Введение к работе
Актуальность проблемы. Современный уровень развития рыбоперерабатывающей отрасли страны и состояние ее сырьевой базы требуют принципиально нового подхода к проблеме использования ресурсов, создания и внедрения в производство технологий, позволяющих максимально и комплексно извлекать все ценные компоненты сырья, превращая их в полезные продукты, а также исключать или уменьшать ущерб, наносимый окружающей среде в результате выбросов отходов производства в воздух, воду и почву.
Рыбоперерабатывающие предприятия являются крупными потребителями
питьевой воды, которая после ее использования в технологических операциях
переработки гидробионтов превращается в неоднородную жидкую систему.
Дисперсионной средой этой системы служит вода, а дисперсной фазой - все
вещества (взвешенные, поваренная соль, белково-липидный комплекс и др.),
содержащиеся в растворенном и нерастворенном виде.- Такую систему можно
назвать водно-белково-липидным раствором (ВБЛР). Она образует основную
часть производственных стоков предприятия. -
Работа проводилась с учетом и на основе трудов отечественных и зарубежных ученых в области баромембранного разделения неоднородных систем Дытнерского Ю.И., Космодемьянского Ю.В., Карамзина В.А;, Липатова Н.Н.,' Полянского KJC, Родионовой Н.С., Семенова Е.В., Щербины Б.В.; Kammer-meyer К., Hwang S. Т., Merson R. L., Okey R. W. и других. -
Фундаментальным направлением в решении вопросов комплексной перера
ботки гидробионтов, рационального использования природно-сырьевых ресур
сов и охраны окружающей среды является перевод производства на замкнутые
циклы. Одним из таких направлений является разработка и внедрение техноло
гии баромембранного разделения ВБЛР, являющихся отходами производства.
Формирование этого направления связано с дальнейшим изучением и разработ
кой научных основ технологии баромембранного разделения ВБЛР рыбопере
рабатывающих предприятий. '-'''
Существующие в настоящее время системы очистных сооружений рыбопе-
рерабатывающих предприятий не обеспечивают полного извлечения загрязняющих компонентов, а лишь позволяют снизить их концентрацию. Поэтому актуальным является вопрос о разработке технологии баромембранного разделения ВБЛР в целях их очистки и/или концентрирования.
Анализ имеющейся информации по результатам экспериментальных и теоретических исследований показывает, что закономерности баромембранного разделения различных неоднородных систем имеют общий характер и принципы выражения, и могут быть описаны похожими зависимостями. Вместе с тем, сложность явлений, протекающих на границе мембрана - разделяемый раствор, и недостаточность по этой причине полноты и четкости физических представлений о механизме разделения затрудняет его аналитическое описание, создание обобщенной теории и разработке научно-обоснованной технологии баромембранного разделения ВБЛР.
До настоящего времени недостаточно изучены кинетические закономерности баромембранного разделения ВБЛР с учетом их физико-химического, микробиологического, жирно - и аминокислотного составов и реологических свойств. Нет единого подхода к анализу механизма баромембранного разделения неоднородных систем, недостаточное развитие получило его аналитическое описание, отсутствует научное обоснование технологических режимов баромембранного разделения ВБЛР и санитарной обработки мембран. Изложенное свидетельствует о необходимости разработки научных основ технологии баромембранного разделения ВБЛР рыбоперерабатывающих предприятий.
В этой связи автор полагает, что результаты выполненных им исследований актуальны и способствуют разработке научных основ технологии баромембранного разделения ВБЛР, образующихся при переработке рыбного сырья и созданию технологий замкнутого цикла.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с основными направлениями научных исследований ФГУП ВНИРО, проводимых в рамках КЦП «Пе-лагиаль», тематическим планом научно-исследовательских работ лаборатории
«Кормовые продукты и биологически активные добавки».
Целью работы является разработка научных основ технологии баромем-бранного разделения водно-белково-липидных растворов в целях повышения эффективности их использования с установлением взаимосвязи их состава и свойств с режимными параметрами процесса. Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи:
провести анализ научных и практических аспектов разделения ВБЛР, образующихся при переработке различных видов рыбного сырья;
выполнить комплексные. исследования по изучению влияния технологических параметров баромембранного разделения на физико-химический, жирно-кислотный, аминокислотный, микробиологический состав и реологические свойства ВБЛР;
изучить и физически обосновать механизм баромембранного разделения ВБЛР на основе феноменологического подхода и анализа аналитико-экспери-ментальных закономерностей изменения скорости ультрафильтраций с переменной во времени проницаемостью мембраны; ?' '' ''" *
на основе математического моделирования установить и проанализировать кинетические закономерности баромембранного разделения ВБЛР с целью их очистки и/или концентрирования;
научно обосновать и разработать технологию баромембранного разделения ВБЛР с целью их очистки и/или концентрирования;
изучить и обобщить закономерности растворения отложений на мембранах и разработать способ регенерации мембран после разделения ВБЛР;
научно обосновать и разработать технологию санитарной обработки мембран после разделения ВБЛР;
провести оптимизацию технологических параметров и экологическую оценку технологии баромембранного разделения ВБЛР.
