автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Экологические проблемы хлебопекарного производства - исследование технологических выбросов в атмосферу и сбросов в сточные воды

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ХЛЕБОПЕКАРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

На правах рукописи УДК: 664.653.6.045.5(043.3)

ВОЛОХОВА ЛИЛИЯ ТИХОНОВНА

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ХЛЕБОПЕКАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА - ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ВЫБРОСОВ В АТМОСФЕРУ И СБРОСОВ В СТОЧНЫЕ ВОДЫ

Специальность: 05.18.01 - Технология хлебопекарных,

макаронных и кондитерских продуктов

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук в виде научного доклада

МОСКВА 1999

Научный консультант:

Доктор технических наук, профессор Р.Д. Поландова

Официальные оппоненты : Доктор технических наук,

профессор Т.Е. Цыганова

Кандидат технических нау доцент Н. В. Лабутина

Ведущая организация: АО «Мособлхлеб»

Защита состоится 1о Диссертационного Сове; заочного института пиц участие в заседании Д* экземплярах, заверенны г. Москва ., Земляной в

С диссертацией можнс Диссертация в виде н;

Ученый секретарь Диссертационного Со

доктор технических наук, /игч"'

профессор

?

1.ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ И ЦЕЛЬ РАБОТЫ. На современном этапе развития производства одной из актуальных проблем является охрана окружающей среды - воздушного и водного бассейнов.

В соответствии с Законом РФ « Об охране окружающей среды» одним из видов деятельности предприятий является участие в системе комплексного экологического мониторинга контроля состояния окружающей среды. В этой связи имеет значение разработка материалов экологического состояния хлебопекарных предприятий - оценка выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сброса сточных вод.

Хлебозаводы различной мощности, независимо от их организационно-правовых форм и форм собственности, должны проводить инвентаризацию источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферу и сбросов в сточные воды, на их основе разрабатывать тома предельно-допустимых выбросов и « Паспорт водного хозяйства предприятия». При инвентаризации учитываются источники загрязнений, в том числе образующиеся при осуществлении процессов, предусмотренных технологическим регламентом производства.

В связи с этим актуальными являются исследования: -выбросов в атмосферу летучих компонентов, образуемых в технологическом процессе производства хлеба, и мучной пыли при приеме и хранении муки;

- химических и биологических загрязнений сточных вод, обусловленных производственным процессом;

-создание научно-обоснованных нормативных материалов с целью определения категории опасности хлебопекарного предприятия при его нахождении в селитебных зонах и упорядочения взаиморасчетов с природоохран-

ными органами; укрупненных удельных нормативов водопотребления и водоотведения, удельных нормативов загрязнений сточных вод.

Исследования по данным направлениям немногочисленны, проводились, в основном, в ГосНИИХП (б. ВНИИХП) в 60-70-е годы и относились к определениям летучих веществ или токсичных элементов на отдельных стадиях технологического процесса. Нормативы выбросов и сбросов в хлебопекарной промышленности не разрабатывались, в связи с чем отсутствовала объективная оценка влияния их на состояние окружающей среды.

Настоящие исследования проводились по заданиям: -Государственной научно-технической программы Минприроды РФ «Экологическая безопасность России» - 1995-2000 г.г.;-

-Федеральной научно - технической программы Россельхозакадемии «Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности». Раздел «Экология» - 1995 - 2000 г. г.;

-планов научно - исследовательских работ ГосНИИХП - 1990 - 1999г.г.; -отраслевых и региональных программ «Росхлебопродукт» - 1990- 1995 г.г. и Российского Союза пекарей - 1996 -2000 г.г

Целью данной работы является проведение исследований по следующим направлениям:

-исследование выбросов - этилового спирта, уксусной кислоты и уксусного альдегида при производстве хлеба из пшеничной и ржаной муки, разработка научно - обоснованных удельных нормативов выбросов на тонну продукции, определение влияния выбросов на загрязнение атмосферного воздуха, в том числе на границе санитарно - защитной зоны предприятия;

-определение выбросов мучной пыли на хлебозаводах, разработка научно-обоснованных удельных нормативов на тонну продукции; -исследование химических и биологических загрязнений производственных сточных вод и путей их формирования, разработка укрупненных удельных нормативов водопотребления и водоотведения на тонну продукции на хлебопекарных предприятиях и научно - обоснованных удельных нормативов показателей загрязняющих веществ в сточных водах; -исследование микробиологического состава производственных сточных вод при различных технологических схемах приготовления хлеба. НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Проведены комплексные исследования: -выбросов летучих веществ - этилового спирта, уксусной кислоты, уксусного альдегида, образующихся в технологическом процессе производства хлеба из пшеничной и ржаной муки; - выбросов мучной пыли при приеме и хранении муки; -химических, биологических загрязнений и микробиологического состава производственных сточных вод.

