. следы 2,06 4,27 1,90 4,02
Арахиновая 1,61 7,82 1,83 3,09 14,63 4,95
Х4 0,38 отс. следы 0,40 отс. 0,30
Генейкозановая 0,31 1,92 следы 1,80 3,75 0,20
Эруковая 0,16 0,46 0,15 0,30 следы 0,38
Бегеновая 3,98 4,91 3,29 2,19 6,35 4,23
Трикозановая 0,31 0,61 0,30 следы 0,82 следы
Х5 3,54 2,85 3,96 2,12 2,26 2,56
Х6 отс. следы 0,61 следы 0,49 следы
Х7 -“- следы 0,46 следы 1,48 следы
Х8 -“- следы отс. отс. отс. отс.
Таблица 3
Индивидуальный состав фракций свободных и связанных жирных кислот в виде их метиловых эфиров иАи Сегежского ЦБК (выборка), % от массы кислот
Наименование кислот Образец «1С» Образец «2С» Образец «3С»
свободные связанные свободные связанные свободные связанные
Пальмитолеиновая следы 0,06 следы 0,09 0,32 2,70
Пальмитиновая 42,51 16,83 41,46 15,78 28,20 14,13
Х.7 следы 0,30 следы 0,26 Следы 0,52
Линоленовая следы следы следы следы 4,35 6,43
Линолевая 42,88 43,56 55,69 45,38 54,22 42,87
Стеариновая 8,38 1,52 1,63 1,33 1,98 2,83
Х, следы 0,70 следы 0,65 2,00 0,85
Х23 1,73 36,95 0,26 36,38 3,66 4,70
Х, 4,43 следы 1,05 следы 2,03 0,46
Бегеновая 0,8 0,08 0,06 0,11 1,51 0,70
Лигноцериновая 0,04 отс. следы отс. 1,29 0,35
Примечание: Х, Х22 и т.д. указаны в соответствии с их положением на хроматограммах.
В качестве неподвижной фазы для первого из упомянутых носителей служил силиконовый полимер OV-1 в количестве 3 % от массы хроматона, для второго - лак 2R-446 в количестве 15 %. Расход газов составлял: гелия 30, водорода 40, воздуха 400 мл/мин, детектор пламенно-ионизационный. Для достаточно четкого разделения компо-
нентов применяли как программирование температуры от 100 до 278 °С со скоростью 3 о/мин., так и изотермический режим (196 °С); температура испарителя 230 °С, детектора 200 °С. Для идентификации компонентов использовали метчики. Расчет количественного состава МЭЖК проводили методом внутренней нормализации [5].
166
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
БИОЭНЕРГЕТИКА И БИОТЕХНОЛОГИИ
Из приведенных данных (табл. 1) следует, что в «Белвитамиле» присутствует больше ЭВ, нежели в ИАИ Сегежского ЦБК. Результаты определения группового состава показывают, что в ЭВ ИАИ содержится относительно меньше так называемых «смоляных» кислот и нейтральных веществ, но больше свободных жирных кислот. Ограниченное число независимых анализов не позволяет сделать обоснованные заключения о соотношении различных фракций в ЭВ указанных видов ИАИ.
Во всяком случае, можно отметить тенденцию меньшего различия в количестве свободных и связанных жирных кислот у «Белвитамила», тогда как у ИАИ Сегежского ЦБК свободных жирных кислот существенно больше, нежели связанных (табл. 1). Ценность жирных кислот и целевое использование определяется их составом. Жирнокислотное представительство у образцов «Белвитами-ла» насчитывает 21 кислоту (табл. 2). Для всех трех независимых образцов характерно присутствие 17 индивидуальных кислот.
В одном образце дополнительно были обнаружены четыре низкомолекулярные кислоты, отсутствующие в других. В целом можно считать, что компоненты свободных и связанных кислот представлены компактной группой. Однако содержание одной и той же кислоты в указанных фракциях у разных образцов подвержено сильным колебаниям. Например, у образца «1» «Белвитами-ла» пальмитолеиновой кислоты содержится значительно больше во фракции свободных, нежели связанных кислот, тогда как у образцов «2» и «3» соотношения противоположны. Аналогичные соотношения наблюдаются и для многих других кислот. Важным, на наш взгляд, представляется высокое, достигающее 50 % и более, содержание трех непредельных кислот с 18 углеродными атомами: олеиновой, линолевой и линоленовой. Заслуживает внимание то обстоятельство, что в большинстве случаев содержание непредельных кислот превышает предельные (табл. 2). Это значит, что до 30 % от общей массы ЭВ представлено непредельными кислотами, основную часть которых составляют указанные три кислоты.
При анализе жирнокислотного состава образцов ИАИ Сегежского ЦБК было обнаружено в совокупности значительно большее число индивидуальных веществ - всего у проанализированных ЭВ определено 57 представителей этого класса соединений. Большая часть из них присутствовала в очень небольших количествах, и наблюдались значительные различия между образцами. Поэтому будут рассмотрены кратко только те, которые характерны для трех проанализированных образцов (табл. 3). Одно из отличий состава жирных кислот «Белвитамила» и ИАИ Сегежского ЦБК состоит в том, что у последних во фракции свободных кислот значительный процент составляет пальмитиновая кислота, которой всегда больше, нежели у фракции связанных кислот (табл. 3). Особого внимания заслуживает высокий процент ли-нолевой кислоты в обеих фракциях жирных кислот. Причем, хотя образцы ИАИ Сегежс-кого ЦБК отбирались в разные времена года, процентное содержание указанной кислоты существенно не различается.
Необходимо отметить важную особенность состава жирных кислот ИАИ независимо от различий в составе сточных вод и условий их очистки - высокий процент непредельных кислот (табл. 2 и 3). Это значит, что в устоявшихся ценозах разных предприятий присутствует некоторый общий для них набор микроорганизмов, способный трансформировать органические вещества в непредельные жирные кислоты ряда С18. По-видимому, углеводная составляющая влияет на количество образующихся жирных кислот. Следует отметить, что в природе жирные кислоты, особенно непредельные, составляют основную массу растительных масел, являющихся продуктами питания [6, с. 192-196]. Наряду с этим они находят широкое применение в различных отраслях промышленности и медицине [7, с. 155-156]. Поэтому замена их на жирные кислоты из различных отходов производства имеет важное практическое и социальное значение [8]. В этом отношении следует отметить использование жирных кислот от переработки талловых продуктов сульфатного способа варки в мыловаренном производстве, получении жирующих смесей
ЛЕСНОЙ ВЕСТНИК 4/2010
167
