專利名稱：含生物固體水流的處理方法
相關美國申請本申請是1998年5月28日遞交的美國專利申請系列號09/086,048的后續(xù)部分。
背景技術：
這類生物固體由帶表面電荷的顆粒組成。一般地說，這種顆粒在堿性或中性pH值時帶陰離子表面電荷。表面電荷產生顆粒之間的推斥力使顆粒保持分開。對于膠粒尺寸的個體顆粒，如蛋白質，重力不足以使它們從水懸浮液中沉淀下來。簡單的分離方法，如過濾，無法分離這種蛋白質固體，因為它們會堵塞濾網或能通過濾網。因此，使蛋白質的分離回收率低和/或廢水流的排放不符合環(huán)保要求。
從食品加工水流中除去蛋白質、碳水化合物、脂肪與油以及其它生物污染物的技術是已知的。一種常用的方法是通過用金屬鹽，特別是鐵鹽和/或鋁鹽以及陰離子聚合物的絮凝化作用把蛋白質、脂肪和油從水流中分離出來。由于動物飼料中常采用回收的蛋白質、碳水化合物、脂肪和油，所以當用金屬鹽來分離生物固體時存在衛(wèi)生問題。問題在于回收的生物固體中所含高含量金屬鹽，會積聚在食用它們的動物組織中，而這類組織繼后又被人類食用。動物營養(yǎng)學家也擔心金屬鹽會與飼料中的磷結合從而降低營養(yǎng)價值。食品加工工業(yè)試圖找到另一種方法，來代替用金屬鹽從水流中分離蛋白質、碳水化合物、脂肪與油。
雖然業(yè)已公開過不需用金屬鹽就能澄清來自食品加工廠的水流，并從中分離出生物固體的若干種方法，但其缺點是每一種都只能用高成本材料和長反應時間才足以澄清這種水流。本發(fā)明提供一種經濟而有效的方法來澄清食品加工水流，并分離與回收隨后能商業(yè)利用的蛋白質。
發(fā)明概述本發(fā)明提供一種方法，例如用來澄清包含生物固體的水流，該方法包含讓一種包含生物固體的水流與有效量的下列物質接觸(a)陰離子無機膠體；和(b)有機聚合物，其中，所述有機聚合物選自陽離子聚合物、兩性聚合物以及它們的混合物，而且其數(shù)均分子量大于1,000,000；從而形成絮凝化生物固體。
如果希望，可以讓這種水流與一種酸接觸，以使該水流的pH值降到7以下。在本發(fā)明的一個具體實施方案中，讓水流同時接觸陰離子無機膠體和酸以降低pH值。然后有機聚合物與該水流接觸使生物固體絮凝化，這樣就可以將絮凝化的生物固體從水流中分離出來。
生物固體一般因表面電荷效應而懸浮在水流中。表面電荷取決于pH值。本發(fā)明還提供一種方法，包括讓含有帶表面負電荷位點的生物固體的水流與有效量的下列物質接觸(a)第一有機聚合物，其中所述第一有機聚合物是陽離子聚合物，目的是降低生物固體上的表面負電荷位點的數(shù)目，從而使生物固體至少帶一些陽離子位點；(b)陰離子無機膠體；以及(c)第二有機聚合物，其中所述第二有機聚合物選自陽離子聚合物和兩性聚合物以及它們的混合物；從而形成絮凝化生物固體。此外，當陰離子無機膠體是二氧化硅基膠體時，所述第二有機聚合物可選自下列一組陽離子聚合物、陰離子聚合物和兩性聚合物，以及它們的混合物。
發(fā)明詳述許多加工廠產生包含蛋白質、碳水化合物、脂肪與油之類的生物固體的水流，這種水流必須經處理以分出有潛在價值的生物固體和/或然后再從工廠中排放出去。這種水流常常是食品加工廠產生的，其固體含量約為0.01～5重量％。本發(fā)明提供一種澄清這類水流的方法，該方法中使固體絮凝化，并可以從中分離出生物固體，后者隨后又可用來作動物飼料等。
