Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 9
1.1. Мясоперерабатьшающее производство и экологические аспекты отрасли 9
1.2. Способы и инженерные средства, применяемые для разделения и утилизации отходов мясоперерабатывающих производств 25
1.2.1. Механическая очистка выбросов 26
1.2.2. Физико-химические способы обработки сточных вод 32
1.2.3. Химические способы обезвреживания жидких фракций мясокомбинатов 38
1.2.4. Биохимическая очистка сточных вод 44
1.3. Перспективы и опыт использования баромембранных процессов в схемах очистки сточных вод. Инженерные аспекты 48
1.4. Полупроницаемые мембраны для селективного разделения жидких смесей. Проблемы регенерации и дезинфекции 56
Глава 2. Постановка эксперимента, изучаемые объекты и методы исследований 65
2.1. Характеристика объектов исследования 65
2.2. Материалы и опытно-лабораторное оборудование 67
2.3. Методы исследования
2.3.1. Физико-химические 72
2.3.2. Биохимические 79
2.3.3. Микробиологические 79
2.3.4. Математическое планирование эксперимента и статистическая обработка результатов 79
Глава 3. Исследование процесса ультрафильтрации сточных вод мясоперерабатывакщйх предприятий
3.1. Определение параметров процесса и исследование закономерностей ультрафильтрационного разделения 81
3.2. Компрессионные характеристики ультрафильтрационного концентрата сточных вод мясоперерабатывающих производств 101
Глава 4. Характеристика и свойства продуктов очистки 107
4.1. Состав и свойства потоков разделения 107
4.1.1. Состав и свойства пермеата 107
4.1.2. Состав и свойства концентрата 108
4.2. Санитарно-микробиологическая и токсико-биологическая оценка потоков ультрафильтрационного разделения 116
Глава 5. Разработка рекомендаций по рациональному использованию уф-концентрата сточных вод мясоперерабатывакщйх предприятий 132
5.1. Биоконверсия ультрафильтрационного белковожирового концентрата 132
5.2. Изыскание рациональных условий регенерации ультрафильтрационных мембран 143
Расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения ультрафильтрационной установки для получения белковожйрового концентрата 171
Выводы 177
Литература 179
Приложения
- Способы и инженерные средства, применяемые для разделения и утилизации отходов мясоперерабатывающих производств
- Материалы и опытно-лабораторное оборудование
- Компрессионные характеристики ультрафильтрационного концентрата сточных вод мясоперерабатывающих производств
- Санитарно-микробиологическая и токсико-биологическая оценка потоков ультрафильтрационного разделения
Введение к работе
Актуальность.теми. Концепция экологизации производств в настоящее время приобретает чрезвычайное значение и остается актуальной для перерабатывающих: отраслей агропромышленного комплекса, в том числе мясо перерабатнваюцей, которая характерна большой номенклатурой выпускаемой продукции, многообразием выбросов и стоков.
Фундаментальное решение проблемы защиты окружающей среды возможно путем создания и широкого внедрения малоотходных и безотходных технологий, технического перевооружения основного и вспоцогательного производств, обеспечивающих комплексную переработку сырья, утилизацию отходов и улавливание ценных компонентов, составляющих чистые потери сырья при технологической обработке.
Характерной особенностью предприятий ыясной промышленности является многотоннажное потребление воды питьевого качества, которая в результате контакта с мясным сырьем обогащается липидами, белками, минеральными веществами, витаминами, способными образовывать коллоидные растворы с различной агрегативной и седиментащюнной устойчивостью, и обладающие определенной ценностью.
Существующие на предприятиях отрасли системы очистных сооружений не обеспечивают выполнение требований СНИП и инструкций АКХ к приемке многокомпонентных сточных вод в городские канализационные сети.Вслед-зтвии этого наносится огромный вред окружающей среде, водным бассей-*ам, человеку.
Для обеспечения прогрессивных технологий в пищевых отраслях 'АПК определенный опыт и перспективу представляют баромембранние методы, юложительно зарекомендовавшие себя для разделения и концентрирования шдких сред, в том числе сточных вод.
