LLU inženieri eksperimentē un graudu kaltēšanā pielieto ozonu

Graudu kaltēšanas tehnoloģiskā procesa pilnveidošanai Latvijas Lauksaimniecības universitāte (LLU) un sadarbības partneri - Latvijas Universitātes Cietvielu fizikas institūts, SIA Ozone Tech un zemnieku saimniecība “Mazkalniņi” - turpina projekta “Tehnoloģijas izstrāde graudu kaltēšanai ar aktīvo vēdināšanu, pielietojot ozonu” izstrādi. Projekta zinātniskais vadītājs, LLU Tehniskās fakultātes Ulbrokas zinātnes centra vadošais pētnieks Ādolfs Ruciņš.

Paredzams, ka ozona pielietošana ļaus saīsināt kaltēšanas laiku, kā arī nodrošināt graudu kvalitāti to glabāšanas laikā. Projekta mērķis ir izstrādāt un pārbaudīt tehnoloģiju ražošanas apstākļos.

Lai noskaidrotu ozona pielietošanas iespējas saimniecības apstākļos, projekta ietvaros 2019 - 2020. gadu labības novākšanas sezonas laikā saimniecības apstākļos tika pārbaudīta aktīvās vēdināšanas tehnoloģija, vēdināšanas gaisam pievienojot ozonu.Eksperimentos laboratorijā vairāki pētnieki pierādījuši, ka aktīvās vēdināšanas procesu var intensificēt, ventilatora padotajam gaisam pievienojot ozonu. Šādi eksperimenti veikti arī LLU Tehniskajā fakultātē. Ozons veicina graudu mitruma atdevi, tādējādi ļaujot saīsināt vēdināšanas laiku un samazināt elektroenerģijas patēriņu. Ozona ķīmiskā formula ir O3, tāpēc tiek izmantotas ozona kā spēcīga oksidanta īpašības. Ozons pats sadalās 30 minūtēs, pārvēršoties par skābekli. Iegūšanai tiek izmantoti ozona ģeneratori, kuru darbības pamatā ir elektriskā koronizlāde. Jaudas un gabarīti var būt dažādi, bet mūsu gadījumā abu ozonatoru jauda nepārsniedz 2 kW un tos ērti transportēt. Taču Latvijā līdz šim netika veikti eksperimenti par ozona pielietošanu graudu vēdināšanā saimniecības apstākļos – vēdinot tvertnēs vairākus metrus biezu graudu slāni.

Eksperimentiem tika izmantotas saimniecības graudu pirmapstrādes punktā (skatīt attēlu) uzstādītas divas vienādas tvertnes (7). Katrai tvertnei ar lokanu cauruli pievienots ventilators (5) ar ražīgumu 7000 m3/h, darba rata ātrumu 2800 apgr./min un motora jaudu 4,0 kW, blakus vienas tvertnes ventilatoram uzstādīti divi ozona ģeneratori (11) ar kopējo ražīgumu 200 g/h ozona, lai nodrošinātu ozona padevi vēdināšanas gaisā. Ventilatori tika darbināti, ja āra gaisa relatīvais mitrums mazāks par 75%. Katram ventilatoram un ozona ģeneratoram nodrošināta atsevišķa patērētās elektroenerģijas uzskaite.

Vēdināšanas režīmu kontroli nodrošina sensoru sistēma. Tā paredzēta gaisa mitruma graudu starptelpā telpā (RH, %), temperatūras (T,0C) un ozona koncentrācijas (O3, ppm) reģistrācijai un pārraidīšanai datoram, kur šos parametrus var nolasīt tiešsaistē vai aplūkot attālināti. Sensoru sistēmā ietilpst tvertnes centrā uzstādīta piekare ar tai ik pa metram pievienotām kārbām (sistēmā ietilpst 2x5 kārbas) ar sensoriem un pārveidotājs – raidītājs, kas sensoru reģistrētos datus nodod datoram. Katrā ozona tvertnē esošajā kārbā ievietots mitruma sensors RH, temperatūras sensors T0 un ozona koncentrācijas sensors O3, tvertnē bez ozona padeves esošajās kārbās - mitruma sensors RH un temperatūras sensors T0. Sistēmai pieslēgti arī atsevišķi uzstādītie āra gaisa mitruma un temperatūras sensori. Sensoru sistēma ir īpaši svarīga, lai ražošanas apstākļos varētu kontrolēt graudu temperatūru pa slāņiem pie augsta graudu sākotnējā mitruma - virs 20-21%. Paralēli sensoru sistēmai graudu vēdināšanas un glabāšanas režīmi periodiski tiek kontrolēti ar rokas instrumentiem.

