Раздел 6. Перспективные наилучшие доступные технологии

Раздел 6 Перспективные наилучшие доступные технологии

6.1 Производство продукции из мяса убойных животных и мяса птицы

Перспективной НДТ для производства продукции из мяса убойных животных и мяса птицы может стать двухступенчатая схема очистки сточных вод, включающая в себя две ступени:

I ступень: физико-химический способ очистки при необходимости с электрохимической обработкой до требований для слива на биологические очистные сооружения. Окончательная схема зависит от состава сточных вод и включает оба вида обработки в случае высокого содержания органических примесей (ХПК более 2000 мг /л) и повышенного значения хлоридов (не менее 500 мг/л).

II ступень: биологический метод очистки до требований для слива в водоем рыбохозяйственного назначения.

При этом I ступень предполагает следующие основные стадии: удаление крупных механических примесей, свободных и эмульгированных жиров и масел; электрообработку для деструкции органических примесей; реагентную обработку исходной сточной воды (корректировка значения рН, ввод коагулянта и флокулянта); разделение суспензии отстаиванием; обезвоживание осадков фильтрованием или центрифугированием. При разработке технологии очистки для конкретного предприятия отдельные стадии технологической схемы могут отсутствовать. По желанию Заказчика данная установка может дополнительно комплектоваться узлом обессоливания на базе мембранной технологии, что позволяет снизить солесодержание (в т.ч. сульфатов, хлоридов, фосфатов и т.д.) до требуемых показателей как для слива в общий коллектор, так и для возврата в производственный цикл.

II ступень предполагает доочистку сточных вод биологическим методом с использованием анаэробных и аэробных процессов с одновременной нитри-, денитрификацией. Для интенсификации процессов биологической очистки используются специальная загрузка для иммобилизации активного ила ("ершовая" загрузка), тонкослойные блоки в отстойниках, высокоэффективная система аэрации.

Для доочистки предусмотрена стадия фильтрации на зернистой загрузке.

Очистка вод мясокомбината с применением самых современных технологических решений.

Известно, что сточные воды мясокомбинатов относят к категории высококонцентрированных по содержанию органических загрязнений.

При очистке сточных вод мясокомбината необходимо обеспечить и ее дезинфекцию, уничтожение токсинов, продуктов секреторной деятельности и патогенных бактерий, вирусов, паразитов и других микроорганизмов. Биологическая очистка вод мясокомбината, дополненная системами осветления и фильтрации, все равно в полной мере не обеспечивает инактивацию и удаление микрозагрязнителей.

Самыми удачными вариантами естественной дезинфекции без использования химических препаратов являются ультрафиолетовые системы очистки, излучающие ультрафиолетовое излучение. Они экологически безопасным способом дезинфицируют сточные воды и инактивируют микроорганизмы в результате воздействия ультрафиолетовых лучей на ДНК патогенных микроорганизмов за считанные секунды. В этом случае в отличие от химической дезинфекции не образуются вредные побочные продукты. Очистка вод мясокомбината ультрафиолетовым излучением имеет несколько преимуществ по сравнению с применением химических способов. Ультрафиолетовое излучение более эффективно особенно в отношении вирусов, а также ультрафиолетовые установки требуют значительно меньше пространства, более короткого времени воздействия и пребывания в очистной установке.

Окисление озоном устойчивых загрязняющих веществ - красителей, вредных веществ, микроорганизмов, неприятных запахов происходит быстро и без образования вредных побочных продуктов и больших количеств остаточных веществ. Озонирование воды успешно для очистки вод мясокомбината, удаления тенсидов, фенолов, адсорбируемых органических галогенопроизводных и для обесцвечивания. Такие установки эффективно снижают химическую потребность в кислороде и разрушают секреторные вещества. Озон уничтожает вирусы и бактерии, а также осадок сточных вод и могут успешно использоваться для удаления неприятных нежелательных запахов.

Не менее перспективны с точки зрения НДТ для мясоперерабатывающей промышленности технологии очистки сточных вод с использованием мембранных биореакторов [2].

Все чаще в проектах водоснабжения и водоотведения различных объектов архитекторы и проектировщики предлагают в качестве водосберегающего мероприятия повторное использование воды. Одной из технологий переработки сточных вод в "серые" воды, активно развивающейся в настоящее время, является очистка сточных вод мембранными биореакторами. Подобные системы очистки находят применение не только в масштабных проектах, но и в зданиях небольшой площади, имеющих подключение к городским системам водоснабжения и водоотведения - компактность систем с использованием мембранного биореактора позволяет размещать их в подвалах.

Мембранный биореактор сочетает биологическую обработку активным илом с механической мембранной фильтрацией. Мембранный модуль используется для разделения иловой смеси и представляет собой альтернативу широко применяемому методу осаждения активного ила во вторичных отстойниках, используемую в традиционных системах биологической очистки в аэротенках.

Существует два типа биореакторов: с внутренним расположением мембраны: погруженные в очищаемую воду мембраны являются неотъемлемой частью биологического реактора; внешним расположением мембран: мембраны отделены от технологических емкостей и требуют установки промежуточных перекачивающих насосов.

На рисунке 6.1 представлена традиционная схема очистки сточных вод и схема очистки с помощью мембранного биореактора. Представленная схема очистки с биореактором способна отфильтровать из сточных вод твердые вещества, болезнетворные микроорганизмы и вирусы.

Рисунок 6.1 - Традиционная схема очистки сточных вод (а) и схема очистки с помощью мембранного биореактора (б)

Последние технические инновации и значительное снижение стоимости мембран привели к росту популярности мембранных биореакторов. Об успешном применении данной технологии свидетельствует тот факт, что на рынке появляются новые типоразмеры мембранных реакторов, а также увеличивается мощность этих устройств.

Системы очистки с мембраной, погруженной в биореактор, потребляют значительно меньшее количество энергии (энергопотребление может быть на два порядка ниже, чем у раздельных систем). В конфигурации с погружной мембраной важным параметром, влияющим на процесс очистки вод, является аэрация. Аэрация поддерживает твердые вещества в состоянии суспензии, очищает поверхности мембраны и обеспечивает кислородом биомассы, что приводит к лучшему биологическому разложению и клеточному синтезу.

Другим ключевым шагом в развитии последних мембранных биореакторов является использование двухфазной пузырьковой жидкости для контроля загрязнения. Это позволило автоматизировать процессы очистки. Низкие эксплуатационные затраты, достигнутые при применении погружной конфигурации мембранного биореактора, наряду с устойчивым снижением стоимости мембраны, привели к значительному росту применения установок с середины 1990-х годов. С того времени конструкцию постоянно модифицировали, применялись улучшенные типы мембраны, проводились эксперименты по подбору оптимальной скорости потоков сточных вод и аэрируемого воздуха с целью увеличить срок службы мембраны. В последние годы была разработана процедура более четкого контроля рабочих параметров, а также внедрена обратная промывка, которая позволяет мембранным биореакторам устойчиво функционировать и затрачивать небольшое количество энергии, около 0,3 на продукта.

