автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Комплексные решения в создании современных экологически чистых промышленных технологий получения этанола из зерносырья и отходов молокозаводов

На правах рукописи

БИРАГОВА Нателла Федоровна

КОМПЛЕКСНЫЕ РЕШЕНИЯ В СОЗДАНИИ СОВРЕМЕННЫХ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТЫХ ПРОМЫШЛЕННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ ЭТАНОЛА ИЗ ЗЕРНОСЫРЬЯ И ОТХОДОВ МОЛОКОЗАВОДОВ

Специальность: 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Ставрополь 2004

Работа выполнена в Северо-Кавказском государственном технологическом университете (СК ГТУ), г Владикавказ, РСО-Алания

Научный консультант: Официальные оппоненты:

Ведущая организация

Доктор технических наук, профессор Винаров Александр Юрьевич.

Доктор биологических наук, профессор Градова Нина Борисовна.

Доктор технических наук, профессор Борисенко Евгений Георгиевич.

Доктор технических наук, профессор Рябцева Светлана Андреевна.

Московский Государственный Университет Прикладной Биотехнологии

Защита состоится "21" октября 2004 г. в 10 часов на заседании диссертационного совета Д. 212.245.05 при Северо-Кавказском техническом университете (СевКавГТУ) по адресу: 355029 г.Ставрополь, пр.Кулакова,2, ауд.К308.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СевКавГТУ.

Автореферат разослан " Л>0 " сентября 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, к.т.н., доцент

Шипулин В.И.

2005-4 12824

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Возобновление роста отечественной промышленности и появление условий для инвестиций в различные ее отрасли создают предпосылки для модернизации производства и совершенствования системы управления им на передовой технологической основе, с учетом современных требований к стандартам охраны окружающей среды и качества продукции, повышения ее конкурентоспособности на международных рынках.

В России к числу наиболее интенсивно развивающихся и благополучных отраслей народного хозяйства в настоящее время относятся пищевая и перерабатывающая промышленность и производство алкогольной продукции, в частности, этилового спирта. Выпуск этанола особенно интенсивно растет на основе микробиологической переработки крахмалсодержащего сырья, в частности, зернового сырья, различных сельскохозяйственных отходов.

Предприятия, на которых реализуется микробиологическое производство этилового спирта из зерносырья, существуют в настоящее время практически в каждом регионе и области Российской Федерации. Важнейшим фактором для их развития является экономное использование сырья, поскольку затраты на него составляют значительную часть в себестоимости этилового спирта (80-85%), а также вопросы совершенствования процессов подготовки растительного сырья, оптимизации процессов брожения, культивирования дрожжей, выделения и ректификационной очистки спирта, использование отходов и побочных продуктов.

В технологически развитых странах пищевая и спиртовая промышленность традиционно стоят на позициях комплексного использования сырья, в том числе вторичного, сокращения отходов и потерь, создания малоотходных технологических процессов производства продуктов питания. Эти задачи относятся к числу наиболее актуальных и для отечественной промышленности. В частности, объем вторичных сырьевых ресурсов (ВСР) в спиртовой промышленности в 1995 г. составил 11,3 млн. т (В.И. Комаров и др., 1998). К числу других наиболее крупнотоннажных вторичных ресурсов, крайне неудовлетворительно используемых в отечественном производстве, относится молочная сыворотка, объемы которой достигают 2/3 объема перерабатываемого молока и составляют ежегодно в России 12-15 млн. т (А.Г. Храмцов и др., 1982).

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что в условиях рыночной экономики при нехватке финансовых средств полное и рациональное использование вторичных сырьевых ресурсов проблематично и требует новых, комплексных решений. В частности, к одному из наиболее перспективных направлений промышленного использования молочной сыворотки относят ее переработку биотех-,. нологическими методами, из которых наименее трудо- и энергоемким считаются те, которые связаны со сбраживанием лактозы до этанола. Комплексные решения предполагают не только увеличение выпуска качественных и полноценных продуктов питания и кормов, реализацию принципов малоотходной технологии, но и обеспечение рентабельности производства, в том числе да счет энерго- и ресурсос-

бережения, уменьшения объема загрязнений и плат за сбросы в окружающую среду, внедрения эффективных систем очистки сточных вод.

Будучи одними из стратегических отраслей экономики, "локомотивами" развития отечественной промышленности, пищевые и перерабатывающие, спиртовые производства вместе с тем вносят существенный вклад в загрязнение окружающей среды, в первую очередь водных ресурсов. С другой стороны, качество и уровень загрязненности пищевых продуктов и продовольственного сырья являются основными факторами, определяющими уровень здоровья населения. Особую опасность представляют продукты питания, произведенные в зонах повышенной техногенной нагрузки. Примером является Северо-Кавказский регион, и, в частности, Республика Северная Осетия - Алания, вся территория которой включена в зону повышенного техногенеза, или зону экологического риска (Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды в РСО-Алания, 2000г.).

Другой специфичной проблемой применительно к российским условиям является быстрый рост масштабов алкоголизации населения и количества употребляемых недоброкачественных спиртных напитков, приводящий к резкому увеличению отравлений алкоголем и его суррогатами. Так, по данным МВД России, в период с 1991 по 1996 гг. от 40 до 60% продаваемых вино-водочных изделий являлось фальсификатами (В.П. Нужный, 1998). В РСО-Алания работниками правоохранительных органов ежемесячно тоннами изымаются некачественная спирто-водочная продукция, в том числе провозимая транзитом по Военно-Грузинской дороге и без соответствующих сертификатов качества. В этой связи улучшение экологических показателей и качества сырья для производства спирта является весьма актуальной задачей для РСО-Алания с её развитой спиртовой промышленностью.

Таким образом, необходима целенаправленная работа как по модернизации и совершенствованию технологии производства продуктов питания и ликеро-водочной продукции, так и по увеличению доли выпуска высококачественной продукции, улучшению качества исходного сырья, рациональному использованию различных отходов без ущерба для здоровья человека и с максимальным экономическим эффектом.

Учитывая сложность и комплексность отмеченных проблем, можно отметить, что не существует универсальных методов их решения и критериев оценки их эффективности. В этой связи следует говорить о внедрении в производственный цикл — от источников сырья до конечной продукции — системы мероприятий и инструментов, направленных на эффективное принятие решений и управление производством, т.е. внедрение грамотного и оперативного менеджмента. В такой системе окончательное решение в оперативном управлении производственным циклом принимает опытный менеджер, обладающий необходимым комплексом профессиональных знаний, разбирающийся в технологическом процессе, владеющий эко-лого-экономической ситуацией, системами управления базами данных и принятия решений на уровне пользователя. Мировой опыт и тенденции показывают, что со-

временное производство и продукция должны ориентироваться не только на финансово-экономические критерии, но и отвечать стандартам качества (таким как серии ISO 9000) и экологически чистого производства (в частности, серии ISO 14000), д также использовать современные средства информатизации и управления базами данных и производственным циклом. Рост и высокая доходность спиртовой промышленности в России создают предпосылки для внедрения методологии экологически чистых производств и технологий на предприятиях этой отрасли. Необходимым этапом этого процесса является проведение комплекса исследований по оценке состояния производства, способах его совершенствования и модернизации с учетом технологических возможностей, наличию и качеству источников сырья, эколого-экономических ограничений, оценке экологической ситуации в регионе в целом, созданию и наполнению локальной электроной базы данных и системы управления производственным циклом и принятия решений.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы заключалась в создании научных основ новых комплексных решений в биотехнологическом производстве этанола в регионе Республика Северная Осетия - Алания, направленных на улучшение качества продукции, ее конкурентоспособности, повышения экономической и экологической эффективности на основе углубленного изучения специфики производства этанола из возобновляемого крахмалсодержащего сырья и вторичных сырьевых ресурсов (молочной сыворотки) и представлений о современной технологической базе, экологических требованиях к производству, методам очистки загрязненных стоков, экологического состояния региона с ориентиром на последующее использование результатов работы в региональной системе управления производственным циклом и принятия решений.

Конкретно в работе решались следующие задачи:

- формирование приоритетов, "узких мест" и системы исходных данных для совершенствования процесса получения этанола из возобновляемого сырья с ориентиром на последующее использование в производственном и экологическом менеджменте применительно к специфике требований к экологически чистым производствам, возможностей современных информационных и управляющих систем, особенностям региона (РСО-Алания);

- исследования по интенсификации биотехнологических процессов получения этанола из крахмалсодержащего сырья и отходов молокозаводов;

- исследования по оптимизации стадии ректификации спирта как одной из ключевых в обеспечении качества продукции и энергосбережения;

- разработка решений по использованию отходов спиртового производства;

- разработка рациональных технологий обезвреживания и глубокой очистки сточных вод предприятий по производству спирта, направленных на экологизацию производства с учетом особенностей региона и решающих вопрос использования вторичных сырьевых ресурсов отрасли, в частности, молочной сыворотки.

- отработка предложенных решений в опытно-промышленном масштабе;

- оценка экологических последствий и экономических перспектив предложенных решений.

Рассмотренные проблемы решались применительно к региону Республики Северная Осетия - Алания в соответствии с Республиканской целевой программой "Интеграция науки и высшего образования РСО-Алания" по теме "Эколого-экономические проблемы спиртовой промышленности РСО-Алания".

Научная новизна. Впервые на основе методологии экологически чистых производств, рекомендованной Организацией объединенных наций по промышленному развитию (ЮНИДО), систематизирована ситуация для отечественных и региональных условий в производстве спирта из возобновляемого сырья, этапов контроля качества продукции и экологического контроля, сформулированы приоритеты и структура исходных данных для их использования в современных системах управления производством, качеством продукции с учетом экологических стандартов.

Научно обоснована перспективность вовлечения и комплексной переработки вторичных углеводсодержащих ресурсов спиртового и молокоперерабатывающих производств для получения этанола, кормовых продуктов, добавок к бетонам в строительстве и др., уменьшения техногенных загрязнений при учете положительных эффектов от ресурсосбережения и снижения вредных воздействий на окружающую среду для развития экологически чистого производства и экологического менеджмента. При этом предприятие-производитель рассматривается не изолированно, а в комплексе с решением сырьевых, производственных, трудовых, экологических проблем региона в целом, что требует привлечения современных средств обработки информации и принятия решений.

Как этапы развития экологически чистого производства в спиртовой промышленности:

- Изучены и научно обоснованы пути повышения степени гидролиза крах-малсодержащего субстрата (зерна) на стадии разваривания, среди которых предложен метод с использованием ультразвуковой обработки, позволяющий снизить тепло-энергозатраты, сократить время обработки зерна и увеличить выход спирта с единицы крахмалсодержащего сырья.

- Разработан аппарат и оптимизированный способ для ректификационного разделения спирта, а также методика инженерного расчета оптимизации стадии ректификации, позволяющие снизить энергетические затраты на процесс ректификации на 25-30%.

- Проведен скрининг дрожжевых микроорганизмов, установлена возможность и определены оптимальные параметры биотехнологии утилизации молочной сыворотки в анаэробных условиях с получением спирта при использовании дрожжей Шыууеготусея 1ас№. Показана возможность интенсификации биоконверсии молочной сыворотки в этанол путем ее электрохимической предобработки.

- Отработаны параметры очистки сточных вод спиртовых заводов в аэротен-ках и биотенках и изучено влияние материала носителя, загружаемого в биотенк,

включая впервые предложенные цеолиты - ирлиты, на ход биохимической очистки сточной воды спиртового завода. Показана возможность улучшения технологических характеристик цеолитов путем их модификации активным илом при получении гранулированного сорбента. Полученные на основе ирлитов материалы показали свою эффективность при доочистке сточных вод предприятий по производству спирта до санитарных норм сброса в водоемы (рыбохозяйственного назначения).

- Показана необходимость двухступенчатой анаэробной и аэробной последовательной очистки сточных вод молокозаводов для достижения нормативных показателей по БПК и ХПК. Установлено положительное влияние поступления в производственный сток сточных вод от переработки сыворотки в спирт на протекание анаэробной биоочистки.

- Теоретически и экспериментально обоснована необходимость удаления соединений Мп, присутствующих в сточных водах молокоперерабатывающих и спиртовых заводов и отрицательно влияющих на активность биоценозов очистных сооружений. Впервые установлена возможность применения и определены параметры процесса биокоагуляции, обеспечивающего резкое (в десятки раз) снижение концентрации ионов Мп в очищаемой воде.

- Установлена возможность применения электрохимического метода для до-очистки биохимических деструктированных сточных вод спиртового завода.

Практическая значимость. Систематизирована и структурирована исходная информация, необходимая для использования в спиртовом производстве современных систем управления базами данных и производством в целом.

Проведен аудит источников выбросов тяжелых металлов и степени загрязнения ими водной, воздушной, почвенной среды, кормовых и зерновых культур, тканей молочного скота и молока в регионе РСО-Алания.

Проведен аудит отходов спиртового производства региона.

Показана целесообразность утилизации спиртовой барды и ее компонентов в виде добавок к бетону для улучшения его характеристик.

Разработана биотехнология утилизации молочной сыворотки с целью получения этилового спирта, включающая ее электрохимическую предобработку. Как вариант дальнейшего развития исследований и ресурсосберегающих решений предложена совместная переработка молочной сыворотки и зерна на стадии разваривания при получении этанола.

Разработана высокоэффективная технология локальной очистки сточных вод предприятий по производству спирта из растительного сырья и молочной сыворотки, позволяющая достигать качества очищенной воды, соответствующего нормам сброса стоков в открытый водоем, и обеспечивающая возможность повторного использования очищенной воды.

Утвержден технологический регламент на процесс очистки и обезвреживания сточных вод спиртовых заводов и молокозаводов.

Проведенные исследования явились основой для решения эколого-биотехнологических задач по совершенствованию спиртового производства и комплексной переработки различных видов вторичных сырьевых ресурсов в спиртовой и молокоперерабатывающей промышленности. При этом наряду с получением ценных продуктов решаются вопросы снижения загрязнения окружающей среды отходами и загрязнениями.

Полученные данные предполагается включить в информационно-аналитическую систему по развитию экологически чистых производств в регионе РСО-Алания.

Материалы работы нашли конкретное воплощение в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий по курсам "Пищевая химия", "Технология спирта и ликеро-водочного производства", "Методы исследования свойств сырья и готовой продукции", "Охрана окружающей среды в спиртовой промышленности" и др.

Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложены: на II международной конференции "Безопасность и экология горных территорий", Владикавказ, 1995; Юбилейной международной научно-практической конференции "Продукты питания XXI века", Москва, 2001; Международных научных чтениях "Белые ночи - 2002", С- Петербург, 2002; I региональной конференции студентов и молодых ученых "Экологическая безопасность Юга России", Владикавказ, 2002; Международном конгрессе ЭКВАТЕК "Вода и экология", Москва, 2002; Международной конференции "Материаловедение и современные технологии", Магнитогорск, 2003; Международной научной конференции "Динамика процессов в природе обществе и технике: информационные аспекты", Таганрог, 2003; III Международной научно-практической конференции "Актуальные проблемы экологии в условиях современного мира", МГТИ, Майкоп, 2003; Международной научно-практической конференции "Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки с/х продукции", Воронеж, 2003.

Публикации. По материалам диссертации опубликована 44 работы, в том числе 5 монографий и учебно-методических пособий, 25 статей, 11 тезисов докладов, поданы 3 патентные заявки. Основные результаты изложены в статьях научных журналов "Пищевая промышленность", "Хранение и переработка сельхозсы-рья", "Производство спирта и ликероводочных изделий", "Вестник МАНЭБ", "Экология и промышленность России", "Биотехнология"; в 9 сборниках трудов конференций; учебных пособиях издательства "Терек" (г. Владикавказ).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, главы о состоянии проблемы и постановке задач исследований, 4 глав с результатами экспериментальных исследований, выводов, списка литературы и приложений, в которых приведены таблицы опытных данных, техническая документация, акты об испытаниях и экономической эффективности применения разработанных методов и технологических решений. Работа изложена на 321 страницах машинописного тек-

ста, в том числе 10 страниц - приложения, иллюстрирована 63 рисунками, 46 таблицами. Список литературы включает 221 наименование.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1. Состояние проблемы и постановка задач исследования

В первой главе диссертации описывается современная методология экологически чистых производств и механизмы ее реализации, на основе которой систематизирована ситуация для отечественных и региональных условий в биотехнологическом производстве спирта из возобновляемого сырья.

Согласно требованиям ЮНЕП и ЮНИДО задачами современного экологически чистого производства ("Cleaner Production") для технологических процессов являются непрерывное использование совокупной превентивной стратегии защиты окружающей среды путем сбережения сырья и энергии, устранения токсических обрабатывающих материалов и уменьшения количества и токсичности всех выбросов и отходов перед тем, как они выйдут из производственного цикла.

В механизмах реализации чистых производств могут быть задействованы не только инженерные и технологические мероприятия, использование научных достижений, но и организационная, административно-управленческая, учетно-контрольная деятельность, маркетинг, эколого-правовые средства, такие как экологический аудит, стандартизация и сертификация, экологический и бухгалтерский учет и контроль природных ресурсов, экологическое страхование, оценка воздействия на окружающую среду, экологические фонды и др. (рис. 1).

Наличие на предприятии программы развития экологически чистого производства, эффективной системы контроля отходов и загрязнений становится важным фактором инвестиционной и/или кредитной поддержки со стороны отечественных и зарубежных финансовых структур. Для отечественных предприятий особую значимость программа экологически чистого производства приобретает с введением в международные стандарты бухгалтерского учета данных экологической (природоохранной) отчетности, составления декларации экологической безопасности предприятий (по линии МЧС России), а также в преддверии введения в России обязательного ежегодного экологического аудита экологически опасных производств и крупных производственных структур, обязательного экологического страхования.

Опыт зарубежных фирм выявил два наиболее эффективных пути реализации чистых технологий: 1) отработка элементов чистых технологий в небольших цехах, на вспомогательных производствах, рабочих местах в рамках демонстрационных проектов, по итогам которых выясняются необходимые экономические, экологические, организационные условия существования чистых производств; 2) использование электронных баз данных и систем управления производством, нацеленным на обеспечение экономической и экологической эффективности производства при соблюдении качества выпускаемой продукции.

Административно-правовые средства

Экологический паспорт предпрития

- законодательство,

- лицензирование природопользования,

- лимитирование природопользования,

- контрольно-надзорная деятельность,

- государственная экологическая экспертиза,

- экологическое обоснование проекта, ОВОС,

- административное взыскание,

- запрет деятельности,

- привлечение через суд.

Экономические средства

т

-природные кадастры,

-меры материально-технического и финансового обеспечения,

-платность за использование природных ресурсов.__

-платежи за загрязнение окружающей среды,

-экологические фонды, -экологическое страхование, -льготы по кредитованию, налогообложению, -установление повышенных норм амортизации основных природоохранительных производственных фондов,

-введение поощрительных цен на экологически чистую продукцию и, наоборот, снижение цен на экологически неблагоприятную продукцию, -информационные банки экологических услуг, -договоры на комплексное природопользование, аренды, передачи в постоянное пользование объектов, охраны памятников природы и т.д.

±

Экологическая ситуация в регионе

Условия отведения сточных вод, атмосферных выбросов, ргммещения отходов

Нормати-

вы каче-

ства вод-

ных

объектов,

воздуха,

почвы

- базовые нормативы платы,

- коэффициенты индексации платы,

- нормативно-допустимые, лимитные и сверхлимитные сбросы (выбросы),

- показатели относительной опасности загрязняющего вещества.

Выбор Методика

пунктов и инст-

отбора румента-

проб в льные

природ- средства

ных сре- контроля

дах н анализа

Экологически чистое производство

=И

X

Стандарты КО 14000

Экологи-

ческая

маркиров-

ка, серти-

фикаты и

знгки

Экологический аудит

Экологический учет

Экологическая отчетность

Инвестиционная, кредитная поддержка, преференции при приватизации и смене собственника

Рис. 1. Механизмы реализации экологически чистого производства.

Система принятия решения и управления производством требует информации, определенным образом систематизированной, структурированной и отвечающей определенным требованиям к построению электронных таблиц, алгоритмов расчета и т.п. В этой связи в качестве первого шага для развития экологически чистого спиртового производства, создания системы управления качеством продукции с учетом экологических стандартов применительно к региону РСО-Алания в первой главе диссертации рассмотрены входные параметры и условия, технологические решения, наиболее значимые для обеспечения качества продукции и критериев экологически чистого производства, существенно влияющие на себестоимость продукции и экологические показатели предприятий по выпуску спирта из зерносырья.