Несмотря на неоспоримые преимущества перед другими способами обез-зреживания, промышленной реализации ультрафильтрационного метода для )бработки сточных вод препятствует недостаточное научное обоснование процессов, протекающих при обработке белиовожировых систем, ограничен-
2 кость информации об возможности и условиях рационального использования потоков разделения.
Очевидно, разработка научных основ, технологий фракционирования и способов эффективного использования фракций имеет важное народнохозяйственное и социальное значение.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с темой научно-исследовательских работ по госбюджету " Разработка технологии и оборудования биологически полноценных экологически чистых продуктов на основе рационального использования ресурсов", входит в программу Региональных грантов " Черноземье" 1995 г " Оценка состояния и разработка теоретических основ комплексной системы обеспечения экологической безопасности продуктов и производств мясной промышленности".
Экспериментальные исследования и опытные работы проводились в тесном сотрудничестве с учеными и специалистами кафедр " Процессы и аппараты химических и пищевых производств", " Микробиологии и биохимии", " Испытательной лаборатории" Воронежской Государственной техно логической академии, Всероссийского научно-исследовательского ветери парного института патологии, фармакологии и терапии, Всероссийского научно-исследовательского института комбикормовой промышленности, АООТ комбинат мясной "Воронежский, ДООТ комбинат мясной " Бобровский".
Цель_и задачи исследования. Цель настоящей работы состоит в исследовании условий ультрафильтрационного разделения и концентрирования сточных вод мясоперерабатывавщих производств и обоснование путей рационального использования продуктов разделения.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи : т изучить состав, физико-химические, санитарно-ыикробиологнческие и токсико-биологические свойства сточных вод мясоперерабатывающих произ водств на примере предприятий Центрально-черноземного региона; обосновать условия и режимы ультрафильтрационной обработки сточных вод мясокомбинатов;
исследовать свойства продуктов разделения в процессе концентрирования ( пермеат, концентрат ) и обосновать пути их рационального использования;
разработать рекомендации по регенерации ультрафильтрационных мембран в процессе очистки сточных вод мясоперерабатывающих предприятий;
разработать рекомендации и принципиальную схему очистки в системе замкнутого цикла водоснабжения.
Нау_чная_новизна. Впервые теоретически обоснована целесообразность применения ультрафильтрации для разделения и концентрирования сточных вод предприятий мясной промышленности. Проведены исследования и обобщены собственные и имеющиеся данные о химическом составе стоков мясоперерабатывающих производств, региона.
Установлены основные закономерности мембранного разделения белко-вожировых дисперсных систем в зависимости от основных факторов. Показано, что рабочее давление и температура прямопропорционально влияют на скорость разделения и задерживающую способность мембран. Получены уравнения регрессии, отражающие зависимость удельной производительности процесса от скорости течения, рабочего давления в системе; температуры и времени обработки. Установлены закономерности изменения электрофизических показателей ультрафильтрационного концентрата в зависимости от условий разделения. Дана оценка физико-химических, сани-тарно-микробиологических и токсико-биологическйх показателей потоков разделения при ультрафильтрационном концентрировании, позволяющая положительно оценить перспективы использования на кормовые цели. Показано, что в результате прямой биотрансформации ультрафильтрационного концентрата дрожжевой культуройSaceharcmyces сегсуїзіаезнаиительно . улучшаются его биологические свойства. Изучены свойства очищенных ультрафильтрационным методов сточных вод и дана полная их характеристика. Изучены закономерности растворения мембранных осадков в зависимости от способа регенерации. Обоснованы преимущества использования
4 в качестве моющих веществ растворы специфических ферментов. Доказана возможность повторного использования воды в системе водоснао'жения предприятий, а ,также получения кормовой продукции.
Научная новизна результатов исследований подтверждена авторской заявной на изобретение № 93-026426/26 ( 027590 ) с положительным решением от 31.01.1995 г.
П^вкт^ческа^_^нж)сть. Определены технические условия эффективного использования ультрафильтрации для очистки сточных вод : подобраны тип Мембран, оригинальная конструкция аппарата, технологические режимы.
