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1、第 3 9卷第 3期 2 0 1 0 年7 月 发 酵 科 技 通 讯 膜分离技术在味精废水处理中的应用 程 长 平 田 浩 陈 栋 许 为 民 楼 亚 男 孙 益 民 谢 柏 明 ( 1杭州西湖味精集团 浙江杭州 3 1 0 0 1 6 2杭州水处理中心浙江杭州 3 1 0 0 1 2 ) 摘要 ： 膜技 术 目前 在 处理味 精废 水领 域 的应 用越 来越 广 泛 ， 其 中用超 滤膜技 术 去除味 精废 水 中的 菌体 ； U F和 N F系统相 结合 对味 精 废 水进 行 处理 ； U F + R O为核 心 的 双膜 法 处理 味 精发 酵废 水都取 得 了 很 大的成 功 。为
2、解 决我 国味 精 工业 高浓度 有机废 水 污染提 供 了成 熟经验 。 关 键 词 ： 膜技 术 超 滤 纳 滤 反 渗透 双 膜 法 味 精是 我 国发酵 工业 的 主要 行业 之 一 。味精 的生产 工 艺 大致 可 分 为水 解 法 和 发酵 法 两 大类 ， 一般以含淀粉( 如大米 、 玉米等) 的粮食为原料通 过 生物 发酵方 式 生产 。 近几 年 ， 随着 国 内味精 产量 的不断扩张 ， 随之带来的环境污染也 日趋严重 ， 给 我们赖以生存的环境带来 了巨大的影响。味精产 业链 的不 断 延 伸 势 必 带 来 生 产 规 模 的 的 不 断 扩 大， 使该行业对周围环境的
3、污染也不断加剧。 而生 产过 程排放 物对 环 境 的污 染 反过来 又 严重制 约 着 味精行业的健康发展。我们试 图利用高科技 的膜 材料和先进 的工艺技术对味精废水进行减量化和 无害化 的治理 ， 使其达到相关的排放标准， 为该行 业的健康发展创造条件。 味精生 产废 水 主要来 源于 提取 谷氨 酸后 的发 酵废液 ，浓缩结晶遗弃的结晶母液 ，以及各种洗 涤 、 消毒废水 ， 一般 每生 产 1 I 味精约有 2 5 t 发酵 废液排出 ， 废液中含有 2 5 的湿菌体及蛋 白质 等 固形物 ( 菌体富含蛋 白质 、 脂肪 、 核酸等营养物 质 ) ，含有 K 、 N a 、 N H
4、4 、 Mg 、 C a n、 F e 、 C 1 、 S O 、 P O 4 3 - 等无机盐 ， 消泡剂 ， 色素 ， 尿素 ， 各种有机酸 ， 小 于 1 的其 它 氨基 酸 ， 6 8 的 N H ， 残 糖 ( 小 于 1 ) ， 以及 1 5 的味 精 ， 此外 还 含有 0 0 5 0 1 左右的核苷酸类降解产物。一般情况下 ， 废 液 C OD c r 6 0 0 0 0 8 0 0 0 0 m g L B O D 5高 达 ： 3 1 0 0 0 5 0 0 0 0 m g L ，谷氨 酸 1 1 5 ，悬 浮物 1 7 0 0 0 1 8 0 0 0 m g L 。 味 精
5、废水 作 为一种 难处 理 的高浓 度有 机废 水 ， 含 有大 量有 机物 和多种 营 养盐 ， 直接 排放 严重污染环境 ，一直是困扰我国味精生产企业的 一大难 题 ，废水 资 源化是 味 精企业 可持 续发展 的 最佳战略。我国的科研人员围绕味精废水的处理 工艺和综合利用做了大量 的工作。 其中， 利用膜技 术对高浓度味精废水进行分离试验 ，取得了重大 突破 ， 以及结合 S B R生化处理工艺 ， 使 味精废水 稳定达到国家 污水综 台排放标准 。 1 膜分离技术简介 下图是膜分离范围介绍 ： 1 1 微 滤 微滤分离是利用筛分原理在压力差作用下进 行 的， 常用 于 液体 混 和物
