Потапов О.А., Горчинский Ю.Н., Никоненко Ф.П., «Цукор УкраÏни», 2001, №3

Потапов О.А., Горчинский Ю.Н., Никоненко Ф.П., «Цукор УкраÏни», 2001, №3
_____________________________________________________________________________________________________________________________________
ПРИМЕНЕНИЕ ОЗОНА В САХАРНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ
Рассматриваются особенности действия озона в жидких средах, его получение и использование для
уничтожения вредной микрофлоры в диффузионных аппаратах и на других участках сахарного
производства.
Одним из наиболее перспективных методов снижения неучтенных потерь сахара и повышения его
качества является использование озона. Это наиболее мощный, быстродействующий и коммерчески доступный асептик и оксидант для обработки воды, водных растворов и суспензий.
Практика применения озона на станции подготовки питательной воды (СППВ) и при обработке
клеровок дала не только существенный экономический эффект, но и позволила почти полностью отказаться
от использования химических реактивов в процессах обеззараживания водных растворов и суспензий.
Обеззараживающее действие озона основано на высокой окислительной способности,
обусловленной легкостью отдачи им активного атома кислорода (О3= =О2+О). Озон убивает все виды
бактерий, вирусов, грибов и простейших. Он не только действует в 3000 раз быстрее, чем хлор как
асептическое средство, убивая бактерии в пределах нескольких секунд, но даже воздействует на те
микроорганизмы, которые устойчивы к действию хлора (например, Cryptosporidium, Giardia cysts). До
применения озона в производстве сахара исследовалось его дезактивирующее воздействие на Brucella
abortus, Clostridium chauvoei, Clostridium tetani, Pasteurella multocida, Salmonella tuphimurium (наиболее
устойчива к воздействию озона), а также на ряд вирусов. Во всех случаях при 98-102 КОЕ/мл была достигнута полная их инактивация, при более высоком количестве микроорганизмов (106-112 КОЕ/мл) отмечалась
неполная утрата вирулентности, однако при существенном ее снижении.
Среди причин бактерицидного эффекта озона чаще всего отмечается нарушение целостности
оболочек бактериальных клеток, вызываемое окислением фосфолипидов и липопротеидов. Обнаружено
проникновение озона внутрь микробной клетки, вступление его в реакцию с веществами цитоплазмы и
превращение замкнутого плазмида ДНК в открытую ДНК, что снижает пролиферацию бактерий.
Более активное действие озона на вирусы в сравнении с хлором объясняется тем, что он оказывает
влияние на окислительно-восстановительную систему и на протоплазму клетки, а хлор разрушает только
ферменты микробной клетки, а у вирусов отсутствует ферментная система.
При хлорировании водных растворов образуются побочные продукты (хлорорганические
соединения), которые являются токсичными веществами и хотя в малых дозах, но могут присутствовать в
сахаре. При озонировании протекают реакции окисления, как, например, с фенолом и его производными,
которые приводят к раскрытию ароматического кольца и получению нетоксичного конечного продукта.
Генерируется озон как естественным путем (появление в атмосфере земли за счет ее облучения
ультрафиолетовым излучением солнца и в меньшей степени за счет разрядов молний), так и промышленным
способом (синтез озона посредством озоногенераторов).
Озон синтезируют путем перекомбинации подвижных молекул или атомов кислорода с другими
молекулами кислорода. Атомарный кислород получают путем расщепления двухатомных молекул
кислорода. Для этого необходима энергия, которая может быть произведена электрическим, фото- или
электрохимическим путем. В промышленном синтезе озона существует несколько технологий его
получения при воздействии на кислород:
• электрическим разрядом;
• при газовых разрядах;
• ультрафиолетовым облучением;
• высокочастотным полем.
Озон не может храниться или перемещаться из-за своего неустойчивого состояния, поэтому он
синтезируется на месте использования. Для промышленного синтеза озона используют воздух или
кислород. При синтезе электрическим разрядом часть энергии освобождаясь, требует, как правило, отвода
(охлаждения), остальная часть энергии содержится в высокоэнергетических молекулах озона, вследствие
этого обладающих низкой устойчивостью.
Первичные процессы образования озона из кислорода могут осуществляться различными путями, в
зависимости от количества приложенной энергии. Возбуждение молекулы кислорода происходит при
энергии электронов 6,1 эВ; образование молекулярных ионов кислорода - при энергии электронов 12,2 эВ;
диссоциация в кислороде - при энергии электронов 19,2 эВ. При энергии электронов 12,2 эВ, когда
происходит образование молекулярных ионов кислорода, выхода озона не наблюдается, а при энергии
электронов 19,2 эВ, когда участвуют как атом, так и ион кислорода, образуется озон. Наряду с этим
образуются положительные и отрицательные ионы.
