一種膜蒸餾-納濾/反滲透組合工藝作為高濃度發(fā)酵廢液有用組分回收與廢水凈化的方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于廢水資源化技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種膜蒸餾-納濾/反滲透組合工藝用于發(fā)酵廢液有用組分回收與廢水凈化的方法，具體步驟：(1)將酵母生產(chǎn)中的發(fā)酵廢液從料液罐中抽取并加熱，送入膜蒸餾單元熱側(cè)，通過膜冷側(cè)循環(huán)水冷卻作用，使熱側(cè)水蒸氣跨膜進入冷水側(cè)；熱側(cè)發(fā)酵廢液失水后體積減小，廢液中蛋白質(zhì)及其他有用組分(磷、鉀、鐵、鎂等)得到富集濃縮，可作為生產(chǎn)單細胞蛋白原料；(2)將膜蒸餾產(chǎn)水送入納濾/反滲透單元，通過膜組件高效截留，獲得優(yōu)質(zhì)的凈化水；反滲透單元濃水循環(huán)至原發(fā)酵廢液貯罐，按步驟(1)重新濃縮處理。本發(fā)明可以實現(xiàn)酵母廢液的資源化利用，同時具有能耗低、占地小、操作簡便、易于自動化控制等優(yōu)點。
【專利說明】
一種膜蒸餾-納濾/反滲透組合工藝作為高濃度發(fā)酵廢液 有用組分回收與廢水凈化的方法 一、
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于高濃度有機廢液資源化利用技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種使用膜蒸餾-納濾/ 反滲透組合工藝用于食品酵母生產(chǎn)過程中高濃度發(fā)酵廢液的有用組分回收與廢水凈化的 方法。 二、
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，中國食品酵母生產(chǎn)行業(yè)保持較高的發(fā)展勢頭。僅2011年，酵母總產(chǎn)量就 已經(jīng)達到27萬噸，年增長率約為12. 5%。酵母生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高濃度發(fā)酵廢液主要成分 為酵母蛋白及維生素、營養(yǎng)元素、微量元素等菌體代謝產(chǎn)物，具有高C0D、高無機鹽和高色度 等特點，是一種處理難度較大的高濃度有機廢水。然而從另一方面來看，食品酵母發(fā)酵廢液 中的大部分組分均具有資源化利用價值，若直接作為廢液處理，將造成資源的極大浪費。
[0003] 目前，用于食品酵母生產(chǎn)過程中高濃度發(fā)酵廢液處理的常用方法有多效蒸發(fā)、減 壓蒸發(fā)等傳統(tǒng)蒸發(fā)技術(shù)和活性污泥法后續(xù)生物處理技術(shù)等。然而，這些處理技術(shù)存在以下 問題：1)傳統(tǒng)的各種蒸發(fā)工藝均需要較高的操作溫度或負壓條件，能耗很大；2)生物處理 方法普遍存在運行周期長、出水水質(zhì)波動大問題，且難以使發(fā)酵廢液中的有用組分得到資 源化利用；3)單純蒸發(fā)工藝或生物處理工藝都難以使出水水質(zhì)滿足直接排放要求。