Обеспечение стандартов качества продукции и технологический

контроль.

Качество и безопасность основного выпускаемого продукта — этилового спирта зависит от многих факторов, среди которых качество сырья, уровень технологии, состояние окружающей природной среды, квалификация рабочих и инженерно-технических работников и др.

В настоящее время в РСО-Алания для производства спирта используется сырье, богатое крахмалом (зерновые культуры). Качество и стоимость сырья в значительной степени определяют основные показатели работы промышленных предприятий. Классическая технология получения этилового спирта из зерносырья, основанная на ферментативном гидролизе крахмала с образованием Сахаров и их последующем сбраживании микроорганизмами, состоит из следующих основных стадий:

- разрушение клеточной структуры растительного сырья;

- осахаривание полученной массы амилолитическими ферментами;

- сбраживание Сахаров;

- отгонка спирта и его ректификация;

- утилизация отходов производства.

Основными видами зернового сырья, перерабатываемого на спирт, являются рожь, ячмень, овес, пшеница, кукуруза и просо. Иногда в небольших количествах на заводы поступают гречиха и рис. Спиртовые заводы перерабатывают также дефектное (порченое)зерно.

Анализ показал, что основными факторами, влияющими на качество зерна, являются культура и сорт зерна, почвенно-климатические условия, приемы агротехники, способ хранения зерна, загрязненность почв, в частности, тяжелыми металлами.

Контроль качества зерна должен предусматривать пробы на запах, вкус, цвет, степень дефектности зерна, определение влажности, содержания крахмала, растворимых углеводов (главным образом, сахарозы, а также рафинозы и мальтозы, пентозанов), белкового и небелкового азота, клетчатки и общих гемицеллюлоз,

жира, аскорбиновой кислоты, золы, кислотности водной вытяжки, степени засоренности, степени поражения плесневыми грибами, содержания металломагнит-ных примесей, остаточных содержаний ядохимикатов, использованных для предотвращения порчи зерна насекомыми и клещами, плесневыми грибами, численности и состава основной эпифитной микрофлоры, спорообразующих бактерий, контроль температуры и влажности в помещениях для хранения зерна.

Технологический контроль необходим на этапах сортировки зерна, сепарации примесей, разваривания основной массы зерна, приготовления солода (проращивание зерна, дробление, дезинфекция солода, приготовление солодового молока, активность амилолитических ферментов) или грибных амилаз.

При использовании амилаз микроскопических грибов должен быть предусмотрен контроль технологического процесса производства ферментных препаратов при поверхностном и глубинном культивировании микроорганизмов-продуцентов, включающий контроль состава питательных сред, условий стерилизации питательной среды, ферментации, сушки (температура, влажность, способ культивирования, степень аэрации на стадии ферментации, время пребывания в сушилке), активности ферментов (амилолитическая, глюкоамилазная), микробиологический контроль, титр спор на стадиях получения посевного материала, культивирования, концентрирования и сушки культуры, выделения из нее очищенных препаратов ферментов.

Стадия разваривания предусматривает контроль условий механического измельчения сырья, тепловой обработки цельного сырья при повышенном давлении или механико-ферментативной обработки (температура, давление, гидромодуль, рН, время), измерение вязкости заторов.

Стадия осахаривания предусматривает контроль процесса охлаждения разваренной массы, ее смешивания с солодовым молоком (или микробной культурой), условий осахаривания крахмала (концентрация сухих веществ, кислотность, полнота осахаривания, температура, активность амилолитических ферментов), охлаждения сусла до начальной температуры его сбраживания.

Для контролирования стадии брожения необходима следующая информация: используемая раса дрожжей, способ сбраживания, этапы работы аппарата в технологическом цикле (основной режим, выгрузка содержимого, мойка, стерилизация, загрузка), условия приготовления и состояние посевного материала, физио-лого-морфологическое состояние культуры, условия брожения (температура, рН, продолжительность брожения или скорость разбавления), содержание дрожжевых клеток, бродильная активность, степень бактериальной обсемененности, концентрация затора, концентрация этанола, содержание органических кислот (уксусная, молочная, янтарная и др.), амилового, бутилового и других высших спиртов (сивушных масел), содержание гликогена в клетках.

Стадия отгонки спирта и его ректификации является одной из определяющих в обеспечении качества выпускаемого этанола и энерго- и ресурсосберегающих характеристик технологического процесса.

Контроль условий отгонки и ректификации, как составляющая системы обеспечения качества выпускаемой продукции и энергосбережения, должен предусматривать контроль расхода поступающего на перегонку и ректификацию спирта-сырца, температуры в кипятильнике (кубе), конденсаторе (дефлегматоре), непосредственно в колонне на разной высоте, тепературы отводимого пара, поддержание необходимого флегмового числа, нагрузки колонны по пару.

Для уменьшения эксплуатационных затрат на стадии ректификации требуются решения, обеспечивающие уменьшения числа ректификационных колонн для разгонки многокомпонентных смесей и рафинирования целевого продукта.

Качество готовой продукции (этилового спирта) должно контролироваться в соответствии с ГОСТ 18300-87 (марки "Экстра", высший и первый сорт) или в соответствии с требованиями ВТО - марки "Базис", "Люкс" и "Альфа".

В базе данных должна быть предусмотрена информация о предприятии-изготовителе, его товарном знаке, наименовании и марке или сорте продукта, номере партии, количестве мест в партии и ее номере, даты изготовления, знаках опасности по ГОСТ 19433-81, количестве спирта в декалитрах.

Обеспечение экологических стандартов предприятий по выработке спирта изуглеводсодержащего сырья.

Наряду с широко обсуждаемыми в специализированной литературе биотехнологическими подходами в совершенствовании отдельных стадий спиртового производства (использование более эффективных ферментов при предобработке крахмалсодержащего сырья, сбраживание субстрата путем использования смешанных культур, высокопродуктивных микроорганизмов, таких как Zymomonas moЫШ, термофильных бактерий и др., создание генетически измененных штаммов спиртообразующих бактерий, использование иммобилизованных клеток микроорганизмов и более эффективных биореакторов), система мер по обеспечению экологических стандартов должна включать в себя следующие мероприятия: 1) изменение исходных материалов, 2) технологические изменения с целью снижения потерь и уменьшения выбросов загрязнений, 3) рециркуляция потоков, 4) энерго- и ресурсосбережение, 5) использование, переработка отходов, 6) рациональное во-допотребление и очистка сточных вод, газо-воздушных выбросов, 7) улучшения в организации текущей работы, 8) внедрение компьютеризированных информационно-аналитических систем.

Применительно к спиртовому производству в регионе РСО-Алания стратегия достижения целей экологически чистого производства должна основываться на всесторонней и квалифицированной информации об экологической ситуации в регионе (загрязненность поверхностных и артезианских вод, атмосферы и почвы, производимых продуктах сельского хозяйства (зерна, молока) приоритетными поллютантами), медико-токсикологических данных о действии токсикантов на организм человека, информации о качестве потребляемой технологической воды с учетом требований к производству. Важное место должно уделяться энерго- и ре-

сурсосберегающим решениям, рациональным технологиям переработки и утилизации отходов, а также разработке оптимальных технологий обезвреживания и глубокой очистки сточных вод предприятий по производству спирта, поскольку с водными стоками поступает основная масса загрязнений спиртовых предприятий. При этом предпочтение должно отдаваться методам очистки, позволяющим одновременно извлекать и утилизировать ценные компоненты, а также направлять очищенную воду на повторное использование (замкнутый цикл водооборота), что требует разработки безреагентных методов глубокого обессоливания воды.

В диссертационной работе приведена подробная информация, в том числе полученная и в результате исследований автора, о качестве и химическом составе воды, потребляемой предприятиями региона на технические и питьевые нужды и требованиях к воде на предприятиях спиртовой и пищевой промышленности, об источниках выбросов, объемах сброса, типичном составе сточных вод и отходов на предприятиях данной группы (в частности, молоко перерабатывающих). Также дана общая характеристика методов очистки сточных вод пищевых и спиртовых предприятий (механических, биологических, химических, физико-химических и т. п.), санитарных условиях спуска. Более подробно рассмотрены: методы адсорбционной очистки и доочистки сточных вод с применением активированного угля и перспективы применения цеолитов и других природных сорбентов. Сделан вывод о перспективности биологических и безреагентных методов очистки и доочистки сточных вод в условиях региона РСО-Алания.

Используемые в базе данных показатели и критерии должны быть ранжированы по степени важности и влиянию на показатели производства и продукта. Для этого в математическом описании и заложенных алгоритмах обработки данных должен быть предусмотрен анализ чувствительности выходных показателей к изменениям входных параметров. На выходе информационно-аналитической системы управления производством и качеством продукции должны быть данные по оптимальным параметрам на локальном уровне технологических стадий, степени чувствительности конечных показателей к изменению входных параметров, оценка и прогноз себестоимости продукции и технико-экономических показателей производства, расчет материальных потоков вторичных ресурсов и продуктов на их основе. Также должна присутствовать информация об эффективности использования продукции из вторичных ресурсов, сведения о конечных потребителях продукции, вторичных эффектах, и оценке воздействия на окружающую среду, платежах за загрязнение.

Как вариант создания малоотходной технологии получения этанола и снижения себестоимости продукции в диссертационной работе рассмотрены возможные пути утилизации отходов спиртового производства. Анализ текущей ситуации в спиртовой промышленности показал, что одним из способов снижения себестоимости этилового спирта, полученного в результате микробиологического сбраживания крахмалсодержащих субстратов, является получение нескольких целевых продуктов в процессе брожения и утилизация отходов. В настоящее время имеется

ряд разработок, позволяющих использовать вторичные сырьевые ресурсы спиртовой промышленности как для прямого скармливания животным, так и в пищевой и в химической промышленностях с получением биосорбентов из клеток микробных продуцентов этанола, растворителей из эфиро-альдегидной фракции и сивушного масла для приготовления лаковых покрытий, в составе удобрений на основе птичьего помета, получения внеклеточного полисахарида - левана (полимера фруктозы) для использования в фармацевтической промышленности, микробиологического синтеза витамина В12 на основе спиртовой барды, кормовой белковой добавки из сивушного масла и эфиро-альдегидного концентрата.

Как один из вариантов утилизации спиртовой барды автором предложен способ (подана заявка на патентование), в соответствии с которым барда используется для приготовления пластификаторов к бетонам, управляющих текучестью бетонных смесей, его технологическими характеристиками, повышающих скорость твердения, что обеспечивает значительный экономический эффект в строительстве. Проверка эффективности получаемых добавок при их введении в количестве 0,5% от массы цемента показала увеличение прочности полученного бетона на 29% при 20сС через 28 суток после замеса.

Как вариант, альтернативный использованию крахмалсодержащего сырья, проанализированы вторичные сырьевые ресурсы молокоперерабатывающих заводов и различные способы переработки молочной сыворотки и других ВСР и отходов (обезжиренного молока, пахты, ополосков и др.) для получения различных продуктов, включая этанол.

2. Промышленная биотехнология пищевого этанола на углеводсодержащих субстратах.

Исследования по интенсификации процессов получения этанола из зерно-

сырья.

Анализ существующей литературы и текущей ситуации в отечественной спиртовой промышленности показал, что важным фактором в снижении себестоимости этилового спирта является интенсификация и оптимизация стадии предпод-готовки зерносырья и гидролиза крахмала ферментными препаратами. Использование при подготовке сырья методов, обеспечивающих значительное смягчение режимов варки, уменьшает потери сбраживаемых Сахаров, снижает энерго- и теп-лозатраты.

С целью интенсификации процесса обработки зерна нами был применен метод обработки ультразвуком (электрофизическая обработка), который прекрасно зарекомендовал себя в пищевой промышленности, в виноделии, при приготовлении ликеров и наливок, экстракции ценных компонентов из растительного сырья. Исследовалась УЗ-обработка зерна пшеницы при разваривании и комбинированное воздействие ультразвуком и ферментными препаратами. В опытах использовалась лабораторная установка, созданная в МГАТХТ им. Ломоносова - "УЗ-реактор". Полнота и качество разваривания опытных образцов оценивались по их

текучести. При 1 = 100°С и времени УЗ воздействия от 40 до 60 мин. время прохождения разваренной массы уменьшилось в 3 раза по сравнению с контролем. При времени обработки 10 мин. текучесть возрастала в 1,5 раза. Снижение температуры разваривания до 90°С при ультразвуковом воздействии 60 мин. также приводило к повышению текучести в 3 раза по сравнению с контролем.

При комбинированном воздействии использовали обработку УЗ при 80-90°С и ферментным препаратом Термомил, содержащим термостабильную а-амилазу. Ферментный препарат вносился из расчета 1,0 ед. АС на 1 г условного крахмала. В качестве контрольного варианта был выбран образец, разваренный в автоклаве при 130°С в течение 60 мин. без внесения ферментного препарата и ультразвукового воздействия.

Из результатов, представленных в табл. 1 видно, что комбинированная обработка ультразвуком и ферментным препаратом, также позволяет существенно смягчить режимы разваривания (со 130°С, 60 мин до 80°С, 40 мин) с увеличением текучести разваренной массы.

Таблица 1.

Результаты обработки зерна ультразвуком и ферментным препаратом.

№ опыта Температура разваривания, °С Время разваривания, мин Время воздействия УЗ, мин Время прохождения массы, сек

1 90 60 60 30

2 90 40 40 25

3 90 40 0 55

4 90 40 10 20

5 90 10 10 Не разварился

6 80 40 40 20

7 80 20 20 Не разварился

Контроль 130 60 0 35

Таким образом, с целью снижения тепло-энергозатрат на производство спирта, сокращения времени обработки зерна, повышения текучести разваренной массы и увеличения выхода спирта с единицы крахмалсодержащего сырья нами было рекомендовано применение УЗ-обработки совместно с действием ферментных препаратов.

Изучение особенностей процесса получения этанола из отходов молокозаводов.

Исследование процесса получения этанола из молочной сыворотки проведено нами с целью разработки альтернативного варианта получения этанола из доступного углеводсодержащего сырья, увеличивающего не только сырьевую базу спиртовой промышленности региона, но и решающего целый ряд экологических проблем, связанных со сбросом молочной сыворотки в водоемы. Увязанная совместно с решениями задач спиртовой промышленности в единую региональную систему

управления ресурсами, производством и экологической ситуацией, биотехнология получения из молочной сыворотки и отходов молокоперерабатывающих заводов различных полезных продуктов может привести к существенным эколого-экономическим эффектам при условии, если специалисты молочной и спиртовой промышленности овладеют особенностями сбора, хранения молочной сыворотки, организации ее рациональной переработки. В этом случае одним из вариантов комплексного решения для экономии ресурсов, снижения затрат энергии и тепла в производстве спирта могла бы стать, например, совместная переработка зерна и молочной сыворотки в этанол с заменой воды молочной сывороткой (или ее безбелковым ультрафильтратом) на стадии разваривания зерна и использования смешанных культур дрожжей, включая сбраживающих лактозу. Такое комплексное решение с точки зрения спиртовой промышленности позволило бы поднять концентрацию сбраживаемых углеводов и этанола в бражке и снизить последующие затраты на отгонку и ректификацию спирта, а с точки зрения молокоперерабаты-вающих предприятий позволило бы улучшить их экономические показатели за счет производства дополнительной продукции из молочного сырья и снижения выплат за превышение контролируемых показателей ХПК и БПК в сточных водах. В этой связи как необходимый этап исследований по рациональному использованию молочной сыворотки автором был проведен скрининг дрожжевых микроорганизмов и подобраны оптимальные условия для ее утилизации в анаэробных условиях с получением спирта.

Из литературных источников известна технология сбраживания лактозы молочной сыворотки в спирт, основанная на использовании штамма Kluyveromyces fragilis CBS 397 с выходом спирта 23 л на тонну сырья. В оптимальных условиях длительность сбраживания составляет 10-23 сут. В результате исследований автора по подбору штаммов дрожжей Kluyveromyces lactis и по отработке режима и параметров проведения процесса сбраживания лактозы молочной сыворотки в этиловый спирт был выбран штамм К. lactis 1494. Максимальная концентрация спирта в бражке ( 2,9% об.) наблюдалась при дозе посевного материала ПО8 кл/мл и возрасте посевного материала 2-3 суток. При соблюдении отработанных параметров процесса длительность сбраживания составляла 3-4 суток. Выход этилового спирта на тонну сырья составил около 30 л.

Совместная переработка молочной сыворотки и крахмалсодержащего сырья (зерна) преследует цель повышения содержания сбраживаемых углеводов в исходном материале и, как следствие, этанола. Показано, в частности, что внесение на стадии разваривания зерна вместо воды углеводсодержащего экстракта, полученного дифференцированной обработкой зерна, повышает содержание этанола в сброженном сусле (Дубовицкий Ю.Е., 2003). Для выяснения аналогичной принципиальной возможности повышения содержания спирта за счет внесения в молоч-. ную сыворотку дополнительных компонентов, богатых углеводами, провели серию модельных экспериментов с внесением дополнительных количеств лактозы или мелассы в депротеинизированную молочную сыворотку с последующим

сбраживанием отобранным штаммом К. 1494. Для этого к питательной среде,

приготовленной на основе молочной сыворотки добавляли разные концентрации растворов мелассы и лактозы. Приготовленные питательные среды засевали после их стерилизации культурой (посевная доза 1*108 едУмл). Процесс брожения длился 3-4 суток при 30°С. Результаты опыта представлены в табл.2.

Таблица 2.

Влияние углеводных добавок на накопление спирта.

Наименование показателя Наименование добавок

меласса, % лактоза, % контр., сыворотка

3 5 10 12 15 1 2 3 5

конц.спирта, об. % 2,3 2,45 3,35 3,5 3,7 2,7 2,59 2,57 2,57 1,9

конц. спирта (теор.), об. % 3,8 4,8 7,3 8,3 9,8 2,8 3,35 3,85 4,85 -

Эти исследования показали, что увеличение концентрации углеводов в среде, приготовленной на основе раствора молочной сыворотки, не дает значительного роста концентрации спирта при использовании штамма К. ШЫк 1494. Выход этанола с единицы сырья падает при внесении углеводной добавки. По-видимому, для реализации идеи совместного сбраживания необходим подбор дрожжевых культур и их ассоциаций, устойчивых к высоким концентрациям различных Сахаров (лактозы, сахарозы, глюкозы, галактозы) и способных сбраживать смесь Сахаров до этанола при их одновременном присутствии.

Как альтернативное решение совершенствования получения этанола из молочной сыворотки, повышения его выхода и уровня накопления был апробирован метод с электрохимической предобработкой молочной сыворотки перед ее сбраживанием. Использовали молочную сыворотку с содержанием лактозы 4,7%, которую подвергали электрохимическому воздействию при плотности тока 60 А/м2 в течение 120 секунд. Сбраживание электрохимически предобработкааной молочной сыворотки проводили дрожжами К. ШЫк шт. 1494 при температуре 30+2°С в течение 4 сут. Исследования в каждом эксперименте проводили не менее чем в трех повторностях.

В результате экспериментов было установлено повышение максимального уровня накопления спирта в среде к 3-им суткам брожения в среднем до 3,4%об., что в пересчете на 1 т сырья составляет 35 л по сравнению с 30 л/т без электрохимической предобработки молочной сыворотки. Это на 17% выше, чем на среде, не подвергнутой электрохимическому воздействию.

Таким образом, применение электрохимической обработки сырья — молочной сыворотки показало возможность интенсификации процесса сбраживания в сред-

нем на 17% как по продолжительности процесса, так и по выходу этилового спирта.

На основе полученных результатов была разработана принципиальная технологическая схема вариантов утилизации молочной сыворотки с получением этилового спирта без электрохимической предобработки сыворотки и с ее электрохимической предобработкой, принципиальное отличие которых заключается в наличии фильтра, электролизера и дополнительного сборника электролизата во втором случае. В остальном оба варианта технологических схем получения этилового спирта из молочной сыворотки схожи.

В соответствии с предложенными технологическими решениями сначала осуществляется подогрев молочной сыворотки до температуры 75-78°С. После электрохимической предобработки или без нее проводится коагуляция белков, их выделение методом сепарирования. Охлажденную депротеинизированную сыворотку сбраживают в закрытых бродильных чанах при температуре 28-30°С в течение 3-4 суток с достижением концентрации этилового спирта около 2,7-2,9 %об. без электрохимической предобработки молочной сыворотки и 3,1-3,4 %об. в случае использования электрохимической предобработки. Перегонка бражки и ректификация бражного дистиллята осуществляется на брагоректификационных аппаратах периодического действия. Осадок скоагулированного белка сыворотки обезвоживается на центрифуге с достижением содержания сухих веществ в осадке около 67% и высушивается в сушилке пленочного типа. Содержание сухих веществ высушенного осадка составляет около 85%. Образовавшийся осадок после сушки используется на корм скоту. Отработанная масса поступает в отвал. Другая - к потребителю. Очищенный газ выбрасывают а атмосферу.