Эмперическая корреляция динамической вязкости, плотности в исс-ледованом диапазоне изменения массовой доли жировых компонентов и температуры могут быть использованы при расчете ультрафильтрационных аппаратов. На основе изучения состава, физико-химических, санитарно-микробиологических, токсико-биологическик свойств продуктов разделения установлена реальная возможность использования пермеата в оборот- ном цикле водоснабжения предприятий, а концентрата после прямой биоконверсии и без нее для получения высокоценных продуктов кормового значения.
Разработан рациональный способ удаления отложений на поверхности ультрафильтрационных мембран при ультрафильтрационном разделении бел-ковожировых дисперсных систем, позволяющий снизить антропогенное воздействие на окружающую среду. Разработан проект технологической инструкции процесса ультрафильтрационного разделения сточных вод мясопере рабатыващих предприятий.
Апробация работы. Основные результаты исследований доложены и обсуадены в период 1991 - 1995 г на отчетных научных конференциях Воронежской Государственной технологической академии; II Республиканской конференции " Мембраны и мембранная технология" ( Киев, ноябрь, 1991 г); Российской научно-практической конференции с международным
5 участием " Проблемы ресурсосберегающих и природоохранных технологий и оборудование для переработки и хранения сельскохозяйственного сырья" ( Краснодар, август, 1993 г ); Международном научном семинаре " Современные проблемы качества мясного сырья и его переработки " ( Кемерово, ноябрь, 1993 г ); Научно-технической конференции "Экология и здоровье" ( Пенза, декабрь, 1993 г ); Международной научной конференции " Прогрессивные технологии и техника в пищевой промышленности и ( Краснодар, сентябрь, 1994 г )} 40 Международном конгрессе и Наука и технология мяса " (Hagua, September, 1994 г ); Международной конференции " На-" Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК " ( Москва, май 1995 г ){ 35ШРЛС Congress. Turkey .Istanbul. August 1995 г); 41 Международном конгрессе " Наука и технология мяса " (оЛ/t w/l-lb/tfy Tt'JtCU,, i/iS/f> lttfiU/№fo г ){ Научно-практической конференции по биотехнологии ( Кисловодск, сентябрь, 1995 г ); ПІ традиционной научно-технической конференции стран СНГ " Процессы и оборудование экологических производств " ( Волгоград, декабрь, 1995 г ); экспонировались в виде натурных образцов на городской сесии ученых " Региональная наука в условиях рынка " ( Воронен, ноябрь, 1993 г )
Публикащм.Основные положения настоящей диссертационной работы изложены в 1$ печатных работах, в том числе одном положительном решении о выдаче патента Комитета Российской Федерации по патентам и товарным знакам.
Структура^_о^ъем_ра^оты_, Диссертация состоит из введения,-пяти глав, расчета экономической эффективности, основных выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 160 страницах машинописного тексте, содержит 33 рисунка и 25 таблиц. Список литературы включает 150 наименований,
Способы и инженерные средства, применяемые для разделения и утилизации отходов мясоперерабатывающих производств
Актуальные проблемы охраны окружающей среды для предприятий мясоперерабатывающей промышленности тесно связаны с разработкой эффективных способов очистки и обезвреживания газовых выбросов и жидких стоков, обеспечивающих экологичность воздушного бассейна и водных ресурсов.
Известно, что характерной особенностью предприятий мясной промышленности является многотоннажное потребление воды питьевого качества /56 /. Сброс промышленных стоков мясоперерабатывающих предприятий достигает 16-20 м3 на каждую тонну выработанного и переработанного мяса. Величина часового сброса в течении суток изменяется в широком интервале и характеризуется коэффициентом неравномерности, равным 2,5-3,5 /72 /. Образующиеся жидкие отходы мясоперерабатывающего производства имеют специфические загрязнения, представленные широким спектром химических и биохимических веществ. В результате контакта мясного сырья с водой образующиеся стоки содержат липиды, пигменты, белковые компоненты, минеральные вещества, витамины, различные комплексы. До смешения с хозяйственными и бытовыми стоками представляют собой определенную ценность так как после возвращения в основной технологический цикл могут быть использованы для выработки полезных продуктов и удобрений.
