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陶瓷膜在工业清洁生产中的应用

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2019-07-21 21:25:42 * 浏览: 43
在生物发酵工业中,由于发酵液中存在细菌,产物的纯化和废水的处理更加困难。为此,国家轻工业局为发酵工业制定了环保产业政策和技术政策污染防治措施。建议采用膜分离技术,加快工业净化技术的升级,促进节能减排。本文以典型的味精生产工艺为例,简要介绍了陶瓷膜分离技术在发酵工业清洁生产中的应用。中国年产MSG超过50万吨。在传统的味精提取过程中,由于细菌和其他点的分离,谷氨酸的产率低,易形成β-型谷氨酸,并且有大量的废水。和其他缺点,同时由于细菌的存在,废水处理的负担加剧。国内外许多专家学者对味精清洁生产技术进行了大量研究。在这些技术中,如何将细菌与发酵液分离并将其制成饲料或高效有机复合肥是确定该过程是否可行的关键问题。离心和有机超滤通常用于分离细胞和发酵液。由于灭菌率低,操作强度高的缺点,离心法限制了其在现场的推广和应用。但是,有机超滤膜法具有膜通量小,浓度低的优点。为此,使用广安无机陶瓷膜进行卟啉灭菌实验,实现灭菌,洗涤和浓缩过程的连续操作。该过程如图1所示.1实验部分1.1实验仪器实验中使用的陶瓷膜是由南京化工大学膜分公司生产的50通道,0.2μm,0.8μm19通道管状ZrO2薄膜。通道直径为4毫米。膜管的有效长度为0.2m和1.0m,膜面积分别为0.0477m2和0.238m2。一种离心机粘度计(BROOKFIELDEngineeringLABS.INC。)1.2分析和检测方法1.2.1湿细胞含量的测定湿细胞含量用离心称重法测定。取100 ml样品,置于离心管中,平衡,以300 r / min离心20 min,弃去上清液,将试管置于滤纸上几分钟,然后称重。 1.2.2光密度(OD)测量根据比尔定律,当一定波长的光透射吸收这种光的溶液时,光密度与发酵液中的细胞数成比例。测量光密度可以相应地表达微生物的生长和繁殖程度。测量方法使用直接测量方法。摇动发酵液并置于厚度为1cm的比色皿中,用蒸馏水作为对照,用波长为650nm的581-G光电比色计测量光密度。 1.2.3其检测方法确定残糖和谷氨酸含量的方法可参见MSG工业手册。 1.3实验中使用的原料谷氨酸发酵液由广东卫青星湖集团有限公司MSG工厂提供。产品的主要指标如表1所示.2结果与讨论2.1通过使用有效长度为0.2 m的广安陶瓷膜组件选择膜孔径。循环操作两小时后,测量渗透通量作为膜选择基础。从表中可以看出,实验是使用0.2μm的膜进行的,该膜具有高通量和高杀菌率。 2.2工作条件对焊剂的影响2.2.1压力对焊剂的影响从图2可以看出,在固定的表面流量和温度条件下,压力为0.1~0.2Mpa,对焊剂的影响很小。而当表面流速低,高压导致膜通量变小。这主要是因为膜的表面吸附发酵液中的细菌和多肽等物质,形成具有可压缩性的凝胶层。在低压下形成的凝胶层较厚,并且凝胶层的紧密度对焊剂的影响大于增加压力以增加焊剂上的驱动力的效果。因此,选择0.1Mpa作为谷氨酸发酵肉汤灭菌实验的操作压力。 2.2.2表面流量对通量的影响由于压力对通量变化的影响不明显,通过将压力固定在0.1Mpa来研究表面流量对通量的影响,因为表面流量直接影响通量的变化。层状底层。也就是说,它影响凝胶层的厚度并减少凝胶极化对过滤通量的影响。 2.2.3温度的影响通常,温度对通量的影响是由于通量的增加,这导致进料粘度的降低和扩散系数的增加。因此,研究进料液的粘度变化具有实际意义。本文研究了不同浓度比下粘度随温度的变化。从图4中可以看出。当浓度相对较低时,温度对粘度几乎没有影响,并且升高的温度通常会降低粘度。然而,当浓度比达到10时,粘度首先随温度的升高而增加。当达到56度时,发生极值点,然后粘度随温度的升高而降低。因此,系统的粘度随温度而变化。非线性,在低浓度时,当温度高于45度时,粘度不随温度显着变化。当浓度较高时,粘度可以通过低温降低,但是通量取决于液相传质系数。