Барду, полученную из молочной сыворотки после отгонки спирта, скармливают в свежем виде либо в качестве компонента кормосмесей сельскохозяйственным животным: крупному рогатому скоту и свиньям.

Таблица 3.

Показатели качества спирта-ректификата из молочной сыворотки

Показатель качества Ректификат из пищевого Спирт-ректификат из

сырья ГОСТ 5969-67 молочной сыворотки

Внешний вид Прозрачная бесцветная жидкость без примесей

Запах Характерный для этилового спирта

Вкус Собственный вкус без постороннего привкуса

Содержание кислот в пересчете

на уксусную кислоту, мг/л 12-20 10-12

Содержание этилового спирта,

об. % 96,0-96,5 96,0-96,5

Содержание эфиров в пересчете

на уксусно-этиловый, мг/л 25-50 35-40

Содержание:

альдегидов, мг/л 2-10 1-2

метанола, об. % 0,03-0,05 не обнаружено

сивушные масла, об % 3-15 2-3

Таблица 4.

Основные технико-экономические показатели биотехнологии утилизации молочной сыворотки с целью получения спирта мощностью 3 м3/сут по перерабаты-

ваемой сыворотке.

№/№ Показатели Единица Значение

п/п измерения

1. Объем продукта по сырью м3/год 870

2. Объем товарной продукции дал/год 1580

2. Товарная продукция (ТП) млн. рубУгод 5,5

3. Себестоимость единицы продукции (спирта) рубУдал 2240

4. Прибыль на единицу продукции рубУдал 1160

5. Затраты на 1 руб. ТП руб. 0,66

6. Рентабельность производства % 52

7. Капитальные затраты тыс. руб. 736

8. Эффективность капитальных затрат 2,5

9. Срок окупаемости год 0,40

10. Годовой экономический эффект млн. руб. 1,7

Анализ спирта-ректификата, проводимый по юстированным методикам, показывает, что полученный по данной технологии спирт содержит менее 2 мг/л альдегидов, менее 3 мг/л сивушных масел и около 4 мг/л эфиров. Метиловый спирт и фурфурол в спирте-ректификате не обнаруживаются. Основные показатели качества спирта и технико-экономические показатели технологии приведены в табл. 3 и 4.

3. Исследования по оптимизации стадии ректификации спирта.

В технологии получения этанола из традиционного углеводного сырья (зерна, крахмала) наиболее энергоемкой стадией является отгонка и ректификация спирта, поэтому эти операции считаются наиболее существенным резервом с точки зрения экономии энергопотребления всей технологии в целом.

Один из наиболее существенных недостатков стадии ректификации спиртового производства связан с последовательным использованием нескольких ректификационных колонн для разделения трехкомпонентной смеси вода-этанол-примеси, что приводит к неизбежному перерасходу энергии на разогрев и охлаждение смеси во всех ректификационных колоннах, кроме первой ректификационной колонны, энергетическим потерям при переводе смеси из первой ректификационной колонны в последующие, увеличению площади, занимаемой установкой разделения многокомпонентной смеси, а также увеличению расходов на обслуживание ее.

Для разработки более эффективного и ресурсосберегающего метода ректификации за счет уменьшения расходов на обслуживание используемой установки автором был предложен способ ректификационного разделения трехкомпонентной смеси: этанол-вода-примеси путем совмещения в единой колонне нескольких последовательных этапов разделения (получено положительное решение о выдачи патента РФ и подана заявка на патентование). Конструкционное решение по предложенному способу заключается в использовании вертикальной перегородки, разделяющей колонну на две секции. Принципиальная схема решения представлена на рис. 2.

Рис. 2. Принципиальная схема ректификации с использованием колонны с вертикальной перегородкой.

1 - корпус, 2 - тарелки, 3 - перегородка, 4 - нагреватель, 5 - дефлегматор, 6 - элементы регулировки потоков.

В соответствии с предложенным способом в центральной части колонны устанавливается вертикальная перегородка, делящая ее на два сектора (ректификационную и браж-ную части) и система распределения потоков внутри колонны. Исходная смесь ABC (A -низкокипящие примеси: этилацетат, метиловый спирт и т. д., В — среднекипящий компонент - этиловый спирт, С — высококипящий компонент - кубовый остаток: вода; уксусный альдегид) поступает на одну из среднерасположенных тарелок ректификационной колонны в один из секторов. В указанном секторе за счет поднимающегося теплового потока низкокипящие компоненты поднимаются вверх в укрепляющую (эпюрационную) часть колонны, охлаждаются в дефлегматоре и частично в виде флегмы поступают на орошение, а частично в виде дистиллята их удаляют (компонент А) из колонны. Часть флегмы поступает в сектор 1, а часть в сектор 2. Паровая фаза, поднимающаяся с отгонной части колонны также посредством дополнительных устройств распределяется между секторами 1,2 согласно требуемой по расчету нагрузке по пару или подбирается на основе анализа выходных потоков. В секторе 1 происходит ректификационное разделение и выделение среднеки-пящего компонента В. Высококипящий компонент С как тяжелая фракция исходной смеси уходит в кубовый остаток и выводится из колонны.

Для реализации заявленного способа была предложена конструкция ректификационной колонны, схема которой представлена на рис. 3, и модифицированная методика инженерного расчета для оптимизированного процесса ректификации.

Рис. 3. Секционированная ректификационная колонна для разделения трёх-компонентных смесей.

1 - верхняя часть колонны с дефлегматором; 2 - распределительная колпачковая тарелка; 3 - гидрозатвор; 4,5 - оросители секций колонны с регулируемой подачей; б - секционирующая перегородка; 7,8 - распределительные колпачковые тарелки; 9 - средняя секционированная часть колонны с устройствами для подачи смеси в одну секцию и отбора одного из компонентов из другой секции; 10 ♦ распределительная колпачковая тарелка; 11 - задвижки с отверстиями; 12 - крепления задвижки; 13 - регуляторы положения задвижки; 14 -распределительная колпачковая тарелка; 15 - нижняя часть колонны с нагревателем.

Математическое описание ступени разделения, использующее отработанные схемы расчета (Ю.А. Комиссаров и др., 1999; А.А. Кухаренко и А.Ю. Винаров, 2001), представляет собой систему уравнений, которая включает в себя:

1.Уравнение общего материального баланса ступени:

где: — число ступеней разделения в секции колонны, И _ потоки пара и жидкости,

поступающие на ступень, V- И - потоки пара и жидкости, уходящие со ступени.

2.Уравнение общего теплового баланса ступени:

где: Н^ И //у энтальпии жидкости и пара потоков.

3. Уравнения материальных балансов для каждого компонента смеси:

; ' " ' = \ Vм и

где: J - номер компонента разделяемой смеси, А - число к о м и о н у^ и А j ■ концентрации (мольные доли) _}~ГО компонента в паровой и жидкой фазах.

4. Уравнения для расчета состава пара, уходящего со ступени разделения, определяющие ее разделительную способность:

Приведенная система уравнений дополняется стехиометрическими соотно-

шениями для концентрации компонентов:

Состав паровой фазы, уходящей со ступени определяется соотношением:

7 = 1 ,...,К ,

где У^р — концентрация У-го компонента в паре, равновесном жидкости, стекающей со ступени разделения.

В свою очередь равновесные концентрации компонентов в паре задаются соотношениями:

У,

ф,р

У = 1.....к,

где: Р"(Т) — давление паров чистого компонента, выраженное в зависимости от температуры, - концентрации компонента в жидкости и в равновесном паре соответственно, и ф/ — коэффициенты активности и летучести компонента, в общем случае зависящие от температуры, давления и состава фаз, Р и Т - давление и температура на ступени разделения.

Для расчета равновесного состава пара при заданном составе жидкости используется стехиометрическое уравнение:

ят)=£?,-!=Цм (х,т)р;сп -1=о.

Полная система уравнений математического описания колонны включает также соответствующие уравнения для описания работы кипятильника и конденсатора, а также уравнения балансов для вводов сырья и боковых отборов из колонны. Алгоритм расчета предусматривает также определение минимального флегмо-вого числа, определения числа реальных тарелок в колонне, проведение поверочного расчета колонны. Пример подробного расчета ректификационной колонны для получения 96,2% (об.) этилового спирта приведен в диссертационной работе автора.

Исследования и расчеты показали, что предложенный вариант ректификации позволяет в 1,7-2 раза снизить капитальные затраты и сократить требуемую для расположения колонн производственную площадку, снизить энергетические затраты на процесс ректификации за счет сокращения вводимых тепловых потоков не менее чем на 25-30% при тех же показателях разделения смеси.

Разработанную методику расчета предполагается включить как составляющую часть в систему управления производством и в базу данных по обеспечению контроля технологического процесса с целью улучшения качества продукции, экологических и ресурсосберегающих характеристик технологии.

4. Изучение свойств жидких стоков и применение аэробно-анаэробной биоочистки (на примере спиртзаводов и молокозаводов).

В настоящее время почти все спиртовые и молокоперерабатывающие предприятия региона РСО-Алания не имеют локальных очистных сооружений и сбра-

сывают сточные воды в городские сети водоотведения или в природные водоемы, в лучшем случае - после механической очистки. Таким образом, данная группа предприятий является мощными источниками загрязненной окружающей среды региона. В этой связи важным разделом диссертации явилась разработка рациональных технологий обезвреживания и глубокой очистки сточных вод спиртовых и молокоперерабатывающих предприятий.

Объектами исследования были производственные сточные воды спиртовых заводов, стоки, образующиеся в процессе утилизации молочной сыворотки, производственные сточные воды молокоперерабатывающих предприятий.

Анализ основныххарактеристик сточных вод.

Производство спирта - это многостадийный процесс, от каждой стадии которого образуется свой специфический сток с различной концентрацией загрязняющих веществ и объемом сброса.

Анализ типичных спиртовых заводов региона (завод "Изумруд", ОАО "Престиж") показал, что источниками выбросов являются участки выгрузки и перегрузки зерна, технологическое оборудование деревообрабатывающей и механической мастерских, котельная, технологическое оборудование спиртового и водочного цехов и т.д. Годовой суммарный выброс загрязняющих веществ от стационарных источников завода "Изумруд" составляет около 99 т, из которых 10,9 т твердые и 88,1 т газообразные. Годовое количество сточных вод составляет около 135 тыс. м3. Количество образующихся на заводе отходов (с учетом барды) составляет 128 тыс. т. Данные по химическому составу сточной воды спиртового завода "Изумруд", суммарным сбросам вредных веществ в приемники сточных вод представлены в таблицах 5 и 6.

Таблица 5.

Усредненные химические показатели сточной воды спиртового завода "Изумруд".

Показатели Единицы измерения Концентрация пдк

РН - 4,75 6,5-7,5

БПК5 , мгОг/л 17,5 2,0

хпк мгОг/л 272 15

(БПК5/ХПК)100% % 6,4

ы-мн4+ . мг/л 9,0 0,5

N-N02' мг/л 0,009 0,002

N-N03" мг/л 0,6 • <10

Р-РОЛ мг/л 0,27 0,02

Взвешенные вещ-Ей * мг/л 190 <0,25

Обычный способ очистки транспортерно-моечных вод спиртовых заводов -механическое отстаивание в горизонтальных и вертикальных отстойниках, стабилизация с последующей подачей в оборот. Осадок вывозят в отвал или на поля. Основной метод очистки, существующий на спиртовых заводах для наиболее за-

грязненных производственных сточных вод - биологическая очистка в аэротенках, доочистка и обеззараживание на песчаных фильтрах и в хлораторной с последующим сбросом в водные объекты. Полная биологическая очистка производственно-загрязненных сточных вод позволяет получить сточные воды с концентраций загрязнений по взвешенным веществам 5-8 мг/л;БПКП-7 мг/л. Лютерная вода, содержащая в своем составе высококипящие сложные эфиры и кислоты, частично утилизируется в производственном цикле, но основное ее количество не используется. Предусмотрена ее раздельная очистка от общего потока сточных вод.

Таблица 6.

Характеристика сбросов вредных веществ завода "Изумруд" в приемники сточных вод.

Для уменьшения расхода свежей воды на заводе ОАО "Престиж" предусмотрена система оборотной воды, оборудованная градирней с насосной станцией. Оборотная вода используется на охлаждение и мойку технологического оборудования, мытье полов. Нагретая вода и конденсат насосами подаются на охлаждение в градирню, кроме воды после вакуум-охлаждения и мойки оборудования, которая отводится в канализацию. Сброс сточной воды завода осуществляется в городскую канализацию и далее на городские очистные сооружения. Производственные стоки из главного корпуса отводятся в сеть производственной канализации, стоки от котельной смешиваются с очищенными стоками из главного корпуса, после чего сбрасываются в р.Терек. Для очистки производственных стоков от главного корпуса предусмотрена станция биологической очистки (лютерная вода). Очищенные стоки сбрасываются в ливневую канализацию и далее в р.Терек.

На настоящий момент считается приемлемым для очистки сточных вод спиртовых и пищевых заводов применение механических и биологических способов. Поскольку БПК сточных вод этих заводрв невысокое, то, их биологическую очистку необходимо проводить в аэробных условиях. В то же время для получения воды высокого качества, удовлетворяющей новым экологическим нормативам, необходима физико-химическая доочистка стоков. На стадии доочистки считается эффективным использовать адсорбционный метод. После полной очистки сточных вод их обычно возвращают в реки или спускают в водоемы.

В отличие от спиртовых заводов сточные воды молокозаводов характеризуются повышенным содержанием органических загрязнений. В таблице 7 представ-

Наименование вредного вещества Кол-во вредных вещ-в, отходящих от источников сброса, т/год

Река

Азот аммонийный 0,0086

БПКп 0,5

Хлорид-анионы 3,1

Всего 3,6 .

Сети канализации

Азот аммонийный 0,3

БПКп 9,7

Взвеш. вещ-ва 8,9

Нефть и нефтепр. 0,04

Нитрат-ионы ЫОз 0,057

Фосфаты 0,24

Хлорид-анионы 5,1

Всего 25,0

лены данные анализов физико-химического состава суммарного потока сточных вод одного из молокозаводов, смешанного со стоками, полученными в процессе утилизации молочной сыворотки в спирт. Из данных таблицы 7 видно, что БПК5 и ХПК стоков высокое и соотношение БПК^ПКц, составляет в среднем 18,3 %, а БПКП/ХПК около 65 %. Это указывает на возможность применения как аэробных, так и анаэробных биологических методов для очистки производственных сточных вод молокозавода. В то же время наблюдается превышение концентрации фосфатов по сравнению с необходимым для проведения полной биологической очистки при классическом соотношении Из этого следует, что после

применения биологической очистки производственных сточных вод молокозавода необходимо предусмотреть блок доочистки стоков от соединений фосфора. Также для данной категории сточных вод характерны повышенные концентрации соединений марганца - до 1,6 мг Мп2+/л. Таким образом, при разработке метода биологической очистки возникает необходимость изучения закономерностей влияния соединений марганца на клетки биоценоза и возможности применения методов удаления марганца из сточных вод перед их поступлением на биологическую очистку.

Таблица 7.

Типичный исходный состав производственных сточных вод предприятия по производству молока и молочных продуктов.

Наименование показателя Сточная вода

1-ый привоз 2-ой привоз 3-ий привоз Средняя величина

рН 6,0 6,0 8,1 6,7

Взвешенные вещества, мг/л 170,0 173,0 176,0 173,0

ХПК,мг02/л 2250,0 3050,0 1600,0 2300,0

БПК„0Л„, мг02/л 1680,0 1800,0 980,0 1430,0

БПК5,мг02/Л 325,0 270,0 195,0 230,0

Азот общий, мгЫ/л 70,0 70,0 70,0 70,0

Азот аммонийный, мгЫ/л 30,0 32,0 28,0 30,0

Азот нитритов, мгМ/л ■ 0,002 0,005 0,008 0,005

Азот нитратов, мгЫ/л 1,3 0,3 0,5 0,7

Фосфаты (мин.), мгР/л 44 24 4 24

Марганец, мг Мп^/л 1,6 1,6 0,4 1,3

БПК5/БПК,кш„,% 20,0 15,0 19,9 18,3

БПКпалн /ХПК, % 74,7 59,0 61,3 65,0

Биохимический показатель, БПК„оЛ„: Ы:Р 100:4,2:2,6 100:4,0:1,3 100:7,0:0,4 100:5,1:1,4

Исследование эффективности аэробной и анаэробной биоочистки стоков.

Среди биологических методов чаще всего используют очистку в аэротенках (с активным илом) различных модификаций и на биофильтрах (с биопленкой). Обработанная по такой технологической схеме вода содержит взвешенных веществ 5-20 мг/л, БГЖ5 8-20 мг 02/л, ХПК 35-40 мг 02/л.

Недостатками очистки в аэротенках применительно к спиртовым и особенно молокоперерабатывающим заводам являются плохие седиментационные свойства и осаждаемость активного ила во вторичных отстойниках, что обусловлено высокой концентрацией органических загрязнений в стоках и, как следствие, низкой концентрацией растворенного кислорода в аэротенках и их перегрузкой, а также значительной неравномерностью режима поступления загрязнений на очистные сооружения, часовые и сезонные колебания нагрузки. Также нужно отметить высокие энергозатраты на аэрацию и проблемы, связанные с обработкой и утилизацией больших количеств образующегося избыточного ила, имеющего очень низкую водоотдающую способность.

Недостатки очистки на биофильтрах - большая продолжительность наращивания биопленки при пуске сооружений (2-3 недели), колебания толщины слоя биопленки от 0,5 до 2 мм в зависимости от температуры окружающей среды, концентрации загрязнений, частичное флотирование отработанной биопленки, которое приводит к повышенному содержанию взвесей в очищенной воде. Сточные воды должны иметь концентрацию загрязнений по не более 200 мг для

предотвращения заиливания загрузки биофильтров. По этой причине подаваемые на биофильтры стоки необходимо разбавлять очищенной водой в несколько раз и уменьшать гидравлическую нагрузку.

Для совершенствования стадии биологической очистки считается перспективным использование конструкций, обеспечивающих повышение рабочей дозы и низкий унос активного ила, в частности, биотенков (аэротенков с загрузкой-носителем), а также анаэробных методов. Во втором случае очистка может проводиться в две стадии: стоки с высокой концентрацией загрязнений направляются без разбавления в анаэробный биореактор, где подвергаются биоконверсии; после анаэробного разложения остатки загрязнений, содержащиеся в иловой.воде, окисляются аэробно в аэротёнке или на биофильтре. В проведенных нами экспериментах отрабатывались и аэробный и анаэробный методы совершенствования существующих систем биологической очистки.

Очистка сточных вод в аэробныхусловиях.

Применительно к очистке сточных вод молокозаводов исследования показали, что одноступенчатое биологическое окисление в аэротенке не обеспечивает необходимой степени очистки воды, в частности, по показателю ХПК. Из результатов исследований, представленных на рис. 4а,б, видно, что для снижения БПК на 80-90% достаточно времени пребывания сточной воды в сооружении 4-5 ч. В то же

время в этих условиях снижение содержания загрязнений по ХПК происходит всего на 60-70%. Это указывает на то, что в стоках присутствуют как легкоокисляе-мые, так и трудноокисляемые вещества. Таким образом, требуется дополнительная обработка сточных вод для доведения качества очистки до требуемых нормативов.

Рис. 4а. Динамика изменения концентрации органических загрязнений (по показателям ХПК и БПК5) при биологической очистке сточных вод молокозавода в аэро-тенке в контактных условиях.

Рис. 46. Динамика изменения концентрации аммонийного азота, фосфатов, нитратов, нитритов при биологической очистке сточных вод молокозавода в аэротенке в контактных условиях.

Возраст ила (время пребывания ила в аэрстенке с учетом рецикла части ила) влияет на процесс биохимического окисления органических веществ и на процесс нитрификации. Время пребывания ила в биореакторе, работающем в режиме максимальной окислительной мощности, должно составлять 2-6 суток, а в режиме очистки с достижением максимальной скорости нитрификации - 10-14 суток.