Тем не менее, несмотря на использование обратной промывки, производительность фильтрации мембранного биореактора неизбежно снижается в процессе эксплуатации. Это происходит из-за отложения растворимых и твердых частиц на и в мембране, что связано с взаимодействием между компонентами активного ила и мембраны. Это основной недостаток остается одной из наиболее сложных проблем, стоящих перед дальнейшим развитием мембранных биореакторов.

Промывка мембранного блока осуществляется с помощью циркуляционного насоса, который обеспечивает равномерное омывание мембран по всей их длине, что гарантирует одинаковую чистоту поверхности в любой точке. Промывка мембранного блока полностью автоматизирована. Она длится несколько часов и осуществляется несколько раз в год в качестве профилактической меры в автоматическом режиме.

В зависимости от технологических задач мембранный биореактор может использоваться как на этапе финишной очистки (до стадии обеззараживания), так и для предочистки перед нанофильтрацией и обратным осмосом при необходимости обессоливания очищенной воды.

В основу действия биореактора положен синтез биотехнологии и технологии разделения водных суспензий на ультрафильтрационных полимерных мембранах.

Система мембранного биореактора состоит из аэротенка и мембранного модуля, оборудованного половолоконными ультрафильтрационными или микрофильтрационными мембранами. Обрабатываемые сточные воды поступают в аэротенк. Находящаяся в аэротенке иловая смесь циркулирует через мембранный модуль. Ультрафильтрационные мембраны служат для повышения концентрации активного ила в аэротенке и глубокой очистки обрабатываемых сточных вод. Аэротенк в системе мембранного биореактора работает с высокой концентрацией активного ила, поэтому его размеры в 2-3 раза меньше размеров классического проточного аэротенка.

Мембранный модуль состоит из 10-20 кассет с мембранами. В каждой кассете располагаются от 5 до 15 пучков мембранных волокон. Половолоконная мембрана представляет собой полую нить наружным диаметром около 2 мм и длиной до 2 м. Поверхность нити представляет собой ультрафильтрационную мембрану с размером пор 0,03-0,1 мкм.

Каждый пучок состоит из 100-1000 мембранных волокон и оборудован общим патрубком отвода фильтрата. Столь малый размер пор является физическим барьером для проникновения организмов активного ила, имеющих размер более 0,5 мкм, что позволяет полностью отделить активный ил от сточной воды и снизить концентрацию взвешенных веществ в очищенной воде до 1 мг/л и менее (рисунок 6.2).

Рисунок 6.2 - Принципиальная схема мембранного модуля

Фильтрация происходит под действием вакуума, создаваемого на внутренней поверхности мембранного волокна самовсасывающим насосом фильтрации. Для организации фильтрации между внутренней полостью мембран и пространством мембранного блока создается разность давлений ( МПа). При этом смесь сточных вод и активного ила фильтруется через поверхность мембран снаружи вовнутрь. В результате отделения твердых и коллоидных частиц на половолоконных мембранах концентрация активного ила в блоке мембранного биореактора и в аэротенке повышается, что способствует глубокой биологической очистке стоков и обеспечивает уменьшение объема аэротенка в 2-3 раза.

Очищенная вода поступает по напорным трубопроводам на обеззараживание, а активный ил остается в мембранном резервуаре и поддерживается во взвешенном состоянии с помощью системы аэрации, встроенной в мембранный модуль.

Аэрирование осуществляется сжатым воздухом с помощью аэрационных систем (воздуходувок). В зависимости от требуемой производительности мембранные модули объединяются в мембранный блок. Число мембранных модулей в блоке может быть увеличено при необходимости повышения производительности системы.

Применяемое в системах мембранных биореакторов касательное фильтрование иловой смеси предотвращает ее забивание, т.е. накопление отложений (бактерий). Такое движение иловой смеси обеспечивается циркуляционным насосом с производительностью, значительно выше расхода подлежащей обработке сточной воды. Возможность регулирования расхода и давления в циркуляционном контуре позволяет наладить полноценное управление процессом мембранного фильтрования при максимальной его эффективности. Кроме того, реализация режима касательного фильтрования имеет положительные последствия в отношении биологии всей системы. Постоянное омывание мембран диспергирует очищающие бактерии, которые более не образуют плотные флоккулы, а потому возможность их прямого контакта с загрязнениями и кислородом значительно увеличивается. Из этого следует, что соотношение активных бактерий и окисляемых загрязнений оказывается большим в системе МБР, чем это обычно встречается в классической системе с активным илом.

Микроорганизмы активного ила не выносятся из системы МБР, поэтому биореактор работает в условиях высокой концентрации биомассы значительного возраста. Кроме того, постоянная циркуляция приводит к механическому воздействию на оболочки бактерий. Именно поэтому основная потребляемая бактериями энергия используется не для размножения (как это происходит в классических биотехнологиях), а расходуется для поддержания жизнедеятельности, что приводит к снижению прироста избыточной активной биомассы.

Особенности технологии обусловлены тем, что отказ от гравитационного метода разделения иловой смеси позволяет повысить концентрацию активного ила в биореакторе до 10-20 г/л (в обычном аэротенке - до 3 г/л).

Высокие концентрации активного ила позволяют эксплуатировать биореактор в режиме низких нагрузок, что создает резерв окисляющей способности, повышает устойчивость биоценоза активного ила к колебаниям состава сточных вод и пиковым нагрузкам, обеспечивает стабильное качество очистки. С другой стороны, высокие концентрации активного ила многократно повышают окисляющую мощность сооружения в целом, что дает возможность очищать высококонцентрированные сточные воды с содержанием органических веществ по ХПК до 4-5 г/л.

При переходе от гравитационного метода разделения иловой смеси к мембранной фильтрации наблюдаются глубокие изменения в структуре биоценоза активного ила. Возраст ила в МБР обычно составляет 25-30 сут., нередко превышая 60-70 сут. При этом основная часть активного ила представлена медленнорастущей микрофлорой, которая наиболее эффективно разлагает трудноокисляемые органические вещества в сточной воде. Преобладание медленнорастущей микрофлоры позволяет значительно снизить прирост активного ила, а, следовательно, необходимые мощности оборудования по обезвоживанию избыточного активного ила.

Размер хлопьев активного ила в МБР в 5-10 раз меньше, чем в распространенных конструкциях аэротенков. Такая дисперсность активного ила приводит к увеличению площади контакта микроорганизмов со сточными водами, повышая эффективность сорбции активными илом инертных веществ, тяжелых металлов, микрозагрязнителей.

Вследствие того, что поры мембран имеют меньший размер, чем размеры клеток микроорганизмов, в частности, бактерий, в МБР происходит частичное обеззараживание воды. Эффективность удаления бактерий составляет 99,999%, вирусов - 99,9%. Непосредственно после МБР очищенная вода может быть сразу направлена на повторное использования для непитьевых целей.

Высокие дозы ила позволяют сократить время пребывания сточных вод в сооружении. Как следствие, площадь, занимаемая МБР, в 2-4 раза меньше площади, занимаемой традиционными сооружениями биологической очистки.

Перспективы мембранных биореакторов на мировом рынке. Согласно статье, представленной на сайте BBS Research, мировой рынок технологий мембранных биореакторов должен достичь $488 млн. в 2015 г. при среднегодовом темпе роста 10,5%.