如本文所定義，絮凝化是指從包含生物固體的水流中分離出懸浮的生物固體，其中原先懸浮的生物固體變?yōu)榫奂w并分開處于水流的面上或底部。絮凝化作用產生絮凝化物質，如果需要，可以用物理方法將其從水流中分離出來。本發(fā)明中，希望絮凝物質的尺寸盡可能大，使之有助于將其從水流中分離出去。材料水流本發(fā)明的方法中，要進行處理的水流可以來自任何產生包含生物固體的水流的加工廠，例如食品加工廠。例如，動物屠宰和動物加工廠以及其它食品加工廠可能產生包含蛋白質、脂肪和油的水流。動物屠宰場和加工廠包括屠宰或加工牛、豬、禽類和海鮮的工廠。其它食品加工廠包括蔬菜、糧食和奶制品加工廠，例如，加工大豆、稻米、大麥、奶酪和乳漿的工廠；淀粉與糧食的水磨廠； 以及釀酒廠。來自這些工藝的水流中所存在的生物固體，除蛋白質、脂肪和油之外，還可能包括糖、淀粉和其它碳水化合物。例如，在大豆加工中，蛋白質被萃取進水流，隨后又從中回收出來。本發(fā)明對于處理來自于動物加工的水流，尤其是處理來自禽類加工的水流特別有用。
雖然本發(fā)明適用于產生生物固體水懸浮液的傳統(tǒng)食品加工操作，但應理解，本發(fā)明也適用于處理來自食物(動物與蔬菜)加工、但可能具有非食品最終用途的生物固體水懸浮液。例如，經過分離與回收，蛋白質可用于某些化裝品和其它護膚用品配方中；淀粉有許多種非食品用途，包括用于造紙在內。更進一步，本發(fā)明普遍適用于處理任何包含生物固體的水流，它們可能來自于非食品加工操作。而且，雖然如以上所公開，生物固體一般是懸浮在主要含水加工液流中的，但也有相當濃度的生物固體可以溶于水流中，這取決于水流或生物固體的性質，如pH值、鹽度或其它參數(shù)。陰離子無機膠體適用于本發(fā)明方法中的陰離子無機膠體可以包括二氧化硅基和非二氧化硅基陰離子無機膠體以及它們的混合物。二氧化硅基陰離子無機膠體包括(但不限于)膠體二氧化硅、鋁改性膠體二氧化硅、聚硅酸鹽微凝膠、聚硅鋁酸鹽微凝膠、聚硅酸和聚硅酸微凝膠，以及它們的混合物。非二氧化硅基陰離子無機膠體包括粘土、特別是膠體膨潤土。其它非二氧化硅基陰離子無機膠體包括膠體硫酸錫和硫酸氧鈦。
用于本發(fā)明的陰離子無機膠體，可以是含有約2～60重量％SiO2，優(yōu)選約4～30重量％SiO2的膠態(tài)硅溶膠形式。這種膠體含有帶至少一層硅鋁酸鹽表面層的顆粒，或者也可以是鋁改性的硅溶膠。溶膠中的膠體二氧化硅顆粒，其比表面積一般為50～1000m2/g,更優(yōu)選約200～1000 m2/g,非常優(yōu)選比表面積為約300～700 m2/g。硅溶膠可以用堿穩(wěn)定化，SiO2∶M2O的摩爾比為10∶1～300∶1，優(yōu)選15∶1～100∶1(M為Na,K,Li和NH4)。膠體顆粒的粒度小于60nm，平均粒度小于20nm，最優(yōu)選平均粒度為約1nm～10nm。
微凝膠與膠體二氧化硅的區(qū)別在于微凝膠顆粒的比表面積通常為1000 m2/g或更大，且微凝膠是由1～2 nm的小直徑二氧化硅顆粒彼此連接成鏈和三維網絡組成的。聚硅酸鹽微凝膠，也稱做活性二氧化硅，其SiO2∶Na2O的摩爾比為4∶1～約25∶1，并在Ralph K.Iler所著，紐約John Wiley&Sons出版社于1979年出版的“TheChemistry of Silica”(《二氧化硅化學》)中174-176頁和225-234頁中已有討論。