Впервые разработаны схемы балансового расчета образования и выделения летучих веществ. Выявлен состав общего количества образовавшихся летучих веществ и их содержания в твердой фазе (хлебе), газообразной (воздушной среде) и жидкой (конденсате) фазах. Показано, что количество летучих веществ в газообразной фазе обусловлено, в основном, их выделением в процессе выпечки хлеба.

Впервые разработаны научно-обоснованные удельные нормативы выбросов в атмосферу спирта, уксусной кислоты, уксусного альдегида на тонну продукции. Установлено, что содержание выбросов на границе санитарно-защитной зоны хлебозавода значительно ниже ПДК.

Разработаны научно-обоснованные удельные нормативы выбросов мучной пыли при тарном и бестарном приеме, хранении и транспортиро-

вании муки на хлебозаводах.

Выявлены источники формирования химических, биологических загрязнений и микробиологических состава производственных сточных вод. Установлена взаимосвязь показателей загрязнений в сточных водах и сырья хлебопекарного производства.

Научно обоснованы укрупненные удельные нормативы водоотведения на предприятиях и удельные нормативы показателей загрязнений сточных вод.

Впервые выявлены в производственных сточных водах виды микроорганизмов: дрожжи-сахаромицеты, молочнокислые, споровые бактерии, характерные для сырья и полуфабрикатов хлебопекарного производства.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЗНАЧИМОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

На основании результатов исследований разработаны и внедрены: -«Нормативы удельных выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух от хлебопекарных предприятий» ( Минприроды РФ, 1995 ) -апробированы в качестве эксперимента в пяти областях РФ;

-«Методические указания по нормированию, учету и контролю выбросов загрязняющих веществ от хлебопекарных предприятий» ( Минприроды РФ, 1996г.).

Указанная документация, выполненная под руководством и при непосредственном участии диссертанта, используется при разработке томов предельно-допустимых выбросов предприятий (на 125 хлебопекарных предприятиях г.г. Москвы, Екатеринбурга, Московской, Пермской, Тульской областей и др.);

-« Методические указания по определению балансовых норм водопот-ребления и водоотведения в хлебопекарной отрасли» ( 1992г.) -используются в качестве практического руководства при составлении

баланса водопотребления и водоотведения для каждого предприятия отрасли;

-«Методические указания по нормированию, учету и контролю загрязняющих веществ в сточных водах предприятий хлебопекарной и макаронной промышленности» (Минприроды, 1997г.) - используются при разработке «Экологических паспортов» и «Паспорта водного хозяйства предприятия». Под руководством диссертанта выполнены и согласованы с органами Минприроды РФ свыше 200 паспортов; -« Правила организации и ведения технологического процесса на хлебопекарных предприятиях» (ГосНИИХП, 1999г.).

Полученные научные данные, разработанные методические указания, инструкции и другие материалы включены в учебную программу для курсов повышения квалификации работников хлебопекарной промышленности при учебном центре Российского Союза пекарей. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные результаты исследований докладывались на Всероссийских семинарах, конференциях Российского Союза пекарей (Москва, 1994,1995, 1996,1998г.г.), региональных совещаниях, технических Советах, семинарах работников хлебопекарной промышленности (г.г. Санкт-Петербург, Екатеринбург, Краснодар и др., 1996-1999г.г.), ученых Советах ГосНИИХП (1990 - 1999г.г.), международной конференции «Современное состояние мукомольно - крупяного производства и перспективы его развития» (Москва, 1997г.), 2-ой Международной конференции « Современное хлебопечение - 99» (Москва, 1999)'. ПУБЛИКАЦИИ. Диссертация изложена в форме научного доклада, в котором использовано 24 публикации, в том числе 3 авторских свидетельства.

2.РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ. 2.1. Объекты и методы исследований.

