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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: 2020-09-24 1:15:29 * 浏览: 29
在生物发酵工业中,由于发酵液中存在细菌,因此纯化产品和处理废水更加困难。为此,国家轻工业局制定了环境保护产业政策和发酵产业技术政策,以预防和控制污染。它建议使用膜分离技术来加快行业纯化技术的更新,并促进行业进一步节省能源和减少污染。本文以典型的谷氨酸钠生产工艺为例,简要说明陶瓷膜分离技术在发酵工业清洁生产中的应用。我国每年生产超过500,000吨的味精。在传统的谷氨酸单钠提取工艺中,由于与细菌的等分离解分离方法,谷氨酸的收率低,并且容易形成β-谷氨酸,并且离解废水量大。同时,由于细菌的存在,增加了废水处理的负担。国内外许多专家学者对味精的清洁生产技术进行了大量研究。在这些技术中,如何从发酵液中分离细菌并将其制成饲料或高效有机复合肥料是决定该工艺是否可行的关键问题。目前,通常使用离心,有机超滤等方法完成细菌和发酵液的分离。离心法由于其低灭菌率和高操作强度而限制了其在该领域的推广和使用。有机超滤膜灭菌方法具有膜通量小,浓度比低的缺点。因此,本文采用无机陶瓷膜进行谷氨酸杀菌实验,实现了杀菌,洗涤和浓缩过程的连续运行。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19通道的管状ZrO2膜,其膜厚为50nm,0.2μm,0.8μm,由南京化工大学膜系生产,通道直径为4mm。膜管的有效长度为0.2m和1.0m,膜面积分别为0.0477m2和0.238m2。一台离心机和一台粘度计(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通过离心称重法测量。取100ml样品,放入离心管中,平衡后,以300r / min离心20min,弃去上清液,将离心管倒置在滤纸上几分钟,然后称重。 1.2.2光密度(OD)的测量根据比尔定律,当一定波长的光通过可以吸收该光的溶液时,其光密度与发酵液中细菌的数量成正比。测量光密度可以对应于所表达的微生物的生长和繁殖的程度。测量方法采用直接测量方法。均匀摇动发酵液,并将其放入1厘米厚的比色杯中。使用581-G光电色度计,以蒸馏水为对照,测量650 nm波长处的光密度。 1.2.3其化学检测方法残留糖和谷氨酸含量的测定方法在味精工业手册中。 1.3实验中所用的原料谷氨酸发酵液由广东肇庆星湖集团有限公司味精厂提供。产品的主要指标如表1所示。2结果与讨论2.1膜孔径的选择使用有效长度为0.2m的陶瓷膜组件,并在循环运行两个小时后测量渗透通量。膜选择的基础。从表中可以看出,使用0.2μm的膜进行实验具有更高的通量和更高的灭菌率。 2.2工作条件对助焊剂的影响2.2.1压力对助焊剂的影响从图2可以看出,在固定的表面流速和温度的情况下,0.1〜0.2Mpa的压力对通量影响很小。当表面流速低时,高压会使膜通量变小。这主要是因为膜表面吸收了发酵液中的细菌和多肽并形成了可压缩的凝胶层。在低压下形成的凝胶层较厚,并且凝胶层的致密性对通量的影响大于增大压力以增大驱动力的影响。因此,选择0.1Mpa作为谷氨酸发酵液灭菌实验的操作压力。 2.2.2表面速度对通量的影响由于压力对通量变化没有明显影响,因此将压力固定在0.1Mpa以研究表面速度对通量的影响,因为表面速度直接影响层状底层的厚度,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温度的影响一般来说,温度对助焊剂的影响是由于助焊剂的增加,导致材料液体粘度的降低和扩散系数的增加。因此,研究料液粘度的变化具有实际意义。本文研究了不同浓度比下粘度随温度的变化。如图4所示。当浓度低时,温度对粘度几乎没有影响,而升高温度可以整体降低粘度。但是当浓度比达到10时,粘度首先随温度的升高而增加,而当浓度比达到56度时,则出现极点,然后粘度随温度的升高而降低。可以看出,系统的粘度随温度变化。非线性,在低浓度下,当温度高于45度时,粘度随温度变化不明显。当浓度较高时,低温可以降低粘度,但通量取决于液相传质系数。结合多种因素和粘度,选择50度作为生产操作温度。 2.2.4浓度比对通量的影响实验是通过一阶段两阶段方法完成的。第一阶段是有效膜面积为0.238m2的膜组件,第二阶段是有效膜面积为0.0477m2的膜组件。发酵液进入膜组件进行过滤,清澈的液体流出。当浓缩至10倍时,浓缩液进入第二阶段。流量随浓度比的变化如图5和图6所示。从图5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中可以看出,在2m / s时,浓度比为10。在〜25之间,通量大于30L.m-2.h-1。 2.3凝胶极化机理和膜清洗方法凝胶极化机理通常用来解释膜渗透通量的变化不取决于压力变化的现象。从以上实验可以看出,该过程表现出明显的凝胶极化,即在初级膜表面出现次级膜,这主要是由于发酵中所含的大分子或胶体颗粒在膜上的吸附所致。表面。在这种情况下,膜过滤通量通常取决于次级膜的形成过程。娜彦等。认为次生膜的形成过程可分为五个阶段:(1)大分子胶束在膜表面的快速吸附。 (2)底层沉积(单层)。 (3)多层堆积和堵塞。 (4)堆积层的致密化。 (5)由于人体浓度的增加而导致底层厚度的增加。在膜的清洗过程中,易于去除膜表面上积聚的细菌和大分子胶束,但通常难以去除吸附在膜表面上的大分子胶束,从而降低了膜的吸附度。e膜通量回收率。因此,本文研究了不同清洗条件对膜再生效果的影响。由于膜结垢主要是吸附在膜表面层上,因此合适的解吸剂通常也是合适的膜清洁剂。毫无疑问,NaOH溶液对金属氧化物表面上有机物的洗脱具有良好的作用。同时,考虑到蛋白质富集在膜表面上,次氯酸钠溶液的强氧化性使蛋白质变性并使陶瓷膜与蛋白质之间的亲和力发生变化。因此,选择2%NaOH和0.02%次氯酸钠溶液作为清洁剂。同时,现场要求清洗过程在两个小时内完成,因此确定清洗后的碱性清洗时间是清洗水30分钟,然后用NaClO清洗30分钟,最后的清洗是清洗程序,并将再生膜的纯净水通量与比较新膜的纯净水通量进行比较。 2.3.1渗透液侧的打开方式对膜的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的表面。数量无效。在相同的清洁条件下,本文分别比较了全开和全关三种工作模式。膜回收率分别为76%,79%,78%,差异很小。可以看出,膜污染主要发生在膜表面。这是一致的,这也表明所选择的膜具有狭窄的孔径分布。重复使用后,膜再生可以恢复到该水平。 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,但过高的温度会导致能耗增加。因此,本文比较了400C,600C,700C和800C的四种类型。不同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,高温对于清洁过程是有益的,并且合适的温度是700℃。 pstyle =” f