聚硅酸一般是指pH值為1～4時已形成并部分聚合的且包含直徑一般小于4nm的二氧化硅顆粒，這些顆粒隨后又會聚合成鏈和三維網絡的硅酸。聚硅酸可以按照美國專利5,127,994和5,626,721中公開的方法制備，這些專利引入本文供參考。聚硅鋁酸鹽是顆粒中或顆粒表面上或兩者都已加入了鋁的聚硅酸鹽或聚硅酸微凝膠。聚硅酸鹽微凝膠、聚硅鋁酸鹽微凝膠以及聚硅酸可以在酸性pH值下制備和穩(wěn)定化。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，較好的結果一般出現(xiàn)在微凝膠尺寸較大時；一般地說，大于10nm的微凝膠給出最好的性能。微凝膠尺寸可以用任何已知的方法提高，如本領域內技術人員熟知的微凝膠的陳化、改變pH值、改變濃度或其它方法。
適用于本發(fā)明的聚硅酸鹽微凝膠和聚硅鋁酸微凝膠一般是通過將一種堿金屬的硅酸鹽，在美國專利4,954,220和4,927,498中所述的條件進行活化而形成的，這些專利引入本文供參考。但也可以用其它方法。例如，聚硅鋁酸鹽可以如美國專利5,482,693所述，通過用包含溶解有鋁鹽的無機酸來酸化硅酸鹽而形成，該專利引入本文供參考。氧化鋁/氧化硅微凝膠可以如美國專利2,234,285所述，通過用過量的明礬來酸化硅酸鹽而形成，該專利引入本文供參考。
除了傳統(tǒng)的硅溶膠和二氧化硅微凝膠之外，諸如歐洲專利EP491879與EP 502089中所述的硅溶膠也可用作本發(fā)明的陰離子無機膠體，這些專利引入本文供參考。
為產生絮凝化生物固體，要將有效量的陰離子無機膠體與有機聚合物一起使用。有效量的范圍可以是SiO2之類的固體含量為水流溶液重量的約百萬分之1～7500(ppm)。優(yōu)選范圍為約1～5000 ppm，取決于具體陰離子無機膠體。對于所選的陰離子無機膠體，優(yōu)選范圍如下對于聚硅酸或聚硅酸微凝膠，為2～500 ppm；對于膠體二氧化硅，為4～1000 ppm；而對于無機膠體土，如膨潤土，為2～2000 ppm。有機聚合物適用于本發(fā)明方法的有機聚合物包括陽離子聚合物和兩性聚合物以及它們的混合物。所述有機聚合物的數(shù)均分子量一般都大于1,000,000。這些一般稱做“高分子量聚合物”。
高分子量陽離子有機聚合物包括陽離子淀粉、陽離子瓜耳膠、聚氨基葡糖和高分子量合成陽離子聚合物，如陽離子聚丙烯酰胺。陽離子淀粉包括通過淀粉與叔胺或季胺發(fā)生反應而產生陽離子產物的方法所形成的淀粉，取代度為0.01～1.0，含有約0.01～1.0重量％的氮。適用的淀粉包括土豆、玉米、蠟狀玉米、小麥、稻米和燕麥。優(yōu)選高分子量陽離子有機聚合物是聚丙烯酰胺。
為產生絮凝化生物固體要將有效量的高分子量陽離子有機聚合物與陰離子無機膠體一起使用。陽離子聚合物有效量的范圍可以是水流溶液重量的約0.2～5000ppm。優(yōu)選范圍為約1～2500 ppm。
兩性聚合物包括兩性淀粉、瓜耳膠和合成的兩性高分子量有機聚合物。兩性聚合物的用量一般與高分子量陽離子聚合物的用量相同。
本發(fā)明還包括一種方法，它包含讓包含帶表面負電荷位點的生物固體的水流與有效量的第一有機聚合物接觸，以減少表面負電荷位點的數(shù)目。所述第一有機聚合物是陽離子聚合物，它用來減少表面負電荷位點的數(shù)目并提供一些陽離子位點。其有效量一般為足以中和生物固體上至少1％，優(yōu)選至少10％的表面負電荷位點的量。低分子量或高分子量陽離子有機聚合物或它們的混合物都可用。優(yōu)選低分子量陽離子有機聚合物，因為它們有較高的陽離子度和較低的使用成本。
