CN101870722B - 两级泡沫分离法浓缩大豆蛋白废水中蛋白质工艺 - Google Patents
两级泡沫分离法浓缩大豆蛋白废水中蛋白质工艺 Download PDFInfo
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Abstract
本发明的技术方案属于废水处理领域，具体地说是一种两级泡沫分离法浓缩大豆蛋白废水中蛋白质工艺。该工艺包括如下步骤：第一步，生产大豆蛋白废水的收集和检测；第二步，生产大豆蛋白废水预处理；第三步，通过泡沫分离塔进行二级泡沫分离工艺。本发明工艺方法首次将二级泡沫分离技术应用于浓缩大豆蛋白废水中的蛋白质，第一级泡沫分离使得蛋白质的浓缩比可以达到6.0-8.0，消泡液中的蛋白质浓度超过溶解度而析出，可直接作为大豆蛋白的生产原料；第二级泡沫分离使得蛋白质的回收率尽可能高，消泡液与初始废水混合加入到第一级泡沫分离的进料中。这样的两级泡沫分离工艺既能大幅度提高蛋白质浓缩比，又能增大回收率。
Description
技术领域
本发明的技术方案属于废水处理领域，具体地说是两级泡沫分离法浓缩大豆蛋白废水中蛋白质工艺。
背景技术
大豆蛋白在食品和化工等领域中具有广泛应用。迄今为止，我国用碱溶酸沉法生产大豆蛋白，从而产生大量含有蛋白质的废水，直接排放对环境造成严重的污染。目前该废水的处理方法主要有生化法，膜分离法以及离子交换树脂法等。然而，这些方法存在投资和生产费用高，操作工艺复杂等缺陷。
泡沫分离技术因其具有设备简单、投资少、能耗低和无污染等优点而越来越受到研究者的重视。应用泡沫分离技术处理大豆蛋白废水的研究有文献报道，谢继宏等研究者在《华东理工大学学报》1997年第23卷第3期第270至274页上发表了“大豆蛋白质的泡沫分离研究：I.操作工艺条件”论文；杨向平等研究者在《化工进展》2008年第27卷第1期第92至-97页上发表了“大豆蛋白废水中乳清蛋白的泡沫分离实验”论文。他们的研究结果表明当初始废水的蛋白质浓度为0.54g/L时，在最佳工艺条件下，蛋白质浓缩比为3.25，(浓缩比为消泡液中的蛋白质浓度与初始废水中的蛋白质浓度之比)，因此在最佳工艺条件下消泡液中蛋白质浓度只有1.76g/L，但当初始废水中蛋白质浓度增大时，浓缩比大幅度减小。根据此工艺所确定的消泡液中蛋白质浓度最高也只有3.93g/L。而所处理的初始废水中蛋白质浓度要高，比如胡朝宇等研究者在《辽宁化工》2009年第38卷第9期第626至628页上发表了“大豆蛋白废水处理方法研究”论文表明处理的初始废水中蛋白质浓度为4g/L。因此根据目前的泡沫分离工艺难以实现工业化。
目前研究仅仅局限在常温下操作。因此本专利发明了不同温度下操作的两级泡沫分离工艺，使得消泡液中的蛋白质浓度大幅度超过处理的初始废水中蛋白质浓度，可作为大豆蛋白的生产原料。
目前，本专利的两级泡沫分离法浓缩大豆蛋白废水中蛋白质工艺所能达到的消泡液中的蛋白质浓度大幅度超过处理的初始废水中蛋白质浓度技术未见文献报道。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种两级泡沫分离法浓缩大豆蛋白废水中蛋白质工艺，它是用两级泡沫分离技术来浓缩大豆蛋白废水中的蛋白质，克服了生化法设备占地面积大并不能回收产品，膜分离法和离子交换树脂法投资和生产费用高，操作工艺复杂的缺陷。
本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：
一种两级泡沫分离法浓缩大豆蛋白废水中蛋白质工艺，包括如下步骤：
第一步，生产大豆蛋白废水的收集和检测
收集生产大豆蛋白废水，检测蛋白质浓度，检测pH值；
第二步，生产大豆蛋白废水预处理
用氢氧化钠水溶液调节第一步所述的废水的pH值为6.5～7.5，作为初始废水，进入二级泡沫分离工艺中的第一级泡沫分离为进料；
第三步，二级泡沫分离工艺
第一级泡沫分离工艺：泡沫分离塔温度为50～65℃，表观气速为0.97～1.7mm/s，泡沫层高度为0.6～0.8m，对泡沫层进行破沫，待泡沫不能从泡沫分离塔顶流出时，停止通气，从塔顶流出的泡沫经过破沫成为第一级的消泡液直接作为生产大豆蛋白的原料；在泡沫分离塔里所剩的残液作为第二级泡沫分离的进料；
第二级泡沫分离工艺：泡沫分离塔温度为20～30℃，表观气速先为0.97～1.7mm/s，泡沫层高度为0.6～0.8m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，待泡沫不能从塔顶流出时，再将表观气速升到2.97～5.1mm/s，泡沫层高度为0.6～0.8m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，待泡沫不能从泡沫分离塔顶流出时，停止通气，第二级的消泡液可以与初始废水混合加入到第一级泡沫分离的进料中；在泡沫分离塔里所剩的残液经普通生化法处理后排放。