Концепция и научные положения, выносимые на защиту. Единой концепцией решения поставленных задач является разработка научных основ технологии баромембранного разделения ВБЛР с установлением взаимосвязи их
состава и свойств с режимными параметрами разделения в целях повышения эффективности использования. Формой реализации предложенной концепции служат следующие научные положения, защищаемые в диссертации:
научное обоснование методов комплексного исследования изменения состава и свойств ВБЛР при их баромембранном разделении;
научное обоснование принципов и технологических параметров баромем-бранного разделения ВБЛР в целях их очистки и/или концентрирования для повторного, максимального и комплексного использования продуктов разделения;
научное обоснование принципов и технологических параметров санитарной обработки мембран;
анализ результатов аналитических и экспериментальных исследований состава и свойств ВБЛР, кинетических закономерностей и оптимизации технологических параметров баромембранного разделения с переменной во времени проницаемостью мембраны, способа и закономерностей регенерации ультрафильтрационных мембран.
Научная новизна:
представлены научные и практические основы комплексного метода исследования технологии баромембранного разделения ВБЛР;
разработана математическая модель баромембранного разделения ВБЛР с переменной во времени проницаемостью мембраны;
установлены изменения показателей микробиологического, физико-химического, жирнокислотного, аминокислотного состава и реологических свойств ВБЛР при их баромембранном разделении;
научно обоснованы и определены технологические параметры баромембранного разделения ВБЛР в целях их очистки и/или концентрирования с использованием полимерных и металлокерамических мембран;
установлены кинетические закономерности растворения отложений на мембранах после баромембранного разделения ВБЛР;
разработан способ регенерации ультрафильтрационных мембран после баромембранного разделения ВБЛР;
научно обоснованы и экспериментально подтверждены технологические параметры санитарной обработки мембран после разделения ВБЛР.
Практическая значимость работы отражена в разработанных: технологии баромембранного разделения ВБЛР в целях их очистки и/или концентрирования (ТИ к ТУ 15-1059-89 «Концентрат белково-липидный сухой»); технологии санитарной обработки мембран; методиках оценки качества и оптимизации баромембранного разделения, а также затрат энергии на ультрафильтрацию ВБЛР и регенерацию мембран и их стоимости..
Новизна и оригинальность технологических решений защищена авторским свидетельством СССР и патентом РФ. Новые технические решения, относящиеся к разработанным технологиям, реализованы в технологических инструкциях, технических условиях и были испытаны на ОАО ПКП «Меридиан», экспериментальном производстве ФГУП ВНИРО, Московском, Мурманском и Керченском рыбокомбинатах и Клайпедском рыбоконсервном заводе.
Результаты диссертационной работы используются, в учебном процессе при подготовке студентов, обучающихся по специальности 260302 — Технология рыбы и рыбных продуктов.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследований, выполненные автором в период 1987-2005 г.г. были доложены и обсуждены на Всесоюзной научно-технической конференции «Технология и техника мясной и молочной промышленности на основе современных исследований» (Москва, 1987); Всесоюзной научно-технической конференции «Вклад молодых ученых и специалистов в ускорение научно-технического прогресса в мясной и молочной промышленности», Всесоюзной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Пути интенсификации технологических процессов и оборудования в отраслях агропромышленного комплекса» (Москва, 1988); Всесоюзной научно-технической конференции «Проблемы безотходной технологии в молочной промышленности» (Ставрополь, 1988); Всесоюзной научно-технической конференции «Интенсификация технологических процессов
в рыбной промышленности» (Владивосток, 1989); Международной научно-
технической конференции «Пищевой белок и экология» (Москва, 2000 г.); 5-ой Международной научно-технической конференции «Пища, экология, человек» (Москва, 2003); 2-ой Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2003); Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании,.- 2003» (Калининград, 2003); Научно-практической конференции «Водные биоресурсы, решение проблем изучения и рационального использования» Москва, 2003); III Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2004); Международной научной конференции "Инновации в науке и образовании - 2004 (Калининград, 2004); Всероссийской выставки научно-технического творчества молодежи НТТМ-2004 (Москва, 2004); Научно-практической конференции «О приоритетных задачах рыбохозяйственной науки в развитии рыбной отрасли России до 2020 года» (Москва, 2004); Научно-практической конференции «Значение биотехнологии для здорового питания и решения медико-социальных проблем» (Калининград, 2005).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 51 печатная работа, в том числе 3 монографии, авторское свидетельство и патент на изобретение,. 48 статей в академических, научно-практических и отраслевых журналах, сборниках научных трудов и других отраслевых изданиях. Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, основных результатов работы и выводов, списка литературы и приложения. Основное содержание работы изложено на 315 страницах машинописного теста, содержащего 50 таблиц, 87 рисунков и 91 страниц приложения. Список литературы содержит 245 работ отечественных и зарубежных авторов.