適用的高分子量陽離子聚合物包括前面所述的那些。
適用的低分子量陽離子聚合物的分子量范圍為約2,000～約1,000,000,優(yōu)選10,000～500,000。低分子量聚合物可以是，例如聚乙烯亞胺、聚胺、聚氰基二酰胺甲醛聚合物、兩性聚合物、二烯丙基二甲基氯化銨聚合物、二烯丙基氨烷基甲基丙烯酸酯聚合物和二烷基氨烷基甲基丙烯酰胺聚合物、丙烯酰胺與二烯丙基二甲基氯化銨的共聚物、丙烯酰胺與二烯丙基氨烷基甲基丙烯酸酯的共聚物、丙烯酰胺與二烷基二氨烷基甲基丙烯酰胺的共聚物，以及二甲基胺與表氯醇的聚合物。這些聚合物已在美國專利4,795,531和5,126,014中有所描述。
加入有效量的第一有機聚合物，即高分子量或低分子量陽離子有機聚合物或它們的混合物，以減少生物固體上負電荷位點的數(shù)目。有效量取決于幾個因素，包括水流中生物固體上表面負電荷位點的數(shù)目、生物固體的類型以及水流的pH值。有效量可以用本領域技術人員已知的方法，利用如膠體滴定之類的技術來確定。這個量一般為水流總重量的約0.01～約10,000ppm。術語“ppm”在前面已定義。
水流經第一有機聚合物處理后，再用第二有機聚合物進行處理。所述第二有機聚合物將取決于陰離子無機膠體。對于任何陰離子無機膠體，第二有機聚合物可選自陽離子聚合物和兩性聚合物以及它們的混合物。當陰離子無機膠體是二氧化硅基陰離子無機膠體時，則第二有機聚合物可選自陰離子、陽離子、兩性聚合物以及它們的混合物。陽離子與兩性聚合物如前所述，可以是高分子量或低分子量聚合物。
能用于本發(fā)明方法中的陰離子聚合物的數(shù)均分子量至少為500,000,以及陰離子取代度至少為1mol％。優(yōu)選數(shù)均分子量大于1,000,000的陰離子聚合物。優(yōu)選陰離子取代度為10～70mol％。
適用的陰離子聚合物的實例包括含有丙烯酰胺、丙烯酸、丙烯酰胺基-2-磺酸甲丙酯和/或它們的混合物的水溶性乙烯基聚合物，也可以是水解丙烯酰胺聚合物或丙烯酰胺或同系物，如甲基丙烯酰胺與丙烯酸或同系物，如甲基丙烯酸，或者甚至與馬來酸、衣康酸、乙烯基磺酸、丙烯酰胺基-2-磺酸甲丙酯和其它含磺酸酯單體等的共聚物。陰離子聚合物在例如美國專利4,643,801；4,795,531；和5,126,014中有進一步的描述。
其它能用的陰離子聚合物包括陰離子淀粉、陰離子瓜耳膠和陰離子聚醋酸乙烯酯。任選組分如果希望，可以先用酸將水流的pH值降到7以下。一般優(yōu)選用無機酸，如硫酸、鹽酸和硝酸。其它適用的酸包括(但不限于)碳酸、磺酸和有機酸如羧酸、丙烯酸和酸性陰離子無機膠體、有一個或多個質子被金屬離子或銨離子取代的部分中和的酸，以及它們的混合物。酸性陰離子無機膠體包括(但不限于)低分子量聚硅酸、高分子量聚硅酸微凝膠、酸性聚硅鋁酸鹽和酸穩(wěn)定化聚硅酸鹽微凝膠。在美國專利5,127,994和5,626,721中描述了酸穩(wěn)定化聚硅酸鹽微凝膠的實例。
