Байгаль орчинд ээлтэй угаалгын нунтаг үйлдвэрлэх технологи
Усны бохирдол, ахуйн хог хаягдал, үйлдвэрлэлийн нүүрстөрөгчийн ул мөрийн талаарх олон нийтийн мэдлэг нэмэгдсээр байна. Байгаль орчны ачааллыг нэмэгдүүлдэг өдөр тутмын амьдралтай нягт холбоотой нэг бүтээгдэхүүн бол угаалгын нунтаг юм. Угаалгын нунтагыг хувцас, гэр ахуйн цахилгаан хэрэгсэл, тэр ч байтугай үйлдвэрлэлийн зориулалтаар угаахад ашигладаг. Хэрэв тэдгээрийн найрлага, үйлдвэрлэлийн процессыг сайн боловсруулаагүй бол угаалгын нунтаг нь эвтрофикжилт (замаг цэцэглэлт), усны организмд хор хөнөөл учруулж, задрахад хэцүү үлдэгдэл үүсгэдэг. Тиймээс байгаль орчинд ээлтэй угаалгын нунтаг үйлдвэрлэх технологи нь ногоон хими, процессын инженерчлэл, бүтээгдэхүүний амьдралын мөчлөгийн менежментийг хослуулсан чухал сэдэв болж байна.
1. Угаалгын нунтагыг яагаад байгаль орчинд ээлтэй болгох шаардлагатай вэ?
Уламжлалт угаалгын нунтаг нь ерөнхийдөө тодорхой синтетик гадаргуугийн идэвхт бодис, бүтээгч бодис (кальци/магнийн ионы холбогч), цайруулагч, үнэртэн болон янз бүрийн нэмэлт бодисуудыг агуулдаг. "Хуучин" угаалгын нунтагтай холбоотой гол асуудлуудын зарим нь: эвтрофикжилтыг өдөөдөг бүтээгч болгон фосфат ашиглах; задрахад хэцүү тул усны экосистемд үлддэг гадаргуугийн идэвхт бодисууд; мөн хоруу чанарыг нэмэгдүүлдэг эсвэл хортой дайвар бүтээгдэхүүн үүсгэдэг нэмэлт бодисуудыг ашиглах явдал юм. Цаашилбал, эрчим хүч их шаарддаг, ялгаруулалт үүсгэдэг үйлдвэрлэлийн процесс нь хүрээлэн буй орчинд үзүүлэх нөлөөллийг нэмэгдүүлдэг.
Байгаль орчинд ээлтэй угаалгын нунтаг гэдэг нь зөвхөн "биологийн хувьд амархан задрах" гэсэн утгатай төдийгүй тогтвортой түүхий эдийн эх үүсвэр, бага эрчим хүч шаарддаг үйлдвэрлэлийн процесс, хамгийн бага хаягдал, хэрэглэгчдэд аюулгүй, бага температурт хэрэглэхэд үр дүнтэй, улмаар хэрэглээний шатанд эрчим хүч хэмнэдэг гэсэн үг юм.
2. Түүхий эдийн инноваци: ногоон гадаргуугийн идэвхт бодис
Угаалгын бодисын гол цөм нь гадаргуугийн идэвхт бодисууд буюу усны гадаргуугийн хурцадмал байдлыг бууруулж, тослог бохирдлыг зайлуулах боломжийг олгодог молекулууд юм. Байгаль орчинд ээлтэй технологиуд нь сэргээгдэх эх үүсвэрээс гаргаж авсан, биологийн задралд ордог гадаргуугийн идэвхт бодисуудад голчлон анхаардаг.
а. Ургамлын тосонд суурилсан гадаргуугийн идэвхт бодис (олеохимийн бодис)
Орчин үеийн олон угаалгын бодисууд кокосын тос, далдуу модны үрийн тос эсвэл бусад ургамлын тосноос түүхий эдийг ашиглаж эхэлж байна. Жишээ нь, өөх тосны спиртүүд байдаг бөгөөд тэдгээрийг дараа нь этилоксилат (хяналттай процессын дор) спирт эсвэл алкил полиглюкозид (APGs) зэрэг гадаргуугийн идэвхт бодис болгон хувиргадаг. APGs нь элсэн чихрийг (глюкоз) өөх тосны спирттэй урвалд оруулснаар ерөнхийдөө биологийн задралд ордог, арьсанд харьцангуй зөөлөн үйлчилгээтэй ион бус гадаргуугийн идэвхт бодис үүсгэдэг.
