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膜集成技術在乳品廢水資源化中的應用

發布時間:2019-08-22 10:06:08 點擊量:

乳品廢水富含蛋白質和乳糖等營養物質。根據國家節能減排的戰略需求,從乳品廢水中回收營養物質和水是未來廢水處理的發展方向。如今,膜技術,如納濾和反滲透等,在廢水回用中扮演著極其重要的角色,但膜汙染和濃縮液的處理一直是阻礙其大規模工業化應用的瓶頸。
  中國科學院過程工程研究所萬印華研究員團隊針對上述關鍵科學技術問題,提出了基於納濾分離和發酵技術的集成工藝用於乳品廢水的資源化,並詳細研究了緊密型納濾膜物化性質對分離性能的影響,為納濾技術在食品廢水資源化的工業應用提供理論基礎和工藝指導。

 

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  我們首先提出等電點沉澱-納濾-厭氧發酵集成工藝處理和資源化利用模擬乳品廢水。等電點沉澱可回收酪蛋白並大幅減輕納濾膜汙染。相比直接采用乳品廢水進行發酵,以不含酪蛋白的納濾濃縮液為底物進行厭氧發酵,揮發性脂肪酸中乙酸與丁酸比例更高(pH更低,更適用於乳品廢水的等電點沉澱),生物燃氣中氫氣比例更高。基於上述結果,進一步建立了等電點沉澱-超濾-納濾-乳酸發酵集成工藝回收模擬乳品廢水中水、酪蛋白、乳清蛋白以及發酵菌體與乳酸,以解決膜汙染、汙泥產生和濃縮液處理等難題。通過等電點沉澱和超濾預處理後,納濾膜汙染明顯降低且濃縮倍數大幅提高。采用本試驗室自行篩選的菌株B. coagulans IPE22將不含蛋白質的納濾濃縮液進行乳酸發酵,可得到更高濃度的乳酸和菌體。


  最後係統研究了九種商品化納濾膜物化性質與其分離性能的內在聯係,實驗結果表明NF270(陶氏)、DF30(碧水源)和NF40-I(杭州水處理中心)三種納濾膜的乳糖截留率高、鹽截留率低、跨膜壓力低且幾乎不存在不可逆汙染,更適合處理乳品廢水。進一步研究發現,這些納濾膜的孔徑與平均跨膜壓力對不可逆汙染的影響可以忽略,而高粗糙度和高接觸角則會導致嚴重膜汙染,表明該體係中主要汙染機理是表麵吸附,而不是膜孔堵塞(受孔徑大小影響)或凝膠層形成(受跨膜壓力影響)。我們還發現緊密型納濾膜對乳糖與電導率的截留均受空間位阻作用主導。


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