Очистка сточных вод в анаэробныхусловиях

Эксперименты по анаэробному сбраживанию стоков молокопроизводства со сливом молочной сыворотки без ее переработки указали на еще меньшую эффективность данного процесса в контактных условиях по сравнению с аэробным методом (рис. 5а,б).

Рис. 5а. Динамика изменения концентрации органических загрязнений (по показателям ХПК и БПК,) при анаэробном сбраживании сточных вод молокозавода в контактных условиях.

Рис. 56. Динамика изменения концентрации аммонийного азота, фосфатов, нитратов, нитритов при анаэробном сбраживании сточных вод молокозавода в контактных условиях.

В отличие от аэробного процесса (рис. 4) за 5 час пребывания воды в анаэробном реакторе практически не происходит снижения общей концентрации растворенных органических веществ (рис. 5а). Кривая изменения концентрации аммонийного азота (рис. 56) указывает на возможность гидролиза и аммонификации легкогидролизуемых белков и других соединений азота через 1,5 час с момента

поступления сточных вод в анаэробный реактор. Через 3,5 часа практически достигается максимальная степень аммонификации, при которой в водной среде концентрация аммонийного азота находится на уровне 32 мг И-ЫН^/л,. Концентрация нитритных ионов за этот период сохраняется на уровне 0,03-0,05 мг ЫОг'/л. Значения концентрации нитратных ионов в первые 0,5 часа уменьшаются с 1,3 мг гТО37л до 0,9 мг ЫОз"/л, по-видимому, за счет денитрификации. Дальнейшее увеличение времени пребывания очищаемой воды в анаэробном реакторе не приводит к значительному изменению концентрации нитратных ионов в очищенной воде. Концентрация фосфатов в этом процессе достигает максимума на 3,5-4 час после его запуска (рис. 56).

Аналогичные результаты, полученные при очистке стоков спиртового завода в проточных условиях (рис. 6) и стоков молокозавода в реакторе с рециклом свободноплавающей биомассы в проточных условиях (табл. 8), также свидетельствуют о неэффективности использования одностадийного анаэробного сбраживания.

Рис. 6. Динамика изменения концентрации загрязнений в проточном анаэробном реакторе с рециклом биомассы при очистке сточной воды спиртового завода.

Время нахождения воды в анаэробном реакторе 2 часа; возраст биомассы 20-22 сут.

Таблица 8.

Изменение показателей очистки при анаэробном сбраживании сточных вод спиртового завода при длительном возрасте ила.

Показатели Пост)па-щая вода Очищенная вода, в зависимости от возраста ила, сутки

4 8 11 15 18 22 25 29

ХПК, мг02/л 1600 1750 1800 2050 2100 2200 2000 1600 1600

БПК,,мгО,/л 270 120 280 300 280 300 250 250 230

М-ЫН4 мгМ/л 32 50 35 40 45 100 85 22 35

N-N02, мгЫ/л 0,0023 0,038 0,027 0,014 0,002 0,002 0,006 0,004 0,005

N-N03, мгИ/л 1.9 1,2 1,4 2,6 2,3 1,3 1.9 и 1,7

Р-ГО4, мгР/л 0,75 4,2 6,1 Мб 3,05 1,69 6,71 0,95 0,81

рн 7,5 6,75 6,65 7,2 7,1 7,8 7.5 7,45 8,0

Рис. 7. Динамика изменения концентрации Мп в иле и скорости эндогенного дыхания биоценоза (V) в процессе анаэробного сбраживания сточных вод молоко -завода в контактных условиях.

О 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Возраст анаэробного ила, су Г-^-нИ—Мп е иле - - * --Мп в аоднойсреде]

Рис. 8. Изменение концентрации марганца в активном иле и водной среде в зависимости от возраста анаэробного ила при обработке стоков молокозавода.

Данные по изменению концентрации ионов Мп и эндогенного дыхания, полученные при обработке стоков молокозавода в анаэробных условиях контактным методом и представленные на рис. 7, указывают на обратную связь между содержанием Мп в иле и скоростью эндогенного дыхания. При концентрации марганца внутри клетки в количестве 0,7 мг Мп/г ила наступает резкое снижение скорости эндогенного дыхания. Можно предположить, что соединения марганца, проникая внутрь клетки, ингибируют процессы эндогенного дыхания, нарушая тем самым весь комплекс биохимического синтеза. Дополнительные исследования, проведенные на сточных водах молокозавода, содержащих 1,6 мг Мп2+/л солей марганца при длительном выдерживании стоков с активным илом в анаэробных условиях, показали поступательное накопление марганца в клетках микроорганизмов активного ила, причем скорость накопления марганца в клетках резко возрастает спустя 7 суток контакта биомассы с марганецсодержащими сточными водами (рис. 8).

Это указывает на функционирование в первые 7 суток внутриклеточных процессов, препятствующих проникновению марганца внутрь клетки и их угасание к концу этого срока, что, в конечном итоге, приводит к гибели биоценоза и лизису биомассы, сопровождающемуся резким повышением содержания марганца в водной среде (рис. 8).

Проведенные исследования позволили установить критические концентрации накопления марганца внутри клеток, приводящие к началу гибели биоценоза. Было установлено, что критическая концентрация марганца для анаэробной биомассы составляет 0,14 мг Мпг7г иласутки, для аэробной - 0,3 мг Мп2+/г иласутки.

Таким образом, полученные данные свидетельствуют в пользу необходимости удаления соединения марганца из сточных вод, желательно перед стадией биологической деструкции и о неэффективности классических одностадийных процессов аэробной или анаэробной деструкции органических соединений сточных вод молокозаводов. По-видимому, в данных условиях применение анаэробного биореактора целесообразно только для проведения процесса аммонификации.

В этой связи возникает вопрос о путях совершенствования и модификации процессов очистки стоков молокозаводов и спиртовых заводов.

С учетом полученных результатов, нами были рассмотрены четыре варианта совершенствования процесса:

1) проведение двухстадийной очистки стоков молокозаводов с предварительным сбраживанием лактозы в этанол селекционированными дрожжами К. и последующей биологической доочисткой стоков;

2) разработка метода удаления ионов марганца из сточных вод;

3) разработка комбинированных методов последовательной очистки в анаэробном и аэробном реакторе;

4) разработка аэробного метода очистки в биотенке с носителем.

Рис. 9. Изменение ХПК в процессе биологической очистки отработанной молочной сыворотки.

1 - исходный раствор; 2 - аэробные условия; 3 - анаэробные условия

Результаты экспериментов указали на потенциальную применимость первого варианта для очистки сточных вод молокоперера-батывающих предприятий. На рис. 9 для примера приведены результаты обработки аэробным и анаэробным методом бесклеточного фильтрата после сбраживания молочной сыворотки в этанол дрожжами К. 1ас^ (см. табл. 2) и отделения биомассы. Эффект доочистки стоков по показателю

Условия утилизации

■ I 12 13

ХПК при обработке в анаэробных условиях составил 80 %, а в аэробных условиях - 70 %. Таким образом, можно сделать вывод о рациональности проведения процесса доочистки сброженной в этанол молочной сыворотки как в аэробных, так и в анаэробных условиях. Этот факт является еще одним свидетельством в пользу получения этанола из молочной сыворотки, поскольку такой процесс должен характеризоваться меньшими затратами на очистку стоков. В то же время очистка стоков молокозавода после сбраживания молочной сыворотки в этанол требует организации процесса получения спирта из молочной сыворотки и не является "автономной" с точки зрения совершенствования самого процесса биологической очистки. Кроме того, это решение неприменимо в случае очистки стоков заводов по выпуску спирта из крахмалсодержащего сырья. Поэтому последующие исследования были сосредоточены на трех других решениях: разработке метода удаления ионов марганца из сточных вод, разработке комбинированных методов последовательной очистки в анаэробном и аэробном реакторе и аэробного метода очистки в биотенке с носителем.

Разработка метода предварительной очистки сточных вод от соединений марганца

Для удаления соединений марганца из сточных вод перед стадией биологической деструкции загрязнений нами был разработан метод биокоагуляции, основная задача которого - изъятие марганца из поступающих вод до концентраций, неин-гибирующих биохимические процессы расщепления органических веществ в системе биологической очистки.

Проведенные исследования показали, что поверхность активного ила с возрастом 8 суток (рис. 8) обладает физико-химическими свойствами, наиболее подходящими для адсорбции марганца и органической коллоидной взвеси, определяющей величину ХПК поступающих сточных вод. Оптимальные параметры для получения максимального эффекта изъятия из поступающих сточных вод соединений Мп и коллоидной органической взвеси составили следующие величины:

- возраст ила, циркулирующего в замкнутой системе биокоагулятора — 8 суток (рис. 8);

- время пребывания воды в биокоагуляторе - 0,5 час (рис. 10);

- концентрация ила 1,5<Саи<3,5 г/л (рис. 11);

- концентрация растворенного кислорода - не менее 2 МгОг/л (рис. 12).

При этих показателях достигаются практические нормы для станций биологической очистки, соответствующие 0,1 мг/л по Максимальное удаление органической коллоидной взвеси достигает 35%. Снижение концентрации фосфора - 31% (табл. 9). Увеличение концентрации активного ила до 3,8 г/л практически не сказывается на эффекте изъятия марганца, однако, вынос взвеси в первичном отстойнике увеличивается. Наблюдается флотационное всплывание иловой смеси, а адсорбированные органические вещества на поверхности биомассы переходят в

поступающие сточные воды,

БИБЛИОТЕКА I

СПснрвДО |

О» Ш »■»

Рис. 10. Определение необходимого времени процесса биокоагуляции для очистки сточных вод от соединений Мп. Со2=2,0-2,3 мгСЬ/л; С»,=0,5 г/л; возраст ативного ила - 8 сут

Рис. 11. Определение концентрации активного ила в биокоагуляторе, при которой достигается максимальный эффект изъятия соединений марганца. Время контакта поступающих сточных вод с иловой смесью т=0,5 часа; Сог=2,0-2,3 мгСУл;

Влияние времени пребывания воды в органической взвеси и фосфатов

Рис. 12. Определение концентрации растворенного кислорода в биокоагуляторе, при которой достигается максимальный эффект изъятия соединений марганца. Возраст активного ила - 8 суток; Са.„.»2,0 г/л; время пребывания воды в биокоагуляторе т=0,5 часа.

Таблица 9. биокоагуляторе на удаление

Время, ч ХПК,мг02/л Фосфаты, мг Р/л

Поступающая вода Очищенная вода Поступающая вода Очищенная вода

0,25 1600 1120 4,1 2,8

0,5 1600 1040 4,1 2,8

0,75 1600 1440 4,1 . 2,8

1,0 1600 1120 4,1 2,8

1,25 1600 1040 4,1 2,8

1,5 1600 1500 4,1 . 2,8

В ходе исследований было установлено положительное влияние на процесс биокоагуляции внесения в производственный сток сточных вод, образующихся в процессе переработки молочной сыворотки в спирт

В качестве других решений для удаления соединений марганца, а также железа и уменьшения их влияния на активный ил аэротенков нами было предложено: 1) использование нейтрализации сточных вод до рН 8 и их осветления перед стадией биологической очистки с удалением и последующим обезвоживанием образовав-Л шихся шламов гидрооксидов железа и марганца; 2) использование электромагнитных активаторов, монтируемых на дополнительном контуре возвратного ила. Апробация обоих решений на предприятиях пищевой промышленности показала возможность увеличения окислительной мощности аэротенков и нитрификаторов на 10-30% с сохранением требуемой степени очистки воды.

5. Применение природных сорбентов для очистки и доочистки сточных вод.

Как уже отмечалось, одним из наиболее перспективных вариантов очистки стоков применительно к спиртовым и молокоперерабатывающим предприятиям считается метод, основанный на использовании биохимического окисления и носителей или сорбентов, в частности, в биотенке. С другой стороны, при последовательном сочетании биологического и сорбционного метода можно очистить сточную воду до требуемых нормативов. В этой связи большое внимание в работе было уделено разработке сорбционных методов и подбору носителей для их,исполь-зования в качестве загрузки в биотенках и как самостоятельный метод доочистки сточных вод. При этом основное внимание было уделено природным носителям, в частности, цеолитам, использование которых получает в настоящее время все более широкое распространение благодаря благоприятным адсорбционным характеристикам, высокой механической прочности, небольшому проценту виброизноса, водостойки, взаимозаменяемости, возможности целенаправленного модифицирования и активации с помощью различных методов (термических, химических, комбинированных) с целью получения сорбентов заданного качества. Расширению диапазона использования природных сорбентов в целях очистки сточных вод способствуют разработка и добыча новых природных месторождений, снижающая их стоимость, и ужесточение экологических требований к сбрасываемым после очистки стокам.

В наших исследованиях в качестве носителей и сорбентов использовалось дешевое местное минеральное сырье: ирлиты, относящиеся к слюдистым бентонитовым глинам, месторождения которых расположены в торных районах РСО -Алания, другие алюмосиликаты, а также широко используемые носители: активный уголь, щебень, пластмассовая загрузка. Объем добываемых в регионе сорбентов, таких как ирлиты, может полностью удовлетворить потребности агропромышленного комплекса юга России в течение длительного периода.

Исследование процесса биологической очистки в аэротенке с носителем (биотенке)

Исследования проводились со сточными водами спиртовых заводов и моло-коперерабатывающих предприятий. В качестве носителей (загрузки) использовались природный глинистый минерал, относящийся к типу слоистых структур ди-октаэдрической подгруппы с удельной поверхностью 90-110 м2/г, щебень и синтетический материал (плоская пластмассовая загрузка). Типичные параметры процесса биохимического окисления в аэротенке с синтетической загрузкой:

Объем аэротенка, \/г 2,3 л

Объем загрузки, Х/мгр 0,036 л

(\/МфЛ/а)100% 1,6%

Коэффициент использования сооружения, М^з^^ 0,7

Площадь сечения аэротенка, Р, 78,5 л

Удельный расход воздуха, qa: 0,01-0,02 м3/м3

Гидравлическая нагрузка, 4-6 м3/м2сут

При работе биотенка с очисткой сточной воды спиртового завода, перерабатывающего зерносырье, с БПК5 сточной воды на входе 20-50 мг Ог/л, с удельным расходом воздуха q¡¡ = 0,01 м3/м3 и гидравлической нагрузкой q¡¡f = 4 ^4//м?'у т эффект очистки составил: по ХПК - по взве-

шенным веществам - 73%. Концентрация свободно плавающей биомассы составила - 30 мг/л (к концу стабилизации). Длительность пусконаладочного периода составила - 11 сут. Для биодеструкции органических веществ в аэротенке с синтетической или минеральной загрузкой достаточно времени пребывания сточной воды 3-4 час с достижением ПДК по БПК5 2 мг О2/л. В этих условиях масса биопленки, накапливаемой на синтетической загрузке, составляет 28 мг/л, на минеральной загрузке - 68 мг/л. Оптимальный возраст биомассы (время пребывания ила) - около 10 сут. Очистка в биотенке характеризуется устойчивостью к неравномерности подачи загрязняющих веществ (рис. 13).

При очистке сточных вод молокоперерабатывающих предприятий, как уже было отмечено ранее, одностадийная аэробная биологическая очистка не обеспечивает снижение уровня загразнений по ХПК до требуемых нормативов. С другой стороны, результаты исследований указали на положительное влияние предварительной анаэробной обработки молочной сыворотки на дальнейшую аэробную очистку (рис. 9). Поэтому было предложено апробировать метод последовательной очистки в анаэробном и аэробном биореакторе.

На рис. 14 представлены результаты, полученные в процессе двухступенчатой очистки по вариантам: 1) анаэробный реактор - аэротенк; 2) анаэробный реактор - биотенк с алюмосиликатной загрузкой. В этих исследованиях использовалась сточная вода молокозавода, прошедшая стадию удаления соединений Мп, осветление в первичном отстойнике и анаэробный реактор.

Результаты указывают на преимущества анаэробной-аэробной очистки стоков молокозаводов, позволяющей снизить уровень загрязненности стоков по БПК5 в среднем на 99 %, и по ХПК на 96-98%. Сравнение очистки в аэротенке и биотенке показало преимущества второго по устойчивости в работе и к перегрузкам.

Рис. 13. Зависимость качества очищенной воды (по БПК5) в биотенке с минеральной загрузкой (щебень) от неравномерности сброса сточной воды.

Условия очистки: время пребывания 3 ч, удельный расход воздуха 0,01 м'/м', гидравлическая нагрузка 4,2 м3/м'суг, концентрация свободно плавающей биомас-

Рис. 14. Динамика изменения концентрации органических загрязнений по показателю ХПК (А) и БПК5 (Б) в сточных водах молокоперерабатывающих предприятий в аэротенке со свободноплавающей биомассой и в аэротенке с закрепленной биомассой в проточных условиях после стадии анаэробного сбраживания.

Исследование технологии доочистки сточныхвод с применением природных сорбентов иэлектролиза.

Согласно требованиям Основ водного законодательства России система во-дообеспечения предприятий спиртовой и пищевой промышленности должна быть оборотной, т.е. должна обеспечивать водой как все предприятие, так и функционировать в режиме замкнутых циклов для отдельных участков и цехов. При этом должна быть предусмотрена система очистки сточной воды или оборотного водоснабжения (кроме предприятий хлебопекарной и макаронной промышленности, где допускается только прямоточная система). В зонах повышенного техногенного загрязнения дополнительная очистка воды необходима при любой системе водо-обеспечения предприятий ПИЩЕВОЙ промышленности. В этой связи автором были разработаны методы доочистки сточных вод, прошедших стадию биохимического

окисления. В качестве одного из решений было предложено использовать адсорбционный метод - с применением таких адсорбентов органических веществ как дешевые природные минералы ирлит, доломит, тереклит. Также был апробирован метод доочистки с применением электролизера.

Для очистки сточных вод спиртовых заводов оптимальным является использование природного цеолита - ирлита. При применении порошкообразного сорбента ирлит-1 эффект удаления из сточной воды остаточных загрязнений по БПК5 достигает более 99%, а по ХПК более 80% (рис. 15). Гранулированная форма адсорбента ирлит позволяет его регенерировать и повторно использовать как на стадии доочистки сточных вод, так и в качестве носителя биомассы (загрузки) в аэро-тенке.

Рис. 15. Зависимость эффекта доочистки сточной воды спиртового завода с использованием сорбента Ирлит-1 (А) и Ирлит-7 (Б) от концентрации сорбента при длительности процесса адсорбции 4 ч.

Таблица 10.

Химические показатели очищенных сточных вод молокозаводов после доочистки на природном алюмосиликате.

Показатели Очищенные сточные воды ПДК при сбросе в водоем

РН 5,9-6,7 6,5-8,5

Взвешенные вещества, мг/л 0,2-0,25 0,25

ХПК, мгСУл 25-30 30

БПК5, мг02/Л 2-3 2

Азот аммонийный (Ы), мг/л 0,4-0,6 0,5

Азот нитритный (Ы), мг/л 0,01-0,02 0,02

Азот нитратный (И), мг/л 4,8-7,6 9,1

Фосфаты (Р), мг/л 0,15-0,2 0,25

Мп0бщ, мг/л 0,03-0,11 0,1 '

Очистка стоков молокоперерабатывающих предприятий от органических загрязнений и соединений фосфора с использованием относительно дешевых природных алюмосиликатов обеспечивает более глубокое удаление остаточных загрязнений из сточной воды по сравнению с таким широко используемым адсорбентом как активированный уголь АГ-5. Сточные воды молокозаводов, прошедшие все ступени очистки с доочисткой в колонне с алюмосиликатным адсорбентом с загрузкой адсорбента 15%об. и скоростью прохождения воды через адсорбент 5 м/ч, на выходе имеют показатели, соответствующие нормам сброса в водоем (табл. 10) при отсутствии бактерий группы кишечной палочки.

Электрохимический метод доочистки с применением электролизера был апробирован нами на примере биологически деструктированных сточных вод спиртового завода после аэротенка с синтетической (пластмассовой) или минеральной загрузкой. Исследования показали, что с помощью электрохимического метода можно понизить остаточное содержание аммонийных и нитратных ионов в до-очищенной сточной воде в 1,5-2 раза, нитритов - в 2-15 раз, фосфатов - в 2-4 раза. При этом целесообразно процесс электрохимической очистки разделить на три стадии, т.е. использовать трехсекционный электролизер с удалением на первой стадии преимущественно ВПК, иХПК, на второй - N-N03*, N-N02", РО4 на третьей Ориентировочные параметры процесса электрохимического окисления сточной воды приведены в таблице 11.

Таблица 11.