Однако, в современном мясном производстве они представляют чистые потери сырья. Например, потери животного белка при контакте мяса с водой в процессе его обработки составляют около 100 г на 1 м3 сто - 10 ков /77/. Высокие концентрации, разнообразие фракции и высокомолекулярная природа белков часто осложняет условия работы очистных сооружений или выводит их из строя, снижая эффективность улавливания биополимеров. Попадая в водоемы, почву, накопившиеся в стоках компоненты животного и растительного происхождения вызывают нежелательные изменения, наносящие прямой вред природе и человеку. Опасность загрязнения возрастает из-за территориального расположения предприятий мясной отрасли в зонах с относительно высоким уровнем выбросов абиогенного характера от различных производств в окружающую среду, что является причиной формирования сложных смесей биологического и абиогенного происхождения высокой токсичности.
Мясоперерабатывающие предприятия - многофункциональное производство, объединяющее основное и вспомогательное.
Основными источниками загрязнения воздушного бассейна мясной промышленности являются цехи технических фабрикантов, термические отделения колбасных заводов, отделения переработки пищевых жиров и получения альбумина, компрессорные цехи, автотранспортное хозяйство и т.д. В их вентиляционных выбросах содержится сероводород, аммиак, фенолы, альдегиды, кетоны, двуокись углерода, сажа, древесная и костная пыль и т.д. Некоторые технологические схемы обезвреживания стоков на предприятиях отрасли связаны с выделением в атмосферу веществ с резким неприятным запахом. В частности, это относится к анаэробному способу очистки жидких отходов. В результате биологических процессов очистки образуются не имеющие запаха газы: двуокись углерода и метан. Однако химические и биохимические превращения веществ содержащихся в сточных водах приводят к образованию сероводорода и органических сульфидов. Продукты распада являются причиной формирования резкого неприятного запаха выбросов от установок очистки сточных вод. - хх Суммарно вредные выбросы мясоперерабатывающих предприятий можно разделить на три группы: образующиеся при производстве энергии и в результате пользования транспортных средств с двигателями внутреннего сгорания; сопутствующие основным технологическим процессам; от вспомогательных цехов и производств.
Разнообразие технологических процессов отрасли определяет широкий качественный состав второй группы выбросов. Большинство технологических процессов, связанных с тепловой обработкой сырья в присутствии влаги, благотворно влияет на развитие химических превращений с образованием продуктов распада белка, разнообразных по физико-химическим свойствам и действию на организм человека. Особенностью этих выбросов является присутствие неприятно пахнущих веществ (НПВ). Как правило, наряду с НПВ в выбросы переходят частицы продукта и конде-сируемые пары - дополнительные источники неприятного запаха /3/. Так формируются очень сложные трудноразделимые смеси веществ, требующие обезвреживания.
В инфраструтуре мясокомбинатов цехи технических фабрикантов -основной источник загрязнения атмосферы НПВ, так как здесь сосредоточена разработка отходов периодическим (в вакуум-горизонтальных котлах) или непрерывным (поточно-механизированные линии) способами.
При нарушении герметичности аппаратов (перегрузка сырья) паро-воздушная смесь, выходящая из горизонтальных паровых котлов, содержит 95% влаги и большое количество НПВ (мг/м3); аммиак - 3000; сероводород - 700; меркаптаны - 10-50; аммины - 290; сульфиды - 20; альдегиды - 7-120; кетоны - 2-45-52000 /56/.
Из-за переработки сырья более высокого качества и короткого производственного цикла образование НПВ при выработке пищевых жиров менее интенсивно (концентрация в отходящем потоке не более 104 е.з./м3) при одном и том же качественном составе. При выработке пи - 1Л _
щевых жиров образуется малый поток паровоздушной смеси (около 180 м3 на одну тонну сырья). Технические условия производства как правило позволяют направить весь поток, содержащий вредные вещества, непосредственно в системы очистки.
