陶瓷膜在发酵工业中的应用

在生物发酵工业中，由于发酵液中细菌的存在，产品的纯化和废水的处理变得更加困难。为此，国家轻工业局制定了环保产业的污染控制措施和发酵产业的技术政策，建议采用膜分离技术，加快工业净化技术的升级，进一步促进节能。和减少行业污染。本文以典型的味精生产工艺为例，简要说明了陶瓷膜分离技术在发酵工业清洁生产中的应用。中国的味精年产量超过50万吨。在传统的味精提取工艺中，由于使用了细菌等点分离法，谷氨酸的收率低，容易形成β型谷氨酸，且废水量大。以及其他缺点，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细胞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，通常使用离心和有机超滤来完成细菌和发酵液的分离。离心法具有杀菌速度低，操作强度高的缺点，限制了其在该领域的普及，而有机超滤膜杀菌具有膜通量小，浓度低等缺点。因此，本文采用无机陶瓷膜对谷氨酸进行了杀菌实验，实现了杀菌，洗菌，浓缩的连续操作。过程如图1所示。1实验部分1.1实验设备实验中使用的陶瓷膜是由南京化工大学生产的50nm，0.2μm和0.8μm的19通道管状ZrO2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湿细菌含量的测定湿细菌含量通过离心称量法进行测量。取100ml样品，放入离心管中，平衡，以300r / min的速度离心20min，弃去上清液，将离心管在滤纸上翻转几分钟，然后称重。 1.2.2光密度（OD）的确定根据比尔定律，当一定波长的光通过可以吸收这种光的溶液透射时，光密度与发酵液中细菌的数量成正比。光密度的测量可以相应地表达微生物的生长和繁殖程度。测量方法是直接测量方法。摇动发酵液，并将其置于厚度为1cm的比色皿中。使用581-G光电色度计在650nm的波长和蒸馏水作为对照来测量光密度。 1.2.3残留糖和谷氨酸含量的测定方法请参见MSG工业手册。 1.3实验原料为谷氨酸发酵液，由广东肇庆星湖集团有限公司味精厂提供。主要产品指标见表1。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。在两个小时的循环操作之后，测量渗透通量作为选择膜的基础。从表中可以看出，使用0.2μm膜进行的实验具有更高的通量和更高的灭菌率。 2.2操作条件对通量的影响2.2.1压力对通量的影响从图2可以看出，在固定的表面流速和温度条件下，0.1〜0.2Mpa的压力较小。e对通量的影响。当表面速度低时，高压会使膜通量变小。这主要是因为膜的表面吸收发酵液中的细菌和多肽并形成可压缩的凝胶层。在低压下形成的凝胶层较厚，并且凝胶层的致密性对焊剂的影响大于增大压力以增大对焊剂的驱动力的效果。因此，选择0.1Mpa作为谷氨酸发酵液杀菌实验的操作压力。 2.2.2表面速度对通量的影响由于压力对通量变化的影响不明显，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底层的厚度层流。换句话说，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，温度对助熔剂的影响是因为助熔剂的增加会导致液体粘度的降低和扩散系数的增加。因此，研究液体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。当浓度相对较低时，温度对粘度的影响很小，提高温度总体上可以降低粘度。但是当浓度比达到10时，粘度首先随温度的升高而增加，当其达到56度时出现极点，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，粘度不会随温度显着变化。当浓度较高时，低温可以降低粘度，但是此时的通量取决于液体传质系数。粘度是两个因素，出于几个原因，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采用两步法进行。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可以看出，在2m / s时，浓度比为10。〜25之间的通量大于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于解释膜渗透通量的变化，该变化不依赖于压力变化的现象。从上述实验可以看出，该过程表现出明显的凝胶极化，即在初级膜表面上出现次级膜，这主要是由于大分子或胶体颗粒在膜表面的吸附所致。在这种情况下，膜过滤通量通常取决于次级膜的形成过程。娜彦等等。相信次生膜的形成过程可以分为五个阶段：（1）大分子胶束在膜表面快速吸附。 （2）底部沉积（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，基层的厚度增加。在膜的清洗过程中，积累在膜表面上的细菌和大分子胶束更易于去除，但是吸附在膜表面上的大分子胶束通常难以去除，导致膜通量回收率降低。为此，不同清洗条件对膜再生的影响研究了定量作用。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。对于在金属氧化物表面上的有机化合物的洗脱，NaOH溶液无疑具有良好的效果。同时，考虑到蛋白质富集在膜表面，次氯酸钠溶液的强烈氧化使蛋白质变性，并改变陶瓷膜与蛋白质之间的亲和力。因此，选择2％NaOH和0.02％次氯酸钠溶液作为清洁剂。同时，该位置需要在两个小时内完成清洗过程，因此在用净水冲洗后确定要进行30分钟的碱性清洗，然后再将NaClO清洗30分钟。最后，进行水洗的清洁程序，并将再生膜的纯水通量与比较新膜的纯水通量进行比较。 2.3.1渗透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，即理论上是开放方法。在渗透液一侧该量无效。本文在相同的清洁条件下，分别比较了全开和全关三种工作模式。膜的回收率分别为76％和79％78％。差别很小。可以看出，膜污染主要发生在膜表面，并得到了预期的结果。一致地，这也表明所选膜的孔径分布窄。重复使用后，膜再生可以恢复到该水平。 2.3.2清洗液温度对膜水通量回收率的影响高温对解吸过程有利，但温度过高会导致能耗增加。为此，四种类型的400C，600C，700C和800C在不同条件下对工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，高温对清洁过程有利，合适的温度是700℃。 2.3.3膜水通量回收率与通量衰减之间的关系pstyle =” font-family：sans-serif，font-size：16px，t