CC BY
308
Техногенное воздействие зерноперерабатывающих предприятий
на окружающую среду
Н.П. Володин, В.П. Каминский, Л.В. Чиркова
ВНИИ зерна и продуктов его переработки
На всех этапах работы с зерном от хлебозаготовок до фасовки муки и крупы образуются побочные продукты в виде пыли, примесей, лузги, отрубей, мучки, мелкого и щуплого зерна и др. Эти продукты служат источником возможного загрязнения как производственных помещений, так и окружающей среды: воздушного и водного бассейнов и почвы. Подработка и утилизация этих продуктов - важное направление работы зерноперерабаты-вающих предприятий.
Технология работы с зерном в зернохранилищах (элеваторная промышленность), включающая сушку, очистку, охлаждение, активное вентилирование, газацию, связана с многократным перемещением зерновой массы и сопровождается выделением пыли.
В Российской Федерации для хранения зерна насчитывается более тысячи элеваторов и хлебоприемных предприятий общей вместимостью около 100 млн т.
Мукомольная промышленность России включает 342 специализированных мукомольных завода и 1700 малых предприятий общей производственной мощностью до 30 млн т перерабатываемого зерна в год, фактически перерабатывается в муку 18-20 млн т зерна в год.
Производственные мощности крупозаводов Российской Федерации представлены 224 предприятиями, в том числе 10 рисозаводов, 6 гречезаводов, девять просозаводов, 12 овсозаводов, 20 ячменозаводов, 5 горохозаводов, 5 кукурузозаводов, 2 крупозавода по выработке крупы из пшеницы и мини-крупорушки. Их общая производственная мощность 12 тыс. т в сутки, или 3,5 млн т зерна в год. По данным статистики переработка крупяного зерна в крупу в последнее время фактически составляла 1,5 млн т в год.
Объем образования вторичных сырьевых ресурсов составляет около четверти от объемов переработки зерна.
Задача элеваторной промышленности состоит в приведении принятого зерна в состояние, пригодное для хра-
нения. Все технологическое оборудование элеваторов оснащено активной аспирацией. Аспирационные относы очищаются в циклонах и фильтрах. Незначительное количество пыли в пределах допустимых норм выбрасывается в атмосферу, а осевшая тяжелая фракция используется на кормовые цели, за исключением так называемой «черной пыли», относящейся к некормовым отходам.
Для борьбы с заражением зерна насекомыми-вредителями его обрабатывают химикатами, газируют. Даже при соблюдении всех правил безопасности определенная доля химических реагентов попадает в атмосферу.
Таким образом, предприятия элеваторной промышленности представляют определенную техногенную опасность, однако нарушений предельно допустимых концентраций элеваторной пыли или газа при дегазации производственных помещений, как правило, не наблюдается. Неорганизованные выбросы пыли без очистки происходят только при нарушении установленных правил, чаще всего при разгрузке зерна из автотранспорта, железнодорожных вагонов и вагонов-зерновозов.
Вторичные сырьевые ресурсы, образующиеся при выработке крупы, используются преимущественно на кормовые цели и номинально экологической опасности не представляют. Только жесткая лузга пленчатых культур (риса, гречихи, проса) большей частью вывозится на свалку, загрязняя почву. И хотя объемы ее невелики (около 40-50 тыс. т в год), эта проблема нуждается в разрешении, причем технические решения использования жесткой лузги и даже золы, образующейся при ее сжигании, хорошо известны. В бытность Министерства заготовок в Союзе в 80-х годах был следующий баланс по рисовой лузге: гидролиз - 52 %, кормосмеси - 17, подстилка животным - 4, сжигание - 4 и 23 % вывозили на свалку.
Главная сложность в транспортировании рисовой лузги состоит в ее низкой насыпной массе (100 г/л), что вы-
зывает существенный недогруз автомобильного и железнодорожного транспорта. Прессованием удается уплотнить ее в 4 раза, но на мощных прессах (N=110 кВт, Р=630 т).