金屬鹽可以任選地用于本發(fā)明的方法。鐵和鋁尤其有用。酸性金屬鹽可用來降低pH值并起電荷給體的作用。工藝本發(fā)明的方法涉及含生物固體，如蛋白質的水流的處理，目的是減少懸浮固體(以濁度測定)并可視需要分離出生物固體。生物固體可經回收供隨后使用。應理解，本方法既可搜集懸浮生物固體也可搜集可溶性物質，如存在于血液與糖中的那些物質。
本發(fā)明的方法涉及通過讓水流與陰離子無機膠體和有機聚合物接觸來處理包含生物固體的水流。這種水流可以來自于任何產生這種水流的工藝，如來自于動物或蔬菜加工，包括非食物用途的加工在內。所述有機聚合物選自下列一組數(shù)均分子量大于1,000,000的陽離子聚合物和兩性聚合物以及它們的混合物?？梢曅枰?，讓這種水流與酸接觸，以使該水流的pH值降到7以下。此外，可以視需要加入金屬鹽，特別是鐵鹽或鋁鹽。這些試劑、陰離子無機膠體、有機聚合物及可加入的酸和/或金屬鹽，可以按任何次序與水流接觸，或者讓一個或多個同時與水流接觸。在一個具體實施方案中，水流同時接觸酸和陰離子無機膠體。
要視需要將水流的pH值降到7以下，可以用任何酸來實現(xiàn)，酸的實例如上所述。當用酸性陰離子無機膠體來將水流的pH值降到7以下時，無需其它酸或陰離子無機膠體源就能使水流中的生物固體絮凝化。
讓水流接觸陰離子無機膠體與有機聚合物。這一步驟可以在將水流的pH值降到7以下之前、之后或同時進行，如果希望有一個降低pH值的步驟的話。無機膠體與有機聚合物可以以任何次序分別或同時與水流接觸。陰離子無機膠體與有機聚合物與水流接觸的組合產生絮凝化生物固體。
絮凝化生物固體可以視需要用傳統(tǒng)分離法，如沉降、漂浮、過濾、離心、潷析或這些方法的組合從被處理水流中分離出來。然后可將分離出來的生物固體進行回收并用于許多領域中。業(yè)已意外地發(fā)現(xiàn)，由這種方法回收的生物固體干燥時其臭味少于由采用氯化鐵作為部分絮凝體系的方法所回收的生物固體中的臭味。
普遍認為，懸浮在水流中的生物固體，如蛋白質，帶有表面負電荷。本發(fā)明還提供一種方法，它包含讓含生物目體的水流與有效量的第一有機聚合物接觸，以減少水流中懸浮生物固體上表面負電荷位點的數(shù)目。所述第一聚合物是陽離子聚合物，其用量要足以向生物固體提供一些陽離子位點。一般加入的陽離子聚合物要足以中和生物固體上至少1％，優(yōu)選至少10％的表面負電荷。所述第一有機聚合物可以是高分子量或低分子量陽離子有機聚合物。優(yōu)選陽離子聚合物是低分子量陽離子聚合物。
在水流與第一有機聚合物接觸之前、之后或同時，讓它接觸陰離子無機膠體和第二聚合物，以便在水流中產生絮凝化生物固體。所述第二有機聚合物選自陽離子、兩性和陰離子聚合物以及它們的混合物，加入何種，取決于陰離子無機膠體。對于任何陰離子無機膠體，第二有機聚合物可選自陽離子和兩性聚合物以及它們的混合物。對于二氧化硅基陰離子無機膠體，第二有機聚合物可選自陰離子、陽離子、兩性聚合物和它們的混合物。
絮凝化生物固體可以用已知的技術，如前面提到的技術，進行分離和回收。
實施例實施例1從Eastern Shore禽類加工廠得到的洗滌水樣品，含有約1000ppm的未絮凝化含蛋白質生物固體。其起始濁度＞200。起始pH值約為7。
在所有各次處理中都將下列試劑加進一個燒杯瑞士Basel CibaSpecialty Chemicals公司產的高分子量陽離子聚丙烯酰胺Percol182,8ppm；Wilmington,DE,杜邦公司產的二氧化硅微凝膠溶液，ParticolMX,120ppm(以SiO2計)。所示的量以洗滌水溶液重量為基準計。