Перспективным направлением является применение для очистки сточных вод торфа, который является природным катионообменником. Интерес к торфу связан с его невысокой стоимостью и перспективностью. Извлекаемые с его помощью из сточных вод белково-жировые компоненты пригодны для использования в кормах. Известно использование вытяжек и соков некоторых растений для очистки сточных вод мясокомбинатов.

К перспективным способам обработки больших объемов выбросов с невысокими концентрациями органических газообразных загрязнителей можно отнести схему термообезвреживания с предварительным концентрированием загрязнителей посредством адсорбции. Такая схема может быть технически и экономически приемлемой при начальной концентрации загрязнителя выше 50 . Теплоту, выделяющуюся при сгорании загрязнителей, можно достаточно легко утилизировать. Если концентрация горючих загрязнителей может быть доведена ориентировочно до 5-6 , то термообработку можно организовать с незначительным добавлением топлива, а при более высоких концентрациях можно ожидать и экономической эффективности работы установки.

Хорошего экономического эффекта при очистке сточных вод с предприятий можно добиться при помощи получения биогаза [6]. Схема получения биогаза при стандартной схеме очистки сточных вод приведена на рисунке 6.3.

Конденсация газовых примесей - перспективный способ обработки отбросных газов, основанный на переводе парообразных загрязнителей в конденсированное состояние и последующей фильтрации образовавшегося аэрозоля. В основе конденсационного способа лежит явление уменьшения давления насыщенного пара растворителя при понижении температуры. Если загрязнители имеют невысокое давление насыщенных паров, то может быть приемлемой конденсация посредством повышения давления и понижения температуры выбросов. Пары загрязнителей легкокипящих веществ подвергают обработке химическими реагентами таким образом, чтобы продукты реакции имели низкие давления насыщенных паров. При этом способы химической обработки необходимо подбирать так, чтобы была возможна утилизация улавливаемого продукта.

Рисунок 6.3 - Принципиальная схема получения биогаза

Если температура кипения загрязнителей при атмосферном давлении невысока (ориентировочно ниже 100°С), то глубокая очистка посредством охлаждения и повышения давления потребует чрезмерно высоких расходов энергии, и конденсационную очистку можно использовать только как предварительную.

Одним из наиболее перспективных способов очистки воздуха от газов и запахов является плазменная очистка.

Процесс очистки воздуха происходит в три этапа:

1. Предварительная очистка воздуха. Предназначена для удаления негазообразных веществ органического и неорганического происхождения (пыль, жир, волокна, аэрозоли и т.п.). Блок предварительной очистки воздуха состоит из фильтра грубой очистки, который задерживает частицы величиной более 10 мкм. Дополнительно могут быть установлены фильтры тонкой очистки воздуха (задерживают частицы до 1 мкм) и особо тонкой очистки (задерживают частицы до 0,1 мкм). Основным фильтрующим материалом в блоке служит ткань из синтетических волокон. Для контроля загрязнения фильтра установлен дифференциальный датчик давления, который контролирует разность давления воздуха на входе и выходе фильтра - при загрязнении разность давления увеличивается.

2. Плазменная очистка воздуха. Является основным этапом очистки воздуха. Именно на этом этапе происходит разрушение молекул-загрязнителей в зоне низкотемпературной плазмы под воздействием электрического разряда. Газообразные загрязнители, проходя зону электрического разряда в газоразрядных модулях и взаимодействуя с продуктами электросинтеза, разрушаются и переходят в безвредные соединения, вплоть до и . Глубина конверсии (очистки) зависит от величины удельной энергии, выделяющейся в зоне реакции. После плазменного блока воздух подвергается финишной очистке в каталитическом блоке.

3. Каталитическая очистка (финальная) воздуха. Ускоряет разложение избыточное озона. Синтезируемый в газовом разряде плазменного блока озон попадает на катализатор, где сразу распадается на активный атомарный и молекулярный кислород. Остатки загрязняющих веществ (активные радикалы, возбужденные атомы и молекулы) разрушаются на катализаторе благодаря глубокому окислению кислородом. Такая отчистка позволяет снизить количество загрязнений и запахов в воздухе до 99%.

Энергопотребление при переработке мяса убойных животных и мяса птицы можно оптимизировать путем системного подхода к снижению энергопотребления при организации холодоснабжения. Такой подход позволяет экономить от 10 до 50% электроэнергии, в зависимости от региона и начальных финансовых возможностей заказчика.

Во-первых, при использовании экономайзеров, переохладителей и регенеративных теплообменников экономия электроэнергии составляет от 10 до 30%. В низкотемпературных холодильных установках применение переохлаждения особенно эффективно, например, переохлаждение сконденсированного хладагента может дать увеличение холодопроизводительности установки до 50%.

Во-вторых, применение сухих охладителей (драйкулеров) дает экономию электроэнергии зимой до 80%.

Сухой охладитель (драйкулер) - это теплообменник, оснащенный вентиляторами для охлаждения хладоносителя, циркулирующего через этот теплообменник, холодным внешним воздухом. Сухой охладитель устанавливается снаружи, в качестве хладоносителя в нем используется 20-40% водный раствор гликоля, что предохраняет его от замерзания. Из сухого охладителя охлажденный хладоноситель попадает непосредственно в отдельные воздухоохладители холодильной камеры (так называемая система "фрикулинга"). При использовании такой системы охлажденный до необходимых низких температур хладоноситель поступает непосредственно в воздухоохладители камер, охлаждает воздух в них без применения холодильной машины. После этого хладоноситель поступает в сухую градирню на охлаждение. Таким образом, в холодное время года холодильную машину просто выключают или переводят в режим пониженной холодопроизводительности, если температура окружающего воздуха недостаточна для заданной температуры в камере.

Преимущества использования сухих охладителей:

- экономия электроэнергии в зимнее время до 80-90%;

- экономия ресурса компрессоров и вентиляторов до 50% в зависимости от региона;

- в зимнее время можно проводить регламентные работы и техобслуживание на выключенной холодильной установке;

- простота эксплуатации и обслуживания системы охлаждения "фрикулинг".

Частотные преобразователи в холодильных системах - самая перспективная энергосберегающая опция в настоящее время, позволяющая экономить до 25% потребляемой электроэнергии.

Частотные преобразователи (ЧП) - это электронные устройства, позволяющие изменять частоту и напряжение питания приводных электрических двигателей. Они дают возможность реализовывать один из самых эффективных способов энергосбережения, плавно изменяя мощность привода компрессора, гидравлического насоса или вентилятора и, как следствие, производительность системы.

Основные преимущества применения частотных преобразователей:

- плавное регулирование холодопроизводительности в зависимости от нагрузки;

- высокая точность регулирования температуры в камере;

- исключаются пусковые токи компрессора, превышающие максимальный рабочий ток в пять раз, что увеличивает ресурс компрессора и уменьшает энергопотребление.

Использование рекуперации тепла от холодильной установки для получения горячей воды с температурой до 50°С на технологические нужды [9].