При первичной переработке скота и шерстных субпродуктов (свиных голов, ног, ушей, говяжих губ и т.п.) необходима предварительная опалка сырья, в результате которой в окружающую среду выделяются па-рог азы с неприятным запахом. Содержание органических веществ в них невелико и колеблется в пределах 1,2-16,5 мг/м3. Летучие органические вещества сгорают с образованием СОг и НгО /3, 79/.
Производство технического альбумина и кровяной муки также связано с выбросами большого количества НПВ. Интенсивность запаха выбросов варочного котла для крови составляет 1 104 е.з./м3 /79/.
При термической обработке колбасных изделий в процессе обжарки и копчения используются дымовые газы, являющиеся одним из характерных источников загрязнения атмосферы. Исследования состава газовых выбросов от коптильных и обжарочных камер колбасного цеха показали, что в этих выбросах содержатся органические вещества кислотной, основной, нейтральной и фенольной групп /3/. Использование хроматогра-фического метода анализа позволило идентифицировать более 40 соединений, многие из которых имеют неприятный запах (уксусная, валерьяновая и другие кислоты, масляный и изовалерьяновый альдегиды, ме-тилбутилкетон, пирокахетин, гваякол и др.). Следует отметить, что в отходящем дыме, наряду с органическими соединениями, присутствует значительное количество неорганических вредных примесей, некоторые из которых также имеют неприятный запах (аммиак, сероводород). Кроме того в выбросах коптильных камер присутствуют твердые частицы, окислы серы и токсичные ароматические углеводороды. Содержание выбрасываемых смолистых веществ изменяется в пределах от О 05 до - із мг/м3. Потребление дыма в процессе копчения пищевых продуктов достаточно велико, например, при горячем копчении мяса требуется 80-100 г дыма на 1 кг мяса, а при холодном - 150 г/кг.
Кроме газо- и парообразных вредных веществ в различных технологических процессах образуется значительное количество пыли, выбрасываемой вентиляционными системами в атмосферу. К таким производствам относятся: котельная предприятия, клеевые отделения, дымогенератор-ные, производство медпрепаратов и т.д.
Материалы и опытно-лабораторное оборудование
Анализ экспериментальных исследований показал, что с увеличением давления увеличивается эффективная движущая сила процесса и соответственно возрастает величина удельной производительности мембран. Аналогичный вывод сделан также и другими исследователями, изучающими процесс ультрафильтрации белковожировых растворов /47, 116/.
В ходе экспериментальных исследований было отмечено, что в начальный момент мембраны не изменяют своей структуры под действием давления и удельная производительность линейно возрастает с ростом эффективности движущей силы, переходя на горизонтальное плато. При этом растет лишь поток растворителя через мембрану, а поток растворенного вещества практически не меняется. Следует отметить, что за этот промежуток времени происходит уплотнение активного слоя мембраны с ростом давления, что дополнительно способствует повышению задерживающей способности. С другой стороны наблюдается образование динамичного слоя у поверхности мембраны, состоящего в основном из белковожировых молекул. С увеличением динамического слоя и давления активный слой мембраны испытывает деформацию, приводящую к расширению пор. В результате чего растворенное вещество начинает проникать через мембрану.
Однако, при выходе на стационарный режим, начиная с 0,4 МПа величины рабочего давления, наблюдается уменьшение скорости удельной производительности, происходящей за счет структурных изменений в полимерной цепи, с одной стороны, и возрастанием концентрационной поляризации - гелеобразования над мембраной, с другой.
Обладая достаточной стабильностью структуры и механической прочностью рабочее давление для данных мембран было принято в диапазоне 0,05-0,3 МПа. При увеличении давления свыше 0,4 МПа поток вещества через мембрану усиливается, что соответственно приводит к снижению удельной производительности и величине удерживающей способности. Конкретная величина давления в данном диапазоне диктуется необходимостью обеспечения постоянной проницаемости при неизбежном накоплении исходных примесей на рабочей поверхности мембраны.