6、( 主要 是水 性悬 浊 液) 中滤 除界于 0 0 5 1 z m- 5 1x m的悬浊物质颗粒，该技术在 食 品制 药行业 中的过 滤除 菌 、电子 工业用 的 高纯 水制备 、 食品工业 、 饮用水生产和城市污水处理等 领域 广 泛应用 。 1 2 超 滤 超滤在压力差作用下进行的筛孔分离，从液 体中将 大小为 0 O 0 1 2 m 0 0 5 tx m 的溶质分离 出 来， 主要为大分子化合物 、 高分子化合物 、 抗体和 发 酵 科 技 通 讯 第3 9 卷 病毒等。 主要应用于食品、 医药 、 工业废水处理、 超 纯水制备及生物技术领域 。 1 3 反 渗透 反渗透是在压力推动下
7、进行液体 昆 合物分离 的过程， 可 以脱除盐类物质， 应用于苦咸水淡化 、 海 水淡化 及化工 、 食 品 、 医药 、 造纸工 业 中。 1 4 膜集成技术 膜集成技术是一种新型的膜分离技术，在使 用反渗透或纳滤系统时，常常使用传统的水处理 工艺作为预处理。但在遇到复杂给水和废水处理 时， 这些传统的预处理方法常显得束手无策。 若利 用微滤或超滤膜分离技术作为预处理工艺就是解 决这种问题 的有效方法 。这种将两种或两种以上 的膜分离技术结合起来使用的就是膜集成技术。 这种 工艺 可有效地 改进 整个水 处理 系统 的性 能和 可靠性， 节约成本， 提高系统稳定性， 目前正应用于 各类污水处
8、理。 1 5 膜 生物反 应器 污水处理中的膜生物反应器是指将膜分离技 术中超滤( 微滤) 组件与污水生物处理工程 中的生 物反应器结合而成的新的技术系统。能有效在去 除氨氮， 对难降解的工业废水也非常有效， 广泛用 于污水处理 中。 上述膜分离过程的主要特点如下表： 膜过程 分离原理 推动力 孑 L 尺寸 n m l 微滤 筛分 压力( 小于0 2 M P a ) 5 0 - 1 0 0 0 0 超滤 筛分 压力( 0 1 MP a 1 iV l P a ) 1 1 o o 纳滤 溶解一 扩散 压力 ( 1 0 MP a -2 5 MP a ) 小于 2 反渗透 溶解一 扩散 压力 ( 1
9、5 MP a 8 0 MP a ) 小于 2 渗透汽化 溶解 扩散 蒸汽分压 或活度差 无孔 电渗析 D o n n a n 斥 电位差 无孔 2 超 滤 ( U F ) 和纳滤 ( NF) 系统相结合作为 生化前 的预处理 华东某味精集团是一中型企业 ，年产 味精 2 万 t ， 各类废水年排放量 1 6 0万 t 。其 中的 5 0 0 t d 来 自蛋白提取车间的高浓度废水 ， 见表 1 。 表 1 蛋 白车 间废水水 质 mg L C 0 D c r s 0 4 2 - 1 p H值 2 5 0 0 0 4 5 0 0 0 l 1 8 8 味精生产过程中， 使用的淀粉、 H S O 等
10、原料 是废水 中 C O D e r 、 S 0 4 2 = 的主要来源 ， 如果这部分废 水未经处理直接进入生化池 ， 则 S 0 4 2 一 和 C O D e r 会 对活性污泥产生冲击和毒害作用 ， 因此 ， 只有降低 废水的 s o 2 一 和 C O D e r ， 才能保证废水安全地进入 生化池进行处理 ， 实现达标排放。 工 艺流程 图如 下 ： 蛋 白提取车问高浓度废水， 经膜分离后， 可进 入生化池进行生化处理 ，其它废水直接进入生化 池进行生化处理冷却水因已经达标，除部分进入 第 3 9卷第 3期 2 0 1 0 年7 月 发 酵 科 技 通 讯 生化池用于调节池中水质外
11、， 其余部分可直接外 排。废水处理结果见表 2 。 表 2废水 处理 结 果 m g L C 0Dc r B OD5 S S p H 值 絮凝废水 2 4 0 0 0 l 2 5 0 0 1 8 6 0 I 8 8 其 他 废 水 2 3 5 0 1 2 8 0 8 9 5 5 3 0 最终 出水 2 7 6 1 3 7 1 1 4 7 0 6 外排废水水质稳定达到国家 亏 水综合排放 标准 二级 ， 同时与传统处理工艺相 比， 每年可节 约运 行费用 7 7 6万元 。 膜 分 离 与 S B R生化 技术 相 结合， 具有工艺先进、 性能稳定等特点， 处理高浓度味 精废水， 可稳定达到国家