Холодильные установки выделяют достаточно большое количество тепла, которое в процессе конденсации хладагента чаще всего отводится в окружающую среду. Именно за счет этого "бросового" тепла появляются возможности для энергосбережения в системах хладоснабжения. В холодильную установку устанавливается теплообменник - рекуператор, в котором вода может нагреваться за счет тепла сжатого в компрессоре хладагента. Как правило, эта опция окупается за 1,5-2 года только за счет экономии электроэнергии. Система рекуперации тепла актуальна для объектов, на которых одновременно с потребностью в холодоснабжении существует потребность в горячем водоснабжении или отоплении. Система компьютерного мониторинга работы холодильного оборудования для оперативного управления и контроля позволяет экономить до 25% электроэнергии и дистанционно управлять оборудованием в холодильной камере и системе холодоснабжения.

Система компьютерного мониторинга позволяет контролировать в реальном режиме времени работу всей системы холодоснабжения, управлять освещением, вентиляцией и остальными инженерными системами объекта. При минимальных затратах можно организовать удаленное управление и корректировку работы различного оборудования из любой точки мира по интернету. Арендаторам холодильных складов система мониторинга позволяет постоянно контролировать и записывать температуру хранения загруженного продукта, что чрезвычайно важно при возможных нарушениях температурных условий хранения в камере.

Перечень перспективных технологий в переработке и консервировании мяса представлен в таблице 6.1.

Таблица 6.1 - Перечень перспективных технологий в переработке мяса

Описание мероприятия	Эффект от внедрения			Ограничение применимости	Основное оборудование
	Снижение эмиссий основных загрязняющих веществ	Энергоэффективность отн. ед.	Ресурсосбережение, отн. ед.
Перспективные технологии для частных модернизаций существующих производств
Установка мембранных модулей для очистки сточных вод	Снижение концентрации взвешенных веществ в очищенной воде до 1 мг/л и менее. Процесс очистки не требует применения реагентов.	Снижение потребления электроэнергии на 40%. Процесс протекает без электроемких фазовых переходов	Вторичное использование очищенной воды, использование ила для получения биогаза.	-	Мембранные модули
Плазменная очистка воздуха	Такая очистка позволяет снизить количество загрязнений и запахов в воздухе до 99%.	Снижение потребления электроэнергии на 30% за счет уменьшения количества фильтров.	Высокая степень очистки воздуха.	-	Газоконверторы, установка Плазмаир
Снижение энергопотребления в системах холодоснабжения	Нет	Экономия электроэнергии от 10 до 50%	Увеличение холодопроизводительности установки до 50%.	-	Установка переохлаждения хладагента

6.2 Переработка и консервирование фруктов и овощей

Одним из перспективных направлений распространения НДТ при переработке и консервировании фруктов и овощей является внедрение и освоение ресурсосберегающих технологий. Под такими технологиями подразумевается комплекс способов и методов, обеспечивающих рациональное использование сырья, материалов, топлива и электроэнергии.

Поскольку отходы и вторичные сырьевые ресурсы образуются при проведении процессов измельчения и очистки плодоовощного сырья, то наиболее актуально внедрение новых технологий измельчения овощного сырья [75], с применением ресурсосберегающих приемов, приведенных в таблице 6.2.

Таблица 6.2 - Перечень перспективных технологий в переработке и консервировании фруктов и овощей

Описание мероприятия	Эффект от внедрения			Ограничение применимости	Основное оборудование
	Снижение эмиссий основных загрязняющих веществ	Энергоэффективность, отн. ед.	Ресурсосбережение, отн. ед.
Перспективные технологии для частных модернизаций существующих производств
Установка трехкорпусных и более выпарных установок для концентрирования плодоовощного пюре с применением ферментных препаратов	Сокращение уровня эмиссий на 1 т готовой продукции	Снижение потребления электроэнергии на 30% за счет ускорения процесса концентрирования в 1,5-2,0 раза	Увеличение выхода готового продукта на 10-20%. Снижение количества отходов при протирании до 3%	-	Выпарные установки
Установка азотного трехзонного скороморозильного аппарата АСТА для криогенного замораживания плодоовощного сырья	Безвредно для окружающей среды	Минимальный расход электроэнергии, малая металлоемкость	Сокращение потерь массы сырья ( в 3-5 раз). Капитальные затраты на реализацию технологии сокращаются в 2-3 раза благодаря применению безмашинного способа получения холода. Освоение более дешевого способа получения жидкого азота из природных высокоазотных газов. Снижает себестоимость в 3-5 раз.	-	Азотный скороморозильный трехзонный аппарат
Технология производства концентрированных томатопродуктов с использованием ферментных препаратов	Сокращение уровня эмиссий на 1 т готовой продукции	Снижение расхода энергоресурсов за счет ускорения концентрирования в 1,5-2 раза.	Увеличение выхода томатной массы до 95-98%; снижение количества отходов при протирании дробленых томатов до 2-5%, возможность исключения дополнительного протирания	-
Технология диспергирования и гомогенизации НПФ "Ньютон"	Отсутствие эмиссий	Позволяет сократить до 40% энергозатраты, уменьшить количество необходимого дорогостоящего оборудования, упростить технологический процесс, в 2 раза и более сократить численность обслуживающего персонала	Микробиальная обсемененность продукта после обработки снижается на 3-4 порядка, в 1,5-2 раза снижается себестоимость конечного продукта При переработке овощей с негрубой кожицей для получения пюреобразных продуктов исключается шпарка и протирка	-	Установка для диспергирования и гомогенизации

Известно, что стерилизация - наиболее распространенный способ сохранения пищевых продуктов из растительного сырья, расфасованного и герметически закупоренного в том или ином виде тары. Из всех современных способов стерилизации (термическая и СВЧ-обработка, радиация, ультрафиолетовое облучение) чаще всего используется термическая обработка.

Интенсификация процесса стерилизации при обязательном сохранении качества консервируемой продукции - основной вопрос исследований в данной области. ГНУ ВНИИКОП разработана технология расчета оптимальных режимов стерилизации высоковязких консервов в металлической таре. Ее использование позволяет сократить длительность стерилизации на 15-20%, обеспечивая экономическую эффективность до 100 руб. на 1 туб консервов. Разработаны также режимы стерилизации и специальная установка для расфасовки асептическим способом. Стоимость такой установки в 5-6 раз меньше аналогичного импортного оборудования.

Обязательным условием динамично развивающегося предприятия является использование непрерывного метода стерилизации. Существуют отечественные разработки оборудования, обеспечивающие экономию тепловой энергии до 50%, с успехом применяющиеся на перерабатывающих заводах отрасли.

Примером внедрения нового оборудования с целью наращивания производства и для автоматизации основных технологических операций является применение туннельного пастеризатора непрерывного действия.

В производстве сушеных овощей и плодов при выборе перспективных НДТ приоритетным направлением является выбор вида сушки и типа сушилки. В таблице 6.3 приведена краткая характеристика применяемого на сегодняшний день оборудования.