Приведенная картина зависимости удельной производительности от давления характерна для работы мембран при интенсивном гидродинамическом режиме, т.е. при условии снижения влияния концентрационной поляризации и отвода осадкообразующих примесей с поверхности мембраны турбулентным потоком. Установлено, что постоянная удельная производительность мембран сохраняется в течении длительного времени работы, если соотношение объемов концентрата и фильтрата больше единицы. Следует отметить, что при таком соотношении потоков разделения мембранный процесс нерационален из-за малого съема целевого продукта. Наиболее экономичным процесс является при соотношении потоков V/Vi 0 l. Но при этом ускоряется процесс накопления осадка из-за низких скоростей потока у поверхности мембраны что ведет к заметно-му влиянию концентрационной поляризации.
В ходе реализации процесса ультрафильтрации в исследованном диапазоне давления отмечено, что удельная производительность ацетат-целлюлозных мембран УАМ 50-500 нм выше, по сравнению с полисульфоа - 8Б мидным при прочих равных условиях. Причем наибольшей разделяющей способностью обладали мембраны УАМ-500 нм, на которых в дальнейшем осуществлялось изучение и отработка технологических параметров процесса.
Экспериментально установлено, что при давлении 0,3 МПа скорость фильтрации стабилизируется, дальнейшее увеличение движущей силы не приводит к росту производительности. Поэтому рабочее давление можно принять равным 0,3 МПа. Увеличение давления больше этого значения нецелесообразно и ведет к неоправданным энергозатратам.
В процессе эксплуатации ультрафильтрационных мембран отмечено, что их удельная производительность меняется в зависимости от объема проходящего через мембрану фильтрата.
Снижение удельной производительности или же производительности установки наблюдается после съема пермеата объемом 40 м3, что составляет 50 часов работы установки. Такая продолжительность межреге-нерационного цикла работы обеспечивает возможность проведения регенерации полупроницаемых мембран без ущерба производству во времени.
На рис. 7 показано, что закономерные изменения задерживающей способности в зависимости от величины рабочего давления аналогичны изменению удельной производительности.
Из графической зависимости видно, что в диапазоне малых давлений степень задержания возрастает с увеличением давления, затем снижается и задерживающая способность достигает максимальной величины. При этом максимум определяется типом мембран и природой растворенного вещества. Так для мембран УПМ-П, УПМ-450 С, ОП-7 величина удерживающей способности составляла 80,0-87,5%, а для мембран УАМ-50 - 500 нм соответственно 98,8-92,7%, что подтверждает предпочтительность последних при ультрафильтрационном разделении данной категории сточных вод.
Компрессионные характеристики ультрафильтрационного концентрата сточных вод мясоперерабатывающих производств
Аллергенные свойства белковожирового концентрата изучали на кроликах методом коныоктивальной пробы по Трубецкой Г.П. (1976 г.) и методом провакационных кожных проб (ВНЖГИНТОКС, 1969 г.) на морских свинках. Для проведения коньюктивальной пробы в опыт были взяты три группы клинически здоровых кроликов по три головы в каждой. Под верхнее веко правого глаза пипеткой наносили по одной капле водного раствора белковожирового концентрата с массовой долей 1%, 5% и 10% для контроля в левых глаз этим же животным также наносили по одной капле физиологического раствора.
Учет реакций проводили через 5 минут, 24 и 48 часов с момента нанесения препарата, при этом обращали внимание на состояние слизистой глаза и век, учитывали инъекцию в сосудах и секрецию слезы. В течении всего периода наблюдения как в опыте, так и в контроле у животных изменений со стороны глаз не было отмечено.
Провакационные кожные пробы выполнили на морских свинках методом эпикутанных апликаций. Перед началом опыта нами проведено изучение раздражающего действия вещества в различных концентрациях путем однократных накожных апликаций морским свинкам. Раздражающее действие этого препарата даже в концентрированных растворах нами не выявлено. Перед началом эпикутанных апликаций проводили сенсибилизацию путем многократных нанесений на кожу белковожирового концентрата. На выстриженный участок кожи с левой задней трети спины трем морским свинкам наносили 18 раз 0,1 см3 водного раствора препарата массовой долей 50%. Затем с правой стороны на выстриженный же участок наносили по ОД см3 этого же раствора, в 1, 3, 5 и 7 дни и каждый раз после 4-х часов экспозиции удаляли.