試劑的加入過程如下(1)在一臺Fisher Scientific Model#120MR磁力攪拌器上，以中等速度攪拌250ml洗滌水，攪拌器是匹茲堡Fisher Scientific公司的產品。加入稀氫氧化鈉或硫酸，將洗滌水的pH值調節(jié)到表1所示的值。
(2)在時刻=0時，加入陽離子聚丙烯酰胺。
(3)在時刻=1分鐘時，加入二氧化硅微凝膠。
(4)在時刻=2分鐘時，將攪拌器速度減為慢速。
(5)在時刻=4分鐘時，停止攪拌，讓絮凝化固體沉淀到燒杯底部。
(6)在時刻=10分鐘時，用一臺Hach比例濁度計測量洗滌水的濁度，以此作為水澄清與回收蛋白質能力的指示，濁度計是NTU,Laveland,CO,Hach公司的產品。
(7)在時刻=20分鐘時,加入8ppm第二份聚丙烯酰胺，并將攪拌器調到中等速度。
(8)在時刻=21分鐘時，將攪拌器速度降至慢速，并在23分鐘時停止攪拌。
(9)在時刻=30分鐘時，測量濁度。
表1
正如由表1可見，濁度隨陽離子聚合物和二氧化硅微凝膠的加入而降低。在較低的pH值時觀察到非常好的結果。濁度隨聚丙烯酰胺的第二次加入得以改進，最好的結果再次出現(xiàn)在pH值低于7時。
高分子量陽離子有機聚合物是Percol 182。
所有處理都按以下步驟進行(1)一個燒杯中以中等速度攪拌，同時通過加入稀硫酸，將其中250ml實施例1的禽類加工洗滌水的pH值調節(jié)到4.5。
(2)在時刻=0時，加入SiO2相對于洗滌水溶液重量為40ppm的陰離子無機膠體。
(3)在時刻=1分鐘時，加入4ppm的高分子量陽離子有機聚合物。
(4)在時刻=2分鐘時，將攪拌器速度減到最低檔。
(5)在時刻=4分鐘時，關閉磁力攪拌器。
(6)在時刻=10分鐘時，測量絮凝化固體之上的洗滌水的濁度。
表2
正如由表2可見，可以使用不同的陰離子無機膠體，它們對降低含蛋白質洗滌水的濁度全都有效。絮凝化生物固體從水中沉降到燒杯底部。
在1磅/英寸2壓力下以約50ml/分鐘的速率將空氣噴射進洗滌水，直到時刻=4分鐘時停止空氣噴射。記錄5分鐘與10分鐘時刻的濁度。
表3
正如由表3可見，低分子量陽離子有機聚合物與陰離子膠體的組合不足以將濁度降到給出一種澄清洗滌水的程度。在1,2,5和6號試驗中,并未形成絮凝物。在3,4,7和8號試驗中，形成了一種細分散含蛋白質固體的絮凝物，但這種絮凝物無法從洗滌水中分離出來。
表4
正如由表4可見，在低分子量陽離子聚合物與陰離子無機膠體的組合中加入高分子量陽離子聚合物，因降低了濁度而提高了洗滌水的澄清程度。在9,10,11,12,15和16號實驗中，形成了大量分離于洗滌水頂部和/或底部的絮凝物。這種絮凝物可以回收。在13號處理中，當陽離子聚dadmac的加入量較大時，所加入的陰離子無機膠體未能中和足夠多的固體表面上存在的負電荷位點，因此有大量固體保留在懸浮液中，所以濁度高。
表5
正如由表5可見，將低分子量陽離子聚合物與作為陰離子無機膠體的膨潤土組合，不足以降低濁度給出澄清的洗滌水。形成的是分散很細的絮凝物，無法從洗滌水中分離出來。
表6
正如由表6可見，在以低分子量陽離子聚合物與作為陰離子無機膠體膨潤土的組合中，加入高分子量陽離子聚合物，因降低濁度而提高了洗滌水的澄清度。在21和23號處理中，形成了細分散的絮凝物，其中所加入的膨潤土量不足以中和所存在的大量陽離子電荷。在這些處理中，固體未能很好地分離出來。在22與24號試驗中，形成了大量分離于洗滌水頂部與底部的絮凝物。