Рациональные параметры проведения процесса электрохимического окисления сточной воды, поступающей после очистки в аэротенке с загрузкой.

№ сек ции Наименование показателей, мг/л Оптимальное время в электролизере, сек Оптимальные плотности тока, А/м2

1 ХПК, БПК5 50-165 13-23

2 К-Н03',К-Н02',Р-Р043' 90-220 10-22

3 Ы-КН4+ 180-380 8-13

Разработка принципиальной схемылокальной очистки сточныхвод.

Основываясь на результатах проведенных исследований, были разработаны технологические схемы очистки производственных сточных вод спиртовых заводов и молокоперерабатывающих предприятий, содержащих соединения марганца и трудноокисляемые органические вещества. Принципиальная схема локальной очистки сточных вод спиртовых заводов представлена на рис. 16.

Производственная сточная вода поступает в первичный отстойник 1, откуда с помощью насоса подается в усреднитель 2. Затем осветленная вода направляется самотеком в биотенк с гранулированным ирлитом 3, после которого самотеком поступает во вторичный отстойник 4, далее вода подвергается доочистке в адсорбере (с адсорбентом ирлит -1)5. Полностью очищенная вода самотеком направляется в распределительный коллектор 6, после чего она может быть использована на тех-

дологические нужды производства (в объеме до 50 %) или сброшена в водоем. Осадки от сооружений 1, 4 и 6 направляются на утилизацию или на вторичное использование. Возможно применение для доочистки сточных вод вместо адсорбера электрохимического метода - электролизера 7.

В данном случае схема доочистки с адсорбером с применением природного минерала ирлит-1 более эффективна по сравнению с электрохимической доочист-кой. При осуществлении доочистки (очистки) сточных вод с применением ирлитов не требуются дополнительные затраты по сравнению с электрохимическим и химическим реагентным методами.

Рис. 16. Схема локальной очистки сточной воды спиртового завода.

Для доочистки сточных вод молокоперерабатывающих предприятий рекомендована схема, представленная на рис. 17.

Сточные воды поступают в аэрируемый биокоагулятор 1, где смешиваются с избыточным активным илом из аэротенка. Время пребывания воды в биокоагуляторе составляет 0,5 часа. За этот промежуток времени на поверхности активного ила адсорбируются соединения марганца и коллоидная органическая взвесь. Далее иловая смесь поступает на гравитационное отстаивание в отстойник 2 с временем пребывания 1 час. Сточные воды, очищенные от соединений марганца и коллоидной органической взвеси, поступают в анаэробный биореактор 3, где протекают процессы гидролиза трудноокисляемых органических веществ до низкомолекулярных органических кислот и спиртов. Доокисление спиртов и кислот до диоксида углерода проводится в аэробных условиях в биотенке. Сначала вода подается на первую ступень 4, где происходит интенсивное окисление органических веществ в течение 4 часов. В биотенке присутствует минеральная загрузка, которая занимает 15% от объема биотенка. Свободноплавающая иловая смесь поступает из биотенка во вторичный отстойник на гравитационное разделение. Затем вода подается на

вторую ступень биотенка 5, где идет процесс нитрификации. Очищенные сточные воды перекачиваются, пройдя через вторичный отстойник 2, поступают в блок до-очистки 6 с минеральной адсорбирующей загрузкой, где происходит удаление оставшихся органических загрязнений, соединений фосфора и частиц активного ила, имеющих плотность близкую к плотности воды и не успевших осесть во вторичном отстойнике. Очищенные сточные воды через распределительный коллектор 7 частично поступают на технологические нужды, частично сбрасываются в водоем. В биокоагуляторе 1 постоянно аккумулируются потоки иловой смеси из вторичных отстойников. Сброс избыточной биомассы из общей схемы производится в сборник избыточного активного ила 8.

Рис. 17. Принципиальная схема доочистки сточных вод, образующихся при производстве молока и молочных продуктов.

1 - биокоагулятор, 2 - вторичные отстойники, 3 - анаэробный биореактор, 4 - аэро-тенк I ступени, 5 - аэротенк II ступени, 6 - адсорбционная колонна, 7 - распределительный коллектор, 8 - сборник избыточного активного ила.

Использование биологическихфильтров для водоподготовки на предприятияхспиртовой и пищевой промышленности.

Опыт успешного испытания природных минеральных носителей для очистки и доочистки сточных вод позволил рекомендовать их для использования в качестве фильтров при водоподготовке питьевой и технологической воды для предпри-

ятий пищевой промышленности и спиртового производства региона РСО-Алания. В качестве фильтрующего материала в разработанных нами фильтрах используется местное дешевое минеральное сырье — доломиты, ирлиты, тереклиты и бинарные смеси.

Фильтры были изготовлены по разработанной автором технологии с использованием особых режимов сушки и обжига с целью увеличения пористости, прочности и сорбционных качеств. С целью увеличения пористой структуры использован один из модифицированных способов поризации - комплексный, в основу которого была положена газо-пенная технология (сочетание метода аэрирования и газообразования).

В лабораторных условиях лучшие результаты по очистке воды получены для ирлитов и бинарных фильтров. Они позволяют отделить от воды вещества в коллоидном, суспензионном и растворенном состояниях, т.е. частицы неорганического и органического происхождения, железо, марганец, а также соли тяжелых металлов - 2п, Сё, РЬ, которые являются основными техногенными загрязнителями окружающей среды РСО-Алания.

Для использования на практике автором рекомендован двухступенчатый метод очистки воды с использованием разработанных фильтров, при котором проводят предварителыгую грубую очистку воды с помощью гравийного и коагуляци-онного фильтрования на многослойных фильтрах.

В настоящее время фильтры различной модификации, изготовленные в виде гравия, гранул разного диаметра и различной толщины пластин ячеистой структуры проходят производственную проверку на спиртово-водочных и пивоваренных заводах республики.

Использование доломитового фильтра (после технологической обработки получившего название "Доломзит") обеспечило степень очистки воды от солей тяжелых металлов (2п, Сё, РЬ) на 32-55 %. Ирлитовый фильтр под названием "Ирде-зит" позволил увеличить показатели очистки воды до 65-75 %.

Очистка воды на фильтрах позволяет снизить жесткость воды до 3-4 мг-экв/л, т.е. до мягкой и средней, в 5 и более раз снизить сухой остаток в воде (менее 180 мг/л), бактериальную загрязненность в 2-3 раза, а окисляемость до 1,5 мг КМпО4 на 1 л воды, что в 2 раза ниже предельно допустимых значений.

Положительные результаты были получены при использовании "Доломзита" и "Ирдезита" и для очистки сточных вод спиртово-водочных заводов после отстоя, что позволило многократно снизить содержание органических веществ в отходах, сбрасываемых в открытые водоемы, и приблизить показатели загрязнения к экологическим нормативам отрасли. Так, использование фильтров позволило снизить степень агрессивности сточных вод с сильноагрессивной (рН 9,0-12,0) до слабоагрессивной (рН 6,0-6,5). При этом концентрация взвешенных веществ уменьшилась с 25000 до 5000 мг/л.

Перечень актов испытаний и внедрений разработок автора.

Акт испытаний эффективности метода ультразвуковой обработки зерна на стадии разваривания.

Акт испытаний электрохимической предобработки молочной сыворотки.

Патент и акт испытаний ректификационной колонны для получения спирта.

Акт испытаний методов удаления Мп из сточных вод.

Акты испытаний разработанных фильтров на основе природных минералов для водоподготовки.

Акт производственной проверки фильтров на основе природных минералов для водоподготовки.

Основные выводы по работе

1. На основе методологии экологически чистых производств для отечественных и региональных условий РСО-Алания проведен анализ производства спирта из возобновляемого сырья, контроля качества продукции и экологического контроля, сформулированы приоритеты, а также структура исходных данных для использования в современных системах управления производством, качеством продукции с учетом экологических стандартов. В такой системе предприятие-производитель рассматривается не изолированно, а в комплексе с решением сырьевых, производственных, трудовых и экологических проблем региона в целом.

2. Определены входные параметры и условия, технологические решения, наиболее значимые для обеспечения качества продукции и экологических показатели спиртового производства в регионе; проведен аудит источников выбросов тяжелых металлов и степени загрязнения ими водной, воздушной, почвенной среды, кормовых и зерновых культур, тканей молочного скота и молока в регионе РСО-Алания; проведен аудит отходов спиртового производства региона. Выданы рекомендации о включении полученных данных в информационно-аналитическую систему по развитию экологически чистых производств в регионе РСО-Алания.

3. В качестве одной из мер по повышению экоэффективности спиртового производства испытан метод ультразвуковой обработки зерна на стадии разваривания. Воздействие только ультразвуком или в комбинации с ферментными препаратами на зерномассу в течение 10-60 мин при 80-100°С позволяет увеличить текучесть разваренной массы в 1,5-3 раза, снизить теплоэнергозатраты, сократить время обработки зерна и увеличить выход спирта с единицы крахмалсодержащего сырья.

4. Подобран штамм дрожжей Шыууеготусея ¡асНз для анаэробного сбраживания молочной сыворотки с получением этилового спирта, определены оптимальные параметры процесса и разработана принципиальная технологическая схема получения этанола из молочной сыворотки с выходом спирта на тонну сырья 30 л. Показана возможность интенсификации биоконверсии молочной сыворотки в этанол путем ее электрохимической предобработки с повышением на 15-20% как

скорости сбраживания, так и выхода этилового спирта. Оценочная себестоимость получаемого этанола по предложенной технологии составит 2240 руб/дал при уровне рентабельности 52% и сроке окупаемости затрат 0,4 года.

Как вариант дальнейшего развития исследований и ресурсосберегающих решений предложена совместная переработка молочной сыворотки и зерна на стадии разваривания при получении этанола. Такое решение позволило бы поднять концентрацию сбраживаемых углеводов и этанола в бражке и снизить последующие затраты на отгонку и ректификацию спирта.

5. Разработан аппарат и оптимизированный способ для ректификационного разделения спирта, а также методика инженерного расчета оптимизации стадии ректификации. Аппарат позволяет реализовать разделение смеси этанол-вода-примеси до требуемых нормативов качества этанола в одной колонне с уменьшением капитальных затрат в 1,7-2 раза, сократить требуемую для расположения колонн производственную площадь, снизить энергетические затраты на процесс ректификации за счет сокращения вводимых тепловых потоков не менее чем на 2530% при тех же показателях разделения смеси.

6. Показана целесообразность утилизации спиртовой барды и ее компонентов в виде добавок к бетону для улучшения его характеристик. Разработанный способ использования барды для приготовления пластификаторов к бетонам при количестве вводимой добавки 0,5% от массы цемента показал увеличение прочности полученного бетона на 29% при 20°С через 28 суток после замеса.

7. Отработаны параметры очистки сточных вод спиртовых заводов в аэротен-ках и биотенках, в том числе с использованием впервые предложенных цеолитов -ирлитов в качестве минеральной загрузки биотенка. Сравнение очистки в аэротен-ке и биотенке показало преимущества второго с точки зрения устойчивости в работе и к перегрузкам. Показана необходимость двухступенчатой анаэробной и аэробной последовательной очистки сточных вод молокозаводов для достижения нормативных показателей по БПК и ХПК. Установлено положительное влияние поступления в производственный сток сточных вод от переработки сыворотки в спирт на протекание анаэробной биоочистки со снижением уровня загрязненности стоков по БПК в среднем на 99 %, а по ХПК на 96-98%.

8. Теоретически и экспериментально обоснована необходимость удаления соединений Мп, присутствующих в сточных водах молокоперерабатывающих и спиртовых заводов и отрицательно влияющих на активность биоценозов очистных сооружений. Критическая концентрация марганца для анаэробного процесса составляет 0,14 мг Мп2+/г ила в сутки, а для аэробного - 0,3 м ьм а- с у тки. Для удаления избыточных количеств соединений Мп предложен и апробирован процесс биокоагуляции, обеспечивающий резкое (в десятки раз) снижение концентрации ионов Мп в очищаемой воде. Использование данного метода, наряду с нейтрализацией сточных вод до рН 8 и их осветлением перед стадией биологической очистки или использованием электромагнитных активаторов, монтируемых на дополнительном контуре возвратного ила, показало возможность увеличения окис-

лительной мощности аэротенков и нитрификаторов на 10-30% с сохранением требуемой степени очистки воды на предприятиях пищевой промышленности.

9. Показана возможность улучшения технологических характеристик цеолитов путем их модификации активным илом при получении гранулированного сорбента. Полученные на основе ирлитов материалы показали эффективность при до-' очистке сточных вод предприятий по производству спирта, обеспечивая санитарные нормы сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения. При применении порошкообразного сорбента ирлит-1 эффект удаления из сточной воды остаточных загрязнений по БПК достигает более 99%, а по ХПК более 80%. Для доочист-ки стоков молокоперерабатывающих предприятий от органических загрязнений и соединений фосфора показана перспективность использования аналогичных алю-мосиликатных минералов. На основе минералов доломит и ирлит разработаны высокоэффективные фильтры "Доломзит" и "Ирдезит", обеспечивающие удаление из воды на стадии доочистки солей тяжелых металлов (2п, Сё, РЬ) на 32-55 % и 65-75 ' % соответственно. Очистка воды на фильтрах позволяет снизить жесткость воды до 3-4 мг-экв/л, в 5 и более раз снизить сухой остаток в воде (менее 180 мг/л), бактериальную загрязненность в 2-3 раза, а окисляемость до 1,5 мг КМ11О4 на 1 л воды, что в 2 раза ниже предельно допустимых значений.

10. Установлена возможность применения электрохимического метода для доочистки биологически деструктированных сточных вод спиртового завода. Показана необходимость секционирования процесса очистки в электролизере для удаления остаточных концентраций ионов в воде после стадии биологической очистки до требуемых норм.

11. Разработана высокоэффективная технология локальной очистки сточных вод предприятий по производству спирта из зерносырья и молочной сыворотки, позволяющая достигать качества очищенной воды, соответствующего нормам сброса стоков в открытый водоем, и обеспечивающая возможность повторного использования очищенной воды. Утвержден технологический регламент на процесс очистки и обезвреживания сточных вод спиртовых заводов и молокозаводов. Годовой эколого-экономический эффект от внедрения разработанной технологии для очистки сточных вод молокозаводов с уровнем сброса стоков 10 тыс. м3/год оценен в 2,5 млн. руб. при общей экономии 0,4 млн. руб/год и сроке окупаемости затрат 5,3 года.

На основные оригинальные решения, разработанные с непосредственным участием автора, поданы заявки и получены положительные решения на получение патентов РФ. Разработки приняты к промышленной реализации, согласно представленным в Приложении к диссертации актам и протоколам.

Список научных работ, опубликованных по теме исследования

1. Алиханов В. А., Бирагова Н.Ф. Исследование экологического состояния реки Терек в черте г. Владикавказа. // Материалы II международной конференции "Безопасность и экология горных территорий", Владикавказ, 1995. с.7.

2. Бирагова Н.Ф. Пищевая химия. // Методическое пособие. - Изд-во "Терек", Владикавказ, 1998-28с.

3. Бирагова Н.Ф. Технология спирта и ликеро-водочного производства. // Учебно - методическое пособие. - Изд-во "Терек", Владикавказ, 1998. - 93с.

4. Бирагова Н.Ф. Методы исследования свойств сырья и готовой продукции. // Учебно - методическое пособие. - Изд-во "Терек", Владикавказ, 1998. - 77с.

5. Бирагова СР., Чурмасова Л.А., Бирагова Н.Ф. Экологические аспекты спиртового производства. // Материалы Юбилейной межд. научно-практич. конф. "Продукты питания XXI века". -М.: МГУПП, 2001. с.51-53.

6. Бирагова Н.Ф., Алборов И.Д. Экологические проблемы производства этилового спирта в РСО - Алания. // Материалы межд. науч. чтений "Белые ночи -2002", С- Петербург, 2002, с.69-70.

7. Осикина Р.Ф., Бирагова Н.Ф. Утилизация отходов сельского хозяйства и пищевой промышленности методом вермикультуры. // Пищевая промышленность, 2004,№3,с.18-19.

8. Осикина Р.В., Бирагова СР., Бирагова Н.Ф. Утилизация отходов спиртово-водочных производств. // Материалы I региональной конф. студентов и молодых ученых "Экологическая безопасность Юга России", Владикавказ, 2002, с. 102.

9. Бирагова Н.Ф., Осикина Р.В., Гацунаева З.М. Круговорот ПАУ в биосфере РСО - Алания. // Материалы I Региональной конф. студентов и молодых ученых "Экологическая безопасность Юга России", Владикавказ, 2002, с. 5.

10. Бирагова Н.Ф., Алборов И.Д., Осикина Р.В. Супертоксиканты и окружающая среда в предгорной зоне Северо-Кавказского региона. // Вестник МАНЭБ, 2002, т. 7, №2 (50), с. 83-84.

11. Бирагова СР., Никифорова Л.О., Чурмасова Л.А., Бирагова Н.Ф. Особенности биохимической очистки сточных вод на предприятиях юга России. // Материалы межд. конгресса ЭКВАТЕК "Вода и экология", М., 2002. с.24.

12. Осикина Р.В., Бирагова Н.Ф. Биологические способы очистки и обеззараживания воды для пищевых производств. // Вестник МАНЭБ, 2002, т. 7, № 9, с.138-140.

13. Бирагова Н.Ф. Утилизация отходов методом вермикультуры. // Вестник МАНЭБ, 2002, т. 7, № 2, с. 115-118.

14. Бирагова Н.Ф., Осикина Р.В. Биотехнологическая обработка сырья при производстве спирта. // Вестник МАНЭБ, 2002, т.7, № 9, с. 140-142.

15. Осикина Р.В., Бирагова Н.Ф. Супертоксиканты в окружающей среде Кавказского региона. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2003, №6, с. 34.

16. Осикина Р.В., Гацунаева З.М., Бирагова Н.Ф. Сорбенты нового поколения. // Пищевая промышленность, 2003, № 3, с.61.

17. Бирагова Н.Ф. Перспективные способы обработки зерна при производстве спирта. // Производство спирта и ликероводочных изделий, 2003, № 1, с. 17-20.

18. Бирагова Н.Ф. Основные источники поступления тяжелых металлов в окружающую среду РСО-Алания. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2003, № 6, с.35, 36.

19. Осикина Р.В., Бирагова Н.Ф. Способ получения биосорбента. // Вестник МАНЭБ, 2003, т.8, № 3 (63), с.90-92.

20. Бирагова Н.Ф., Осикина Р.В. Биологические способы очистки и обеззараживания воды для пищевых производств. // Вестник МАНЭБ, 2003, т.7, № 9 (57). с.138-140.

21. Бирагова Н.Ф., Бирагова СР. Пищевые сорбенты нового поколения. // Международный сборник трудов "Материаловедение и современные технологии", МГТУ, Магнитогорск, 2003. с.17-20.

22. Бирагова Н.Ф. Основные методы экологизации пищевых производств. // Материалы Межд. научной конференции "Динамика "процессов в природе обществе и технике: информационные аспекты", Таганрог, 2003, с. 7-10.

23. Бирагова Н.Ф. Биологические сорбенты для пищевой промышленности. // Материалы Межд. науч. конф. "Динамика процессов в природе обществе и технике: информационные аспекты", Таганрог, 2003, с. 4-6.

24. Бирагова Н.Ф. Экологически чистый способ очистки воды для пищевых производств. // Сб. научных трудов Сев. Ос. отд. АН, Высшая школа РФ №1, Владикавказ, 2003. с.258-260.

25. Бирагова Н.Ф. Биосорбция примесей этанола. // Сб. научных трудов Сев. Ос. отд. АН Высшая школа РФ №1, Владикавказ, 2003. с.257-258.

26. Бирагова Н.Ф. Способы получения биосорбента. // Сб. научных трудов Сев. Ос. отд. АН, Высшая школа РФ №1, Владикавказ, 2003. с.256-257.

27. Бирагова Н.Ф., Бирагов Д.А. Спиртовые заводы - загрязнители окружающей среды. // Материалы III Межд. научно-практической конференции "Актуальные проблемы экологии в условиях современного мира", МГТИ, Майкоп, 2003. с.11.

28. Осикина Р.В., Бирагова Н.Ф. Токсикологические свойства тяжелых металлов основных загрязнителей территории РСО-Алания. // Хранение и переработка сельхозсырья, 2003, № 12.

29. Бирагова СР., Бирагова Н.Ф. Биохимическая очистка сточных вод на предприятиях пищевой промышленности. // Изв. вузов. Сев. Кавк. региона. Технические науки., Новочеркасск, 2003, с. 202-204.

