石灰软化-超滤技术在柠檬酸沼气双发酵耦联工艺中的应用

研究报告研究报告D01：10.13995/j.cnki.11-1802/ts.017057引用格式：苏峰，徐健，鲍家伟，等•石灰软化-超滤技术檬酸沼气双发酵耦联工艺中的6•食品与发酵工业，2018,44(8):41-48.SUXian-feng,XUJian,BA0Jia-frei,etal.Applicationoflimesofteningandultrafiltrationinintegratedcitricacid-metlianeproductionprocess6.FoodandFermentationIndustries，2018，44(8)&41-48.石灰软化-超滤技术在柠檬酸沼气双发酵耦联工艺中的应用苏先峰\徐健i，2,鲍家伟\张宏建1!，毛忠贵1!1(江南大学生物工程学院，工业生物技术教育部重点实验室，江苏无锡，214122)2(湖北工业大学生物工程与食品学院，湖北武汉，430000)摘要为解决柠檬酸行业的发酵废水污染问题，提出了柠檬酸沼气双发酵耦联工艺。前期研究发现，釆用电渗析对厌氧消化液进行脱盐时，浓水易发生结垢现象；空气吹脱需要将厌氧消化液升温并维持在55°C，从而消耗大量能源。为解决上述问题，引入石灰软化-超滤技术以避免浓水结垢，并代替原先的空气吹脱工序。研究发现，Ca(0H)2最佳投加量为2.5g/L，超滤最佳操作压强和膜面流速为0.20MPa和4.023m/s，此时，浓水朗格利尔饱和指数（Langeliersaturationindex，LSI%小于0，结垢现象得以消除。电渗析淡水作为配料水回用于杼檬酸发酵时，柠檬酸产量为（134.67±4.72)g/L，基本与去离子水发酵水平持平。关键词柠檬酸；厌氧消化；石灰软化；超滤；电渗析；水回用柠檬酸作为一种极其重要的有机酸，被广泛应用于食品、化工、等[1_2]。国檬酸生产主要采用木薯和玉米淀粉作为发酵原料，每生产1t柠檬酸会产生7.5〜15m3的发酵废水。发酵废水具有低pH、高C0D浓度等特点[3-4]。我国柠檬酸产量和出口位居世界首位，大量发酵废水的处理给企业带巨大挑战。国家环保监测的^越严格，柠檬酸废水治理问题日益突出。目，柠檬酸行业采-好氧-深度处理工艺来处理发酵废水，虽然处理具率、低[4]，但好氧单元具有纯、零收益、占积广等问题[5]，工艺的经济不能让人满意。为解决好氧单元弊端以及减少新鲜水用量，本实验室提出柠檬酸沼气双发酵耦联工艺，如图1所示。木薯和玉米淀粉作为，以黑作为生产菌株，生产柠檬酸。提取后的发酵废水进入厌氧反应器，在菌群的作用下，将大物转为沼气。万处理后作为配料水，于下一檬酸发酵，从而解决废水排放问题以及减少新鲜水用量[6]。第一作者：硕士（毛忠贵教授为通讯作者，E-mail:maozg@jiang-nan.edu.cn)。基金项目：江苏省现代工业发酵协同创新中心资助；高校学科人才引进计划；本项目受国家轻工技术与工程一流学科自主课题资助（LITE2018-27)收稿日期：2018-02-08,改回日期：2018-03-20图1柠檬酸沼气双发酵耦联工艺流程图Fig.1Flowchartofintegratedcitricacid-methaneproductionprocess经研究发现，中最主要的抑制因子为高浓度Na+和Na+4[7]，故采用电渗析和空气吹脱以消除抑制作用[8]。但是，当前工艺还存在一些问题。对进行脱盐时，由于淡水中Ca2+、Mg2+以及场力作用下迁移至浓水，故水发生严重结垢现象。膜表的结垢会离盐下降、加以及6增加[9]。为评进水水质类型和消除结垢现象，引入朗格利尔饱和指数（Langeliersaturationin­dex，LSI)。当LSI<0时，水体有腐蚀倾向，可以继续2018年第年第44卷第卷第8期（总第期（总第368期)4141食品与发酵工业食品与发酵工业FOODANDFERMENTATIONINDUSTRIES溶解碳酸钙；LSI=0,水体无腐蚀和结垢倾向；LSI>〇,水体有结垢倾向，产生碳酸钙沉淀[1°]。空气吹脱为氨效率，升温并维持在55°C，这一程需要大。另外，以将从淡水室浓缩至浓水室[11]，完全可以取代空气吹，从而实氨的目的。超滤以压差作为推动力，通孔的作用将料液中大于膜孔的大溶质截留，实大与溶剂以及小分子的分离[12]。超滤操作简单、条件温和，而为纳滤、以及等深度膜处理的预处理手[13014]。本文研究了石灰软化的投加量对硬度降低的效果，超滤的操作条件对通量的影响，以及处理后的发酵情况，以期证明改进后的工艺可行性，为檬酸行业的生产与持续发展提供新的角度。1材料与方法1.1材料1.1材料1.1.1菌株与培养基本文采用实验室保藏的黑曲霉$/&)MZ-11。（PDA)基于菌株的和保藏，（g/L)为&