Утилизация побочных продуктов переработки свеклы

Среди перерабатывающих отраслей агропромышленного комплекса сахарная промышленность является источником значительного количества таких вторичных ресурсов, как свекловичный жом, меласса, фильтрационный осадок, рафинадная патока, свекловичный бой, хвостики свеклы и др. Так, при среднем выходе сахара 12—13 % свеклосахарное производство дает к массе перерабатываемой свеклы 80—83 % сырого свекловичного жома, 5,0—5,5 % мелассы, 10—12 % фильтрационного осадка.

Низкая доля переработки вторичных сырьевых ресурсов приводит не только к их значительным потерям, но и к загрязнению окружающей среды, нарушению экологического баланса, а также значительным финансовым затратам на вывоз неиспользуемых отходов в отвалы и свалки.

Наиболее остро на сахарных заводах стоит проблема утилизации фильтрационного осадка, который непосредственно в сахарной промышленности в настоящее время не используется и на большинстве сахарных заводов является крупнотоннажным отходом производства.

Фильтрационный осадок на сахарных заводах образуется при взаимодействии несахаров диффузионного сока в процессе его очистки известью и диоксидом углерода и состоит, главным образом, из углекислого кальция. Количество образующегося фильтрационного осадка зависит от массы вводимой извести и может составлять 10—12 % массы перерабатываемого сырья. Фильтрационный осадок не используется и, накапливаясь в отвалах, занимает значительные земельные площади, загрязняет окружающую среду, может являться источником неприятных запахов. Таким образом, утилизация фильтрационного осадка сахарного производства — актуальная проблема, оптимальное решение которой важно для повышения эффективности производства, внедрения малоотходных и безотходных технологий, улучшения экологической обстановки.

Одним из наиболее известных и распространенных способов утилизации фильтрационного осадка является использование его в сельском хозяйстве для нейтрализации повышенной кислотности почв или в качестве известкового удобрения. Причем на удобрение фильтрационный осадок может использоваться как непосредственно, так и в смеси с отходами других производств (барда мелассово-спиртового производства, бурая сажа). Однако при использовании фильтрационного осадка в сельском хозяйстве возникают проблемы, связанные с его технологическими особенностями. Так, из-за высокого содержания влаги нецелесообразна транспортировка свежеполученного осадка на большие расстояния, невозможно равномерное распределение его по полю, вследствие чего в сельском хозяйстве расходуется только около 20—30 % фильтрационного осадка.

В связи с тем, что фильтрационный осадок сахарного производства является источником значительного количества минеральных веществ, и в первую очередь кальция, он может использоваться в качестве минеральной подкормки для сельскохозяйственных животных и птицы. Поэтому актуальными являются исследования в области определения его качественных показателей как сырья для комбикормовой промышленности и разработки технологических приемов его подготовки к использованию в производстве комбикормовой продукции.

С целью обоснования использования фильтрационного осадка для производства минеральных кормовых добавок нами исследован минеральный состав осадков, имеющих различную влажность и полученных при переработке сахарной свеклы и сахара-сырца на разных заводах Республики Беларусь (Скидельский сахарный комбинат, Городейский сахарный комбинат, Жабинковский сахарный завод, Слуцкий сахарорафинадный комбинат).

При качественной оценке фильтрационных осадков и получаемых кормовых добавок использовались стандартные и специальные методы и методики исследования. Питательность кормовой единицы и обменная энергия определялись расчетным путем с использованием результатов фактических измерений и данных таблицы.

В результате проведенных исследований установлено, что влажность исследуемых образцов фильтрационного осадка, отобранных после вакуум-фильтров, находилась в пределах 26,7 ± 7,2 %. В связи с повышенным содержанием влаги нативного фильтрационного осадка (отобранного непосредственно на производстве и без тепловой обработки) на первом этапе исследований предусматривалась его сушка в плотном неподвижном, плотном непрерывно движущемся и в кипящем слое. После сушки любым из приведенных выше способов был получен высушенный фильтрационный осадок в виде порошка светло-серого цвета влажностью 5,2 ± 0,4 %. По физическим свойствам он близок к кормовому мелу. Так, при влажности 5,0 % объемная масса равна 890 кг/м3, угол естественного откоса — 42°, средний размер частиц — 0,84 мм, плотность — 2 700 г/см3, коэффициент внутреннего трения — 0,56. Это свидетельствует о том, что фильтрационные осадки, прошедшие комбинированную сушку, имеют хорошую сыпучесть и могут легко перемещаться по самотекам при транспортировке и при разгрузке из емкостей.

В связи с тем, что высушенные фильтрационные осадки не являются традиционным кормовым сырьем, не известно их поведение в процессе хранения. Поэтому были проведены исследования, направленные на установление характера изменений их физических свойств. Нативные и высушенные фильтрационные осадки хранились в негерметичных емкостях в условиях лаборатории УО «Могилевский государственный университет продовольствия» в течение 12 месяцев.

Отмечено, что в процессе хранения происходит самопроизвольное снижение влажности нативных фильтрационных осадков. Так, в течение 9 месяцев снижение влажности в среднем равнялось 5,1 % (с 33,8 до 28,7 %). В то же время отмечалось некоторое увеличение влажности при хранении высушенных фильтрационных осадков. Так, влажность высушенного фильтрационного осадка через 9 месяцев хранения в лабораторных условиях увеличилась на 1,4 %. Несмотря на некоторое увеличение влажности высушенных фильтрационных осадков в процессе хранения, показатели физических свойств, их химический состав и питательность изменяются незначительно. Значения всех перечисленных выше показателей находятся в переделах, допускаемых ГОСТами на кормовое минеральное сырье и добавки. В процессе хранения в течение 6 месяцев не наблюдалось слеживания высушенного фильтрационного осадка.