30. Бирагова Н.Ф., Осикина Р.В., Осикина Н.А. Токсичность и метаболизм спиртов, производимых на предприятиях юга России. // Изв. вузов. Сев. Кавк. региона. Технические науки., Новочеркасск, 2003, с. 204-205.

17 42Г

31. Бирагова Н.Ф. Метод обработки зерна при производстве спирта, риалы межд. научно-пракгич. конф. "Актуальные направления развития чески безопасных технологий производства, хранения и переработки с/х ции", Воронеж, 2003. с.41.

32. Бирагова Н.Ф., Винаров А.Ю. Природные минеральные сорбенты для очистки сточных вод пищевых предприятий. // Научное пособие. — Изд-во "Терек", Владикавказ, 2003. - 72 с.

33. Бирагова Н.Ф., Винаров А.Ю., Кухаренко АЛ. Биотехнология этилового спирта из крахмалсодержащего сырья. // Научное пособие. - Изд-во "Терек", Владикавказ, 2003. - 72 с.

34. Ректификационная колонна для разделения трехкомпонентной смеси. Патент РФ № 2234356, приоритет 09.07.2003 г. Опубл. 20.08.2004 г. Бюлл. №23.

35. Способ ректификационного разделения трехкомпонентной смеси. Заявка №2003120473 от 9.07.2003 (положительное решение от 18.03.2004 г.).

36. Способ приготовления пластификаторов к бетонам из спиртовой барды. Заявка №2003135504 от 9.12.2003 (положительное решение от 19.02.2002 г.).

37. Бирагова Н.Ф. Пищевые сорбенты на основе природного минерального сырья. // Экология и промышленность России, 2004, №2, с. 15-17.

38. Бирагова Н.Ф., Бирагова СР. Очистка сточных вод спиртовых заводов. // Экология и промышленность России, 2004, №7, с. 14-16.

39. Осикина Р.В., Бирагова Н.Ф. Экологическое качество сырья для производства спирта и пива в условиях РСО - Алания. // Производство спирта и ликеро-водочных изделий, 2004, №1, с.33-34.

40. Бирагова Н.Ф. Ферментативный гидролиз лигноцеллюлозы. // Пищевая промышленность, 2004, №2.

2005-4 12824

Выражаю глубокую благодарность всем коллегам, принимавшим участие в выполнении настоящей работы.

Подписано в печать 15.09.04. Формат 30x42 1/8. Бумага офсетная № 1. _Печать офсетная. Печ. л. 2,0. Тираж 100 экз. Заказ 325.

362021, Владикавказ, ул. Николаева, 44. Издательство "Терек" Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета)

Введение

Цель и задачи исследований

Глава 1. Пути и задачи развития экологически чистых производств и обеспечения качества продукции в отечественной спиртовой и пищевой промышленности.

1.1. Экологически чистое производство: понятие, приоритеты, механизмы реализации.

1.1.1. Понятие и приоритеты экологически чистого производства.

1.1.2. Механизмы реализации экологически чистого производства.

1.1.3. Потенциальные выгоды и издержки программы чистых производств для предприятий.

1.1.4. Примеры реализации чистых производств.

1.2. Обеспечение стандартов качества продукции и технологический контроль в спиртовой промышленности.

1.2.1. Зерно: строение, состав.

1.2.2. Прием, хранение и подготовка зерна к технологическому процессу.

1.2.3. Контроль экологической ситуации.

1.2.4. Контроль качества воды.

1.2.5. Технологический контроль спиртового производства в процессе подготовки субстрата.

1.2.6. Технологический контроль стадии брожения.

1.2.7. Выделение спирта из бражки и его ректификация.

1.2.8. Характеристика качества этилового спирта.

1.3. Возможные пути интенсификации получения спирта из возобновляемого сырья.

1.4. Экологические принципы совершенствования спиртового и пищевых производств.

1.4.1. Анализ источников загрязнений на примере предприятий спиртовой и пищевой промышленности.

1.4.2. Отходы спиртовой и пищевой (молочной) промышленности и вторичные сырьевые ресурсы.

1.4.2.1. Основные виды отходов в спиртовой промышленности, их влияние на окружающую среду и пути утилизации.

1.4.2.2. Основные виды отходов в молочной промышленности, их влияние на окружающую среду и пути утилизации.

1.4.3. Очистка сточных вод на предприятиях спиртовой и пищевой (молочной) промышленности.

1.4.3.1. Характеристика химического состава сточных вод спиртовых и пищевых предприятий.

1.4.3.2. Общая характеристика методов очистки сточных вод спиртовых и пищевых предприятий.

1.4.3.3. Биологическая очистка сточных вод.

1.4.4. Природные минеральные сорбенты и их применение для очистки сточных вод спиртовых и пищевых предприятий.

1.4.5. Возможные пути совершенствования производства и обеспечение экологических стандартов предприятий по выработке спирта из углеводсодержащего сырья.

Глава 2. Промышленная биотехнология пищевого этанола на углеводсодержащих субстратах.

2.1. Исследования по интенсификации процессов получения этанола из зерносырья.

2.2. Исследования по интенсификации процесса получения этанола из отходов молокозаводов.

Глава 3. Исследования по оптимизации стадии ректификации спирта.

3.1. Разработка оптимизированного способа и аппарата для ректификационного разделения.

3.2. Разработка методики инженерного расчета для оптимизированного процесса ректификации.

Глава 4. Изучение свойств жидких стоков и применение аэробно-анаэробной биоочистки (на примере спиртзаводов и молокозаводов)

4.1. Анализ основных характеристик сточных вод.

4.2. Исследование эффективности аэробной и анаэробной биоочистки стоков.

4.2.1. Очистка сточных вод в аэробных условиях.

4.2.2. Очистка сточных вод в анаэробных условиях.

4.3. Разработка метода предварительной очистки сточных вод от соединений марганца.

Глава 5. Применение природных сорбентов для очистки и доочистки сточных вод.

5.1. Исследование процесса биологической очистки в аэротенке с носителем (биотенке)

5.2. Исследование технологии доочистки сточных вод с применением природных сорбентов и электролиза.

5.3. Разработка принципиальной схемы локальной очистки сточных вод.

5.4. Использование биологических фильтров для водоподготовки на предприятиях спиртовой и пищевой промышленности.

Возобновление роста отечественной промышленности и появление условий для инвестиций в различные ее отрасли создают предпосылки для модернизации производства и совершенствования системы управления им на передовой технологической основе, с учетом современных требований к стандартам охраны окружающей среды и качества продукции, повышения ее конкурентоспособности на международных рынках, широкого прикладного использования результатов научных и комплексных исследований, научно-технических разработок отечественных специалистов.

В России к числу наиболее интенсивно развивающихся и благополучных отраслей народного хозяйства в настоящее время относятся пищевая и перера0 батывающая промышленность и производство алкогольной продукции, в частности, этилового спирта. Пищевая промышленность - его главный потребитель: спирт используют при изготовлении ликероводочных изделий, плодово-ягодных вин, для крепления виноматериалов и купажирования виноградных вин, в производстве уксуса, пищевых ароматизаторов. Многие другие отрасли, такие как медицинская, парфюмерная, кондитерская и химическая также являются крупными потребителями этанола. Широкую перспективу этанол имеет для использования в качестве топлива [1].

Выпуск этанола особенно интенсивно растет на основе микробиологической переработки крахмалсодержащего сырья, в частности, зернового сырья, различных сельскохозяйственных отходов. Этиловый спирт из растительного сырья отличается высокими качественными характеристиками и является основным для пищевой промышленности, широко используется также в фармацевтической индустрии. Важным преимуществом биотехнологического метода получения этилового спирта из растительного сырья является его экологическая чистота, поскольку технология основана на природных процессах и механизмах конверсии веществ ферментами микробного происхождения. Кроме того, отходы производства этанола также могут служить сырьем для биотехнологической переработки, что позволяет максимально полезно утилизировать исходное сырье, снизить себестоимость этилового спирта и обеспечить малоотходную и экологически безопасную технологию.

Предприятия, на которых реализуется микробиологическое производство этилового спирта из зерносырья, существуют в настоящее время практически в каждом регионе и области Российской Федерации. Эти предприятия имеют неограниченный сбыт своей продукции и, следовательно, продолжают развиваться. Важнейшим фактором для них является экономное использование сырья, поскольку затраты на него составляют значительную часть в себестоимости этилового спирта (80-85%). Основными путями экономии сырья являются применение наиболее совершенных методов и технологий, обеспечивающих максимальные выходы готового продукта и минимальные потери при существующем уровне техники, использование отходов и побочных продуктов, комплексная переработка сырья и усовершенствование методов его хранения. В совокупность проблем, требующих дальнейшего развития, входят вопросы совершенствования процессов подготовки растительного сырья, обеспечивающих значительное смягчение режимов варки, уменьшающих потери сбраживаемых Сахаров, снижающих тепло-энергопотребление, оптимизация процесса брожения, культивирования дрожжей, выделения и ректификационной очистки спирта.

В технологически развитых странах пищевая и спиртовая промышленность традиционно стоят на позициях комплексного использования сырья, в том числе вторичного, сокращения отходов и потерь, создания малоотходных технологических процессов производства продуктов питания. Эти задачи относятся к числу наиболее актуальных и для отечественной промышленности. Для иллюстрации можно отметить, что в 1995 г. в России при переработке многокомпонентного сырья растительного и животного происхождения и выработке основной пищевой продукции образовалось 47,3 млн. т вторичных сырьевых ресурсов (ВСР). Практически все они содержат значительные количества полезных и ценных веществ - белки, углеводы, минеральные вещества, витамины, жиры. Крупным источником многотоннажных ВСР является спиртовая промышленность, объем которых в 1995 г. составил 11,3 млн. т [2]. Объем вовлечения отходов в хозяйственный оборот составил 93%. Преобладающим направлением использования ВСР отрасли явилось кормовое. На эти цели было направлено 82,3 % вторичного сырья. Уровень промышленной переработки ВСР в отрасли составил 11 % [2-6]. К числу других наиболее крупнотоннажных вторичных ресурсов, использование которых в отечественном производстве крайне неудовлетворительно, относится молочная сыворотка, объемы которой достигают 2/3 объема перерабатываемого молока и составляют ежегодно в России 12-15 млн. т [7].

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что в условиях рыночной экономики при нехватке финансовых средств полное и рациональное использование вторичных сырьевых ресурсов проблематично и требует новых, комплексных решений. В частности, решение проблемы рационального использования ВСР в молокоперерабатывающей промышленности возможно на основе организации промышленной переработки обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки в пищевые продукты, кормовые средства, медицинские препараты и технические полуфабрикаты, при этом к одному из наиболее перспективных направлений промышленного использования молочной сыворотки относят ее переработку биотехнологическими методами, из которых наименее трудо- и энергоемким считаются те, которые связаны со сбраживанием лактозы до этанола. Комплексные решения предполагают не только увеличение выпуска качественных и полноценных продуктов питания и кормов, реализацию принципов малоотходной технологии, но и обеспечение рентабельности производства, в том числе за счет снижения трудозатрат, энерго- и ресурсосбережения, уменьшения объема загрязнений и плат за сбросы в окружающую среду, внедрения эффективных систем очистки сточных вод, позволяющих не только снизить концентрации загрязнений до норм сброса в сеть городской канализации или в водоем, но и извлекать и утилизировать ценные компоненты.

Будучи одними из стратегических отраслей экономики, призванными обеспечить устойчивое снабжение населения необходимыми качественными продуктами питания, "локомотивами" развития отечественной промышленности, пищевые и перерабатывающие, спиртовые производства вместе с тем вносят существенный вклад в загрязнение окружающей среды, в первую очередь водных ресурсов, в несколько меньшей степени - воздуха и почвы. Они потребляют большое количество питьевой воды, а отработанную воду, образующуюся в результате осуществления технологических стадий обработки и очистки сырья, характеризующуюся высокой концентрацией биологически окисляемых органических веществ и посторонней микрофлоры, в том числе, возможно, патогенной, сбрасывают, как правило, в лучшем случае после механической очистки, а чаще - без предварительной локальной очистки в городскую канализацию или в природные водоемы. В молочной отрасли на 1 т молока образуется 4,8 м3 сточных вод. Тонна молочной сыворотки, слитая в сточные воды, загрязняет водоем также, как 100 м3 хозяйственно-бытовых стоков. Затраты на очистку сточных вод, загрязненных сывороткой, которую получают на сыродельном заводе при переработке 50 т молока в смену, равноценны затратам на очистку сточных вод в городе с населением 80 тыс. человек [8].

Необходимо отметить, что качество и уровень загрязненности пищевых продуктов и продовольственного сырья являются основными факторами, определяющими уровень здоровья населения и сохранение его генофонда, поскольку свыше 70% всех загрязнителей поступает в организм человека с продуктами питания. С 1986 года уровень радионуклидов в продуктах питания увеличился в 5-20 раз по сравнению с шестидесятыми годами. До 10 % проб пищевых продуктов содержат тяжелые металлы и половина из них - в дозах, превышающих предельно допустимые концентрации (ПДК) [9, 10]. Особую опасность представляют продукты питания, произведенные в зонах повышенной техногенной нагрузки. Примером является Северо-Кавказский регион, и, в частности, РСО-Алания, вся территория которой включена в зону повышенного техногенеза, или зону экологического риска (Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды в РСО-Алания, 2000г.) вследствие развитой в республике горно-рудной и перерабатывающей промышленности, машиностроения, тяжёлой индустрии и пищевой промышленности.

Другой специфичной проблемой применительно к российским условиям является быстрый рост масштабов алкоголизации населения и количества употребляемых недоброкачественных спиртных напитков, приводящий к резкому увеличению отравлений алкоголем и его суррогатами (от лат. surrogatus — поставленный вместо другого). Так, по данным МВД России, в период с 1991 по 1996 гг. от 40 до 60% продаваемых винно-водочных изделий являлось фальсификатами (В.П. Нужный, 1998).

В РСО-Алания работниками правоохранительных органов ежемесячно тоннами изымаются некачественная спирто-водочная продукция, в том числе провозимая транзитом по Военно-Грузинской дороге и без соответствующих сертификатов качества. От отравлений некачественным алкоголем и его суррогатами ежегодно умирает свыше 400 человек, причём 60% из них молодые люди, не достигшие 30-летнего возраста. Всё это свидетельствует о том, что отравления алкоголем и его суррогатами превращаются в серьезную социальную и клинико-экологическую проблему. Улучшение экологических показателей качества сырья для производства спирта и пива является весьма актуальной задачей для РСО-Алания с её развитой спиртовой и пивоваренной промышленностью.

Таким образом, необходима целенаправленная работа как по модернизации и совершенствованию технологии производства продуктов питания и ликеро-водочной продукции, так и по увеличению доли выпуска высококачественной продукции, улучшению качества исходного сырья, рациональному использованию различных отходов без ущерба для здоровья человека и с максимальным экономическим эффектом, разработке методов, способов и технологических приемов, препятствующих поступлению токсикантов в продукты питания, а через них и в организм человека, расширения мер, направленных на информированность населения, запрет выпуска некачественной алкогольной продукции. Требует срочного решения создание отраслевой системы контроля основных экологических показателей: водопотребления, водоотведения, загрязненности сточных вод и др., а также разработка методологии оценки экологической безопасности производств.

Учитывая сложность и комплексность отмеченных проблем, можно отметить, что не существует универсальных методов их решения и критериев оценки их эффективности. В этой связи следует говорить о внедрении в производственный цикл - от источников сырья до конечной продукции - системы мероприятий и инструментов, направленных на эффективное принятие решений и управление производством, т.е. внедрение грамотного и оперативного менеджмента. В такой системе окончательное решение в оперативном управлении производственным циклом принимает опытный менеджер, обладающий необходимым комплексом профессиональных знаний, разбирающийся в технологическом процессе, владеющий эколого-экономической ситуацией, системами управления базами данных и принятия решений на уровне пользователя. Мировой опыт и тенденции показывают, что современное производство и продукция должны ориентироваться не только на финансово-экономические критерии, но и отвечать стандартам качества (таким как серии ISO 9000) и экологически чистого производства (в частности, серии ISO 14000), а также использовать современные средства информатизации и управления базами данных и производственным циклом. Рост и высокая доходность спиртовой промышленности в России создают предпосылки для внедрения методологии экологически чистых производств и технологий на предприятиях этой отрасли. Необходимым этапом этого процесса является проведение комплекса исследований по оценке состояния производства, способах его совершенствования и модернизации с учетом технологических возможностей, наличию и качеству источников сырья, финансовых и эколого-экономических ограничений, оценке экологической ситуации в регионе в целом, созданию и наполнению локальной электроной базы данных и системы управления производственным циклом и принятия решений.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ

Цель настоящей работы заключалась в создании научных основ новых комплексных решений в биотехнологическом производстве этанола в регионе Республика Северная Осетия - Алания, направленных на улучшение качества продукции, ее конкурентоспособности, повышения экономической и экологической эффективности на основе углубленного изучения специфики производства этанола из возобновляемого крахмалсодержащего сырья и вторичных сырьевых ресурсов (молочной сыворотки) и представлений о современной технологической базе, экологических требованиях к производству, методам очистки загрязненных стоков, экологического состояния региона с ориентиром на последующее использование результатов работы в региональной системе управления производственным циклом и принятия решений.

Конкретно в работе решались следующие задачи:

- формирование приоритетов, "узких мест" и системы исходных данных для совершенствования процесса получения этанола из возобновляемого сырья с ориентиром на последующее использование в производственном и экологическом менеджменте применительно к специфике требований к экологически чистым производствам, возможностей современных информационных и управляющих систем, особенностям региона (РСО-Алания);

- исследования по интенсификации биотехнологических процессов получения этанола из крахмалсодержащего сырья и отходов молокозаводов;

- исследования по оптимизации стадии ректификации спирта как одной из ключевых в обеспечении качества продукции и энергосбережения;

- разработка решений по использованию отходов спиртового производства;

- разработка рациональных технологий обезвреживания и глубокой очистки сточных вод предприятий по производству спирта, направленных на экологизацию производства с учетом особенностей региона и решающих вопрос использования вторичных сырьевых ресурсов отрасли, в частности, молочной сыворотки.

- отработка предложенных решений в опытно-промышленном масштабе;

- оценка экологических последствий и экономических перспектив предложенных решений.

Рассмотренные проблемы решались применительно к региону Республики Северная Осетия - Алания в соответствии с Республиканской целевой программой "Интеграция науки и высшего образования РСО-Алания" по теме "Эколого-экономические проблемы спиртовой промышленности РСО-Алания".

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. На основе методологии экологически чистых производств для отечественных и региональных условий РСО-Алания проведен анализ производства спирта из возобновляемого сырья, контроля качества продукции и экологического контроля, сформулированы приоритеты, а также структура исходных данных для использования в современных системах управления производством, качеством продукции с учетом экологических стандартов. В такой системе предприятие-производитель рассматривается не изолированно, а в комплексе с решением сырьевых, производственных, трудовых и экологических проблем региона в целом.

2. С целью создания региональной системы контроля качества продукции спиртовых производств и учета экологических показателей: - определены входные параметры и условия, технологические решения, наиболее значимые для обеспечения качества продукции и экологических показателей спиртового производства в регионе; проведен аудит источников выбросов тяжелых металлов и степени загрязнения ими водной, воздушной, почвенной среды, кормовых и зерновых культур, тканей молочного скота и молока в регионе РСО-Алания; проведен аудит отходов спиртового производства региона. Выданы рекомендации о включении полученных данных в информационно-аналитическую систему по развитию экологически чистых производств в регионе РСО-Алания.

3. В качестве одной из мер по повышению экоэффективности спиртового производства испытан метод ультразвуковой обработки зерна на стадии разваривания. Воздействие только ультразвуком или в комбинации с ферментными препаратами на зерномассу в течение 10-60 мин при 80-100°С позволяет увеличить текучесть разваренной массы в 1,5-3 раза, снизить теплоэнергозатраты, сократить время обработки зерна и увеличить выход спирта с единицы крах-малсодержащего сырья.

4. Подобран штамм дрожжей Kluyveromyces lactis для анаэробного сбраживания молочной сыворотки с получением этилового спирта, определены оптимальные параметры процесса и разработана принципиальная технологическая схема получения этанола из молочной сыворотки с выходом спирта на тонну сырья 30 л. Показана возможность интенсификации биоконверсии молочной сыворотки в этанол путем ее электрохимической предобработки с повышением на 15-20% как скорости сбраживания, так и выхода этилового спирта. Оценочная себестоимость получаемого этанола по предложенной технологии составит 2240 руб/дал при уровне рентабельности 52% и сроке окупаемости затрат 0,4 года.