б. Исгэлтийн биологийн идэвхт бодисууд
Исгэлтийн технологи нь бичил биетнийг ашиглан рамнолипид, софоролипид, липопептид зэрэг биосурфактант үйлдвэрлэх боломжийг олгодог. Тэдгээрийн давуу талууд нь өндөр био задрал, тодорхой нөхцөлд (жишээлбэл, давсжилт эсвэл рН) сайн гүйцэтгэл зэрэг орно. Үйлдвэрлэлийн цар хүрээ, тогтвортой байдал, өртгийн хувьд бэрхшээлтэй хэвээр байна. Гэсэн хэдий ч био боловсруулалтын дэвшил - омгийн оновчлол, исгэгчийг хянах, цэвэршүүлэх - биосурфактантуудыг арилжааны зориулалтаар ашиглах боломжтой болгож байна.
в. Биологийн задралд ордог хийцтэй гадаргуугийн идэвхт бодисууд
"Хаанаас гаралтай" гэдгээс гадна молекулын дизайн бас чухал юм. Зарчим нь шугаман нүүрсустөрөгчийн гинж нь салаалсан гинжнээс илүү амархан задардагт оршино. Үйлдвэрлэгчид бохир ус цэвэрлэх байгууламжид бичил биетүүдээр илүү амархан задардаг гадаргуугийн идэвхт бодисуудыг боловсруулж байна.
3. Фосфатыг орлуулах: байгаль орчинд ээлтэй барилгачин
Барилгачид кальци, магнийн ионуудыг холбосноор усыг зөөлрүүлэхэд тусалдаг бөгөөд энэ нь гадаргуугийн идэвхт бодисыг оновчтой ажиллуулах боломжийг олгодог. Фосфат нь нэгэн цагт үр нөлөөгөөрөө алдартай байсан ч эвтрофикжилтэд хувь нэмэр оруулж чадна. Байгаль орчинд ээлтэй угаалгын нунтаг технологи нь дараахь хувилбаруудыг ашигладаг.
– Цеолит (алюминосиликат): кальцийн ионуудыг барьж авдаг бөгөөд нунтаг угаалгын нунтагт үр дүнтэй байдаг.
– Натрийн цитрат: нимбэгийн хүчилээс гаргаж авсан (исгэх замаар гаргаж авах боломжтой), амархан био задралд ордог бөгөөд аюулгүй.
– Натрийн карбонат (угаалгын сода): шүлтлэг чанар болон цэвэрлэгээний үр ашгийг нэмэгдүүлэхэд тусалдаг.
– Зарим поликарбоксилатууд: шороог тараахад туслах, дахин тунадасжихаас урьдчилан сэргийлэх зорилгоор хяналттай концентрацид ашигладаг.
Хөгжил дэвшил нь бага тунгаар үр дүнтэй ажилладаг барилгачдад хүргэж байгаа бөгөөд ингэснээр химийн бодисын хаягдлыг бууруулж байна.
4. Ферментүүд: бага температурт үр дүнтэй угаах
Байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг бууруулах хамгийн тодорхой аргуудын нэг бол угаах үед эрчим хүчний хэрэглээг бууруулах явдал юм. Протеаза, амилаза, липаза, целлюлаза зэрэг ферментүүд нь угаалгын нунтагыг бага температурт (жишээлбэл, 20-30°C) үр дүнтэй ажиллуулах боломжийг олгодог. Энэ нь ус халаахад ашигладаг цахилгаан эсвэл хий хэмнэдэг.
Ферментийн технологи нь дараахь зүйлийг агуулдаг.
– Ферментийг тогтворжуулж, исэлдүүлэгч бодис болон рН-ийн өөрчлөлтөд тэсвэртэй болгоно.
– Хадгалах явцад ферментийг хамгаалах, тоосжилтыг багасгах зориулалттай бичил капсулжуулалт (ажилчин болон хэрэглэгчийн аюулгүй байдалд чухал ач холбогдолтой).
– Фермент нь гадаргуугийн идэвхт бодис болон үүсгэгчтэй синергетик байдлаар ажиллахаар найрлагыг оновчтой болгоно.