表7
正如由表7可見，通過先降低洗滌水的pH值然后加入陰離子無機膠體與高分子量陽離子有機聚合物，就降低了濁度。在表中所列的所有處理試驗中，形成了分離于洗滌水頂部和/或底部的由細到大的含固體蛋白質的密實絮凝物。這種含蛋白質絮凝可以回收。實施倒8以中等速度攪拌250ml禽類加工洗滌水。加入稀硫酸將其pH值降至3.5。在時刻=0時，加入聚硅酸鹽微凝膠PatticloMX。在時刻=20秒時，加入高分子量陽離子聚丙烯酰胺(PAM)。在時刻=30秒時，停止混合并將洗滌水轉移到對比實施例3中所述的氣浮裝置中。在1磅/英寸2的壓力下以100ml/分鐘的速率將空氣噴射進洗滌水，直到時刻=4分鐘時停止空氣噴射。在5分鐘和10分鐘時記錄濁度。然后在時刻=12分鐘時將液體從氣浮裝置中經過篩網排出，并測定排出液的濁度。含蛋白質固體被搜集在篩網上。
表8
正如由表8可見，洗滌水的濁度隨時間不斷降低。而且，該實施例演示了把固體搜集在篩網而實現(xiàn)固體從洗滌液中的分離。排出液的濁度與10分鐘的值相比，變化很小，說明在該處理中和處理后，固體已留在篩網上，不會重新分散。
用硫酸使聚硅酸鹽微凝膠溶液ParticolMX穩(wěn)定。在使用前先讓該微凝膠溶液陳化不同的時間，陳化時間如表9所示。
以中等速度攪拌250ml洗滌水。在時刻=0時，加入相對于洗滌水重量為8ppm的高分子量聚丙烯酰胺Percol 182。在時刻=1分鐘時，加入經酸穩(wěn)定化的陳化聚硅酸鹽微凝膠溶液，加入量為洗滌水溶液重量的120ppm。針對每一陳化時間作一次試驗。在時刻=2分鐘時，將攪拌速度降至慢速。在時刻=5分鐘時，停止攪拌。在時刻=15分鐘時，測量洗滌水的濁度。
表9
正如由表9中的結果可見，一種酸穩(wěn)定化聚硅酸鹽微凝膠與陽離子聚丙烯酰胺的組合足以降低洗滌水的濁度，而不需先將pH值降到7以下。此外，結果表明，聚硅酸鹽微凝膠陳化時間較長時，在降低濁度方面得到了進一步的提高。在用類似陳化的微凝膠溶液所作的另一個實驗中，微凝膠的平均尺寸，從陳化時間15秒時的5nm增加到陳化時間45分鐘時的230nm。
COD用一臺Loveland,CO.Hach公司制造的Hach COD Test Kit測定。TSS用美國公共衛(wèi)生聯(lián)合會、美國自來水廠協(xié)會和水環(huán)境聯(lián)邦共同出版的“檢測水與廢水的標準法”中的方法2450 D測定。BOD用“檢測水與廢水的標準法”中的方法5210測定。
表10
*N/T=未測試。但在處理前其值一般為約1000mg/l。
正如由表10可見，本發(fā)明的方法減少了現(xiàn)行禽類加工廠連續(xù)廢水流的化學與生物需氧量。
COD用購自Calverton VA,CHEMetrics公司的0-1500ppm COD比色分析安瓿與Milton Roy Spectronic 20型分光光度計設定在620nm波長進行測定。表11給出了33與34號試驗中加入的試劑量與結果。
表11
正如由表11可見，酸或氯化鐵、二氧化硅微凝膠和陽離子聚丙烯酰胺的聯(lián)用，能有效地降低含生物固體的廢水流的濁度和化學需氧量。
表12
