Опыт деминерализации сыворотки методом электродиализа

Проблема использования молочной сыворотки на пищевые цели или в качестве одного из главных компонентов при выработке сухих заменителей цельного и обезжиренного молока (ЗЦМ и ЗОМ) для молодняка сельскохозяйственных животных и птицы становятся все более актуальной в сложившейся экономической ситуации. Объемы производства и переработки молока в стране продолжают снижаться, производственные мощности молокоперерабатывающих предприятий используются недостаточно. Так, в 2003 г. в России произведено 32 млн. т молока, а использовано на переработку всего 16,5 млн. т, при этом получено 2,447 млн. т молочной сыворотки, из которых на переработку направлено всего 636 тыс. т. Возврат хозяйствам сыворотки в натуральном виде (без переработки), а также сброс составляют около 85%.

Однако в последние два года интерес предприятий молочной промышленности к переработке молочной сыворотки имеет устойчивую положительную тенденцию. Потребность в сухой и деминерализованной сухой сыворотке заметно возросла у предприятий, производящих мороженое, молочную, кондитерскую и другие виды пищевой продукции. Переработка подсырной и творожной сыворотки на пищевые и кормовые цели (для производства ЗЦМ) молочными комбинатами, располагающими мощностями по сгущению и сушке, является одним из факторов, определяющих эффективность их работы.

Инженерами ОАО «Молоко» на базе тамбовской электродиализной установки и надежных импортных комплектующих была разработана и смонтирована автоматизированная электродиализная установка «Молога-1М». Одновременно проводилось техническое переоснащение цеха сушки с наращиванием мощностей по сгущению и сушке. Была введена в эксплуатацию вторая сушильная установка ВРА-4, что позволило увеличить вырабатку объемов сухой сыворотки и сухих ЗЦМ, обеспечивающие запросы потребителей, более четко организовать производство и использование мощностей цеха сушки.

Технические характеристики установки «Молога-1М»

Количество электродиализных аппаратов ..................................................... 4
Производительность электродиализного аппарата по сыворотке, м3/ч ........... 3
Предельное значение по обессоливанию сыворотки, мг/л:
начальное ........... до 6000
конечное ............. до 2000
Тип электродиализного аппарата ........................ многокамерный пресс-фильтр
Количество насосов, шт. ............................................................................... 3
Емкости для промывки электродных камер, рассола и мойки V=1,0 м3 ........... 3
Щит управления с приборами КИПиА, аппаратурой управления
и сигнализации Установленная мощность, кВт .............................................. 40
Требуемая производственная площадь, м2 .................................................. 16
Габаритные размеры установки:
длина ................. 8
ширина ............... 2
высота ................ 2
Масса установки в сухом состоянии, кг .................................................... 1500
Количество обслуживающего персонала, человек ......................................... 1
Срок работы установки до капитального ремонта, лет ................................... 5
Количество рабочих дней в году ............................................................... 350

Наличие стабильно работающей электродиализной установки, дооснащение двух вакуум-выпарных установок «Виганд-8000» вакуумными кристаллизаторами для охлаждения и кристаллизации сгущенной сыворотки в потоке позволили осуществить сушку молочно-жирового концентрата ЗЦМ на распылительных сушилках ВРА-4 в оптимальных режимах и постоянно наращивать объемы вырабатываемой продукции.

В 2002 г. объем переработки подсырной сыворотки с одним комплектом электродиализной установки «Молога-1М» составил 8426 тыс. т, в 2003 г. – 20 646 тыс. т, в 2004 г. – 27 874 тыс. т. Соответственно выработано ЗОМ «Молога-1» и ЗЦМ «Молога-2000» в 2002 г. – 2000 тыс. т; в 2003 г. – 4012 тыс. т и в 2004 г. 6100 тыс. т.

Расчетная производительность электродиализного модуля при 4 пакетах электродиализаторов – 12 м3/ч. Степень деминерализации подсырной сыворотки после обработки на установке «Молога-1М» составляет 70%.

Для получения высокого выхода обязательным условием является хорошее обезжиривание и очистка сыворотки путем сепарирования. После этой обязательной операции сыворотка не содержит взвешенных частиц, поэтому для обеспечения стабильной работы и надежности электродиализной установки достаточно проводить одну мойку установки через 24 ч работы.

Принцип электродиализа

Классический вариант - электродиализ с катионо- и анионообменными мембранами. По этой технологии через электродиализный пакет пропускается сыворотка с любой концентрацией твердых веществ, начиная от растворов с естественной концентрацией 6% и до растворов, содержащих более 40-50% твердых веществ. Удаление из сыворотки ионизированных компонентов достигается переносом ионов как через аминообменные, так и катионообменные мембраны. Одновалентные ионы, в основном хлориды калия и натрия, по-видимому, более подвижны, чем двухвалентные соли, и удаляются легче. Многовалентные соли, главным образом фосфаты кальция, по-видимому, значительно менее подвижны по сравнению с одновалентными солями и, возможно, связаны в комплексах с белковыми компонентами молока. Их также можно удалить электродиализом, однако перенос этих солей обычно начинается после того, как из сыворотки выведена основная часть одновалентных ионов и если используется более высокое напряжение.