5. Илүү аюулгүй цайруулагч болон гэрэлтүүлэгч бодисууд
Хлор цайруулагч (жишээлбэл, гипохлорит) нь үр дүнтэй боловч хортой дайвар бүтээгдэхүүн үүсгэж болзошгүй. Байгаль орчинд ээлтэй угаалгын нунтаг нь ихэвчлэн дараахь зүйлийг ашигладаг.
– Перкарбонат/перборат дээр суурилсан хүчилтөрөгч (борын асуудлаас болж зарим газарт перборат улам бүр хязгаарлагдмал болж байна), бага температурт үр дүнтэй байхын тулд идэвхжүүлэгч болгон TAED-тэй хослуулан хэрэглэнэ.
– Оптик гэрэлтүүлэгчийг био задрал болон экологийн хордлогын нөлөөллийг харгалзан сонгож, аль болох бага хэмжээгээр ашигладаг.
6. Үйлдвэрлэлийн процессын технологи: эрчим хүчний хэмнэлт ба хамгийн бага хаягдал
Байгальд ээлтэй байх нь зөвхөн жор төдийгүй үйлдвэрлэлийн технологи юм.
а. Нунтаг угаалгын нунтаг үйлдвэрлэл: шүршигч хатаагч ба бөөгнөрөл
Нунтаг угаалгын нунтаг хийх сонгодог арга бол шүршигч хатаах явдал бөгөөд энэ нь зутанг халуун агаараар хатаах цамхаг руу шүрших явдал юм. Энэ нь эрчим хүч их шаарддаг. Илүү үр ашигтай хувилбар бол хуурай холих, бөөгнөрөх (мөхлөгжүүлэх) юм: орцуудыг хольж, мөхлөгжүүлснээр хатаах хэрэгцээг бууруулдаг. Энэхүү технологи нь эрчим хүчний хэрэглээ болон ялгарлыг бууруулж, хурдан уусдаг мөхлөгүүдийг үйлдвэрлэдэг.
б. Баяжуулсан болон хэт баяжуулсан угаалгын нунтаг
Бүтээгдэхүүнийг өтгөрүүлэх нь ус болон дүүргэгчийг багасгах гэсэн үг бөгөөд ингэснээр:
- жижиг сав баглаа боодол,
– хөнгөн тээвэрлэлт (бага ялгаруулалт),
- үйлдвэрлэл болон ложистикийн эрчим хүчний хэрэгцээг бууруулсан.
Энэ хандлага нь өтгөрүүлсэн шингэн угаалгын нунтаг, капсул/под, бага тунгаар хэрэглэдэг өндөр хүчин чадалтай угаалгын нунтагт ажиглагдаж байна.
в. Үйлдвэрлэлийн усыг ялгаруулалтын хяналт болон дахин ашиглах
Орчин үеийн үйлдвэрүүд хаалттай усны систем, конденсат сэргээх, яндангийн агаарыг цэвэрлэх (жишээлбэл, тоос/тоосонцорыг барих) аргыг ашигладаг. Бохир усыг гадагшлуулахаас өмнө COD/BOD-ийг бууруулахын тулд цэвэрлэдэг бөгөөд зарим хаягдлын урсгалыг дахин ашиглаж болно.
7. Сав баглаа боодол болон бүтээгдэхүүний дизайн: хуванцарыг багасгаж, дахин боловсруулалтыг нэмэгдүүлэх
Сав баглаа боодол нь хүрээлэн буй орчны нөлөөлөлд ихээхэн хувь нэмэр оруулдаг. Сүүлийн үеийн шинэлэг зүйлсэд дараахь зүйлс орно.
– нэг удаагийн хэрэглээний савыг багасгахын тулд дахин дүүргэх станц эсвэл дахин дүүргэх,
– дахин боловсруулалтыг хялбар болгохын тулд дахин боловсруулсан хуванцар (PCR) болон моно материалын загварыг ашиглах,
– дахин боловсруулах процесст нийцсэн шошго болон бэх,
– хүүхдийн аюулгүй байдлыг онцгойлон анхаарч, аюулгүй, биологийн задралд орох боломжтой усанд уусдаг хальстай угаалгын нунтаг капсулууд.
Мөн загвар нь "яг зөв тунг" харгалзан үзсэн. Хэтэрхий анхилуун үнэртэй эсвэл хэт хөөсөрсөн бүтээгдэхүүнүүд нь хэт их хэрэглээг өдөөж, зайлахад ус үрдэг.