Содержание этилового спирта, уксусной кислоты и уксусного альдегида определяли в полуфабрикатах и хлебе ( твердая фаза ), в газовой и жидкой средах методами:

- аналитическими, используемыми при нормировании расхода муки (выхода хлеба ) в хлебопекарной промышленности («Инструкция по нормированию расхода муки в хлебопекарной промышленности», 1984);

- газожидкостной хроматографии на хроматографе С-УА Шимадзу (Япония ), оснащенном микрокомпьютером Хромопак - ЗА в режиме газожидкостной хроматографии, обеспечивающем оптимальное для данного состава смеси разделение компонентов.' Метод основан на прямом газохроматографическом определении с детектированием по ионизации в пламени ( «Сборник методик определения концентраций загрязняющих веществ в промышленных выбросах», М., Гидрометео-издат, 1985 г. ).

Для отбора проб в газовой среде от источников выбросов использовали электроаспиратор 822. Скорость истечения выбросов определялась с использованием крыльчатого анемометра марки АОС-З-В.

Показатели состава воды питьевой, сточных вод определяли по аттестованным методикам:

-рН - потенциометрическим методом с использованием рН - метра ЭВ-74 - УМИ-87;

-взвешенные вещества - гравиметрическим методом - РД 118.02.7-88;

-БГПС - методом титриметрии на приборе БПК - тестер - ИСО 5815 - 88;

-ХПК - методом обьемной титриметрии - ИСО 8467 - 86; -токсичные элементы - методом атомно-абсорбционной спектрометрии

с использованием спектрофотометра «Квант» ( АФА ), в т.ч. кадмий -ИСО 5961 - 85, свинец - ИСО 8288 - 86, медь - ИСО 8288 - 86, цинк -ИСО -8288 - 86, железо-УМИ - 83; -жиры - гравиметрическим методом - УМИ - 87, хлориды - аргентометри-ческим методом - ГИЦ М 1-92, сульфаты - титриметрическим методом -ГЩ М 1-92.

Микробиологический состав - качественный состав и количественное содержание микроорганизмов в сточных водах определяли общепринятыми методами: осуществляли посев на жидкие и плотные дифференциально-диагностические питательные среды в соответствии с принятыми государственными стандартами. При этом использовали поверхностный и глубинный способы посева испытуемого материала.

В работе использовали статистическую обработку экспериментальных данных.

На рис. 1 приведена структурная схема исследований, выполненных в данной работе.

2.2Исследование технологических выбросов в атмосферу, разработка научно-обоснованных нормативов.

2.2.1.Исследование выбросов этилового спирта, уксусной кислоты и уксусного альдегида при производстве хлеба из пшеничной и ржаной муки.

В соответствии с проведенным аналитическим обзором данных, характеризующих технологический процесс производства хлеба, как источник выделений и выбросов летучих веществ, отбор проб для их определения проводили по следующим точкам технологического процесса:

1 - в конце расстойки; 2 - в конце выпечки; 3 - от горячего хлеба; 4 - от остывшего хлеба; 5 - от конденсата паровоздушной среды пекар-

Рис. I Структурная схема исслсдопанин.

Исследования технологических выбросов о атмосферу и сбросов в сточные воды хлебопекарного производства

Исследования содержания летучих веществ, образуемых' при производстве пшеничного _и ржаного хлеба._

Разработка схем балансового расчета

образования летучих веществ -этилового спирта, уксусной кислоты, _уксусного альдегида._

Разработка удельных нормативов выбросов летучих веществ кг/т продукции._

Определение концентраций летучих веществ мг/м3 на границе санитарно-защитной зоны хлебозавода._

Исследование содержания выбросов мучной пыли при тарном и бестарном приеме и хранении муки на хлебозаводе разной мощности_

Разработка удельных нормативов мучной пыли. кг/т.

Исследования состава сточных под.

биологических загрязнителей, микробиологического состава сточных вод. и источников их формирования _,

Разработка укрупненных удельных нормативов водопотреблепия и водоотведения (м3/т), удельных нормативов показателей загрязняющих веществ (г/т) сточных вод._

Нормативные материалы по учету и контролю и сбросов загрязняющих' веществ от хлебопекарных предприятий - разработка томов ПДВ, паспортов водного хозяйства предприятий___. _

?с?сс!ниужая '•ОСУДАРСП

ной камеры.