12、 污水综合排放标准 。 3用超 滤 ( UF) 膜 技术 去 除味精 废水 中的 菌体 3 1 截 留分 子 量 为 1 0 万 的 P S P D C共 混 超滤 膜 用 于排放 的废 水 除菌体 。 通常味精废水处理时并不将废水中悬浮的菌 体去除， 而菌体蛋白占废水中有机成分的 3 0 4 0 ， 同时菌体蛋 白还 是可 以回收利用 的物质， 可 以 用来制成饲料 、单细胞蛋 白粉等有再利用价值的 产 品 。所 以 味精废 水 中荫体 的 去除就 成为 人们 关 注的问题之一 味精生产中的菌体在 0 7 m一 3 m ， 并带有很强的亲水性，菌体分离比其他 发酵产品 困难。在谷氨酸发酵液中
13、含有约 4 的湿菌体， 提 取干燥 后可生产蛋 白质含量 超过 7 0 的高质量 蛋 白， 按 全 年生 产 5 2万 t 味 精计 算， 可 生产 1 0万 t 菌体 蛋 白，这在 很 大程 度上 可 以 降低 味精 废 水 的 处理成本。国内有些企业采用或正在试用高速离 心机或絮凝沉降法去除菌体，但 因投资大或过滤 困难， 效果 不理 想 。 超 滤膜 分离 技术 作为 一种新 兴 的分离单元技术， 具有操作简单 、 分离效果好 、 能 耗较低等优点。因此， 我们考虑采用超滤技术去除 味精废水中的菌体。 采用超滤膜去除菌体的味精废水处理工艺过 程， 见下 图 ： 图 2 采用超滤膜去除 茵
14、体的味精废水处理工 艺 试验采用截 留分子量为 1 0 万的 P S P D C共 混超滤膜，对某味精厂排放 的废水进行除菌体处 理 试 验 中针对 不 同浓 缩 倍 数 、 不 同温 度 、 不 同运 行压力进行了对 比试验，从而找到超滤去除菌体 的最佳 操作 条件 。 表 3超滤 前后 的 废水水 质 变化 CODc r mg L S Smg L 超 滤 前 3 4 5 8 0 4 3 0 0 超 滤 后 2 2 0 0 0 接 近 0 经 超滤 去 除菌 体 的废水 中， S S基本 完 全去 除 ， C O D c r的去除率大于 3 0 ，这表明废水 中菌体所 反 映的有 机污 染
15、已基本 去 除 。 3 2双向流中空纤维微滤膜技术用于味精生产 工艺中的间接冷凝水除菌体 。 在 味精生 产过 程 中 ，不 同工 艺段 产生 不 同的 废水 ， 第一种是高浓度有机废水 ， 主要为离子交换 尾 液 ， 第二种 是 中高 浓度 有机 废水 ， 为 淀粉废 水 和 制糖废水及其它废水 的综合废水 ，第三种是不需 处理直接外排的冷却水。高浓度有机废水采用离 心 、 絮凝等物理浓缩或沉降法制有机肥 ， 中高浓度 废水采用物理与生化相结合 的办法 ，如厌氧 、 好 氧 、 S B R等生 化 技 术 处理 后 排 放 ， 由于味 精废 水 含有较高的氨氮 ， 处理后较难达到国家排放标准 ， 给环境带来污染。某大型味精集团本着节约水资 源 ， 减排降耗 的理念 ， 采用清浊分流的方式 ， 改造 传统直接冷凝排放方式为间接冷凝净化 回用。该 法 的 优 点 是 冷 凝 水 经 膜 分 离 除 菌 净 化 后 可 以 回 用 ， 节 约 水资 源 ； 味精结 晶过程 中 因负压 而进入 冷 凝 水 的少 量谷 氨 酸钠 可 以 回收 ， 浓度 约 0 0 2 ； 废 水排放量减少 ， 单位产品耗水量降低 ， 经济和环境 效益明显。由于冷凝水中含有氨基酸等营养物质 并且水温较高 ， 致使水中出现微生物污染 ，