При определении химического состава образцов фильтрационного осадка было выявлено, что соотношение химических веществ в нем зависит от исходного сырья и особенностей технологического процесса. Различия в химическом составе фильтрационных осадков свеклосахарного и сырцового производства объясняются разницей в химическом составе исходного сырья и особенностями технологических схем. Так, фильтрационный осадок, образующийся при переработке сахара-сырца, содержит меньше питательных веществ и фосфора, имеет меньшую щелочность по сравнению с осадком свеклосахарного производства.

Пределы вариации содержания химических веществ, содержащихся в исследуемых образцах фильтрационных осадков, приведены в таблице 1, из которой видно, что основная часть фильтрационного осадка (не зависимо от технологии его получения) представлена кальцием (37—56 %). Это свидетельствует о том, что фильтрационные осадки могут являться в первую очередь источником кальция.

Экспериментальные данные свидетельствуют также, что все образцы фильтрационных осадков содержат значительное количество и других минеральных веществ. Отмечено, что по содержанию кальция, магния и карбоната кальция фильтрационные осадки близки к кормовому мелу и известняку, которые традиционно используются в качестве минерального сырья при производстве комбикормов для сельскохозяйственных животных и птицы.

В фильтрационных осадках содержится 6,3—8,5 % сахаров, что в 2,5—3,0 раза выше, чем в других применяемых в настоящее время в кормопроизводстве кормовых средствах, что свидетельствует о возможном улучшении вкуса и ускорении переваривания кормов, содержащих их в составе. Фильтрационные осадки, в отличие от используемых в настоящее время минеральных добавок, содержат такие полезные для организма животного вещества, как протеин и витамины. Пределы вариации показателей, оценивающих питательную ценность исследуемых образцов фильтрационного осадка свеклосахарного производства, представлены в таблице 2, из которой видно, что наибольшей питательной ценностью отличаются образцы свеклосахарного производства. Это связано с наибольшим содержанием в них сырого протеина и углеводов по сравнению с фильтрационными осадками сырцового производства.

На последующем этапе исследований нами оценивалось качество фильтрационных осадков на наличие в них токсичных элементов (табл. 3).

Согласно требованиям ветеринарно-санитарного норматива «Показатели безопасности кормов», утвержденного Министерством сельского хозяйства и продовольствия Республики Беларусь, в минеральных добавках массовая доля железа не должна превышать 500 мг/кг, меди — 500, цинка — 500, свинца — 30, кадмия — 5, ртути — 0,2, мышьяка — 12 мг/кг. Установлено, что содержание микроэлементов в фильтрационном осадке свеклосахарного производства несколько выше, чем при переработке сахара-сырца, что можно объяснить их более высоким содержанием в корнеплодах по сравнению с сахаром-сырцом. Однако и в том и в другом случае их количество не превышает максимально допустимого уровня для минерального сырья.

При определении содержания радионуклидов в исследуемых образцах фильтрационных осадков отмечено, что количество 90Sr существенно ниже временно допустимого уровня радионуклидов в кормовых продуктах, а 137Cs и 40K во всех исследуемых образцах не превышает РДУ, утвержденных Министерством здравоохранения Республики Беларусь.
Каждый из приведенных способов сушки имеет один общий недостаток — повышенную энергоемкость процесса сушки. Поэтому на последующем этапе исследований нами проводилась его сушка комбинированными способами, включая сорбционную и затем кондуктивную сушку с пропусканием смеси просушиваемых компонентов через нагретые поверхности или сушку в кипящем слое. Этап сорбционной сушки введен с целью снижения расходов тепла и энергии на процесс сушки.

В качестве сорбента использовались сухие пшеничные отруби. При смешивании влажного фильтрационного осадка и пшеничных отрубей наблюдался эффект перераспределения влаги между частицами влажного (фильтрационный осадок) и сухого (отруби) материала.

Смешивание смеси, состоящей из отпрессованного фильтрационного осадка и пшеничных отрубей, осуществлялось путем взвешивания компонентов в количестве, соответствующем предварительно составленным рецептам.

Для оценки поведения отходов переработки в процессе смешивания проводилось исследование эффективности процесса смешивания на основе статистической характеристики смесей, в состав которых вводили отходы переработки. Установлено, что компоненты достаточно хорошо смешиваются при оптимальном времени смешивания, коэффициенты вариации распределения ключевого компонента в смеси составляют 4,6—5,4 %.

Смесь отпрессованного фильтрационного осадка и пшеничных отрубей сушилась комбинированным способом. Полученная кормовая добавка имела светлый цвет, приятный запах и по всем физико-химическим свойствам соответствовала требованиям, предъявляемым к такого рода кормовым средствам.

На основании анализа экспериментальных данных предложена технология производства кормовых добавок, которая прошла промышленную апробацию и на ее производство разработаны и утверждены следующие технические нормативные правовые акты: ТУ РБ 700036606.043-2003 — «Добавка кормовая фосфорно-кальциевая. Технические условия» и ТУ BY 700036606.075-2005 «Добавка кормовая белково-минеральная. Технические условия».

Рассчитан экономический эффект от использования разработанных рецептов комбикормов на основе кормовых добавок из нетрадиционного сырья и отходов переработки, который составляет в среднем 30 546 руб. на 1 т комбикорма СК-4 в ценах 2005 г.

Л. В. Рукшан,
кандидат технических наук, доцент,
А. А. Ветошкина,
старший преподаватель,
УО «Могилевский государственный университет продовольствия»

"Белорусское сельское хозяйство"