СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ДОБАВКИ ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ Российский патент 1994 года по МПК C12N1/00 

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам приготовления добавок на основе последрожжевого остатка (ПДО) для их применения в производстве строительных материалов.

ПДО образуется при производстве кормовых дрожжей на гидролизных заводах с замкнутой или полузамкнутой схемой водоснабжения. ПДО - многотоннажный отход производства, который в настоящее время практически не утилизируется, и его подвергают захоронению, что ухудшает экологические условия окружающей среды.

Установлено, что последрожжевые отходы могут быть использованы в многотоннажном производстве строительных материалов. Так для получения добавки с пластифицирующими свойствами используют сульфитно-дрожжевую бражку, которую вводят в цементную и бетонную смесь (авт. св. N 761437, кл. 1551687 кл. С 04). Рекомендуется также использовать белковосодержащую добавку, включающую протеиново-полисахаридное вещество, введение которой в бетонную смесь обеспечивает пластифицирующие свойства (авт. св. N 761436, кл. С 04).

Недостатком указанных способов является использование разбавленной бражки, что мало эффективно.

Известен способ получения сульфитно-бардянных концентратов на основе барды дрожжевого производства, включающей, в основном, лигносульфоновый комплекс (Технология гидролизного и сульфитно-спиртового производства. Гослесбумиздат, 1959, с. 319).

Упаривание производят до 50% и используют продукт как пластифицирующую добавку в производстве бетона. Для повышения эффективности добавки в нее вводят отработанный нейтрально-сульфитный щелок, который предварительно смешивают с 5-7% сульфата натрия и выдерживают полученный раствор в течение 4-24 ч при 30-50^оС с последующим отделением осветленной фракции (авт. св. 1565820, кл. С 04).

Недостатком способа является сложность получения концентратов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому способу является способ получения добавки для бетонной смеси по заявке N 4645928, кл. С 04 В, который осуществляется следующим образом: отработанную культуральную жидкость (ОКЖ) сгущают до содержания сухих веществ 18-28% и в полученный последрожжевой остаток (ПДО) вводят сульфат натрия при постоянном перемешивании. Далее проводят обработку при 50-70^оС в течение 30-60 мин, после чего осуществляют фракционирование методом отстоя или другим известным методом. Продукт после фракционирования в количестве 75-85% от общего объема используют как добавку в производстве строительных растворов и бетонов.

Недостатком способа является то, что не достигается требуемое качество, что обусловлено в значительной степени колебаниями по составу ОКЖ, поступающей на сгущение и процессами, проходящими при этой операции. Это обуславливает получение ПДО неоднородного состава.

Отмечены значительные колебания в содержании углеводов, органических кислот и взвешенных веществ, количество которых влияет на свойства ПДО как добавки в бетоны. Фракционирование продукта осложняет процесс его получения, ухудшаются экологические условия из-за частичного сброса фракции, содержащей твердую фазу. Одновременно нестабильное качество ПДО приводит к неоднозначным результатам при использовании добавки в бетонных смесях.

Целью изобретения является повышение качества продукта и улучшение экологического состояния среды. Цель достигается тем, что в способе приготовления добавки для бетонной смеси, включающем сгущение отработанной культуральной жидкости с получением последрожжевого остатка, согласно изобретению перед стадией сгущения осуществляют стадию биологической очистки отработанной культуральной жидкости в две стадии: сначала при температуре 40-42^оС и рН 4,4-4,5, а затем при 39-40^оС и рН 4,7-5,0.

Предлагаемый способ осуществляют следующим образом: отработанную культуральную жидкость перед стадией сгущения подвергают биологической очистке путем биоокисления ее. Процесс биоокисления проводят последовательно в две стадии в дрожжерастильных аппаратах - биоокислителях различными микроорганизмами, дрожжами, грибами рода Трихоспоры и плесневыми грибами. Отработанная культуральная жидкость перетекает из головного аппарата в хвостовой. Температура среды в биоокислителях поддерживается за счет жизнедеятельности микроорганизмов на первой ступени 40-42^оС, на второй 39-40^оС. рН в биоокислителях изменяется соответственно 4,4-4,5 и 4,7-5,0.

Продолжительность выращивания микроорганизмов на первой ступени 5,6 ч, на второй - 8,8 ч (гидролизная и лесохимическая промышленность, 1984, N 6, с. 9-11, там же - 1987, N 8, с. 23-25). Биоокисленная отработанная культуральная жидкость далее поступает на флотатор и после этого ее направляют на выпарку для сгущения до концентрации сухих веществ 18-28%. Процесс биоокисления обеспечивает глубокую очистку ОКЖ, поскольку проходит утилизация легкоусвояемых и трудноусвояемых органических веществ. Процесс биологической очистки ОКЖ перед сгущением позволяет получить последрожжевой остаток более высокого качества. Основные сравнительные данные о качестве ПДО приведены в таблице.

Как видно из таблицы в ПДО снижается содержание углеводов и взвешенных веществ и при этом значительно снижаются пределы изменений их значений, что обеспечивает получение добавок на основе ПДО более однородного качества.

Исключается необходимость дополнительной подготовки ПДО и, в частности, фракционирование. Важно, что весь объем ПДО может полностью быть использован как добавка, т.е. исключаются загрязненные стоки, что улучшит экологические условия среды.