Таблица 6.3 - Характеристика оборудования, применяемого для сушки овощной продукции

Метод сушки	Капитальные затраты на единицу произведенной продукции, тыс. руб.	Производительность (по испаренной влаге), кг/ч	Стоимость оборудования тыс. руб.	Энергозатраты на испарение 1 кг влаги, кВт/ч
Инфракрасный	9,45	200	1890	0,9-1 (газовая)
Сублимационный (вакуумный)	1400	0,25	350	2,7-3
Конвективный	7,2	500	3600	1,8-3
Микроволновый	41,6	43	1790	1,6-1,8
Комбинированный (конвективно-микроволновый)	8,1	290	2347,5	1,0-2,2

Из приведенных данных видно, что наименьшие капитальные затраты на единицу произведенной продукции у комбинированного метода, самые большие - у сушки методом сублимации [4]. При отличном качестве получаемого продукта сдерживающим фактором широкого распространения данной технологии является высокая стоимость необходимого оборудования и готового продукта. В таблице 6.4 приведены краткие характеристики различных технологий сушки, имеющих ресурсосберегающие показатели.

Таблица 6.4 - Ресурсосберегающие технологии сушки овощей

Технология комбинированной сушки овощей	Энергосберегающая до 0,8 по испаренной влаге при сравнении с конвективной. Уменьшение времени сушки, сохранение полезных веществ и витаминов (92-98%), полное уничтожение микрофлоры
Технология производства продуктов промежуточной влажности	Использование сушилок серии СК обеспечивает альтернативный подвод энергоносителя (пар, газ, жидкое топливо), возможность регулирования степени рециркуляции теплоносителя от 5 до 90%. Экономия энергии на подготовку теплоносителя 20-25%
Технология производства сушеных овощей микроволновым вакуумным способом	Использование испаренного тепла позволяет примерно на 20% повысить производительность. Безотходность. Полное уничтожение микрофлоры. Сохраняемость полезных веществ 92-98%
Технология кондуктивно-инфракрасной сушки овощного пюре	Экономичнее конвективной сушки по энергозатратам в 1,5-1,8 раза, по удельной металлоемкости - на 30-40%. Исключает подгорание пюре. Не требует химических добавок
Технология холодно-вакуумной сушки томатной пасты	Ведение процесса при положительных температурах 5-10°С и давлении 0,8-1,2 кПа позволяет почти в 10 раз меньше, по сравнению с сублимационной сократить продолжительность сушки и удельные энергозатраты на испарение воды, не требует глубокого предварительного замораживания высушиваемого продукта.
Технология сублимированной сушки жидких термолабильных продуктов	Использование комбинированного энергоподвода (ИК- и УЗ-излучения, СВЧ-энергии и принудительного потока газа) позволяет снизить энергозатраты на технологический процесс, уменьшается общая продолжительность сушки
Технология вакуум-сублимационной сушки с использованием криогенных жидкостей	Осуществление сублимации в высокочастотном поле с одновременным испарительным замораживанием ускоряет процесс сушки и снижает энергозатраты за счет исключения холодильной машины

Основное направление ресурсосбережения в процессах сушки плодоовощного сырья - это снижение энергоемкости оборудования и технологических приемов. Наиболее перспективными направлениями снижения затрат являются использование высокой степени рециркуляции теплоносителя и комбинированного подвода энергии к высушиваемому материалу. Хорошие экономические показатели обеспечивает использование в технологиях сушки ультразвука [1]. Этот прием позволяет снизить температуру процесса до значений, обеспечивающих сохранность биологически активных веществ, увеличить скорость процесса сушки и, следовательно, снизить энергозатраты, уменьшить потери высушиваемого продукта. Оборудование для ультразвуковой сушки адаптируется с традиционными сушильными установками (с виброкипящим слоем, распылительными, тоннельными, барабанными), существенно повышая производительность. В поле ультразвука и атмосфере инертного газа к тому же в 3 раза сокращается удельный расход энергии по испаряемой влаге по сравнению с контактной сушкой [86].

Поскольку тепловые технологические процессы производства многих видов овощных консервов осуществляются непосредственно в упаковке, общих требований к качеству упаковочных материалов для них оказывается недостаточно. Помимо сохранения качества в течение гарантийного срока, удобства пользования для потребителей и сохранности при транспортировке, рекламы продукта, упаковка должна обеспечивать микробиологическую герметичность и выдерживать условия термообработки. Применение тары с лучшими показателями экономии ресурсов или уменьшающей продолжительность термообработки (таблица 6.5) позволит снизить стоимость готовой продукции и повысить ее конкурентоспособность.

Таблица 6.5 - Ресурсосберегающие технологии упаковки

Технология производства консервов в пакетах из многослойных полимерных комбинированных материалов	Позволяет существенно снизить энергозатраты на стерилизацию (пастеризацию) консервов. Данная упаковка имеет малую массу, удобна в применении, хранении и транспортировке, пригодна для разогрева продукции, легко вскрывается, компактна
Технология использования белой жести со сверхтонкими покрытиями оловом и дифференцированным покрытием.	Заменяет примерно 30% объема используемой в настоящее время жести, значительно экономит за счет сокращения потребления олова при производстве консервную жесть (экономический эффект 1500 руб./т, или 12 млн. руб. в год).

Комплексное использование сырья на практике реализуется путем внедрения безотходных и малоотходных технологий, которые обеспечивают поэтапное извлечение всех компонентов исходного сырья. Из отходов переработки овощей на консервных заводах, некондиционного сырья и вторичных ресурсов с помощью современных технологий возможно получение овощных порошков и пюре, пектина, сухих выжимок, ароматических веществ, красителей, этилового спирта, биохимического уксуса, кормовых брикетов, заливочных жидкостей, содержащих растворимый белок, крахмал, углеводы (рисунок 6.4).

Рисунок 6.4 - Схема комплексного использования отходов и ВСР в плодоовощной отрасли

ГНУ ВНИИКОП была разработана организационная схема использования растительного сырья с глубиной переработки 95-98%. В ассортимент, вырабатываемый по предложенным технологиям, вошли пюре-полуфабрикаты, пектин, пищевые красители, пищевые волокна, ароматизаторы. Способы переработки растительного сырья в полуфабрикаты и готовую продукцию включают в себя асептический метод консервирования, ферментативную обработку, электроплазмолиз, гидролиз, СО2-экстракцию в пульсирующем режиме и с наложением ультразвуковых колебаний. Кроме того, имеется много других направлений глубокой переработки как конкретных овощей, так и овощного сырья в целом.

6.3 Производство растительных масел и жиров

Одно из перспективных направлений создания энергосберегающих и экологически безопасных технологий в пищевой промышленности - использование сверхкритических флюидов в качестве экстрагентов и растворителей в процессах извлечения, разделения и очистки веществ, а также в качестве среды для проведения различных химических реакций [93].

Учитывая повышенную пожаровзрывоопасность производства получения растительных масел экстракционным способом с применением углеводородных растворителей (бензин, гексан, гептан и др.), сложность системы регенерации и рекуперации растворителя, возможность выбросов в атмосферу загрязняющих веществ, в последнее время в промышленных и полупромышленных условиях, проводятся работы по экстракции растительных масел другими экстрагентами с более низкой температурой кипения и как следствие меньшим количеством загрязняющих веществ в атмосферном воздухе - этиловым или изопропиловым спиртом, ацетоном, сжиженными газами (пропаном, бутаном и т.п.), экстракция в критическом и субкритическом состоянии.