Как вариант дальнейшего развития исследований и ресурсосберегающих решений предложена совместная переработка молочной сыворотки и зерна на стадии разваривания при получении этанола. Такое решение позволило бы поднять концентрацию сбраживаемых углеводов и этанола в бражке и снизить последующие затраты на отгонку и ректификацию спирта.

5. Разработан аппарат и оптимизированный способ для ректификационного разделения спирта, а также методика инженерного расчета оптимизации стадии ректификации. Аппарат позволяет реализовать разделение смеси этанол-вода-примеси до требуемых нормативов качества этанола в одной колонне с уменьшением капитальных затрат в 1,7-2 раза, сократить требуемую для расположения колонн производственную площадь, снизить энергетические затраты на процесс ректификации за счет сокращения вводимых тепловых потоков не менее чем на 25-30% при тех же показателях разделения смеси.

6. Показана целесообразность утилизации спиртовой барды и ее компонентов в виде добавок к бетону для улучшения его характеристик. Разработанный способ использования барды для приготовления пластификаторов к бетонам при количестве вводимой добавки 0,5% от массы цемента показал увеличение прочности полученного бетона на 29% при 20°С через 28 суток после замеса.

7. Отработаны параметры очистки сточных вод спиртовых заводов в аэро-тенках и биотенках, в том числе с использованием впервые предложенных цеолитов - ирлитов в качестве минеральной загрузки биотенка. Сравнение очистки в аэротенке и биотенке показало преимущества второго с точки зрения устойчивости в работе и к перегрузкам. Показана необходимость двухступенчатой анаэробной и аэробной последовательной очистки сточных вод молокозаводов для достижения нормативных показателей по БПК и ХПК. Установлено положительное влияние поступления в производственный сток сточных вод от переработки сыворотки в спирт на протекание анаэробной биоочистки со снижением уровня загрязненности стоков по БПК в среднем на 99 %, а по ХПК на 9698%.

8. Теоретически и экспериментально обоснована необходимость удаления соединений Мп, присутствующих в сточных водах молокоперерабатывающих и спиртовых заводов и отрицательно влияющих на активность биоценозов очистных сооружений. Критическая концентрация марганца для анаэробного процесса составляет 0,14 мг

Мп /г ила в сутки, а для аэробного - 0,3 мг Мп /г ила-сутки. Для удаления избыточных количеств соединений Мп предложен и апробирован процесс биокоагуляции, обеспечивающий резкое (в десятки раз) снижение концентрации ионов Мп в очищаемой воде. Использование данного метода, наряду с нейтрализацией сточных вод до рН 8 и их осветлением перед стадией биологической очистки или использованием электромагнитных активаторов, монтируемых на дополнительном контуре возвратного ила, показало возможность увеличения окислительной мощности аэротенков и нитрификато-ров на 10-30% с сохранением требуемой степени очистки воды на предприятиях пищевой промышленности. 9. Показана возможность улучшения технологических характеристик цеолитов путем их модификации активным илом при получении гранулированного сорбента. Полученные на основе ирлитов материалы показали эффективность при доочистке сточных вод предприятий по производству спирта, обеспечивая санитарные нормы сброса в водоемы рыбохозяйственного назначения. При применении порошкообразного сорбента ирлит-1 эффект удаления из сточной воды остаточных загрязнений по БПК достигает более 99%, а по ХПК более 80%. Для доочистки стоков молокоперерабатывающих предприятий от органических загрязнений и соединений фосфора показана перспективность использования аналогичных алюмосиликатных минералов. На основе минералов доломит и ирлит разработаны высокоэффективные фильтры "Доломзит" и "Ирде-зит", обеспечивающие удаление из воды на стадии доочистки солей тяжелых металлов (Zn, Cd, Pb) на 32-55 % и 65-75 % соответственно. Очистка воды на фильтрах позволяет снизить жесткость воды до 3-4 мг-экв/л, в 5 и более раз снизить сухой остаток в воде (менее 180 мг/л), бактериальную загрязненность в 2-3 раза, а окисляемость до 1,5 мг КМпОд на 1 л воды, что в 2 раза ниже предельно допустимых значений.

10. Установлена возможность применения электрохимического метода для доочистки биологически деструктированных сточных вод спиртового завода.

Показана необходимость секционирования процесса очистки в электролизере для удаления остаточных концентраций ионов в воде после стадии биологической очистки до требуемых норм.

11. Разработана высокоэффективная технология локальной очистки сточных вод предприятий по производству спирта из зерносырья и молочной сыворотки, позволяющая достигать качества очищенной воды, соответствующего нормам сброса стоков в открытый водоем, и обеспечивающая возможность повторного использования очищенной воды. Утвержден технологический регламент на процесс очистки и обезвреживания сточных вод спиртовых заводов и молокозаводов. Годовой эколого-экономический эффект от внедрения разработанной технологии для очистки сточных вод молокозаводов с уровнем сброса стоков 10 тыс. м3/год оценен в 2,5 млн. руб. при общей экономии 0,4 млн. руб/год и сроке окупаемости затрат 5,3 года.

На основные оригинальные решения, разработанные с непосредственным участием автора, поданы заявки и получены положительные решения на получение патентов РФ. Разработки приняты к промышленной реализации, согласно представленным в Приложении к диссертации актам и протоколам.

1. Кухаренко А.А., Винаров А.Ю. Безотходная технология этилового спирта. М.: Энергоатомиздат, 2001. - 272 с.

2. Комаров В. И., Лебедев В. И., Мануйлова Т. А. Проблемы использования вторичных сырьевых ресурсов отраслей и перерабатывающей промышленности и их влияние на окружающую среду. // Хранение и переработка сельхоз-сырья, N 2, 1998, стр. 2.

3. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности АПК России и охрана окружающей среды. Справочник. // Под общей ред. акад. РАСХН Е. И. Сизенко. М.: Пищепромиздат, 1999. - 468с.

4. Маринченко В.А. Смирнов В.А., Устинников В.А. и др. Технология спирта./ Под ред. проф. А. Яровенко. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981-416 с.

5. Яровенко В.Л., Маринченко В.А., Смирнов В.А. и др. Технология спирта. М.: Колос, "Колос - Пресс" - 2002 г. - 464 с.

6. Продукты из обезжиренного молока, пахты и молочной сыворотки // А.Г.Храмцов, Э.Ф.Кравченко, К.С.Петровский и др.; под ред. А.Г.Храмцова и П.Г.Нестеренко. -М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. 296 с.

7. Храмцов А.Г., Павлов В.А., Нестеренко П.Г. и др. Переработка и использование молочной сыворотки. Технологическая тетрадь. М.: Росагро-промиздат, 1989. - 271с.

8. Зайцев В.А. Промышленная экология. // Учеб. Пособие. М.: "Де - Ли", 1999-140 с.

9. Комаров В.И., Лебедев В.И., Мануйлова Т.А. Техногенное влияние предприятий пищевой промышленности на окружающую среду: проблемы и решения. М.: Пищепромиздат, 2002 - с. 76.

10. Экологически чистое производство.// Учебный курс ЮНИДО. ЮНИ-ДО, 1996, ч. 1-10 (электронная версия).

11. Study on Waste Minimization and Management for the Volzhsky Region. -Report on UNIDO Project SI/RUS/95/801 UNIDO Contract No. 96/121. Vienna, Austria, December 31, 1996.

12. Петров В.В. Экологическое право России. М.: Изд-во БЕК, 1995.557с.

13. Управление природоохранной деятельностью в РФ. Учебное пособие. / Под ред. Ю. Б. Осипова и Е. М. Львовой. // Минприроды РФ. Центр эколого -экономических исследований АНХ. М.: "Варяг", 1996 268 с.

14. Максименко Ю.Л., Горкина И.Д. Оценка воздействия на окружающую среду. // Пособие для практиков. М.: РЭФИА, 1996.

15. Руководство по проведению ОВОС при разработке обоснований (ТЭО) и/или иных объектов и комплексов. Утв. приказом Минприроды России 23. 01. 96. № 02-02/35-181. М.: Международный центр обучающих систем, 1998 - 52 с.

16. Фомин С. А. "Экологическая экспертиза и ОВОС" / В кн. Экология, охрана природы и экологическая безопасность. / Под общей ред. В. И. Данилова -Данильяна М.: Изд - во МНЭПУ, 1997, с. 541-555.

17. Экологическая экспертиза и оценка воздействия на окружающую среду. № 1. М.: Минприроды. Минтопэнерго. Центр экологических программ, 1996.

18. Фомин С. А. Государственная экологическая экспертиза. // В кн. Экологическое право РФ / Под ред. Ю. Е. Винокурова. М.: Изд-во МНЭПУ, 1997, с. 125-141.

19. Справочник для инвесторов по окружающей среде, безопасности труда и охране здоровья. Российская Федерация. Европейский Банк Реконструкции и развития. АГРА Евразия Лимитед, 1996.

20. Киселев А.В., Савватеева Л.А. Методические рекомендации по оценке риска здоровью населения от загрязнения атмосферного воздуха. Теоретические основы и руководство пользователя ИС "Экомед". СПб.: "Дейта", 1995. -54 с.

21. ГОСТ 17.0.0.04-90. Система стандартов в области охраны природы и улучшения использования природных ресурсов. Экологический паспорт промышленного предприятия. Основные положения.

22. ГОСТ Р 17.0.0.06 2000 Экологический паспорт природопользователя.

23. Об экологической паспортизации на территории Российской Федерации. // Приказ Минприроды России от 16.03.93 № 53.

24. ГОСТ Р 50587-93. Паспорт безопасности вещества (материала). Основные положения. Информация по обеспечению экобезопасности при производстве, применении, хранении, транспортировании, утилизации.

25. Декларация безопасности промышленного объекта Российской Федерации.// Постановление Правительства РФ 01.07.95 № 675.

26. Радиационно-гигиенический паспорт организаций и территорий. // Постановление Правительства РФ от 28.-1.97 № 93.

27. Об охране окружающей природной среды. // Закон РФ от 10. 01. 2002 г., № 7 ФЗ.

28. Глухов В.В., Лисочкина Т.В., Некрасова Т.П. Экономические основы экологии. СПб.: Специальная Литература, 1995. - 280с.

29. О взимании платы за сброс сточных вод и загрязняющих веществ в системе канализации населенных пунктов. //Постановление Правительства Российской Федерации от 31. 12. 95 № 1310.

30. Об утверждении Положения о Государственной санитарно эпидемиологической службе Российской Федерации и Положения о Государственномсанитарно эпидемиологическом нормировании. // Постановление Правительства Российской Федерации от 24 июля 2000 г. № 554.

31. Предельно допустимые концентрации (ПДК) и ориентировочные допустимые уровни (ОДУ) вредных веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования.// Дополнение 3 к Сан-ПиН № 4630-88.

32. СанПиН № 4630-88. Санитарные правила и нормы охраны поверхностных вод от загрязнения. М.: Минздрав России, 1998.

33. Об индексации платы за загрязнение окружающей природной среды на 2001 год. // Письмо Минприроды России от 27. 11. 2000 г. № ВП 61/6349.

34. Серов Г.П. Правовое регулирование экологической безопасности при осуществлении промышленной и иных видов деятельности. М.: Изд-во "Ось-89", 1998.-224 с.

35. Экологическое законодательство. М.: ЗАО "Бизнес-школа "Интел-Синтез", 1998.-256 с.

36. Правовые проблемы охраны окружающей среды.// Под ред. Э.Н. Жев-лакова. -М.: ЗАО "Бизнес-школа "Интел-Синтез", 1998. -272 с.

37. Абалкина И.Л. Страхование экологических рисков (из практики США). М.: ИНФРА-М, 1998. - 88с.

38. Грошев B.JL, Гришин Н.Н. Экологическое аудирование как один из основных элементов системы экологического страхования в России. // I Всероссийская Конференция "Теория и практика экострахования" М.: ИПР РАН, 1995.

39. Пашков Е.В., Фомин Г.С., Красный Д.В. Международные стандарты ИСО 14000. Основы экологического управления. М.: ИПК Издательство стандартов, 1997. - 464 с.

40. Кенуорси JI. Как убедить предприятия уменьшить количество промышленных отходов. Руководство для граждан. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 1995. - 128с.

41. Оценка и регулирование качества окружающей природной среды. // Учебное пособие для инженера-эколога. М.: НУМЦ Минприроды России, 1996. -350с.

42. Макаров С.В., Каменская Ю.Ю. Экологическое аудирование. М.: "Знание". - 1995.

43. Макаров С.В., Шагарова Л.Б./ Под ред. проф. А.Ф. Порядина. Экологическое аудирование промышленных производств. -М.: НУМЦ Госкомэкологии России, 1997. 144с.

44. Гришин Н.Н. Введение в экологическое аудирование. //Экологическая экспертиза. М.: ВИНИТИ, 1991, №1.

45. Кублицкая Т.В. Экологическое аудирование в крупных научно-промышленных компаниях и корпорациях. //Экологическая экспертиза. М.: ВИНИТИ, 1991, №2.

46. Серов Г. П. "Экологический аудит" // Экология, охрана природы и экологическая безопасность М.: МНЭПУ, 1997 - с. 555 - 564.

47. Методические и нормативно-аналитические основы экологического аудирования в РФ. //Учебное пособие по экологическому аудированию. Ч. 1. -М.: "Тройка", 1998. 536с.

48. Пачурин Г.В., Барляев Н.В. Экологическое аудирование эффективный инструмент решения природоохранных задач в современных условиях // Инженерная экология, № 6, 1999, с. 50-53.

49. Сорокин Н.Д., Леднева О.А. Экологический аудит. Сборник нормативно-правовых актов. СПб., 1997. - 316с.

50. Представление информации в области окружающей среды: международный обзор практики отчетности корпораций. // Организация Объединенных Наций, 1994, Е/С.10/АС.З/1994/4.

51. Бобров А.Л. Измерение эколого-экономической эффективности новых технологий. М.: МГУ им. М.В. Ломоносова, 1992. - 161 с.

52. Green Ledgers: Case Studies in Corporate Environmental Accounting. -Word Resources Institute, WRI, 1995.

53. Экологический учет для предприятий. // Конференция ООН по торговле и развитию: Пер. с англ. М.: Финансы и статистика, 1997. - 200 с.

54. Зувайте Д.В. Макроэкономический анализ показателей взаимодействия производственной и природоохранной деятельности. М.: ЦЭМИ АН СССР. 1991.

55. Акимова Т.А., Батоян В.В., Моисеенков О.В., Хаскин В.В. Основные критерии экоразвития. -М.: Российская экономическая академия. 1994.

56. Экологические проблемы крупных административных единиц мегаполисов. Тез. докл. участников научно-практической конференции. М.: Изд-во "Прима-Пресс", 1997. - 352 с.

57. Дунаевский JI. Экологическая сертификация: проблемы и перспективы // Зеленый мир, 1997, № 2.

58. Литвинов В. Экологическая маркировка на упаковке // Оптовый рынок, 1996, №22.

59. О мерах по выполнению Соглашения между Российской Федерацией и Международным банком реконструкции и развития о займе для финансирования Проекта по управлению окружающей средой. // Постановление Правительства от 11.08.95.

60. Huisingh D. Cleaner technologies through process modifications, materials substitutions and ecologically based ethical values. Industry and Environment, v. 12, No. 1,1989.

61. Дорофеев В.Ф., Удачин P.A. и др. Пшеницы мира. М.: Агропромиз-дат, 1987. - 560с.

62. Справочник по производству. Сырье, технология и технохимконтроль. // В.Л. Яковенко, Б.А. Устинников, Ю.П. Богданов, С.И. Громов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981 г.

63. Ковальская Л.П., Шуб С.П., Мелькина Г.М. и др./ Под ред. Л.П. Ковальской. Технология пищевых производств - М.: Колос, 1999. - 752 с.

64. Мальцев П.М. Технология бродильных производств. М.: Пищевая промышленность, 1980. - 560с.

65. Фертман Г.И., Шойхет М.И. Технология продуктов брожения. М.: Высшая школа, 1976 г.

66. Славуцкая Н.И. Технология ликёро-водочного производства. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982. - 214 с.

67. Яровенко В.Л., Бурачевский И.И., Болотина Ф.Е. и др. Справочник технолога ликёро-водочного производства. //Под ред. В.Л.Яровенко. М.: Пищевая промышленность, 1976. - 257с.

68. Комаров В. И. Проблемы безопасности пищевых продуктов Пищевая промышленность N 2, 1996 - стр.26.

69. Монастырский О.А. Скрытая токсичность продуктов питания и кормов.//Агрохимия. 1995, №7, с. 100-106.

70. Цапко Е.В., Самий Н.С., Гумен Н.П., Петрищенко JI.H. Поступление свинца и кадмия в организм человека с пищевым рационом. // В сб. Рациональное питание, 1991, №26, с. 119-122.

71. Фомичев Ю.П. Загрязнители продовольственного сырья, пищевых продуктов и кормов. Дубровици, 1998 - 19 с.

72. Нечаев А.П., Траубенберг С.Е., Кочеткова А.А. и др. Пищевая химия. //Под ред. А.П. Нечаева. СПб.: ГИОРД, 2003. - 640 с.

73. Владимиров A.M. и др. Охрана окружающей среды. Л.: Гидрометео-издат, 1991 -423 с.

74. Цветкова Л.И., Алексеев М.И., Усанов Б.П. и др. Экология. М.: Изд-во АСВ; СПб.: Химиздат, 1999. - 448 с.

75. Тезиев Т.К., Осикина Р.В. Пути повышения качества продукции скотоводства в зоне техногенного загрязнения. Владикавказ. - 2001. - 180с.

76. Брин В.Б. Предрасположенность к развитию заболеваемости населения разных районов г.Владикавказ. // Тезисы докладов 2 Международной конференции "Безопасность и экология горных территорий" 25-30 сентября 1995. -Владикавказ, 1995, с.406-407.

77. Албегова Д.В., Касохов Т.Б., Цоков З.Ц. Изменение иммунологических показателей больных язвенной болезнью, живущих в условиях экопатогенного воздействия свинца, кадмия, цинка. // Вестник МАНЭБ, №4, Владикавказ, 2001, с.49-51.

78. СанПиН 2.1.4.1074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. М.: Федеральный центр Госсанэпиднадзора Минздрава России, 2002. -103с.

79. Ал боров И. Д. Загрязнение бассейна реки Терек. // Вестник МАНЭБ, №4 (40), Владикавказ, 2001, с.33-35.

80. Грачева И.М., Кривова А.Ю. Технология ферментных препаратов. -М.: Изд-во "Элевар", 2000. 512 с.

81. Калунянц К.А., Голгер Л.И. Микробные ферментные препараты (технология и оборудование). М.: Пищевая промышленность, 1979. - 304 с.

82. Мосичев М.С., Складнев А.А, Котов В.Б. Общая технология микробиологических производств. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1982.

83. Промышленная микробиология. // Учебное пособие для вузов. /Под ред. Н.С.Егорова. М.: Высш. шк., 1989. - 688 с.

84. Кухаренко А.А., Винаров А.Ю., Сидоренко Т.Е., Бояринов А.И. Интенсификация микробиологического процесса получения этанола из крахмал- и целлюлозосодержащего сырья. -М.: Ред. бюллетеня "Новые технологии", 1999. -93 с.

85. Холланд Ч.Д. Многокомпонентная ректификация. М.: Химия, 1972.

86. Рыбальский Н.Г., Лях С.П. Биотехнологический потенциал консорциумов микроорганизмов в народном хозяйстве. М., 1990. - 200с.

87. Khan A.W.//Fem. Microbiol. Lett., 1980, v.9, p.233-235.

88. Veal D.A., Lynch J.M. Biochemistry of cellukinase breakdown by mixed cultures.//Biochem. Soc. Trans., 1984, v.12, N6, p.l 142-1144.

89. Wiegel J.//Experimentia, 1980, v.36, pl434.

90. Larson L., Nielsen P., Ahring B. Thermoanaerobacter methane and ethanol-producing extremaly thermophilic anaerobic bacterium from a hot-spring in Ice-land.//Archives of Microbiology, 1997, v.168, N2, p.l 14-119.

91. Панкова Л.М., Бэкер M.E., Швинка Ю.Э. Образование левана бактериями Zymomonas mobilis. II Фундаментальные и прикладные аспекты. 1990, с. 111-118.