П р и м е р 1. Отработанную культуральную жидкость подвергают вначале биологической очистке путем биоокисления в две стадии. На первой стадии биоокисления в основном развиваются дрожжевые микроорганизмы, а на второй стадии преобладают грибы рода Трихоспоры, плесневые грибы и бактерии.

Процесс в биоокислителях осуществляется спонтанно.

Температура среды при биоокислении поддерживается жизнедеятельностью микроорганизмов. На первой стадии температура процесса биоокисления 40^оС, а на второй 39^оС рН соответственно 4,4 и 4,7.

Продолжительность выращивания микроорганизмов на первой стадии 5,6 ч, на второй 8,8 ч. Далее биоокисленная жидкость флотируется и поступает на сгущение в пятикорпусную выпарку и получают последрожжевой остаток на основе биоокисленной отработанной культуральной жидкости.

Полученный продукт содержит углеводов 0,5%, а в контроле 3%, т.е. содержание их снижается на ≈ 80%, содержание взвешенных и коллоидных частиц составляет 0,2 г/л, а в контроле 1,2 г/л, т.е. содержание их снижается на ≈ 86%.

При использовании продукта как добавки к бетонной смеси в количестве 0,3% от массы бетона подвижность смеси составляет 15 см, а в контроле 5 см, т. е. подвижность смеси бетона увеличивается в 3 раза, что повышает удобоукладываемость бетона. Прочность бетона составляет 38 МПа, а в контроле 33 МПа. Использование полученной добавки в бетонную смесь обеспечивает повышение прочности бетона на ≈ 15%.

П р и м е р 2. Отработанную культуральную жидкость подвергают вначале биологической очистке путем биоокисления по условиям, приведенным в примере 1. Температура на первой ступени биоокисления 42^оС, а на второй 40^оС. рН соответственно 4,5 и 5,0.

Полученный продукт содержит углеводов 0,25%, т.е. содержание их снижается на ≈ 92% , содержание взвешенных и коллоидных частиц составляет 0,38 г/л, т.е. содержание их снижается на ≈ 70%.

При использовании продукта как добавки к бетонной смеси в количестве 0,3% от массы бетона подвижность смеси составляет 13 см, а в контроле 5, т. е. подвижность смеси бетона увеличивается в 2,6 раза. Прочность бетона составляет 37 МПа, т.е. достигается повышение прочности бетона на ≈ 10%.

Повышенное качество ПДО обеспечивает возможность использования всего объема получаемого ПДО как добавки в производстве бетона. Это улучшает экологию окружающей среды.

Экспериментально было установлено, что предварительная биологическая очистки ОКЖ перед ее сгущением обеспечивает получение ПДО более высокого качества. Ранее процесс биологической очистки ОКЖ перед ее сгущением для дальнейшего использования в бетонных смесях не был известен и является новым приемом.

При биоокислении ОКЖ обеспечивается получение ПДО с пониженным содержанием углеводов, взвешенных и коллоидных частиц. При снижении этих компонентов в ПДО достигаются более благоприятные условия при использовании его как добавки в бетонную смесь, поскольку улучшаются процессы контактирования с частицами цемента и ускоряются процессы гидратации и гидролиза. Важно, что способ приготовления добавки на основе ПДО, полученного из ОКЖ после биоокисления, обеспечивает одновременное увеличение подвижности бетонной смеси и повышение прочности бетона. При использовании такой добавки в бетонную смесь нет технологических трудностей при ее подаче и дозировке. Предварительное биоокисление обеспечивает биологическую очистку за счет утилизации углеводов и других органических комплексов. Процесс проходит при определенных параметрах. Температура на первой стадии 40-42^оС, на второй 39-40^оС, рН соответственно 4,4-4,5 и 4,7-5,0. За предельными значениями процесс биоокисления не идет. При биологической очистке ОКЖ, в получаемом на его основе ПДО, содержание углеводов снижается на ≈ 80%, содержание взвешенных и коллоидных частиц на ≈ 85%.

Стабильность качества ПДО обеспечивает возможность более полной утилизации его как добавки в производстве строительных материалов. Одновременно при этом исключается сброс ПДО на захоронение, что улучшает экологию окружающей среды. Введение стадии биоокисления не вызывает осложнений, поскольку на заводах имеется опыт его применения. При использовании ОКЖ после биоокисления на сгущение, появляется возможность дополнительного получения кормовых дрожжей. Рентабельность гидролизного завода может быть повышена.

Использование: приготовление добавки для бетонной смеси. Сущность: отработанную культуральную жидкость при производстве кормовых дрожжей подвергают биоокислению в две стадии, на каждой из которых поддерживают фиксированный температурный режим и уровень pH, после чего последрожжевой остаток сгущают и фракционируют. 1 табл.

СПОСОБ ПРИГОТОВЛЕНИЯ ДОБАВКИ ДЛЯ БЕТОННОЙ СМЕСИ, предусматривающий сгущение отработанной культуральной жидкости при производстве кормовых дрожжей с получением последрожжевого остатка и его последующее фракционирование, отличающийся тем, что перед сгущением отработанную культуральную жидкость подвергают биоокислению в две стадии, при этом температуру и рН среды поддерживают равной 40 - 42^oС, рН 4,4 - 4,5 и 39 - 40^oС, рН 4,7 - 5,0, соответственно.