При классическом обессоливании сыворотки с использованием катионо- и анионообменных мембран сталкиваются с двумя потенциальными препятствиями, обусловленными засорением мембран: осаждением малорастворимых кальциевых солей и отложением на поверхности анионообменных мембран белковых фракций (в основном аминокислот).

Задачу предотвращения отложения осадка неорганического фосфата кальция на поверхности и внутри мембран можно решить с помощью приемов, используемых обычно для устранения накипи при обессоливании воды (работа при плотностях тока ниже критического значения плотности, при скоростях потока выше критической скорости, поддерживание соответствующего распределения потоков в электродиализном пакете). Из наблюдений и анализа мембран, засоренных неорганическими веществами при обработке сыворотки следует, что общая причина засорения заключается в образовании слоя фосфата кальция на катодной поверхности катионообменной мембраны. В этом случае в электродиализных камерах наблюдаются типичные значения градиентов концентрации ионов. Неорганические осадки, содержащие кальций и обнаруживаемые в камерах концентрирования солей на поверхности катионообменных мембран, обычно удаляются промывкой мембран кислотой.

В варианте электродиолиза с катионои анионообменными мембранами при деминеральзации сыворотки анионные белковые фракции также осаждаются на поверхности анионообменных мембран в камерах с сывороткой. Многие денатурированные компоненты белка представляют собой крупные отрицательно заряженные ионы, которые движутся внутри мембранного пакета под влиянием электрического тока. Эти частицы слишком велики, чтобы быть в состоянии пройти через анионообменные мембраны, поэтому они отлагаются тонким слоем в камерах с сывороткой на поверхности анионообменных мембран. Осадки с поверхности мембран можно удалить изменением полярности тока, однако это не всегда приводит к нужным результатам.

Если мембраны непрерывно эксплуатируются при плотности тока выше 20-25 мА/см2, протеиноподобные слои могут осесть необратимо, что вызовет быстрое ухудшение и даже исчезновение анионообменных свойств мембраны. При типичных условиях работы с нормальной свежей сывороткой и при обычных плотностях тока (10 - 25 мА/см2) отложение протеиноподобных фракций обычно приводит к засорению мембран и началу их деградаций по истечении периода от двух недель до нескольких месяцев. Применяя очистку мембран и изменяя полярность тока, можно удлинить срок службы анионообменных мембран в 2-3 раза. Эффективным методом удаления с мембран протеиноподобных веществ является частая промывка раствора с высоким рH.

Производительность установки определяется количеством электродиализаторов, агрегатированных в электродиализном модуле, и производительностью установленных насосов.

Многолетний опыт работы установки «Молога-1М» для производства сухой деминерализованной сыворотки, отвечающей требованиям ТУ 99229-131-04610209-2004, вызывает практический интерес у специалистов предприятий молочной промышленности, на которых имеются ресурсы молочной сыворотки. Шушенский молочноконсервный комбинат и ПК «Глазовмолоко» были первыми заказчиками, для которых изготовлены и поставлены электродиализные установки «Молога-1М», проведено обучение обслуживающего персонала при прохождении их стажировки на Бежецком молочном комбинате.

Необходимо отметить, что для многих сыродельных и молочных комбинатов проблема переработки молочной сыворотки приобретает все большее экономическое и экологическое значение. Особенно острой является проблема переработки казеиновой сыворотки, содержащей в составе соляную или серную кислоту, что исключает возможность применения ее в необработанном виде для кормления животных. При нейтрализации такой сыворотки каустиком или известью образуются минеральные соли, которые при скармливании сыворотки телятам приводят к расстройству их желудочно-кишечного тракта. Проведение деминерализации методом электродиализа позволяет в необходимой степени снизить уровень минеральных солей и сыворотку после обработки использовать в кормовых целях.

Таким образом, имеющийся опыт подтверждает, что электродиализная установка позволяет перерабатывать и рационально использовать имеющиеся ресурсы молочной сыворотки. Электродиализную установку необходимо подбирать по производительности - 6, 8 или 12 т/ч, по исходному сырью, с учетом типа и объемов сыворотки, получаемой на производстве, а также необходимой степени деминерализации.

Г.В. Кузнецов, А.В. Косицын, А.И. Березкин, ОАО «Молоко»

Оставьте заявку
на звонок
Написать нам
Заказать онлайн
Правила обработки персональных данных

Настоящим Я, в соответствии с требованиями Федерального закона от 27.07.09 №152-ФЗ «О персональных данных» даю свое согласие лично, своей волей и в своем интересе на обработку (сбор, систематизацию, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), использование, распространение, передачу (включая трансграничную передачу), обезличивание, блокирование и уничтожение) моих персональных данных, в том числе с использованием средств автоматизации.

Такое согласие мною даётся в отношении следующих персональных данных: фамилии, имя, отчество; контактный адрес электронной почты (e-mail); контактный телефон; для определения потребностей в производственной мощности, мониторинга исполнения компанией гарантийной политики; ведения истории обращения в отдел продаж; проведения компанией маркетинговых исследований в области продаж, сервиса и послепродажного обслуживания; для рекламных, исследовательских, информационных, а также иных целей, в том числе, путем осуществления со мной прямых контактов по различным средствам связи.

Согласие дается ООО "Фирма"