Для применения озона в сахарной промышленности ООО "Центрсахпроект" разработаны несколько
типов станций, основанных на озоногенераторах, а также технологии их использования при экстракции
сахарозы из свекловичной стружки в диффузионных аппаратах, обеззараживании промывной воды
центрифуг, получении особо чистого сахара для использования в пищевых производствах (пива,
мороженого, бутилированной воды и т.п.), обработке озоном сиропов перед кристаллизацией,
обеззараживании мелассы.
Станции СППВ-2000 и СППВ-3000 позволяют осуществлять насыщение озоном питательной воды,
технологических растворов и суспензий с целью обеззараживания, дезодорации и придания им
асептических свойств.
Основным элементом станции является модуль - озоногенератор, в ее состав также входят:
основной инжектор, инжектор-затвор, датчики, локальный трубопровод с запорно-регулирующей
арматурой. Единичная мощность модуля составляет 1000 г/час по озону. Озон с концентрацией до 6%
содержится в озоновоздушной смеси (ОВС), выдаваемой модулем. При потребности в больших объемах
озона модули набираются в батарею достаточной мощности. Из озоногенератора ОВС подается в основной
инжектор, где она вводится в питательную воду.
При применении СППВ обеспечиваются асептические свойства питательной воды. Озон в водном
растворе при рН<7 существует свыше 40 мин, поэтому питательная вода длительное время сохраняет
асептические свойства, уничтожая микрофлору в большей части диффузионного аппарата. При этом
микробиологическое разложение сахара в диффузионном аппарате уменьшается вдвое, пенообразование - в
2-3 раза, доброкачественность диффузионного сока повышается на 0,2-0,4%, улучшается цветность. Опыт
работы станций показал, что в начале процесса озонирования количество бактерий в диффузионном соке
снижается незначительно, так как озон расходуется на окисление гуминовой кислоты, что и приводит к
значительному снижению цветности. Вследствие окисления гуминовых кислот накапливаются стойкие к
окислению слабо окрашенные или бесцветные соединения. Далее в процессе озонирования питательной
воды все меньше озона расходуется на окисление органических веществ и он в большей степени оказывает
бактерицидное действие, вследствие чего кривая оставшихся в соке жизнеспособных бактерий круто идет
вниз, и процесс стабилизируется. Практика внедрения СППВ (например, на Ольховатском сахарном заводе)
показывает, что при снижении потерь сахара на 50% во время застабилизированного процесса озонации
цветность диффузионного сока улучшается на 75—80% за счет разрушения коллоидов, слизистых
полисахаридов, красящих веществ и меланоидов. Положительным эффектом указанной технологии также
является снижение вязкости диффузионного сока за счет уменьшения декстранов и леванов при
прекращении слизевого брожения, что сказывается на улучшении фильтрации сока.
Опыт внедрения технологии экстракции сахарозы из свекловичной стружки в диффузионных
аппаратах с применением озона на сахарных заводах России показал, что необходим индивидуальный
подход на каждом заводе. Конструктивные особенности основного инжектора и модульный состав станции
зависят от технологических особенностей конкретного диффузионного отделения сахарного завода, таких
как тип диффузионного аппарата, "коридор" рабочей температуры диффузионного сока, расход питательной
воды, используемых схем возврата жомопрессовой воды, максимальной мутности диффузионного сока и
некоторых других. Так, например, с повышением температуры диффузионного сока необходимо
увеличивать количество озона для получения одинакового эффекта обеззараживания (при этом повышается
количество неиспользованного озона), увеличение в два раза цветности, обусловленной, в основном, легко
окисляющимися органическими веществами из группы гуминовых кислот, приводит к увеличению
бактерицидной дозы озона в 1,6-2,9 раза.
Индивидуальный подход к внедрению технологии озонирования не приводит к дополнительным
затратам при ее внедрении, но позволяет использовать ее с максимальным экономическим эффектом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Белинский В.А. Ультрафиолетовая радиация солнца и неба., МГУ, 1968.
2. Использование ультрафиолетового бактерицидного излучения для обеззараживания воздуха и поверхностей в
помещениях. Руководство РЗ.1.683-98
3. Озон и его реакции с органическими соединениями., Институт Органической Химии Болгарской Академии Наук,
Институт Химической Физики Академии Наук СССР, 1983.
4. Потапов О.А., Горчинский Ю.Н., Рощин В.Б. Инструкция СППВ-1000-ОЗ, 2000.
5. Федосов Л.В. и др. Озонирование воды, "Сахарная промышленность, № 5,1995.
6. Шатилов Ю.И., Прийман Р.Э., Виснапуу Л.Ю., Сысоев В.В. К образованию озона при обеззараживании воздуха УФ
излучением в вентиляционных каналах. "Гигиена и санитария", 1989.
Потапов О.А., Горчинский Ю.Н., Никоненко Ф.П.
«Цукор УкраÏни» науково-практичний галузевый журнал, 2001, №3