[0004] 膜蒸餾是一種新興的膜分離技術(shù)，是以疏水膜兩側(cè)不同溫度溶液的蒸汽壓力差為 推動力的一種分離過程。膜蒸餾過程可在常壓下進行，膜兩側(cè)的溫度差通?？刂圃?0~ 50Γ之間，具有裝置簡單、操作方便、能耗相對較低等優(yōu)點，主要用于海水淡化、苦咸水脫鹽 等領(lǐng)域，也可用于高濃度有機廢液的濃縮處理，是可在溶液中分離出晶體的膜分離過程。對 于食品酵母生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高濃度發(fā)酵廢液，由于其中含有部分易揮發(fā)性的有機物，因 此膜蒸餾出水中仍會含有一定濃度的有機物，需要采用納濾/反滲透膜分離處理單元進行 深度凈化。在此背景下，提出了本發(fā)明技術(shù)內(nèi)容。 三、

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明提出了一種使用膜蒸餾-納濾/反滲透組合工藝用于食品酵母生產(chǎn)過程中 高濃度發(fā)酵廢液的有用組分回收與廢水凈化的方法，既能解決因高濃度食品酵母發(fā)酵廢液 排放而產(chǎn)生的環(huán)境污染問題，又可回收發(fā)酵廢液中的酵母蛋白和其它營養(yǎng)組分，同時還能 獲得水質(zhì)優(yōu)良的再生水，基本實現(xiàn)了食品酵母生產(chǎn)廢液的全部資源化利用。本方明提出的 技術(shù)方法具有能耗低、占地小、操作簡便、易于自動化控制等優(yōu)點。
[0006] 為實現(xiàn)本發(fā)明的目的，本發(fā)明提供了如下的具體操作方法和步驟：（1)將食品酵 母生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高濃度發(fā)酵廢液從料液罐中抽取并加熱后，送入膜蒸餾處理單元的熱 偵牝在膜的冷側(cè)通過循環(huán)水的冷卻作用，使熱側(cè)形成的水蒸氣跨膜進入冷水側(cè)；熱側(cè)的高濃 度發(fā)酵廢液在失水后體積大幅度減小，廢液中的蛋白質(zhì)及其他有用組分（磷、鉀、鐵、鎂等） 得到富集濃縮，可作為生產(chǎn)單細胞蛋白的原料進行后續(xù)的資源化利用；（2)將冷側(cè)收集得 到的膜蒸餾產(chǎn)水送入納濾/反滲透凈化單元，利用膜組件的高效截留作用，獲得優(yōu)質(zhì)的凈 化水；納濾/反滲透凈化單元產(chǎn)生的濃水循環(huán)至原發(fā)酵廢液貯罐，按照步驟（1)的方法重新 進行濃縮處理。
[0007] 本技術(shù)發(fā)明中，高濃度發(fā)酵廢液有用組分的富集濃縮采用膜蒸餾處理單元，膜蒸 餾裝置可采用直接接觸式膜蒸餾或真空膜蒸餾等不同型式。
[0008] 本技術(shù)發(fā)明中，所述膜蒸餾處理單元中的膜組件可以采用平板式膜組件、中空纖 維式膜組件等不同型式，其中優(yōu)選中空纖維膜組件。
[0009] 本技術(shù)發(fā)明中，所述膜蒸餾處理單元中的膜組件需選用疏水性膜材料，如聚丙烯 膜、聚偏氟乙烯等不同類型。
[0010] 本技術(shù)發(fā)明中，所述膜蒸餾處理單元中所用膜的平均孔徑應(yīng)介于〇. 2~0. 6 μ m之 間。
[0011] 本技術(shù)發(fā)明中，所述膜蒸餾處理單元運行時熱側(cè)溫度應(yīng)控制在55~70°C，冷側(cè)溫 度應(yīng)控制在15~30°C。
[0012] 本技術(shù)發(fā)明中，所述膜蒸餾處理單元運行時，疏水膜兩側(cè)料液流速應(yīng)控制不小于 2.0L/min〇
[0013] 本技術(shù)發(fā)明中，膜蒸餾處理單元冷側(cè)收集的膜蒸餾產(chǎn)水的深度凈化技術(shù)，根據(jù)回 用水水質(zhì)的不同要求，可以采用納濾膜分離工藝、反滲透膜分離工藝、或納濾-反滲透組合 膜分離工藝。
[0014] 本技術(shù)發(fā)明中，納濾和反滲透膜組件可以采用平板式、卷式或中空纖維式等不同 型式。