上面所述大豆蛋白废水中的蛋白浓度为3-5g/L。
上面所述破沫方法为机械法或热消泡法。
本发明的有益效果是：泡沫分离技术是一种特殊的化工单元过程，其根据表面吸附原理，基于溶液中溶质表面活性的差异从而使其得以分离。泡沫分离技术在环保、生物物质的提取等领域得到日益广泛的应用。泡沫分离法的优点在于所用设备简单、投资少、耗能小、操作方便和无污染。本发明工艺方法首次将二级泡沫分离技术应用于浓缩大豆蛋白废水中的蛋白质，第一级泡沫分离使得蛋白质的浓缩比可以达到6.0-8.0，消泡液中的蛋白质浓度超过溶解度而析出，可直接作为大豆蛋白的生产原料；第二级泡沫分离使得蛋白质的回收率尽可能高，消泡液与初始废水混合加入到第一级泡沫分离的进料中。这样的两级泡沫分离工艺既能提高大幅度蛋白质浓缩比(蛋白质浓缩比为6.0-8.0)，又能增大回收率(蛋白质回收率为80-84％)。所剩的残液中蛋白质浓度很低，再经普通生化法处理，由于此废水的浓度已经很低，进料将大幅度降低废水处理负荷，从而大幅度降低处理费用。
具体实施方式
实施例1
第一步，生产大豆蛋白的废水的收集及检测
收集某生产大豆蛋白厂的废水，用GB/T20371-2006检测(以下实施例同)该废水蛋白质浓度为3g/L，pH为4.5；
第二步，生产大豆蛋白的废水预处理
用氢氧化钠水溶液(1mol/L)调节第一步所述的生产大豆蛋白的废水的pH值为6.5～6.7，作为初始废水，进入二级泡沫分离工艺中的第一级泡沫分离为进料；
第三步，二级泡沫分离工艺
第一级泡沫分离工艺：泡沫分离塔温度为55～58℃，表观气速为0.97～1.03mm/s，泡沫层高度为0.60～0.65m，用机械破沫方法对从塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从泡沫分离塔顶流出时，停止通气。从塔顶流出的泡沫经破沫成为第一级的消泡液中蛋白质浓度为22.5～24.0g/L(蛋白质的浓缩比为7.5～8.0，)，直接作为生产蛋白质的原料(蛋白质浓度＞＞4g/L)；在泡沫分离塔里所剩的残液中蛋白质浓度为1.3～1.4g/L，作为第二级泡沫分离的进料。
第二级泡沫分离工艺：泡沫分离塔温度为20～23℃，表观气速先为0.97～1.03mm/s，泡沫层高度为0.65～0.70m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，用热消泡方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从塔顶流出时，再将表观气速升到2.9～3.1mm/s，泡沫层高度为0.65～0.70m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，用热消泡破沫方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从泡沫分离塔顶流出时，停止通气。此时两种气速下得到的总的第二级消泡液中蛋白质浓度2.9～3.1g/L(蛋白质的浓缩比为2.1～2.3)，接近初始废水的浓度，这样就可以与初始废水混合加入到第一级泡沫分离的进料中；在泡沫分离塔里所剩的残液中蛋白质浓度为0.53～0.57g/L，由于从初始废水中大部分蛋白质已经被分离脱除，所以此所剩的残液中蛋白质浓度很低，作为生化法处理此废水的进料将大幅度降低废水处理负荷，从而大幅度降低处理费用。
两级泡沫分离技术浓缩废水中蛋白质的总回收率为80～82％。
说明：工业中大豆蛋白废水中蛋白浓度应该是4g/L(见背景技术部分中的第二段最后三行)。但实际上有时高于4g/L，这是因为工业化生产过程中等电点分离效率不是很好，有时低于4g/L，这是因为工业化生产过程中有时将其它用水进入大豆蛋白废水，从而造成对大豆蛋白废水的稀释。所以根据本专利实施例中的浓度是3-5g/L。
如果出现大豆蛋白废水中蛋白浓度高于5g/L，说明废水中有大量的固体蛋白，首先通过固液分离法回收蛋白再用本专利法实施；如果出现大豆蛋白废水中蛋白浓度低于3g/L，说明废水中蛋白浓度低，应该用目前常规的泡沫分离法或本专利的第二级泡沫分离工艺，将废水中的蛋白浓缩使蛋白浓度达到3-5g/L，然后再用本方法实施。
实施例2
第一步，生产大豆蛋白的废水的收集及检测
收集某生产大豆蛋白厂的废水，经检测该废水蛋白质浓度为4g/L，pH为4.5；
第二步，生产大豆蛋白的废水预处理