2019.g gadā eksperimenti veikti ar 5,1m augstu graudu slāni, aptuvena graudu masa katrā tvertnē 17,4 t, sākotnējais graudu mitrums 23%, kopējais vēdināšanas ilgums 28 dienas (136 stundas). Pirmās nedēļas laikā konstatēta intensīva mitruma samazināšanās apakšējā slānī, pēc tam arī otrajā slānī no apakšas. Temperatūra pa slāņiem mainījās robežās 15-260 C, augstāka tā bija augšējos slāņos. Ozona koncentrācija visaugstākā bija apakšējā slānī, samazinājās otrajā un trešajā slānī, ceturtajā un piektajā slānī bija niecīga. Otrās nedēļas beigās tvertņu augšā un 1,5 m dziļumā no augšas graudu mitrums samazinājies maz – līdz 17,5% ozona tvertnē un 18,5% tvertnē bez ozona, sākusies graudu kaltēšana trešajā slānī no apakšas, tajā pašā laikā tvertņu apakšdaļā graudi pārkaltēti – mitrums 11%. Procesa intensificēšanai tika nolemts graudu slāņa augstumu tvertnēs samazināt aptuveni uz pusi, daļu sausāko graudu no tvertņu apakšas izlaižot un nogādājot realizācijai ar vidējo mitrumu 17,5%. Turpinot vēdināšanu atlikušajiem graudiem - aptuveni ½ tvertņu tilpuma, nākamajās dienās salīdzinoši strauji samazinājās graudu mitrums tvertņu apakšējos slāņos, tvertņu augšā mazāk. Aptuveni pēc nedēļas tvertņu apakšdaļā graudu mitrums jau bija 11-12%, tāpēc vēdināšana tika pārtraukta un graudi nogādāti realizācijai ar vidējo mitrumu 15,2%.

Vērtējot 2019. gadā veikto eksperimentu rezultātus, tika konstatēts, ka ozona pielietošana īsā vēdināšanas ciklā (2-3 dienas) ļauj graudu mitrumu līdz 3m augstā slānī samazināt par 1%, salīdzinot ar āra gaisa vēdināšanu bez ozona. Tāpat arī konstatēts, ka izmantojot saimniecībā uzstādītos ventilatorus, 2020. gada eksperimenti tika turpināti ar 3m augstu graudu slāni, jo augstāku slāņu vēdināšana ir nepietiekoši efektīva. Noskaidrots arī, ka izveidotā un tvertnēs uzstādītā sensoru sistēma strādāja atbilstoši prasībām, un tā izmantojama kaltēšanas procesa monitoringam un datu uzkrāšanai arī 2020. gadā.