[0015] 本技術(shù)發(fā)明中，納濾和反滲透應(yīng)采用親水性的膜材料，如聚酰胺、聚砜等不同類 型。
[0016] 本技術(shù)發(fā)明中，納濾操作壓力應(yīng)不小于0· 5Mpa，反滲透操作壓力應(yīng)不小于 l.OMpa。納濾和反滲透的運行溫度為常溫。
[0017] 本技術(shù)發(fā)明中，納濾/反滲透凈化單元產(chǎn)生的濃水循環(huán)至原發(fā)酵廢液貯罐，重新 進行濃縮處理，因此整個處理系統(tǒng)基本無廢液排出。 四、
【附圖說明】
[0018] 圖1是膜蒸餾-納濾裝置流程圖。
[0019] 圖2是膜蒸餾-納濾/反滲透裝置流程圖。 五、
【具體實施方式】
[0020] 實施例一：膜蒸餾-納濾組合工藝用于食品酵母生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的高濃度發(fā)酵廢 液的有用組分回收與廢水凈化的方法。利用本方法處理某酵母生產(chǎn)廠家的發(fā)酵廢液，其水 質(zhì)主要指標(biāo)如下： 表1某酵母生產(chǎn)廠家發(fā)酵廢液的水質(zhì)情況
[0021] 采用中空纖維式膜組件。首先，將發(fā)酵廢液從料液罐中用栗抽出經(jīng)水浴鍋加熱至 65~70°C，然后送入膜蒸餾處理單元熱側(cè)循環(huán)，同時冷卻水溫度穩(wěn)定在30°C左右進行冷側(cè) 循環(huán)。運行21h后，原料液體積被濃縮8. 3倍，蛋白質(zhì)濃度被濃縮6. 9倍，可作為粗蛋白進 行資源化利用。
[0022] 膜蒸餾冷側(cè)出水收集進入出水罐蓄集，此時冷側(cè)產(chǎn)水C0D濃度降至1300mg/L。膜 蒸餾裝置的產(chǎn)水由加壓隔膜栗抽取進入納濾膜分離裝置，滲透液經(jīng)納濾后進入納濾出水 罐。濃液回流入膜蒸餾進水罐。納濾處理后出水C0D濃度降為200mg/L左右。
[0023] 實施實例二：膜蒸餾-納濾-反滲透組合工藝作為高濃度食品酵母生產(chǎn)廢液有用 組分回收與廢水凈化的方法。
[0024] 酵母生產(chǎn)廢液C0D濃度為59000~65000mg/L，發(fā)酵廢液從料液罐中用栗抽出經(jīng)水 浴鍋加熱至65~70°C，然后送入膜蒸餾處理單元熱側(cè)進行循環(huán)；同時，冷側(cè)循環(huán)水溫度穩(wěn) 定在30°C左右。運行13h時，原料液體積被濃縮3. 9倍，蛋白質(zhì)濃度被濃縮3. 6倍。膜蒸餾 裝置產(chǎn)水由加壓隔膜栗抽取先后加壓進入納濾、反滲透膜分離裝置，膜分離處理單元的產(chǎn) 水進入清水罐，產(chǎn)水C0D濃度可降至20mg/L以下。反滲透濃液回流至膜蒸餾進水罐進行循 環(huán)處理。
【主權(quán)項】
1. 一種使用膜蒸餾-納濾/反滲透組合工藝作為食品酵母生產(chǎn)過程中高濃度發(fā)酵廢液 的有用組分回收與廢水凈化的方法，其特征在于利用膜蒸餾裝置來濃縮減少高濃度發(fā)酵廢 液的體積，同時富集回收高濃度發(fā)酵廢液的蛋白質(zhì)及其他有用組分；利用納濾/反滲透膜 分離裝置來凈化膜蒸餾的產(chǎn)水，獲得不同水質(zhì)要求的回用水；納濾/反滲透膜分離單元產(chǎn) 生的濃水應(yīng)循環(huán)至原高濃度發(fā)酵廢液貯罐，重新經(jīng)過膜蒸餾單元進行濃縮處理。2. 