用氢氧化钠水溶液(1mol/L)调节第一步所述的生产大豆蛋白的废水的pH值为6.9～7.1，作为初始废水，进入二级泡沫分离工艺中的第一级泡沫分离为进料；
第三步，二级泡沫分离工艺
第一级泡沫分离工艺：泡沫分离塔温度为59～61℃，表观气速为1.2～1.3mm/s，泡沫层高度为0.68～0.73m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第一级的消泡液，用机械破沫方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从泡沫分离塔中流出时，停止通气。第一级的消泡液中蛋白质浓度为27.6～29.6g/L(蛋白质的浓缩比为6.9～7.4)，直接作为生产大豆蛋白的原料(蛋白质浓度＞＞4g/L)；在泡沫分离塔里所剩的残液中蛋白质浓度为1.5～1.6g/L，作为第二级泡沫分离的进料。
第二级泡沫分离工艺：泡沫分离塔温度为24～26℃，表观气速先为1.2～1.3mm/s，泡沫层高度为0.75～0.80m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，用热消泡方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从塔顶流出时，再将表观气速升到3.9～4.1mm/s，泡沫层高度为0.75～0.80m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，用热消泡破沫方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从泡沫分离塔顶流出时，停止通气。此时两种气速下得到的总的第二级消泡液中蛋白质浓度3.9～4.1g/L(蛋白质的浓缩比为2.5～2.7)，接近初始废水的浓度，这样就可以与初始废水混合加入到第一级泡沫分离的进料中；在泡沫分离塔里所剩的残液中蛋白质浓度为0.68～0.70g/L，由于从初始废水中大部分蛋白质已经被分离脱除，所以此所剩的残液中蛋白浓度很低，作为生化法处理此废水的进料将大幅度降低废水处理负荷，从而大幅度降低处理费用。
两级泡沫分离技术浓缩废水中蛋白质的总回收率为82～83％。
实施例3
第一步，生产大豆蛋白的废水的收集及检测
收集某生产大豆蛋白厂的废水，经检测该废水蛋白质浓度为5g/L，pH为4.5；
第二步，生产大豆蛋白的废水预处理
用氢氧化钠水溶液(1mol/L)调节第一步所述的生产大豆蛋白的废水的pH值为7.3～7.5，作为初始废水，进入二级泡沫分离工艺中的第一级泡沫分离为进料；
第三步，二级泡沫分离工艺
第一级泡沫分离工艺：温度为63～65℃，表观气速为1.6～1.7mm/s，泡沫层高度为0.75～0.80m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第一级的消泡液，用机械破沫方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从泡沫分离塔顶流出时，停止通气。第一级的消泡液中蛋白质浓度为30.0～32.5g/L(蛋白质的浓缩比为6.0～6.5)，直接作为生产大豆蛋白的原料(蛋白质浓度＞＞4g/L)；在泡沫分离塔里所剩的残液中蛋白质浓度为1.7～1.8g/L，作为第二级泡沫分离的进料。
第二级泡沫分离工艺：温度为28～30℃，表观气速先为1.6～1.7mm/s，泡沫层高度为0.60～0.65m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，用机械消泡方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从塔顶流出时，再将表观气速升到4.9～5.1mm/s，泡沫层高度为0.60～0.65m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，用热消泡破沫方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从泡沫分离塔顶中流出时，停止通气。此时两种气速下得到的总的第二级消泡液中蛋白质浓度4.6～5.2g/L(蛋白质的浓缩比为2.7～2.9)，接近初始废水的浓度，这样就可以与初始废水混合加入到第一级泡沫分离的进料中；在泡沫分离塔里所剩的残液中蛋白质浓度为0.82～0.90g/L，由于从初始废水中大部分蛋白质已经被分离脱除，所以此所剩的残液中蛋白质浓度很低，作为生化法处理此废水的进料将大幅度降低废水处理负荷，从而大幅度降低处理费用。