Сверхкритические среды - это газы, характеризующиеся параметрами состояния, превышающими критические давление и температуру. При этом, с одной стороны, они обладают свойствами жидкостей, например высокой растворяющей способностью, с другой - им присущи особенности газообразного состояния, обеспечивающие высокие массообменные характеристики процессов. Растворяющая способность сверхкритических газов проявляет значительно более сильную зависимость от параметров состояния, чем в случае обычных органических растворителей. Это позволяет путем изменения лишь давления или температуры регулировать растворяющую способность растворителя и тем самым достигать высокой избирательности процессов экстрагирования, а также осуществлять полную регенерацию экстрагента.

Принцип сверхкритической экстракции извлечения растительных масел из масличного сырья заключается в следующем: сверхкритический арбатируется через слой масличного сырья, экстрагируя липидный компонент. Последующее снижение давления ведет к снижению растворяющей способности диоксида углерода и фракционированию масла и других составляющих мисцеллы. Выделенное масло освобождают от экстрагента. Диоксид углерода, пройдя полный цикл очистки, вновь подается на экстракцию.

Способом СК-СО2-экстракции отработана технология дезодорации растительных масел. Данный процесс протекает в непрерывном режиме, что позволяет повысить производительность за счет сокращения рабочего цикла.

Также разработана технология получения пищевого лецитина из побочных продуктов масложирового производства.

Технология сверхкритической СК-СО2-экстракции имеет ряд преимуществ: хорошую растворяющую способность, минимальное количество балластных веществ в экстрактах, что не требует дополнительной очистки.

СК-СО2-экстракция исключает возможность содержания токсических остатков растворителей в экстрактах, при этом нет риска распада выделяемых продуктов в результате термического воздействия.

Сам по себе диоксид углерода как сжиженный газ - пожаробезопасен, безвреден для здоровья людей, обладает бактерицидными свойствами, с его помощью получают экологически чистую продукцию. Он имеет низкую стоимость, запасы его не ограничены. Являясь отходом многих технологических производств, в том числе и при сжигании топлива, может быть получен непосредственно на месте потребления.

Важным преимуществом процесса сверхкритического экстрагирования является энергосберегающий характер процесса.

Экструзионные способы подготовки масличного сырья и извлечения растительного масла являются экологически чистыми приемами, позволяющими достигнуть более высокой степени разрушения клеточной структуры семян за счет возникающих при обработке сдвиговых напряжений. Сдвиговые усилия замещают усилия традиционного объемного сжатия, дополнительно воздействуют на ультраструктуру клеток, максимально разрушают их, чем обеспечивают эффект полного извлечения масел. Технология подготовительной экструзионной обработки сырья с вводом воды и острого пара обеспечивает формирование пористой структуры материала, что способствует более легкому извлечению масла как прессовым, так и экстракционным способами.

Полученный после экструдирования материал в виде пористых гранул позволяет увеличить насыпную массу при поступлении в экстрактор, улучшить проходную способность растворителя и снизить бензиноемкость шрота.

Новая технология обеспечивает более высокую скорость прокачивания растворителя в экстракторе, снижает расход. Способствует более глубокому съему масла при минимальных энергетических затратах в процессе его отжима, интенсифицирует процесс экстракции на всех других стадиях (пропитка, отгонка), сокращает расход и потери растворителя, чем существенно снижает нагрузку на окружающую среду [93].

Следует заметить, что разработка экологичных методов выделения растительных масел, позволяющих отказаться от использования пожароопасных органических растворителей, связана с технологиями экстракции жира из растительного сырья. Предлагается применение таких методов как импульсный, с применением ультразвука, путем обработки электромагнитным полем низкой частоты, а также путем энзимной или водной экстракции [27, 28].

Использование физических воздействий малоэффективно из-за сложности применяемых установок, а внедрение технологий извлечения растительных масел с применением биокаталитической водной экстракции (БВЭ) осложняется большим объемом сточных вод и отсутствием разработанных технологий сушки полностью или частично обезжиренного высоковлажного белкового продукта.

Одним из самых перспективных методов для рафинации растительных масел можно считать энзимную водную гидратацию, однако при ее использовании не получают ценный продукт лецитин. Поэтому в данном разделе можно представить только несколько технологий, получивших некоторое распространение в производстве.

В таблице 6.6 представлен перечень перспективных технологий в производстве и рафинации растительных масел

Таблица 6.6 - Перечень перспективных технологий в производстве и рафинации растительных масел

Описание мероприятия	Эффект от внедрения			Ограничение применимости	Основное оборудование
	Снижение эмиссий основных загрязняющих веществ	Энергоэффективность, отн. ед.	Ресурсосбережение, отн. ед.
Рафинация растительного масла (усовершенствованная физическая рафинация)	Эмиссии отсутствуют	0,0066 или 56 кВт	Расход воды - 180	нет	Виброактиватор, сепаратор
Сверхкритическая СО2-экстракция	Исключена возможность содержания токсических остатков в экстрактах, отсутствует риск распада выделяемых продуктов при термическом воздействии	Снижение расхода пара на 1 т целевого продукта	Процесс протекает в непрерывном режиме, что позволяет повысить производительность за счет сокращения рабочего цикла.	нет	Экстрактор, сепаратор, компрессор
Экструзионный способ подготовки масличного сырья и извлечения масел	Снижение уровня загрязнений за счет снижения расхода растворителей на единицу целевого готового продукта	Снижение расхода электроэнергии на 1 извлекаемого масла	Технология обеспечивает более высокую скорость прокачивания растворителя в экстракторе, снижает его расход, чем существенно снижает нагрузку на окружающую среду.	нет	Экструдер
Производство биотоплива (из технического рапсового масла)	Снижение выбросов оксида углерода, углеводородов, дисперсных частиц и оксидов серы, некоторое повышение выбросов оксидов азота (в сравнении с применением традиционного топлива).	Получение биотоплива из возобновляемого растительного сырья	Возможность использования технических растительных масел	В РФ допускается использование в смеси с традиционными видами топлива до 5% Для получения готового продукта нейтрализованное масло смешивается с дизельным топливом	Нейтрализатор-смеситель и отстойник Стоимость комплекта оборудования 1071 тыс. руб. при производительности 87,2 кг/ч по биотопливу или 250 кг/час по семенам рапса
Производство биогаза из жиросодержащих отходов очистных сооружений	Снижение выбросов метана в атмосферу	Получение 1300 биогаза из 1 тонны чистого жира с содержанием метана до 87% При фактической влажности отходов 50% выход до 500 биогаза из 1 тонны	Использование отходов производства с получением дополнительного топлива аналогичного по применению природному газу	нет	Цена мини-завода включающего биореактор 12 куб.м., газгольдер 2 куб.м составляет около 1 млн. рублей (при суточном выходе биогаза до 12 )

В таблице 6.7 приведены основные отличия и особенности описываемых технологий по сравнению с традиционными.