8. Биологийн задралын туршилт ба амьдралын мөчлөгийн үнэлгээ (LCA)
"Байгальд ээлтэй" гэсэн мэдэгдэл нь зөвхөн маркетингийн заль мэх биш гэдгийг баталгаажуулахын тулд үйлдвэрлэгчид туршилтын стандартыг хэрэгжүүлдэг:
– аэроб/агааргүй биологийн задрал,
- усны организмд үзүүлэх экологийн хоруу чанар,
– Амьдралын мөчлөгийн үнэлгээ (LCA)-аар дамжуулан нүүрстөрөгчийн ул мөр болон усны хэрэглээ.
LCA нь түүхий эд, үйлдвэрлэл, түгээлт, хэрэглээ (угаалгын үе шат), сав баглаа боодлын хаягдлын нөлөөллийг үнэлдэг. Сонирхолтой нь, ус халаах эрчим хүчний зарцуулалтаас шалтгаалан хэрэглээний үе шат нь ихэвчлэн хамгийн том хувь нэмэр оруулдаг. Тиймээс бага температурт үр дүнтэй, угаахад хялбар угаалгын нунтаг нь LCA-д ихэвчлэн давуу талтай байдаг.
9. Бэрхшээлүүд ба ирээдүйн чиглэлүүд
Технологийн дэвшил гарсан ч хэд хэдэн бэрхшээл байсаар байна. Ногоон гадаргуугийн идэвхт бодис болон угсрагч нь боломжийн үнэтэй, хадгалалтын явцад тогтвортой, олон төрлийн усны нөхцөлд (зөөлөн/хатуу) болон толбоны төрлүүдэд үр дүнтэй байх ёстой. Био гадаргуугийн идэвхт бодисууд нь үр ашигтай үйлдвэрлэлийн цар хүрээ, тогтвортой хангамжийн сүлжээг шаарддаг. Цаашилбал, дүрэм журам, эко шошгоны стандартууд нь улс орнуудад харилцан адилгүй байдаг тул үйлдвэрлэгчид найрлагаа өөрчлөхийг шаарддаг.
Ирээдүйд ирээдүйтэй инновацид дараахь зүйлс орно.
– биомассын хаягдлаас гаргаж авсан түүхий эд (жишээ нь: ашигласан хүнсний тос эсвэл хөдөө аж ахуйн үлдэгдэл),
– био гадаргуугийн идэвхт бодис болон нэмэлтүүдийн илүү эрчим хүчний хэмнэлттэй био процессууд,
– өндөр гүйцэтгэлтэй (бага боловч илүү сайн), бага материалын найрлагатай,
– Жор болон үйлдвэрлэлийн процессыг оновчтой болгохын тулд хиймэл оюун ухаан болон өгөгдлийн интеграци,
– сав баглаа боодлын хэрэглээг багасгахын тулд дахин дүүргэлт болон баяжмал дээр суурилсан түгээлтийн систем.
Дүгнэлт
Байгаль орчинд ээлтэй угаалгын нунтаг үйлдвэрлэх технологи нь материалын шинэчлэл (сэргээгдэх гадаргуугийн идэвхт бодис, фосфатгүй үүсгэгч, фермент), үйлдвэрлэлийн процессыг сайжруулах (эрчим хүчний хэмнэлт, бөөгнөрөл, баяжмал), сав баглаа боодлын дизайн, био задрал болон LCA туршилтаар дамжуулан шинжлэх ухааны үнэлгээний хослол юм. Эцсийн зорилго нь угаалгын нунтагыг "илүү ногоон" болгохоос гадна үр дүнтэй, аюулгүй, нөөцийн хэмнэлттэй цэвэрлэгээний үндсэн үүргийг нь золиослохгүйгээр байгаль орчинд үзүүлэх нөлөөллийг мэдэгдэхүйц бууруулах явдал юм. Судалгаа, зохих журмын дэмжлэг, тун болон угаалгын температурыг ашиглах талаархи ухаалаг хэрэглэгчийн зан төлөвийн тусламжтайгаар угаалгын нунтаг нь өдөр тутмын бүтээгдэхүүнд ногоон технологийг хэрэгжүүлэх амжилттай жишээ болж чадна.
