Подготовка сульфитных щелоков
19.11.2014
Сульфитные щелока (отходы целлюлозобумажного производства) сами по себе не являются средой, пригодной для культивирования микроорганизмов. Для использования в этих целях они требуют соответствующей предварительной подготовки.
Снижение содержания SO2. Щелока в смеси с промывными водами, освобожденными от волокон, при содержании примерно 1000 мг свободного SO2 в 1 л раствора непрерывно подаются в специальную колонку, где уровень свободного SO3 снижается в среднем до 300 мг/л.
В зависимости от степени вываривания pH щелока составляют примерно 3,0. До недавнего времени оптимизация pH кальций-бисульфитного щелока осуществлялась с помощью Ca(OH)2. Однако более эффективной является нейтрализация щелока аммиачной водой или газообразным NH3. При этом расход аммиачной воды (25%-ной концентрации) составляет примерно 6 л на 1 м3 щелока.
Магний-бисульфитный щелок нейтрализуют с помощью MgO.
Обогащение щелока питательными веществами. Щелок по возможности обогащают азотом, фосфором, калием и магнием. На 1 м3 щелока, содержащего примерно 30 кг сахаридов, из которых можно получить 15 кг сухой дрожжевой массы (55% сырого протеина) вносят 1,2 кг N, 0,52 кг P2O5, 0,45 кг K2O и 0,075 кг MgO. Данные вещества рекомендуется вносить в форме NH3, H3PO4, КОН.
Щелок охлаждают до температуры 22—25°С в плоских теплообменниках.
Ферментация щелока. Чаще всего в производственных условиях используют культуру Candida utilis и Candida arborea. Успешно прошли испытания дрожжи Cryplococcus diffluens, пригодные для выращивания на натрий-бисульфитном щелоке. Обычно в производственных условиях работают со смешанными популяциями, которые ассимилирующим спектром углеводных веществ хорошо дополняют друг друга.
Хранение и размножение лабораторной культуры осуществляется на специальных станциях, а также в пред-бродильных ферментерах. На практике при обновлении в главных ферментерах ферментативного процесса используют «дрожжевое молоко», сгущенное сепараторами после промывки культуры.
Основная ферментация происходит в главном ферментере, технологические особенности которого определяют продуктивность процесса в делом. Главными характеристиками ферментера являются:
— потребление энергии на единицу чистой биомассы (или протеина);
— перенос и использование кислорода;
— выход биомассы с единицы площади в час;
— гомогенность раствора;
— стоимость оборудования;
— наличие современных систем управления и контроля важнейших параметров.
Сульфитные щелока имеют свою специфику (волокнистость, уровень концентрации и характер органических и минеральных веществ, ценообразование и т. д.), которую следует учитывать при выборе соответствующего ферментера и системы аэрирования.
На предприятиях, производящих сульфитные дрожжи, еще нередко встречаются ферментеры старых типов, например с большими черпаками или системы air-lift. Однако все большее распространение получает комбинированная система с использованием специальной турбины и направленного воздушного потока (Tauschstrahlsystem).
Для справки приведем некоторые производственные параметры ферментера, которые можно считать весьма высокими:
— потребление электроэнергии — 0,5—0,7 кВт/ч на 1 т биомассы;
— перенос кислорода — 10—13 кг О2/м3/ч;
— использование кислорода — 40—60%;
— активное использование емкости ферментера — 50—60%;
— механическое обеспечение;
— гомогенность среды — 85—95%;
— охлаждение — отвод 18—19 МДж теплоты в расчете на 1 кг аэрируемой сухой биомассы;
— стоимость ферментера и всех систем обеспечения (автоматизация, компрессор обеспечивания и т. д.) не превышает 20—25% всех капиталовложений в данное производство.
В настоящее время используются главные ферментеры емкостью 100, 200, 300, 600 м3, а при некоторых технологических системах — и большей емкости.
Процесс ферментации регулируется таким образом, чтобы объем утилизированных веществ приближался к нулевому лимиту при температуре 32—34°С.
Имеет соответствующие лимиты и содержание питательных веществ. Скорость разжижения при ферментации в зависимости от концентрации утилизируемых веществ составляет D = 0,32 — 0,45 ч-1.
Сепарация дрожжевых клеток происходит в сепараторах (типа Alfa-Laval, Westphalia и т. д.), куда основной раствор подается прямо из ферментера. Это многоступенчатый процесс. Вначале, добиваясь максимального разделения дрожжевых клеток и щелока, массу сгущают (в 5—10 раз по сравнению с первоначальной), доводя уровень сухого вещества дрожжей до 12—14%. Затем клетки промывают, снова сгущают (15% сухого вещества), получая таким образом конечный продукт с заданными питательными качествами.
Образовавшиеся сточные воды перед окончательной утилизацией используют в качестве теплоносителя в теплообменниках.
Дрожжевое молоко (15% сухого вещества) сгущают до уровня 22—30% сухого вещества и затем подвергают термолизу.
Термолиз значительно повышает коэффициент переваримости полученных протеинов. После этого дрожжевое молоко сушат, подавая (разбрызгивая) через форсунки в специальные сушилки.
Продукт складируют в должным образом оборудованных хранилищах или бункерах. Заполнение бункеров автоматизировано.
