膜技术回收马铃薯淀粉废水中蛋白质的中试研究

2008年第4期中国食物与营养FoodandNutritioninChinaNo．4，2008膜技术回收马铃薯淀粉废水中蛋白质的中试研究木吕建国，安兴才(甘肃省膜科学技术研究院，兰州750020)摘要：采用超滤膜对马铃薯淀粉废水进行了回收蛋白质的中试实验，研究了超滤膜在回收工艺中的温度、压力、流速、浓度与通量之间的关系，同时也研究了超滤膜在回收工艺中的温度、压力、流速、浓度与蛋白质截留率之间的关系。结果表明，超滤膜对马铃薯淀粉生产废水中的蛋白质的截留率大于90％，COD的截留率大于50％，清洗效果好。关键词：超滤膜；马铃薯；淀粉废水；蛋白质淀粉在食品与发酵领域中有非常广泛的用途，马铃薯是生产淀粉的主要原料，在生产工艺中需要大量的水，经过分离淀粉后将产生大量的废水，而废水中会溶解马铃薯中的有机物和无机物，使废水中的化学需氧量(COD)可达10000mg／L以上，将会导致大面积的污染。由于中国淀粉生产工艺相对落后，资源的利用率较低，淀粉生产过程中大量的植物蛋白未加利用而随生产废水排放，这不仅影响了环境，同时还造成了大量的浪费⋯。而马铃薯蛋白是一种极其优良的饲料添加剂，它的营养价值高于大豆蛋白。因此回收马铃薯淀粉废水中的蛋白既可充分利用废弃资源，又能改善环境污染。目前国内采用膜技术回收马铃薯淀粉废水中蛋白质研究很少，只发现少数实验室的研究报道。1材料与设备1．1设备中试设备采用的是平板超滤膜设备，膜面积为lm2，膜材料为PE，超滤膜相对切割分子量为20KD。1．2原水来源试验场地为甘肃省西市某淀粉生产厂，废水取自该厂淀粉生产工艺中浓缩分离旋流器溢流水，原水水质情况如表1。表1原水水质单位：mg／L(浊度除外)由表1可以看出，原水水质波动非常大，给预处理院分析测试中心检测。增加了难度。1．4工艺流程路线1．3数据分析工艺流程路线见图1。原液、浓缩液及透过液由兰州交通大学环境工程学澄清分离十__————————上清液图1工艺废水膜法蛋白回收流程’基金项目；甘肃省重大科技专项项目(2GS~3一A44—015)。作者简介：吕建国(1956～)，男，高级工程师，主要从事膜过程与应用研究。]维普资讯http://www.cqvip.com38中国食物与营养1．5超滤工艺流程超滤工艺流程见图2。热交换器—图2超滤膜提取马铃薯废水蛋白工艺流程当超滤膜设备工作时，打开进料阀门开大调压阀门，然后开启供水泵，此时可以通过调节进水阀门调进水流量，进行流量与膜通量关系的试验。通过调节调压阀调节操作压力，进行操作压力与膜通量关系的试验研究。通过热交换器调节系统运行温度，进行温度与通量关系的试验研究。1．6系统运行过程中试试验过程中，原水在循环泵的作用下平行流过平板式超滤膜表面，根据错流过滤原理，平板式超滤膜将原水分离为浓缩液和透过液。透过液通过平板式超滤膜，由透过液出VI流出。浓缩液流过平板膜表面进行循环，同时也以较高的流速冲刷膜表面，控制超滤膜面的污染及浓差极化现象，当原水被浓缩到一定的倍数时送到后续工艺进行干燥处理。1．7系统运行条件pH：3～9温度(℃)：5～50切割分子量：2万膜面积：lm2工作压力：0～0．4MPa2结果讨论2．1废水的预处理由于废水中固形物含量较高，容易堵塞超滤膜。为了防止超滤膜的污染，我们分别采用1m的袋式过滤器与澄清分离进行了预处理试验对比，试验结果见表2。表2澄清分离与过袋式过滤器分析测试数据从分析测试结果可以看出，采用澄清分离法比过袋式过滤器的结果要好。其一是蛋白质含量没有减少，经袋式过滤器后蛋白质有损失。其二是澄清分离去除溶解性总固和浊度都优于袋式过滤器，ss的去除效果基本相同。因此在试验中我们选用了沉淀澄清分离进行膜前预处理。2．2超滤膜孔径大小的选择表3是采用不同孔径大小的超滤膜在同一运行条件下进行取样分析测试数据，根据表中数据分析，采用相对切割分子量为2万的超滤膜进行试验较为合理。因此在中试中我们选用了相对切割分子量为2万的超滤膜对废水中蛋白质进行回收试验。表3膜孔径大小与蛋白质截留率的试验膜切割分子量(遒尔顿)10(万)5(万)3(万)2(万)1(万)维普资讯http://www.cqvip.com吕建国等：膜技术回收马铃薯淀粉废水中蛋白质的中试研究392．3工作压力与蛋白质截留率和膜通量之间的关系图3是操作温度控制在25℃，进料流速控制在160L／min的条件下进行的工作压力与蛋白质截留率和膜通量之间关系的试验。从图3中可以看出，随着工作压力的升高，膜通量从110L／h上升到320L／Il，说明膜通量随压力有一定的变化。压力与膜通量变化比较明显的阶段在0．05-0．2MPa之间，当工作压力超过0．2MPa之后，膜通量的变化并不大，此时说明压力在0．05-0．2MPa之间时对膜通量的影响较大，再升工作压力高操作压力