两级泡沫分离技术浓缩废水中蛋白质的总回收率为83～84％。
实施例4
第一步，生产大豆蛋白的废水的收集及检测
收集某生产大豆蛋白厂的废水，经检测该废水蛋白质浓度为4g/L，pH为4.5；
第二步，生产大豆蛋白的废水预处理
用氢氧化钠水溶液(1mol/L)调节第一步所述的生产大豆蛋白的废水的pH值为6.9～7.1，作为初始废水，然后将初始废水和实施例2的第三步的二级泡沫分离工艺中第二级泡沫分离工艺得到的第二级的消泡液混合进入二级泡沫分离工艺中的第一级泡沫分离为进料，其中初始废水和第二级的消泡液的体积比为2∶1；
第三步，二级泡沫分离工艺
第一级泡沫分离工艺：泡沫分离塔温度为59～61℃，表观气速为1.2～1.3mm/s，泡沫层高度为0.68～0.73m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第一级的消泡液，用机械破沫方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从泡沫分离塔顶流出时，停止通气。第一级的消泡液中蛋白质浓度为27.6～29.6g/L(蛋白质的浓缩比为6.9～7.4)，直接作为生产大豆蛋白的原料(蛋白质浓度＞＞4g/L)；在泡沫分离塔里所剩的残液中蛋白质浓度为1.5～1.6g/L，作为第二级泡沫分离的进料。
第二级泡沫分离工艺：泡沫分离塔温度为24～26℃，表观气速先为1.2～1.3mm/s，泡沫层高度为0.75～0.80m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，用热消泡方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从塔顶流出时，再将表观气速升到3.9～4.1mm/s，泡沫层高度为0.75～0.80m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，用热消泡破沫方法对塔顶流出的泡沫进行破沫，待泡沫不能从泡沫分离塔顶流出时，停止通气。此时两种气速下得到的总的第二级消泡液中蛋白质浓度3.9～4.1g/L(蛋白质的浓缩比为2.5～2.7)，接近初始废水的浓度，这样就可以与初始废水混合加入到第一级泡沫分离的进料中；在泡沫分离塔里所剩的残液中蛋白质浓度为0.68～0.70g/L，由于从初始废水中大部分蛋白质已经被分离脱除，所以此所剩的残液中蛋白浓度很低，作为生化法处理此废水的进料将大幅度降低废水处理负荷，从而大幅度降低处理费用。
两级泡沫分离技术浓缩废水中蛋白质的总回收率为82～83％。
Claims (3)
1.一种两级泡沫分离法浓缩大豆蛋白废水中蛋白质工艺，其特征为包括如下步骤：
第一步，生产大豆蛋白废水的收集和检测
收集生产大豆蛋白废水，检测蛋白质浓度，检测pH值；
第二步，生产大豆蛋白废水预处理
用氢氧化钠水溶液调节第一步所述的废水的pH值为6.5～7.5，作为初始废水，进入下面第三步“二级泡沫分离工艺”中的“第一级泡沫分离工艺”步骤中作为进料；
第三步，二级泡沫分离工艺
第一级泡沫分离工艺：泡沫分离塔温度为50～65℃，表观气速为0.97～1.7mm/s，泡沫层高度为0.6～0.8m，对泡沫层进行破沫，待泡沫不能从泡沫分离塔顶流出时，停止通气，从塔顶流出的泡沫经过破沫成为第一级的消泡液直接作为生产大豆蛋白的原料；在泡沫分离塔里所剩的残液作为第二级泡沫分离的进料；
第二级泡沫分离工艺：泡沫分离塔温度为20～30℃，表观气速先为0.97～1.7mm/s，泡沫层高度为0.6～0.8m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，待泡沫不能从塔顶流出时，再将表观气速升到2.97～5.1mm/s，泡沫层高度为0.6～0.8m，从塔顶流出的泡沫经破沫成为第二级的消泡液，待泡沫不能从泡沫分离塔顶流出时，停止通气，第二级的消泡液与初始废水混合加入到第一级泡沫分离的进料中；在泡沫分离塔里所剩的残液经普通生化法处理后排放。
2.如权利要求1所述两级泡沫分离法浓缩大豆蛋白废水中蛋白质工艺，其特征为第一步中所述大豆蛋白废水中的蛋白浓度为3-5g/L。
3.如权利要求1所述两级泡沫分离法浓缩大豆蛋白废水中蛋白质工艺，其特征为所述破沫方法为机械法或热消泡法。
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Granted publication date: 20130102 |
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