Таблица 6.7 - Основные отличия и особенности описываемых технологий по сравнению с традиционными

Наименование стадии или аппарата	Краткое описание, отличие от традиционной	Примечание
Рафинация растительного масла (усовершенствованная физическая рафинация)	Позволяет получать растительное масло, отвечающее требованиям к качеству, без применения химических реагентов, ликвидировать экологически опасные стоки маслозаводов и одновременно значительно снизить себестоимость производства продукта Расход воды составляет 3% от количества масла - 180 Максимальная температура технологического процесса - 65°С	Цена установки в 3 раза ниже иностранных аналогов, а цена монтажа одной установки - не более 10% от ее стоимости
Сверхкритическая СО2-экстракция	Принцип сверхкритической экстракции извлечения растительных масел из масличного сырья заключается в следующем: сверхкритический арбатируется через слой масличного сырья, экстрагируя липидный компонент. Выделенное масло освобождают от экстрагента. Диоксид углерода, пройдя полный цикл очистки, вновь подается на экстракцию.	Технология сверхкритической СК-СО2-экстракции имеет ряд преимуществ: хорошую растворяющую способность, минимальное количество балластных веществ в экстрактах, что не требует дополнительной очистки.
Экструзионный способ подготовки масличного сырья и извлечения масел	Способ позволяет достигнуть более высокой степени разрушения клеточной структуры масличных семян за счет возникающих при обработке сдвиговых напряжений. Сдвиговые усилия замещают усилия традиционного объемного сжатия, дополнительно воздействуют на ультраструктуру клеток, максимально разрушают их, чем обеспечивают эффект полного извлечения масел. Технология подготовительной экструзионной обработки сырья с вводом воды и острого пара обеспечивает формирование пористой структуры материала, что способствует более легкому извлечению масла как прессовым, так и экстракционным способами.	Полученный после экструдирования материал в виде пористых гранул позволяет увеличить насыпную массу при поступлении в экстрактор, улучшить проходную способность растворителя и снизить бензиноемкость шрота.
Производство биотоплива (из технического рапсового масла)	Теплотворная способность биодизеля в среднем 37,6 МДж/кг и высокое цетановое число (51-58) в сравнении с нефтяным дизтопливом, у которого оно составляет 50-52. Биодизель можно использовать как в чистом виде, так и в качестве добавки к дизельному топливу. Биодизель биологически безвреден. При попадании в воду не причиняет вреда водной флоре и фауне. В воде или почве подвергается почти полному биологическому распаду (до 99% в течение месяца), поэтому при использовании биодизеля на речных и морских судах можно существенно минимизировать загрязнение водных ресурсов. При сгорании биодизеля в атмосферу выбрасывается значительно меньше , чем при сгорании обычных видов топлива. Кроме того, преимущества биодизеля связаны с низкими характеристиками продуктов сгорания: оксида углерода, остаточных частиц сажи, полициклических ароматических углеводородов. Биодизель в сравнении с минеральным дизтопливом почти не содержит серы (10,0 мг/кг).
Производство биогаза из жиросодержащих отходов очистных сооружений	Использование отходов производства с получением дополнительного топлива аналогичного по применению природному газу

6.4 Производство сахара

Перспективными НДТ при производстве сахара являются ресурсосберегающие технологии, под которыми подразумевается комплекс способов, методов и технических приемов, обеспечивающих рациональное использование сырья, материалов, топливно-энергетических ресурсов.

Вектор развития производства сахара определяется следующими направлениями: увеличение производительности технологических линий; снижение расходных коэффициентов сырья, водных и энергоресурсов, комплексное использование сырья с увеличением степени извлечения основного продукта; повышение качества и ассортиментной линейки сахара; разработка и освоение производства новых видов продуктов с высокой добавленной стоимостью (удобрительные, мелиорирующие смеси, кормовые добавки, аминокислоты и т.д.).

Развитие локальных технологий будет осуществляться с учетом сведения к минимуму потерь сырья и продукции, вредных выбросов в окружающую среду, сокращения отходов, уменьшения количества сточных вод.

В настоящее время аппаратурное оформление большинства известных технологических процессов определилось, прогресс в этой области техники будет идти по пути модернизации существующего оборудования, интенсификации его работы за счет применения технологических вспомогательных средств разной функциональной направленности.

Ниже приведены примеры локальных технологий при производстве сахара, перспективы которых можно рассматривать с позиций энергоэффективности, ресурсосбережения, экологической и экономической целесообразности.

Использование технологии ионообменного умягчения очищенного сока. В свеклосахарном производстве процесс сгущения очищенных соков в многокорпусной выпарной установке сопровождается отложением накипи на поверхности нагрева выпарных аппаратов, что приводит к нарушению теплового режима на всех стадиях технологического процесса, увеличению расхода топлива и снижению производительности завода. Известными способами снижения накипеобразования являются применение антинакипинов и ионообменное умягчение сока [23, 24, 87].

Создание композиций антинакипинов и внедрение их в практику работы сахарных заводов активно ведется с 90-х годов прошлого века. К настоящему времени сахарные заводы России используют широкий спектр антинакипинов отечественного и зарубежного производства. Практика их применения при многих достоинствах выявила ряд недостатков: поскольку накипеобразователи остаются в соке, необходима тщательная фильтрация сиропа во избежание попадания их в сахар, что увеличивает его зольность; имеет место антагонистический эффект с используемыми в технологическом потоке флокулянтами и поверхностно-активными веществами, что снижает эффективность действия технологических вспомогательных средств.

Ионообменное умягчение сока получило реализацию на предприятиях за рубежом, в России, несмотря на простоту процесса и широкое распространение в водоподготовке, на сахарных заводах не нашло применения из-за следующих недостатков: периодический режим работы реакторов и образование сточных вод при регенерации катионита. Промышленная эксплуатация установок умягчения за рубежом выявила следующие достоинства этого метода: исключение попадания накипеобразователей в выпарную установку с обеспечением безнакипного режима работы; снижение расхода пара; постоянство поддержания сухих веществ в сиропе из выпарной установки; облегченная кристаллизация сахарозы и центрифугирования утфеля. Важным фактором является получение мелассы с практически отсутствующими солями кальция, что делает ее привлекательным сырьем для извлечения сахарозы методом ионообменной хроматографии.

Учитывая, что в настоящее время в России работает две установки для дополнительного извлечения сахарозы из мелассы, а потенциально число их может быть увеличено, процесс ионообменного умягчения сока может быть рассмотрен как ресурсосберегающий.

В качестве перспективного НДТ возможно рассмотрение разработанного РНИИСП (ранее Курский филиал ВНИИСП) способа умягчения сока второй сатурации в непрерывном режиме, позволяющего исключить образование сточных вод.

Технологический процесс умягчения сока второй сатурации в непрерывном режиме ведется в трех ионообменных колоннах, в которых одновременно проходят операции умягчения сока, регенерации катионита, отмывки катионита от регенерирующего раствора (рисунок 6.5). Ионообменная колонна представляет собой вертикальный цилиндрический сосуд с коническим днищем, закрытый сверху крышкой. В конической части колонны расположен эрлифт для перекачки катионита из колонны в колонну при помощи сжатого воздуха давлением 2,5 атм. Загруженный в каждую колонну катионит перегружается из колонны в колонну через определенные промежутки времени. Для отвода жидких продуктов в верхней части колонны в слое катионита находится трубчатый дренаж с сеткой.