Теплотворная способность жесткой лузги находится на уровне древесного угля. Эффективно сжигание жесткой лузги в специальных котлах с применением тепла на технологические и бытовые цели. Гречневая лузга образует мало золы, рисовую лузгу сжигать менее удобно из-за большого количества золы, использование которой тоже нуждается в капиталовложениях.
Гидролиз рисовой лузги был широко распространен в период стабильной экономики. Сейчас многие гидролизные заводы остановлены, производственные связи нарушены.
Прессование топливных брикетов из лузги и продажу их населению для бытового обогрева осуществляют ряд крупозаводов, например, Славянский рисозавод Краснодарского края, гре-чезавод «Урожай» Алтайского края (г. Заринск). Установку брикетирования отходов УБО-2 выпускает Волгоградская компании ЗАО «ЖАСКО». Часть лузги забирают самовывозом металлургические заводы (например, из г. Старый Оскол), кирпичные заводы, производящие пористый кирпич, сельскохозяйственные предприятия для рыхления почвы, утепления деревьев, подстилки скоту.
Полезный поиск повышения эффективности применения вторичных зерновых ресурсов провел Сибирский филиал ВНИИЗ. Ученые установили, что белки зерна овса близки по аминокислотному составу к белкам организма человека и в наиболее полной мере могут использоваться для построения собственных белков человеческого организма. Глубокая переработка овсяной кормовой мучки и лузги позволила извлечь высокобелковые фракции из мелкодисперсно измельченных отрубей и создать новые виды высокобелковых продуктов. Реализация предложений ученых позволит не только существенно повысить эффективность использования вторичных сырьевых ресурсов крупяного производства, но и расширить ассортимент хлебобулочных изделий массового и лечебно-профилактического назначения, обладающих повышенной пищевой и биологической ценностью. Овсяные высокобелковые продукты можно также с успехом добавлять в рационы откорма животных и птиц.
Просяная лузга тоже оказалась благодатным сырьем для получения нового вида высокобелкового продукта. Измельчение лузги в дисмембраторе с последующим фракционированием на пневмоклассификаторе и ситовом рас-
PROTECTION OF THE ENVIRONMENT
севе позволили значительно расширить ассортимент новых биологически активных продуктов, богатых содержанием калия, кальция, фосфора, магния, железа, марганца, меди, цинка, а также витаминов и незаменимых аминокислот.
Гречневую лузгу удается частично реализовать для выпуска спальных подушек, принимающих удобную форму, но при этом сохраняющих нужную упругость. На этом специализируется ПК «Орловский КХП».
Сброс сточных вод на крупозаводах не является проблемой. Водно-тепловую обработку зерна применяют на гречезаводах, на овсозаводах, при переработке кукурузы, ячменя, а также при выработке плющеных круп. Эта операция потребляет небольшое количество питьевой воды, но сброса сточных вод не дает. Крупозаводы сбрасывают только бытовые сточные воды.
Аспирация
зерноперерабатывающих предприятий
Аспирационные выбросы в атмосферу от зерноперерабатывающих предприятий могут представлять экологическую опасность. Технологическое и транспортное оборудование элеваторов, мукомольных и крупозаводов пересыпает, измельчает зерно, продувает его и продукты его измельчения, образуя в больших количествах зерновую и мучную пыль. Эта пыль вредная, она механически воздействует на органы дыхания человека острыми кромками, имеют место и химическое, и бактериологическое воздействие через болезнетворные бактерии, попадающие вместе с пылью.
Зерновая пыль относится к 3-му классу опасности, мучная - к 4-му классу по ГОСТ 12.1.005 «Воздух рабочей зоны». Санитарно-гигиенические требования к параметрам воздуха производственных помещений по ГОСТ 12.1.005-76 допускают концентрации зерновой пыли 4 мг/м3 воздуха, мучной пыли - 6 мг/м3.