如權(quán)利要求1所述的食品酵母生產(chǎn)過程中高濃度發(fā)酵廢液的有用組分回收與廢水 凈化方法，所回收的有用組分主要是指高濃度發(fā)酵廢液中的蛋白質(zhì)及其他有用組分（P、K、 Fe、Mg等），通過膜蒸餾裝置使得高濃度發(fā)酵廢液中的有用物質(zhì)得到富集濃縮，可作為生產(chǎn) 單細胞蛋白的原料進行后續(xù)的資源化利用。3. 如權(quán)利要求1所述的食品酵母生產(chǎn)過程中高濃度發(fā)酵廢液的有用組分回收與廢水 凈化方法，是根據(jù)膜蒸餾處理單元中疏水膜能有效攔截水溶液，允許水分子以氣態(tài)通過疏 水膜的特點，來實現(xiàn)對高濃度發(fā)酵廢液中有用組分的分離濃縮，所采用的疏水膜材料可為 聚丙烯膜、聚偏氟乙烯等不同類型。4. 如權(quán)利要求1所述的食品酵母生產(chǎn)過程中高濃度發(fā)酵廢液的有用組分回收與廢水 凈化方法中，膜蒸餾裝置可采用直接接觸式膜蒸餾或真空膜蒸餾等不同形式；膜組件可采 用板式膜、中空纖維膜等不同類型。5. 如權(quán)利要求1所述的食品酵母生產(chǎn)過程中高濃度發(fā)酵廢液的有用組分回收與廢水 凈化方法，膜蒸餾裝置中所選擇的疏水膜的平均孔徑應(yīng)介于0. 2~0. 6 μ m之間。6. 如權(quán)利要求1所述的食品酵母生產(chǎn)過程中高濃度發(fā)酵廢液的有用組分回收與廢水 凈化方法，膜蒸餾裝置在料液側(cè)與產(chǎn)水側(cè)分別設(shè)置了恒溫加熱裝置與降溫裝置，高濃度發(fā) 酵廢液原料液罐及管路均外包保溫棉，保持料液溫度。其中，控制膜蒸餾熱側(cè)溫度在55~ 70°C之間，冷側(cè)溫度控制在15~30°C之間。7. 如權(quán)利要求1所述的食品酵母生產(chǎn)過程中高濃度發(fā)酵廢液的有用組分回收與廢水 凈化方法，膜蒸餾裝置運行時疏水膜兩側(cè)液體流速應(yīng)控制為不小于2. OL/min。8. 如權(quán)利要求1所述的食品酵母生產(chǎn)過程中高濃度發(fā)酵廢液的有用組分回收與廢水 凈化方法中，針對膜蒸餾裝置的冷凝產(chǎn)水，可以根據(jù)回用水水質(zhì)的不同要求，分別采用納濾 膜分離工藝、反滲透膜分離工藝、或納濾-反滲透組合膜分離工藝。9. 如權(quán)利要求1和權(quán)利要求8所述的方法中，納濾/反滲透膜分離裝置中的膜組件可 以采用板式膜、卷式膜、中空纖維膜等不同類型。10. 如權(quán)利要求1和權(quán)利要求8所述的方法中，納濾/反滲透膜分離裝置中所采用的納 濾或反滲透膜應(yīng)為親水性膜材料，包括聚酰胺、聚砜等不同種類。納濾膜可采用傳統(tǒng)的軟化 膜或高通量納濾膜；反滲透膜可采用復(fù)合型反滲透膜，其中優(yōu)選超低壓反滲透膜。11. 如權(quán)利要求1和權(quán)利要求8所述的方法中，納濾/反滲透膜分離裝置的運行溫度條 件為常溫；納濾膜分離單元的操作壓力應(yīng)不小于〇. 5Mpa，反滲透膜分離單元的操作壓力不 小于 1.0 Mpa。12. 如權(quán)利要求1和權(quán)利要求8所述的方法中，納濾/反滲透膜分離裝置中所產(chǎn)生的濃 水，應(yīng)循環(huán)回流至原高濃度發(fā)酵廢液貯罐，重新經(jīng)過膜蒸餾單元進行濃縮處理，基本實現(xiàn)高 濃度發(fā)酵廢的全部資源化利用。
【文檔編號】C02F9/10GK105884104SQ201410758043
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月12日
【發(fā)明人】張立秋, 康昀, 曲丹, 程翔, 封莉
【申請人】北京林業(yè)大學(xué)