Рисунок 6.5 - Технологическая схема умягчения сока второй ступени сатурации в противотоке:
1 - сульфитатор сока; 2 - сборник сока перед умягчением; 3 - напорный сборник; 4 - колонны умягчения; 5 - колонна регенерации; 6 - колонна промывки; 7 - сборник сока перед выпарной установкой; 8 - сборник умягченного сока для промывки; 9 - сборник промоя; 10 - сборник 40%-ной NaOH; 11 - емкость NaOH; 12 - сборник воды

Сок второй сатурации самотеком из напорного сборника поступает в нижнюю коническую часть колонны умягчения, восходящий поток сока контактирует с катионитом в натриевой форме, проходя слой снизу вверх, и через верхний дренаж удаляется в сборник перед выпарной установкой, часть умягченного сока отводится в сборник умягченного сока для промывки. В слое катионита колонны протекает ионообменная реакция, при которой ионы кальция переходят на катионит, а эквивалентное количество ионов натрия переходит в сок. При этом выходящий поток сока постоянно контактирует с отрегенерированным катионитом, что обеспечивает высокую степень умягчения; поступающий поток сока контактирует с насыщенным катионитом, что обеспечивает полное использование его емкости.

Периодически, через 30-60 мин. полностью насыщенная кальцием порция катионита, находящаяся в нижней части колонны, выводится эрлифтом в колонну регенерации. Одновременно в верхнюю часть колонны умягчения загружается отрегенерированный и отмытый катионит.

Умягченный сок из сборника насосом подается в нижнюю часть колонны промывки катионита, где осуществляется отмывка катионита от регенерационного раствора с получением щелочного промоя. Через верхнее дренажное устройство промой отводится в сборник промоя. Далее промой с поступающим самотеком из сборника 40%-ным раствором NaOH образует регенерационный раствор требуемой концентрации и подается в нижнюю часть колонны регенерации. В колонне регенерации происходит ионообменная реакция, в результате насыщенный кальцием раствор сахаратов отводится через верхний дренаж и направляется на станцию дефекосатурации.

Умягчение сока второй сатурации в противотоке позволяет получать стабильно сок одинакового качества с высокой степенью умягчения более 98% при содержании солей кальция в умягченном соке 0,0005% СаО; преимущество предложенного метода регенерации катионита состоит в том, что он позволяет исключить сброс сточных вод.

Экономические аспекты внедрения данной технологии заключаются в повышении выхода сахара на 0,01-0,02%; уменьшении содержания сахарозы в мелассе на 0,05%; сокращении расхода топлива на 0,15%; исключении применения антинакипинов; повышении сырьевой ценности мелассы как сырья для извлечения сахарозы ионообменной хроматографией.

Для внедрения данной технологии требуются капитальные расходы на установку умягчения. Доступные данные о размере капитальных затрат отсутствуют.

Использование технологии обезвоживания транспортерно-моечного осадка. В свеклосахарном производстве при подаче сахарной свеклы в переработку гидротранспортом и ее отмывании образуются транспортерно-моечные воды, загрязненные механическими примесями минерального и органического происхождения, поступившими вместе с корнеплодами (земля, песок, ботва, корешки и обломки свеклы, кожура, мезга и др.). Эти примеси находятся в воде во взвешенном состоянии, а их количество варьирует в зависимости от качества почвы при возделывании, погодных условий уборки, способов и качества уборки, применяемых механизмов при уборке и перевалке, загрязненности свеклы, ее физического состояния и др. Часть примесей (от 10 до 30%) удаляются ботволовушками, песко- и камнеловушками при осуществлении операций технологического потока, остальные поступают с водой в оборотную систему на локальные сооружения очистки. Для выделения примесей транспортерно-моечной воды на сахарных заводах страны распространение получили методы разделения в поле гравитационных сил на радиальных и вертикальных отстойниках. При варьировании примесей в поступающей в отстойник воде от 5 до 30 г/л, радиальные отстойники обеспечивают задержание 50-55% взвешенных веществ, вертикальные - до 85%. При этом влажность выводимого осадка из радиальных отстойников составляет 93%, из вертикальных - 82-85%. Такая высокая влажность не обеспечивает транспортабельность осадка, в связи с чем он разбавляется водой в 6-8 раз и перекачивается на поля фильтрации, увеличивая количество стоков до 150%.

Учитывая, что количество транспортерно-моечного осадка может достигать 10-15% к массе свеклы, его поступление на поля фильтрации создает дополнительную нагрузку в их работе, в то же время имеет место вынос плодородного слоя почвы, который необходимо вернуть в оборот.

В качестве перспективного НДТ возможно рассмотрение способа обезвоживания транспортерно-моечного осадка до содержания сухих веществ, обеспечивающих его транспортабельность и вовлечение в оборот (40-55%).

Такое обезвоживание осадков сточных вод используется в различных отраслях экономики. Наибольшее распространение на городских очистных сооружениях нашли центрифуги и ленточные фильтр-прессы, что связано с их надежностью в работе и экономической эффективностью. Камерные фильтр-прессы дороже других типов фильтр-прессов, поэтому используются на более крупных очистных сооружениях, например, в горнодобывающей промышленности. Гидравлические прессы, которые изначально были созданы для пищевой промышленности и отвечают строгим санитарно-гигиеническим требованиям, также относятся к дорогостоящему оборудованию. Шнековые прессы подходят для обезвоживания содержащего волокнистый материал осадка сточных вод, поступающих с предприятий целлюлозно-бумажной промышленности [68].

Компанией HAGER+ELSASSER (Германия) реализована на одном из зарубежных сахарных заводов комбинированная технология, включающая первичный отстойник для сгущения осадка транспортерно-моечной воды и декантер для его обезвоживания до содержания сухих веществ 55% [102].

Экономические аспекты внедрения технологии обезвоживания транспортерно-моечного осадка заключаются в уменьшении объема осадка, возможности его реализации как нового товара, снижении загрязнений в сточных водах на 15-20%.

Для внедрения данной технологии требуются капитальные расходы на установку обезвоживателей. Доступные данные о размере капитальных затрат отсутствуют.

В таблице 6.8 представлен перечень перспективных технологий при производстве сахара.

Таблица 6.8 - Перечень перспективных технологий при производстве сахара

Описание мероприятия	Эффект от внедрения			Ограничение применимости	Основное оборудование
	Снижение эмиссий основных загрязняющих веществ	Энергоэффективность, отн. ед.	Ресурсосбережение, отн. ед.
Ионообменное умягчение очищенного сока	Отсутствие эмиссий в окружающую среду	Сокращение расхода условного топлива на 0,15% к массе свеклы	Повышение выхода сахара на 0,07% к массе свеклы	-	Ионообменные колонны
Обезвоживание транспортерно-моечного осадка	Снижение содержания загрязнителей в сточных водах на 15-20%	Уменьшение расхода электроэнергии на 25% на удаление сточных вод на очистку	Снижение количества сточных вод на 100%	-	Центрифуги Декантеры Фильтр-прессы камерные