Все оборудование зерноперерабаты-вающих предприятий оснащено мощной аспирационной системой. Аспирационные (всасывающие) системы создают разрежение внутри машин и механизмов, препятствуя выделению пыли в производственные помещения для обеспечения их взрывобезопасно-сти и санитарии, при этом небольшая часть пыли попадает в относы. Основное количество пыли удаляется в воздушных сепарирующих машинах - аспираторах. Запыленные относы направляют на очистку в циклоны и фильтры. Осажденная тяжелая фракция выводится из аспирационной системы через шлюзовые затворы, а очищенный воздух выбрасывается в ат-
мосферу. В аспираторах с замкнутым циклоном воздуха очищенный воздух возвращается в рабочую зону.
Для очистки воздуха перед выбросом в атмосферу применяют центробежные пылеуловители - циклоны ЦОЛ, БЦШ, УЦ и тканевые рукавные фильтры ФВ, ФВВ, РЦИЭ. Циклоны очищают воздух с эффективностью 90-95 %, а фильтры с эффективностью 99,0-99,5 %. При расчетах выбросов пыли в атмосферу мукомольные и крупяные заводы условно делят на заводы новой и старой технологии. На мукомольных заводах новой технологии воздух из аспирационных и пнев-мотранспортных установок очищают перед выбросом в атмосферу в высокоэффективных тканевых рукавных фильтрах-циклонах типа РЦИЭ.
Воздух, выбрасываемый в атмосферу, очищают до такой степени, чтобы на границе санитарно-защитной зоны предприятий максимально разовая концентрация не превышала 0,5 мг/м3 для зерновой пыли и 1 мг/м3 - для мучной пыли.
Суммарные показатели выбросов загрязняющих веществ в атмосферу по всем типам предприятий в различные годы представлены в табл.1.
Из анализа таблицы видно, что пыль, поступающая в аспирационную сеть в количестве, соответствующем объемам обрабатываемого зерна, перед выбросом в атмосферу очищается от твердых веществ. Более 80 % твердых веществ, поступающих в аспира-ционную сеть предприятия, извлекаются высокопроизводительными пылеуловителями и обезвреживаются, лишь менее чем пятая часть их попадает в атмосферу, и эта доля год от года уменьшается за счет широкого внедрения на действующих и вновь строящихся предприятиях аспираторов с замкнутым циклом воздуха и высокоэффективных фильтров-циклонов. Количество уловленных твердых веществ в 4,5 раза превышает количество выбрасываемых в атмосферу, доля утилизации уловленных аспирационных относов в общем количестве относов, извлеченных пылеуловителями, практически постоянна на уровне 82 %, остальные- это так называемая «черная пыль», отходы V категории, непригодные для использования на кормовые цели. Неорганизованные выбросы в атмосферу от технологических операций, дым котельных и пр. составляют 1 % и имеют тенденцию к уменьшению.
Критерий оценки зерноперерабатывающих технологий по степени воздействия их на окружающую среду
В качестве критерия оценки мукомольных и крупяных заводов по степе-
Таблица 1
Выбросы загрязняющих веществ в атмосферу
Показатель 1995 г. 2000 г. 2002 г. 2005 г.
Поступило в аспира- 372,0 297,7 384,5 344
ционную сеть, тыс. т
Выброшено в атмосфе- 70,4 53,1 71,7 59,8
ру, тыс. т
Всего, в том числе
твердых веществ 68,9 51,8 70,6 58,4
газообразных 1,5 1,3 1,1 1,4
Уловлено и обезврежено
Твердых веществ, 301,6 244,6 312,8 284,8
тыс. т
Газообразных, тыс. т 0 0 0 0
% к выброшенным 428 461 436 476
«всего»
Утилизировано, тыс. т 250 203 256 235
% к уловленным 82,8 82,9 81,8 82,5
Количество загрязняющих веществ, выбрасываемых без очистки, 4,3 3,6 3,9 3,8
тыс. т
ни их воздействия на окружающую среду представляется полезным принять коэффициент рационального природопользования Кб определяемый произведением двух показателей: показателя полноты использования природных ресурсов Кт- технологического, и показателя использования вторичных ресурсов Кэ- экологического:
Кб = К • К. (1)
б т э * '
Технологический коэффициент в му-комольно-крупяном производстве -это отношение выхода основной продукции (В) к анатомическому содержанию ядра в зерне (Я):
Кт = В/Я. (2)
Экологический коэффициент оценивает степень использования вторичных ресурсов через стоимость их реализации, цену зерна и сумму штрафов за загрязнение воздушно-водяного бассейнов и почвы продуктами деятельности основного производства (аспирационные выбросы, жесткая лузга и пр.) и подсобных служб (котельные, механические мастерские и пр.).