正如由表12可見，不同的有機聚合物及其與陰離子膠體的不同組合可用來澄清廢水并降低化學需氧量。在36和38號試驗中，用低分子量陽離子聚胺與高分子量聚丙烯酰胺組合。在37號與39號試驗中，用聚胺與陰離子聚丙烯酰胺組合。
表13
正如由表13可見，采用陰離子膠體和陽離子聚合物，可以在pH值接近7時實現(xiàn)廢水流的澄清及其化學需氧量的降低。
權利要求
1．一種使含有生物固體、基本上為水的液流與有效量的下列物質接觸(a)陰離子無機膠體；和(b)有機聚合物，其中，所述有機聚合物選自陽離子聚合物、兩性聚合物以及它們的混合物；從而形成絮凝化生物固體的方法。
2．權利要求1的方法，還包括在步驟(a)之前，讓水流與有效量的第一有機聚合物接觸，以減少生物固體上的負電荷位點，所述第一有機聚合物是陽離子聚合物。
3．權利要求1或2的方法，其中，所述陰離子無機膠體在水溶液中的加入量為水流液重量的1～7500ppm，而所述有機聚合物在水流中的加入量為水流液重量的0.2～5000ppm。
4．權利要求1,2或3的方法，其中，所述陰離子無機膠體選自聚硅酸鹽、聚硅鋁酸鹽、聚硅酸微凝膠以及它們的混合物。
5．權利要求4的方法，其中，所述陰離子無機膠體的尺寸大于10nm。
6．權利要求1～5中任何一項的方法，其中所述有機聚合物是陽離子聚合物。
7．權利要求6的方法，其中所述陽離子聚合物選自聚丙烯酰胺、陽離子淀粉、陽離子瓜耳膠、聚氨基葡糖以及它們的混合物。
8．權利要求1～5中任何一項的方法，其中，所述有機聚合物是兩性聚合物。
9．權利要求1～8中任何一項的方法，還包含分離與回收所述的絮凝化生物固體。
10．權利要求1～9中任何一項的方法，其中讓所述水流與酸接觸，以使該水流的pH值降到7以下。
11．權利要求10的方法，其中所述酸選自硫酸、鹽酸、硝酸、二氧化碳、磺酸、羧酸、丙烯酸、酸性陰離子無機膠體、部分中和的酸，以及它們的混合物。
12．權利要求10的方法，其中，所述酸選自硫酸、鹽酸、硝酸及它們的混合物。
13．權利要求10的方法，其中，所述酸是選自下列一組的酸性陰離子無機酸低分子量聚硅酸、高分子量聚硅酸微凝膠、酸性聚硅鋁酸鹽和酸穩(wěn)定化聚硅酸鹽微凝膠以及它們的混合物。
14．權利要求10,11,12或13的方法，其中，所述液流同時接觸酸和陰離子無機膠體。
15．權利要求2～14中任何一項的方法，其中，所述第一有機聚合物是數(shù)均分子量為2,000～1,000,000的低分子量陽離子聚合物。
16．權利要求2～14中任何一項的方法，其中，所述第一有機聚合物是數(shù)均分子量大于1,000,000的高分子量陽離子聚合物。
17．權利要求2～16中任何一項的方法，其中，所述陰離子無機膠體是二氧化硅基陰離子無機膠體；而所述有機聚合物選自陽離子聚合物、陰離子聚合物和兩性聚合物。
18．權利要求17的方法，其中所述二氧化硅基陰離子無機膠體選自膠體二氧化硅、鋁改性的膠體二氧化硅、聚硅酸鹽微凝膠、聚硅鋁酸鹽微凝膠、聚硅酸、聚硅酸微凝膠及它們的混合物。
全文摘要
提供一種能用來基本澄清來自食品加工操作的水流,并可視需要從中分離生物固體,特別是蛋白質的方法,該方法包括讓包含生物固體的水流與陰離子無機膠體和有機聚合物接觸,以使生物固體絮凝化。
文檔編號B01D21/01GK1303355SQ99806750
公開日2001年7月11日 申請日期1999年5月26日 優(yōu)先權日1998年5月28日
發(fā)明者R·H·莫菲特 申請人:納幕爾杜邦公司