由于几个原因,有两个粘度因素,选择50度作为生产操作温度。 2.2.4浓度比通量的影响使用第一阶段两阶段方法进行实验。第一阶段是膜组件,有效膜面积为0.238m2,第二阶段是膜组件,有效膜面积为0.0477m2。发酵液进入第一膜组件进行过滤,上清液流出。当浓缩至10次时,浓缩物进入第二部分。通量随浓度比的变化而变化,如图5和图6所示。从图5中可以看出,在4m / s时,浓度比在1到10之间,膜通量大于95L.m-2。 .h-1,从图6可以看出,在2m / s时,浓度比为10,通量大于30L.m-2.h-1在~25之间。 2.3凝胶极化机理和膜清洗方法凝胶极化机制通常用于解释膜渗透通量的变化,与压力变化无关。现象。从上述实验可以看出,该过程表现出明显的凝胶极化现象,即在主膜表面出现二次膜,这主要是由于发酵中含有的大分子或胶体颗粒的吸附引起的。膜的表面。在这种情况下,膜过滤通量通常取决于二级膜的形成过程。 Nahiko N.等。相信在二次膜的形成过程中,它可分为五个阶段:(1)大分子胶束快速吸附膜表面。 (2)下层沉积(单层)。 (3)多层积累和堵塞。 (4)积累层致密化。 (5)由于主体浓度的增加引起的底层厚度的增加。在膜清洗过程中,沉积在膜表面上的细菌细胞和大分子胶束容易被除去,但吸附在膜表面上的大分子胶束通常难以除去,导致膜通量回收率降低。为此,不同清洁条件的影响o研究了膜再生。由于膜污染主要是膜表面层的吸附,因此合适的解吸剂通常也是合适的膜洗涤剂。 NaOH溶液对金属氧化物表面有机物的洗脱无疑具有良好的效果,考虑到富集在膜表面的蛋白质,次氯酸钠溶液的强氧化性能使蛋白质变性并改变亲和力。陶瓷膜和蛋白质之间。因此,选择2%NaOH和0.02%次氯酸钠溶液作为清洁剂。同时,现场需要在两小时内完成清洗过程,因此确定碱洗后水漂洗30分钟,然后洗涤NaClO 30分钟,最后洗涤水的程序洗涤,再生膜的纯水通量为新膜的纯水通量。 2.3.1渗透侧开放方式对膜水通量回收率的影响从凝胶极化机理可以得出结论,吸附过程主要发生在膜表面,也就是理论上,渗透侧的开放模式是量没有效果。在本文中,在相同的清洗条件下,三种操作模式的膜回收率分别为76%和79%78%,差异很小。发现膜污染主要发生在膜表面,得到了预测结果。一致地,这也表明所选膜的孔径分布窄。重复使用后,膜再生可以恢复到这个水平。 2.3.2清洗液温度对膜水通量回收率的影响高温有利于解吸过程,但温度过高会导致能耗增加。因此,本文比较了400C,600C,700C和800C。在条件下操作温度和膜水通量回收率的影响。如图7所示,从图中可以看出,高温有利于清洁过程的进行,合适的温度为700℃。 2.3.3水通量回收率与膜通量衰减之间的关系是不同的。水通量回收率与通量衰减之间的关系如图8所示。从图中可以看出,具有高水通量回收率的膜,即具有清洁表面的膜,总是更高。比具有较低水通量回收率的膜,表明膜表面的清洁度与凝胶层的形成直接相关。影响。 2.4洗涤水的流量变化和产品收率,以确保更高的谷氨酸产量,同时最大限度地减少洗涤时间。本文将浓度为25倍的浓缩液用水稀释至16倍,连续水洗的操作方式为当加水量(VD)达到浓缩液量的2.5倍(V0)时)和0.1倍的发酵液量。停止加水,实验采用冷水加入,自由加热操作方式,洗涤水多次(VD / V0)和助焊剂变化如图9所示,在工业生产中可用温水洗涤。将灭菌的发酵液浓缩至25倍(参见图10)。通过该过程,谷氨酸产率大于99.7%。 3.5渗透性能浓缩过程中得到的产品性质如表3所示。从表中可以看出,陶瓷膜的去除率大于99.98%。 3结论1)通过实验验证将陶瓷膜分离技术应用于谷氨酸清洁生产的灭菌过程是可行的。 2)通过使用无机膜的过程,实现灭菌,洗涤和浓缩过程的连续操作。选用0.2μmZrO2陶瓷膜作为谷氨酸发酵液杀菌膜,杀菌率达99.98%以上。浓缩系数可高达25倍。 3)适当的膜再生确定了方法和再生剂,为陶瓷膜的工业应用奠定了基础。 4)研究洗涤方法。当加入的水量达到发酵液量的0.1倍时,谷氨酸的产率达到99.7%。陶瓷过滤器陶瓷膜陶瓷膜过滤器