В связи с тем, что наибольшее количество летучих соединений образуется и выделяется при производстве хлеба из пшеничной муки опарным способом, ржаного хлеба - на заквасках с направленным культивированием микроорганизмов (1), эксперименты проводились по данным технологиям.

Результаты исследований (8,13,15,17) приведены в табл. 1-3. Определение содержания этилового спирта, уксусной кислоты, уксусного альдегида проводили по методам, приведенным в разделе 2.1.

Образование и выделение этилового спирта.

В табл. 1 приведены данные содержания спирта, образующегося в

процессе брожения, расстойки, выпечки и охлаждения хлеба.

Таблица 1

Содержание этилового спирта в расстойке (газовая среда), в тесте перед выпечкой, в хлебе (твердая фаза), в конденсате (жидкая фаза)

Содержание спирта при производстве хлеба

Источник пшеничного ржаного пшеничного ржаного

мг\кг кг\т

Расстойка (газовая среда) 99,2 76,5 одоо 0,076

В тесте перед выпечкой 1727 145« - 1,727 1,456

Хлеб горячий (твердая фаза) 710 487 0,710 0,487

Хлеб остывший (твердая фаза) 635 480 0,635 0,480

Конденсат (жидкая фазаа) 81,8 74 0,0818 0,074

По данным табл.1 общее содержание этилового спирта, образовавшегося в процессе брожения, расстойки и перед выпечкой, составило: при производстве пшеничного хлеба - 1,827 кг\т, ржаного хлеба - 1,532 кг\т, в т.ч. в газовой среде-0,100 кг\т и 0,076 гсг\т соответственно, содержание образовавшегося спирта в остывшем хлебе составило - пшеничном -

0,635 кг\т, ржаном - 0,480 кг\т, при этом выделилось спирта при остывании хлеба - 0,075 кг\т и 0,007 кг\т.

На основании полученных данных составлена схема балансового расчета (рис.2) содержания этилового спирта в точках отбора проб и выделившегося в воздушную среду.

Рис.2. Схема балансового расчета образования этилового спирта при производстве хлеба.

Общее количество образовавшегося спирта при производстве хлеба: пшеничного - 1,827 кг\т , ржаного - 1,532 кг\т

Твердая фаза (охлажденный хлеб): пшеничный - 0,635 кг\т, ржаной - 0,48.0 кг\т Газообразная фаза (воздушная среда): пшеничный - 1,110 кг\т, ржаной - 0,978 кг\т Жидкая фаза (конденсат): пшеничный - 0,082 кг\т, ржаной - 0,074 кг\т

Расстойка пшеничный - 0,100 кг\т ржаной - 0,076 кг\т Выпечка пшеничный - 0,935 кг\т ржаной - 0,895 кг\т Охлаждение хлеба пшеничный - 0,075 кг\т ржаной - 0,007 кг\т

Образование и выделение уксусной кислоты. В табл.2 приведены экспериментальные данные содержания уксусной кислоты - образования и выделения в точках отбора проб.

Таблица 2.

Содержание уксусной кислоты в тестовых заготовках перед посадкой в печь и в хлебе.

Источник Содержание уксусной к-ты при производстве хлеба

пшеничного ржаного пшеничного ржаного

иг/кг кг/т

Тесто перед выпечкой 170 290 0,170 0,290

Хлеб: — горячий 80 96,8 0,080 0,097

— остывший 70 85 0,070 0,085

Установлено, что общее количество уксусной кислоты, образовавшейся перед посадкой в печь тестовых заготовок, составляет 0,170 и 0,290 кг\т, в горячем хлебе- 0,080 кг\т и 0,097 кг\т, остывшем - 0,07 кг\т и 0,085 кг\т.

На основании полученных данных составлена схема балансового расчета образования уксусной кислоты (рис.3).

Рис. 3. Схема балансового расчета образования уксусной кислоты при производстве хлеба.

Анализ данных балансового расчета образования спирта и уксусной кислоты при производстве хлеба показал, что количество их в газовой среде составляло: спирта - 60,7% и 63,8%; уксусной кислоты - 68,8% и 70,7 % для пшеничного и ржаного хлеба ( рис.4).

При этом наибольшее количество летучих веществ выделяется в процессе выпечки - 85 - 95% от общего содержания в газовой среде