Стоимость от реализации вторичных ресурсов принимаем как средневзвешенную цену за 1 т (Цтр), а штрафы относим к объему переработанного зерна, например за месяц (Ш), цена тонны зерна (Цз):
Кэ = Цвтр- Ш/Ц (3)
Базовый коэффициент природопользования, или критерий, имеет вид:
Кб = В/Я • Цвтр- Ш/Ц3. (4)
Таблица 2
Критерий природопользования
Базисный Базисное Крите-
Культура выход содержание В/Я рий
(В), ед. ядра (Я), ед. (К6)
Пшеница 0,75 0,85 0,8884 0,1765
сортового
75%-ного
помола
Рис 0,65 0,765 0,8497 0,1699
Гречиха 0,67 0,75 0,8933 0,1787
Просо 0,65 0,78 0,8333 0,1787
Овес 0,455 0,65 0,7000 0,1400
Ячмень на
перловую 0,45 0,90 0,5000 0,1000
ячневую 0,65 0,90 0,7222 0,1444
Пшеница 0,63 0,93 0,6774 0,1355
на крупу
Горох 0,77 0,91 0,8462 0,1692
Кукуруза 0,55 0,90 0,6111 0,1222
Стоимость реализации вторичных ресурсов (Цвтр), как правило, не превышает пятой части от стоимости зерна (Ц), а штрафы взимаются за нарушение правил природопользования, и в
норме их не должно быть, тогда вторая дробь составит 0,2.
Значения критерия природопользования, рассчитанные по базовым нормам выхода продукции в соответствии с Правилами ведения технологического процесса на мукомольных и крупяных предприятиях, приведены в табл. 2.
Коэффициент природопользования Кб, рассчитанный по предлагаемой методике, может быть использован для сравнительной оценки технологий при выработке одноименной продукции на одном и том же или на различных предприятиях, сравнивать различные культуры по эффективности их переработки он не позволяет.
Первая дробь более весома, как это и должно быть по смыслу. Изменение выхода продукции на 1 % меняет в ту же сторону значение коэффициента природопользования на 1,5 %, а изменение средневзвешенной цены реализации вторичных ресурсов на 1 % меняет в ту же сторону значение коэффициента на 1 %; наличие штрафов в количестве 10 % от стоимости зерна снижает коэффициент природопользования на 50 %.
Так, базовый коэффициент по рису соответствует выходу рисовой крупы 65 % и составляет 0,1699; повышение выхода рисовой крупы до 66 % увеличит коэффициент природопользования до 0,1725, что на 1,6 % выше базового, а снижение выхода до 64 % снизит коэффициент до 0,1673, т. е. на 1,5 %. Если цена реализации вторичных ресурсов повысится в среднем до 0,202 цены зерна, то при базовом выходе крупы коэффициент природопользования увеличится до 0,1716, это на 1 % выше базового. Введение штрафа в количестве, допустим, 0,1 цены зерна, снизит наш критерий вдвое, он составит 0,0850.
Предлагаемый критерий дает формализованную комплексную оценку уровня природопользования конкретной технологии как по степени использования доброкачественного ядра, так и по эффективности утилизации вторичных сырьевых ресурсов, а также по техногенному воздействию на окружающую среду. Объективная количественная оценка позволит стимулировать освоение прогрессивных технических решений, направленных на совершенствование природопользования.