После соблюдения инкубационного периода продолжительностью в 14 дней на свежевыстриженныи участок наносили разрешающую дозу вещества (0,3 см3). В период всего опыта за животными вели наблюдение, проводили измерения температуры тела, толщины кожной складки на месте эпикуривания, определяли температуру на месте введения препарата.
Каких либо изменений в клиническом статусе животных и на месте апликаций вещества не было выявлено. На основании этого реакцию оценивали отрицательно. Кожно-резорбтивное действие белковожирового концентрата из технологических вод мясоперерабатывающих предприятий изучали на белых крысах. В опыт было взято 10 голов белых крыс с живой массой 180-200 г, которых зафиксировали в специальном станке, при этом хвосты животных были помещены на 2/3 длины в пробирке с 50% водным раствором белковожирового концентрата, где поддерживали температуру 28-30С. Время выдержки животных в таком состоянии составил 4 часа. После такой экспозиции животным отмывали хвосты теплой водой с мылом и проводили учет реакции.
0 кожно-резорбтивном действии судили по наличию смертельных исходов в течении 14 дней, степени выраженности интоксикации и изменений массы тела животных. В данном случае среди опытных животных не было отмечено случаев гибели, признаков интоксикации и изменений массы тела.
Таким образом, результаты наших исследований свидетельствуют о том, что ультрафильтрационный белковожировой концентрат является малотоксичным, не обладает раздражающим аллергенным и кожно-резорбтив-ным действиями. в) Изучение кумулятивных свойств и хронической токсичности. Возможные влияния белковожирового концентрата на функциональное состояние отдельных органов, тканей, систем и организма в целом изучали в подостром опыте на лабораторных животных. Были взяты 4 группы белых крыс по 10 голов в каждой живой массой 141±3 г. Грызунам первых трех групп в рацион ежедневно в течении 60 дней вводили белково-жировой концентрат соответственно в дозах 1000, 2000 и 7000 мг/кг живой массы. 4 группа служила контролем и препарат им не скармливали. В период опыта за животными вели наблюдение, учитывали поедае-мость корма, поведенческий и клинический статус, взвешивали. Динамика прироста массы тела представлена (табл. 19).
Из (табл. 19) видно, что наибольший прирост массы тела у животных, которым скармливали белковожировой концентрат, и превосходят грызунов контроль группы соответственно на 20,3%, 14,6% и 24,7%.
В конце опыта белые крысы были убиты и проведено анатомическое вскрытие, взвешивание туш и внутренних органов, морфо-биохимические исследования крови. Анатомическое вскрытие не выявило патологических изменений во внутренних органах и тушках. Соотношение массы внутренних органов и тушек практически не различалось и было в пределах нормы для белых крыс (табл. 20).
Санитарно-микробиологическая и токсико-биологическая оценка потоков ультрафильтрационного разделения
При реагентном способе обработки мембран, по окончании ультрафильтрационной очистки последнее извлекали из ячейки и высушивали в шкафу при температуре 30-35 С до постоянной массы. Затем производили взвешивание и сравнение масс мембран до и после очистки сточных вод. После этого мембраны погружали в соответствующие моющие растворы, варьируя концентрации моющих веществ и температуры, и снова высушивали. По значениям изменения массы осадка до и после обработки моющими растворами определяли степень растворения по формуле: п = тн - ГПк/тн ((3) где п - степень растворения, характеризующая эффективность процесса растворения осадка, %; глн и Шк - масса осадка загрязнения до и после обработки моющим раствором, кг. Сравнительные данные экспериментов представлены (табл. 28).