Ņemot vēra 2019. gada rezultātus, 2020. gadā eksperimenti veikti ar aptuveni 3,2m augstu graudu slāni, aptuvenā graudu masa katrā tvertnē 10.8t, sākotnējais graudu mitrums 23,5%, kopējais vēdināšanas ilgums 22 dienas. Līdzīgi kā 2019. gadā, tvertņu dažādos slāņos graudu mitrums mainījies dažādi - tvertņu apakšā jau pēc vienas dienas vēdināšanas graudi ir sasnieguši kondīcijas mitrumu, turklāt tvertnē ar ozona padevi mitrums ir par 1% zemāks. Turpmākajā vēdināšanas gaitā graudi tvertņu apakšā tiek pārkaltēti - līdzīgi kā konstatēts 2019. gadā. Nākamajā slānī ozona iedarbība redzama piecas dienas pēc vēdināšanas uzsākšanas, kad graudu mitrums ozona tvertnē ir par 3% mazāks nekā tvertnē bez ozona padeves. Graudu ozonēšanas efekts šajā slānī redzams arī turpmākajā kaltēšanas gaitā, taču, graudiem kļūstot sausākiem, tas pakāpeniski samazinās. Pēc trīs nedēļu ilgas vēdināšanas graudu mitrums šajā slānī ozona tvertnē ir tikai par 0,5% mazāks nekā tvertnē bez ozona padeves un graudi arī otrajā slāni no apakšas tiek pārkaltēti. Savukārt slānī 2m no tvertnes apakšas ozona iedarbība konstatējama 12 dienas pēc vēdināšanas uzsākšanas, kad graudu mitrums tvertnē ar ozona padevi ir par 1% mazāks, neliela mitruma starpība saglabājas līdz kaltēšanas perioda beigām. Savukārt tvertnes augšā ozona iedarbība nav konstatējama - abās tvertnēs graudu mitrums ir vienāds un 22 dienu laikā ir samazinājies par 5,5%.

Kopsavilkums, vērtējot 2019. un 2020. gada veiktos eksperimentus:

• ozona aktīva piesaiste mitros graudos (22-25%) notiek vēdināšanas sākumā un apakšējos graudu slāņos, līdz ar graudu mitruma samazināšanos un slāņa biezuma palielināšanos krītas arī ozona pielietošanas efekts;
• pēc sešu dienu vēdināšanas ar ozona koncentrāciju 28 mg ozona/m3 gaisa un iepriekš minētajiem vēdināšanas parametriem metru biezā graudu slānī mitrums ir par 3% zemāks nekā graudiem bez ozona piedevas vēdināšanas gaisā, kondīcijas mitrums metru biezā slānī ar ozona piedevu tiek sasniegts par 3 dienām ātrāk nekā bez ozona;
• divu metru biezā slānī graudu mitrums pazeminās ievērojami lēnāk un ozona pielietošanas efekts ir mazāks, pēc 12 dienu vēdināšanas tas ir 18% graudiem ar ozona piedevu vēdināšanas gaisā un 19% bez ozona;

Apkopojot iepriekš minēto, var secināt, ka ozonu ar iepriekš minētajiem vēdināšanas parametriem lietderīgi pielietot graudu aktīvajā vēdināšanā ar slāņa biezumu līdz 1.5m, maksimāli 2m. Tā kā vertikālās tvertnēs nav racionāli vēdināt 1 – 2m biezu graudu slāni, ozona pielietošana varētu būt lietderīga uz grīdas izvietotās aktīvās vēdināšanas ierīcēs.

Konstatēts, ka, izmantojot āra gaisa aktīvo vēdināšanu, var sagatavot Ekstra kvalitātes pārtikas graudus, mitrumu pazeminot par 7,5-8,0%. Ozona pielietošana uzlabo arī graudu mikrobioloģiskos rādītājus glabāšanas laikā.

Projekts tiek īstenots Eiropas Lauksaimniecības fonda lauku attīstībai Latvijas Lauku attīstības programmas 2014. – 2020. gadam pasākuma ”Sadarbība” 16.2. apakšpasākuma “Atbalsts jaunu produktu, metožu, procesu un tehnoloģiju izstrādei” ietvaros. Projektu atbalsta Lauku Atbalsta dienests un Zemkopības ministrija.

Raksta autors: LLU Tehniskās fakultātes Ulbrokas zinātnes centra vadošais pētnieks Ādolfs Ruciņš.

Attēlā: Graudu pirmapstrādes punkta ar eksperimentālo aprīkojumu shēma (plāns). 1. Graudu pieņemšanas bedre; 2. Slīpais transportieris; 3. Norija; 4. Ozona ģenerators; 5. Ventilatori; 6. Priekšattīrītājs; 7. Ventilējamās tvertnes; 8. Caurules graudu sadalīšanai uz tvertnēm; 9. Caurule graudu iekraušanai transportā; 10. Gaisa filtrs; 11. Ozona ģenerators.