92. Misawa N., Nakamura К., Kitamora К. Three 1.7-kilobase pair plasmids in Zymomonas mobilis NRRLB-80 d.// Agr. Biol. Chem, v. 49, N 9, p.2769-2771.

93. Синицин А.П., Райнин Е.И., Лозинский В.И. Иммобилизованные клетки микроорганизмов. М.: МГУ, 1994. - 286 с.

94. Грачева И.М., Иванова Л. А., Кантере В.М. Технология микробных белковых препаратов, аминокислот и биоэнергия. М.: Колос, 1992. - 384с.

95. Иммобилизованные клетки и ферменты. Методы. М., 1988. -215с.

96. Поляк Ю.М. Получение этанола на гидролизных средах иммобилизованными клетками дрожжей. JL, 1991, с. 62-67.

97. Busche R., Davison В. Technoeconomic evaluation of ethanol manufacture in fluidized bed bioreactors operating with immobilized cells. //Appl. Biochem. And Biotechnol., 1992, v. 35, p.395-417.

98. Jle Ван Вьет Ван, Гернет М.В., Ефременко Е.И. Сбраживание пивного сусла иммобилизованными дрожжами. // Пищевая и перерабатывающая промышленность. Вып.З, 1995, с. 56-58.

99. Баева Л.Ф., Козлов Д.Г., Бравова Е.Э., Беневоленский С.В. Клонирование гена а-амилазы дрожжей Saccharomyces fibuligera и его экспрессия в Saccharomyces cerevisiae.U Прикладная биохимия и микробиология, 1996, т.32, №3, с. 311-314.

100. Schenberg А.С., Vicente E.J., Fario J.B. et al.// Abstracts of 8th International Symposium on Yeasts. Atlanta, Georgia State University, 1992, p.62-63.

101. Технологические и укрупненные нормы водопотребления и водоотве-дения по видам производств спиртовых заводов, перерабатывающих крахмалистое сырье М.: ВНИИПБТ, 1981.

102. Российский статистический ежегодник М.: Госкомстат России, 1999.

103. Сборник балансовых норм водопотребления и водоотведения по видам производств спиртовых производств, перерабатывающих крахмалистое сырье. -М.: ВНИИПБТ, 1981 г.

104. Фельдман В.А., Феофанов Ю.А., Лагутин Б.П. и др. Сточные воды предприятий пищевой промышленности/ Канализация населенных мест и промышленных предприятий. Справочник проектировщика. М.: Стройиздат, 1981.-С. 482-508.

105. Полищук Н.И. Водопользование на предприятиях пищевой промышленности. М.: Агропромиздат, 1989.

106. Шифрин С.М., Иванов Г.В., Мишуков Б.Г., Феофанов Ю.А. Очистка сточных вод предприятий молочной промышленности. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1981. - 272с.

107. Барабанщиков Н.В. Молочное дело. М.: Колос, 1983. - 413с.

108. Гандурина JI.B. и др. Очистка сточных вод спиртового производства //Водоснабжение и санитарная техника, №10, 1994 г.

109. Борщевский П.П. и др. Охрана окружающей среды в пищевой промышленности. -М.: АгроНИИТЭИП, 1990 г, Вып. 5.

110. Шеховцев А.А. и др. Воздействие пищевых производств на окружающую среду. // Хранение и переработка сельхозсырья, 1997, №11, с. 6-9.

111. Дегтерев Г.П. Механизм образования молочных загрязнений и их кпассификация//Хранение и переработка сельхозсырья. 1999. - №11. - С.41-43.

112. Вторичные сырьевые ресурсы пищевой и перерабатывающей промышленности АПК России и охрана окружающей среды. Справочник.// Под общей ред. Е.И. Сизенко. М.: Пищепромиздат, 1999. - 468с.

113. Регламент замкнутой водохозяйственной системы для спиртовых заводов, перерабатывающих крахмалистое сырье. М.: ВНИИПБТ, 1987.

114. Величко Т.В. Совершенствование классификации ВСР пищевой промышленности как инструмент выявления новых резервов в их использовании. //Пищевая и перерабатывающая промышленность, №3, 1995, с. 40-47.

115. Номенклатура отходов, образующихся на предприятиях г. Москвы и подлежащих учету и контролю. М.: Москомприрода, ГП "Промотходы", 1997.

116. Наставление по использованию зерновой и картофельной барды и продуктов ее переработки на корм сельскохозяйственным животным и птице. -М.: BACXHHJI, 1986.

117. Кухаренко А.А., Сорокодумов С.Н., Бельчаков И.В. Экологические проблемы производства этилового спирта. // Экология и промышленность России. №8, 2000, с. 4-6.

118. Mori К., Nabetani О., Maruo S. Leban production by Bacillus licheni-formis. Patent N 74101593 (Japan), 1975.

119. Горбатова K.K. Биохимия молока и молочных продуктов. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 344 с.

120. Крусь Г.Н., Чекулаева Л.В., Шалыгина Г.А., Ткаль Т.К. Технология молочных продуктов. М.: Агропромиздат, 1988. - 368с.

121. Храмцов А.Г., Нестеренко П.Г. Рациональная переработка и использование белково-углеводного молочного сырья. М.: Молочная промышленность, 1998. - 104с.

122. Залашко М.В. Биотехнология переработки молочной сыворотки. М.: Агропромиздат, 1990. - 192с.

123. Кравченко Э.Ф. Состояние и перспективы переработки и использования молочной сыворотки. М.: Агропромиздат, 1989. - 200с.

124. Липатов Н.Н. Молочная промышленность XXI века. М.: АгроНИИ-ТЭИММП, 1989.-56с.

125. Храмцов А.Г. Вторичные сырьевые ресурсы и пути их рационального использования в условиях рыночной экономики. //Известия вузов. Пищевая технология. 1999, № 5-6, с. 14-17.

126. Храмцов А.Г., Евдокимов И.А. Рациональная переработка молочной сыворотки.//Молочная промышленность. 1996, №4, с. 10-12.

127. Храмцов А.Г. и др. Бифидогенный концентрат из молочной сыворот-ки.//Молочная промышленность. 1996,- №8, с. 16.

128. Храмцов А.Г. Биотехнология напитков из молочной сыворот-ки.//Сыроделие, 1999, №1, с. 18-20.

129. Храмцов А.Г. и др. Молочная сыворотка: переработка и использование.//Сыроделие, 1999, №2, с. 23-25.

130. Храмцов А.Г. и др. Подсырная сыворотка: отходы или резерв.//Сыроделие, 1999, №3, с. 30-31.

131. Храмцов А.Г., Оноприйко А.В., Рябцева С.А. и др. Рациональное использование сырьевых ресурсов при переработке молока на мини-производствах.//Известия вузов. Пищевая технология, 1999, №2-3, с. 11-13.

132. Евдокимов И.А. Современное состояние и перспективы использования лактозосодержащего сырья.//Известия вузов. Пищевая технология, 1997, №1, с. 15-17.

133. Анацкая А.Г. Создание новых молочных продуктов.//Молочная промышленность, 2000, №2, с. 29-31.

134. Атраментов А.Г. Совершенствование первичной обработки молока. -М.: ВО Агропромиздат, 1990. 63 с.

135. Евелева В.В., Филимонова И.И. Лактат кальция кормовой из молочной сыворотки.//Переработка молока. Информационный бюллетень, 2001, №3.

136. Кухаренко А.А., Винаров А.Ю. Пищевые белковые добавки из молочных отходов.//Экология и промышленность России, 2003, №3, с. 10-11.

137. Новые условия использования отходов, образующихся при производстве молочных продуктовУ/Faure О. Rev. Lait fr МФИШ., 1998, No 585, p. 40-41.-Фр.

138. Pourquoi le diester et pas le biomethane. О перспективах метанового сбраживания. / Ferguson J. //Combat natur., 1994, No 105, p.36-37. Фр.

139. Пащенко Л.П. и др. Новый продукт из молочной сыворотки.//Пищевая промышленность, 1996, №1, с. 36.

140. Скобелева Н.В. "Чудо"-продукт из молочной сыворотки .//Молочная промышленность, 1999, №6, с. 25.

141. Эрвольдер Т.М. Биопахта продукт повышенной пищевой и биологической ценности.//Молочная промышленность, 1999, №1, с. 17-18.

142. Молочников В.В., Орлова Т.А., Анисимов С.В. Безотходная технология переработки обезжиренного молока на основе безмембранного осмоса. -М.: АгроНИИТЭИММП, 1986. 36с.

143. Вышемирский Ф.А. Маслоделие России. М.: Россельхозакадемия, 1998.-405с.

144. Красуля Н.Г., Силин В.М. Напитки из пахты.//Молочная промышленность, 1996, №4, с. 13.

145. Храмцов А.Г. Состав и биологическая ценность подсырной сыворотки. //Сыроделие, 1999, №4, с. 32-34.

146. Лисенкова Л.Л., Калугин Б.В. Экология АПК (Экологически чистые технологии переработки молочной сыворотки).//Инженерная экология, 1997, №5, с.29-37.

147. Королева Н.С. Основы микробиологии и гигиены молока и молочных продуктов. М: Легкая и пищевая промышленность, 1984. - 168с.

148. Мудрецова-Висс К.А., Кудряшова А.А., Дедюхина В.П. Микробиология, санитария и гигиена. -М: Деловая литература, 2001. 378с.

149. Степаненко П.П. Микробиология молока и молочных продуктов: Учебник для ВУЗов. Сергиев Посад: ООО "Все для Вас - Подмосковье", 1999. -415с.

150. Васильева Р.А. и др. Напитки из творожной сыворотки.//Известия вузов. Пищевая технология, 1998, № 2-3, с. 41-43.

151. Жукова Л.П. Использование молочной сыворотки в производстве продуктов питания. //Пищевая промышленность, 1996, №12, с. 24.

152. Залашко М.В., Капич А.Н., Мишин JI.T. Алкогольный напиток из молочной сыворотки.//Молочная промышленность, 1997, №3, с.28.

153. Способ обработки молочной сыворотки: Пат. 2134992 Россия, МПК6 А23 J 1/20/ Коновалов А.И. и др. № 98102300/13; Заявл. 6.02.1998; Опубл.2708.1999.-Бюл.№ 24.

154. Способ переработки молочной сыворотки: Пат. 2154386 Россия, МПК А23 С 21/02/ Винаров А.Ю., Беляков Ю.И., Сидоренко Т.Е., Каравацкий

155. A.И. № 99126250/13; Заявл. 14.12.1999; Опубл. 20.08.2000.

156. Способ получения концентрата молочной сыворотки: Пат. 2144773 Россия, МПК6 А23 С 21/00/ Попова И.Д. и др. № 99104243/13; Заявл. 3.03.1999; Опубл.2701.2000.-Бюл. №3.

157. Способ получения молочной сыворотки в гранулах: Пат. 2144774 Россия, МПК6 А23 С 21/00/ Попова И.Д. и др. № 99104249/13; Заявл. 3.03.1999; Опубл. 27.01.2000. -Бюл. № 3.

158. Способ получения сахаросодержащей сывороточной пасты: Пат. 2125376 Россия, МПК6 А23 С 21/00/ Подгорнова и др. № 97120031/13; Заявл. 2.12.1997; Опубл. 27.01.1999. - Бюл. № 3.

159. Способ приготовления концентрата лактата кальция из молочной сыворотки: Заявка 96111572/13 Россия, МПК6 А23 С 21/02/ Полянский и др. № 96111572/13; Заявл. 4.06.1996; Опубл. 10.10.1998. - Бюл. № 28.

160. Способ производства молочного сахара: Пат. 2128710 Россия, МПК6 С13 К 5/00/ Евдокимов И.А. и др. № 97101635/13; Заявл. 3.02.1997; Опубл. 10.04.1999.-Бюл. № 10.

161. Способ производства напитка "Ашна" на основе молочной сыворотки: Заявка 96111603/13 Россия, МПК6 А23 С 21/08/ Абдрашитов и др. № 96111603/13; Заявл. 7.06.1996; Опубл. 10.12.1998. - Бюл. № 34.

162. Способ производства плодово-ягодного желе из молочной сыворотки: Заявка 96114293/13 Россия, МПК6 А23 С 21/08/ Абдрашитов и др. № 96114293/13; Заявл. 16.07.1996; Опубл. 20.12.1998. - Бюл. № 35.

163. Способ производства экологически чистого моющего средства из молочной сыворотки: Пат. 2093039 Россия, МКИ6 А23 С 21/00, С 11 D1/00/ Торгов

164. B.Д. и др. № 95105200/13; Заявл. 6.04.1995; Опубл. 20.10.1997. - Бюл. № 29.

165. Технологическая линия для производства продуктов из молочной сыворотки: Пат. 2100438 Россия, МКИ6 С13 К 5/00/ Петров С.М. и др. № 95112221/13; Заявл. 18.07.1995; Опубл. 27.12.1997. -Бюл. № 36.

166. Шалапугина Э.П. и др. Пудинги из молочной сыворотки.//Хранение и переработка сельхозсырья, 1998, №5, с. 43-44.

167. Использование отходов молочного производства в сельском хозяйст-Be.//Nairaud D. Rev. Lait fr МФИШ. 1998, No 585, p. 38-39. - Фр.

168. Яковлев C.B., Скирдов И.В., Швецов В.Н., Бондарев А.А., Андрианов Ю.К. Биологическая очистка производственных сточных вод. /Под ред. С. В. Яковлева. -М.: Стройиздат, 1985. -408с.

169. Яковлев С.В., Карелин Я.А., Воронов Ю. В. Очистка производственных сточных вод. // Учеб. Пособие. М.: Стройиздат, 1979. - 320 с.

170. Яковлев С.В., Ласков Ю.М. Канализация. М.: Стройиздат, 1987.320с.

171. Лоренц В.И. Очистка сточных вод предприятий пищевой промышленности. Киев: Будивельник, 1972. - 188с.

172. Хаммер М. Технология очистки сточных и природных вод.// Пер. с англ. М.: Стройиздат, 1979. - 400с.

173. Справочник по очистке природных и сточных вод.// Л.Л. Пааль, Я.Я.Кару, Х.А.Мельдер, Б.Н.Репин. М.: Высшая школа, 1994. - 336с.

174. Очистка сточных вод предприятий молочной промышленности в зарубежных странах. // Обзорная информация. Серия: Цельномолочная промышленность. -М.: ИНИИТЭИмясомолпром, 1978. 36 с.

175. Lehman P. Operating characteristics of RBC facility in a cold clima.// J. Water Pollution Control Federation, October, 1983, vol. 55, № 10, pp. 1233-1238.

176. Афанасьева А.Ф., Сирота M.H., Савельева Ч.С., Эпов А.Н. Очистка хозяйственно-бытовых сточных вод и обработка осадков. "Изограф". - 1997.

177. Зеленков В.Е., Чернов Ю.К. Очистка сточных и оборотных вод. М., Металлургия, 1971, № 7, с. 155-158.

178. Кормилицын В.И., Цицкишвили М.С., Яломов Ю.И. Основы экологии. Изд - во "Интерстиль". - М., 1997.

179. Мишуков Б.Г. Очистка сточных вод молокоперерабатывающих предприятий.// Сборник научных трудов ЛИСИ. 1964. - №47.

180. СанПиН 2.1.5.980-00. Гигиенические требования к охране поверхностных вод.

181. СанПиН 2.2.1/2.1.1.1031-01. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов.

182. Proceedings of an IDF seminar on dairy effiients at Irillarney. Ireland. -1983. Document № 184.

183. Radick K.L. Dairy Wastes.// Water Pollut. Control. Fed., 1989, №6.

184. Таран Н.Г. Адсорбенты и иониты в пищевой промышленности. М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. - 248 с.

185. Грановский М.Г., Лавров И.С., Смирнов О.В. Электрообработка жидкостей. Л.:Химия, 1979. - 232с.

186. Томилов А.П. Интенсификация электрохимических процессов. Сб. научных трудов. - М., Наука, 1988.

187. Лазарев С.И., Коробов В.Б., Мукин С.В. Очистка сточных вод молочных предприятий обратным осмосом и ультрафильтрацией.//Известия вузов. Пищевая технология, 1999, №5-6.

188. Belebungssistem mit geningem Energiebedarf.// Umwelt, 1985, No 4-p.382.

189. Barchankova J. Ferciarni astenimlekaren snych odpadnick vod mem-bramoymi procey. //Prum potravin, 1986, vol., No 8.

190. A.C. СССР № 1171428, МКП С 02 Г1/46.628.543. Способ электрохимической очистки.

191. Яковлев С.В., Карюхина Т.А. Биохимические процессы в очистке сточных вод. М.: Стройиздат, 1980. - 200с.

192. Роговская Ц.И. Биохимический метод очистки сточных вод. М.: Стройиздат, 1967.

193. Цыганков С.П. Биологическая очистка сточных вод предприятий молочной промышленности. -М.: ВО Агропромиздат, 1988. 165с.

194. Экологическая биотехнология: Пер. с англ./ Под ред. К. Ф. Форстера, Д. А. Дж. Вейза. Л.: Химия, 1990. - 384с.

195. Голубовская Э.К. Микроорганизмы очистных сооружений. -Л.: ЛИСИ, 1985.

196. Chiesa S. С. Growth and central of filametous microbes in activated sludge an integrated hypothesis.// Wate Research., 1985, vol.19, No 4.

197. Jenkins D. et. al. Causes and control of activated sludge bulging.// Journal W.P.C.F., 1984, vol.56, No 1.

198. Lan A.O. et. al. The competitive growth of bloc- forming and filamentous bacteria model for activated sludge bulging. //Journal W.P.C.F., 1984, vol.56, No 1.

199. Vujer W. The effect of particulate of organic material in activated sludge oxygen requirements. // Prog. Wat. Tech., 1980, No 12.

200. Навикайте Д. П. Интенсификация биологического метода очистки сточных вод с прикрепленными микроорганизмами: // Дис.канд.тех.наук. М., 1985.-169 с.

201. Колесов Ю.Ф., Катраева И.В., Кулагин В.В. Опыт эксплуатации установки биологической очистки сточных вод молокозавода.//Известия вузов. Строительство, 1999, № 11, с.83-87.

202. Колесов Ю.Ф. Приоритетное направление в создании установок очистки сточных вод молочных заводов. //Известия вузов. Строительство, 1997, №12, с. 85-89.

203. Протасовский Е.М. Очистка высококонцентрированных по органическим загрязнениям сточных вод с использованием ступенчатых аэрационных систем.// Автореферат дис. канд. тех. наук. Л., 1980. - 25с.

204. Воронов Ю.В. и др. Реконструкция и интенсификация работы канализационных очистных сооружений. М.: Стройиздат, 1990. - 224с.

205. Феофанов Ю.А. Очистка сточных вод молочных заводов на высокона-гружаемых биологических фильтрах.// Дис. канд. тех. наук. Л., 1971. - 209 с.

206. Pankakoski М. Anaerobic treatment of dairy effluents in Finland. // Bull. Fed. Int. Lait., 1984, No 184.

207. Шифрин C.M. и др. Установка по биохимической очистке сточных вод "биофильтр-стабилизатор". //Межвузовский тематический сборник трудов/ЛИСИ. 1977, № 7.

208. Валах В.П. Очистка сточных вод маломощных молокоперерабаты-вающих предприятий на дисковых биофильтрах.// Дис.канд.тех.наук. Полтава, 1987. - 147с.

209. Данилович Д.А. Новые достижения в области анаэробной биологической очистки концентрированных сточных вод. //Обзорная информация. М.: Институт экономики жилищно-коммунального хозяйства АКХ им К. Д. Памфилова, 1991.-70с.

210. Вайсер Т., Риттер М., Шмидт X., Чеботарева М. Очистка сточных вод молочных заводов. //Молочная промышленность, 2001, № 1, с. 49-50.

211. Новые методы защиты предприятий молочной промышленности от биозагрязнений. //Locher М. Rev. lait fr МФИШ., 2000, No 598, р.32-34.

212. Wong Н. Mechanisation des effluents a laiterie suint Habert. //Energ.vert., 1989, No 26.

213. Тарасевич Ю.И., Овчаренко Ф.Д. Адсорбция на глинистых минералах К.: Наукова думка, 1975. - 352 с.

214. Кусовский Е.Г. Особенности строения и физико — химические свойства глинистых минералов К.: Наукова думка, 1966. - 522 с

215. Бекузарова С.А. Способ подготовки семян бобовых культур к посеву. -Патент РФ №2115289.-1998.

216. Кудрявцев Б.Б. Применение ультразвука в промышленности. М.: Машиздат, 1959. -34с.