Анализ экспериментальных данных (рис. 28, 29)свидетельствует, что в выбранном диапазоне концентраций от 0,25 до 1% и температурном интервале 25-45 С после трехчасовой обработки степень растворения изменялась с 5,9% до 32,0% для моющего раствора на основе фосфорной кислоты (Н3РО4) и с 24,0% до 47,0% для моющего раствора на основе азотной кислоты. При этом степень растворения осадка прямо пропорциональна росту температуры концентрации моющих веществ и продолжительности обработки. В ходе экспериментальных исследований установлено, что при обработке мембран свыше 3 часов степень растворения практически не изменялась. Эффективность растворения существенно не зависит от вида используемой кислоты.
Результаты экспериментальных исследований (рис. 30, 31) показали, что при щелочной обработке увеличение концентрации моющих веществ и температуры интенсифицирует процесс регенерации. Применение моющего раствора на основе Р0М-САФ-1 дает максимальную степень растворения белковожирового осадка при 45 С - 94%.
Оптимизацию условий процесса щелочного гидролиза белковожирового осадка моющим раствором на основе РОМ-САФ-1 с целью достижения наиболее рациональных условий обработки мембран провели по плану полного факторного эксперимента /94, 95, 96/.
В качестве регулирующих факторов, влияющих на процесс гидролиза были взяты концентрация РОМ-САФ-1 (Xi, %)) температура (Хг, С), продолжительность гидролиза (Хз, мин). Все факторы совместимы и не-коррелированы между собой. Критерием оценки влияния каждого фактора на глубину гидролиза белковожирового осадка служила величина Y, определяющая степень гидролиза, %.
Проведено последовательное отыскание частных оптимумов по каждому фактору, поочередно варьируя каждый фактор на фоне постоянства остальных.
Полученные экспериментальные данные позволили определить пределы изменения факторов, ограничивающие их отношения в целях получения достаточной глубины гидролиза белковожирового осадка (табл. 29).
Порядок опытов рандомизировали посредством случайных чисел, что исключало возможность влияния неконтролируемых параметров эксперимента. Опыты в каждой точке дублировали для повышения точности.
При обработке результатов эксперимента применялись следующие статистические критерии: критерий Кохрена, оценивающий степень однородности дисперсии; критерий Стьюдента, позволяющий определить степень значимости коэффициентов уравнения регрессии и критерий Фишера, определяющий адекватность уравнения описываемому процессу.
В результате статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, адекватно описывающее данный процесс под влиянием исследуемых факторов: Y - 92,3 + 5,04-Xi + 0,63-Х2 + 5,18-Х3 -0,95-Xi-X2 + + 0,78-Xi-X3 - 2,75-Х2-Х3 + 6,73-ХІ2 - 3,52-Xs2 - 5,45-Х32 (24) Анализ уравнения регрессии (24 ) позволяет судить о том,что на степень гидролиза наибольшее влияние оказывает концентрация моющего раствора. Наименьшее влияние на степень гидролиза оказывает продолжительность обработки во взятых пределах. Однако, межфакторное взаимодействие продолжительности гидролиза и температуры, а также температуры и концентрации моющего вещества оказывают существенное влия ние.
В результате выполнения эксперимента получена информация о влиянии факторов и построена математическая модель процесса, позволяющая рассчитать степень гидролиза внутри выбранных интервалов варьирования факторов.
Для выявления оптимальных режимов процессов гидролиза белково-жирового осадка моющим раствором на основе РОМ-САФ-1 представлялось интересным исследовать поверхность отклика по уравнению регресии
В качестве критерия оптимизации принималась максимальная степень гидролиза (растворения) белковожирового осадка.
Было введено предположение, что полученное уравнение регрессии описывает некоторую поверхность фигуры в многомерном пространстве, а по коээфициентам канонической формы было установлено к какому виду относится эта фигура.
Координаты центра Xis находили из системы уравнений, полученных в результате дифференцирования уравнения регрессии (24) по Xi, Х2, Хз и приравнивая производные к нулю. Зная координаты центра XiS, т.е. Xi=0,46, X2=0,82, Хз=0,65, по уравнению (24) определяли соответствующее им значения параметрам оптимизации ys=93,89.
