CN102260163B - 一种从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法 - Google Patents
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Abstract
一种从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法，是以万寿菊花发酵废水为初始原料，采用高分子絮凝沉降技术和离心沉降技术实现万寿菊花废水中悬浮物的净化；再采用吸附法，利用活性炭脱色过滤得到纯净无色的净化液；最后通过二级减压喷雾蒸发，将乳酸含量3-5wt%的低浓度溶液浓缩到50wt%以上；浓缩过程中产生的蒸发废水同时进行曝气处理，降低COD后达到国家二级排放标准。本发明从低乳酸含量发酵废水中回收乳酸，即变废为宝，也解决了万寿菊花发酵废水的环保处理难题，使万寿菊花加工业可以可持续发展。
Description
技术领域
本发明涉及一种乳酸的回收方法，特别是涉及一种从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法，本发明在回收乳酸的同时对万寿菊花发酵废水进行处理，使其达到国家二级排放标准。
背景技术
我国万寿菊花种植产业开始于1993年，经历了18年的发展后，种植面积基本维持在20万亩的水平，遍布黑龙江、吉林、辽宁、河北、内蒙、山西、陕西、宁夏、甘肃、新疆、云南等十多个省和自治区，一跃成为全世界万寿菊花的种植大国，占全球种植总量的95%。万寿菊花种植业的蓬勃发展，也大大带动了万寿菊花的粗加工和深加工行业，给农村经济带来巨大的动力，给农民带来了经济利益。
新鲜的万寿菊花采摘后，要进行为期20天的避光厌氧发酵，在发酵剂（富含乳酸菌和纤维素酶）作用下，万寿菊花表面的花粉和细胞壁被降解和破环，产生大量的降解和释放产物，形成万寿菊花发酵废水。全国每年种植以20万亩计，将产鲜花60万吨，发酵后产生废水约45万吨。该废水含2-3wt%的乳酸和其他有机物，pH值3-4，COD达到12万，对环境产生极大的威胁，流经的土壤会酸化板结，植被全被毁灭性破环。如果不对万寿菊花发酵废水进行环保治理，将会对我国的农业耕地和农村饮水带来巨大的威胁。
万寿菊花发酵废水中含有的活性乳酸是一种重要的饲料添加剂。我国每年需要用大量的玉米淀粉发酵制备乳酸，但还远远满足不了国内的需求，需从国外进口。如果将万寿菊花发酵废水中的乳酸全部回收，一年将产生1.35万吨纯乳酸，实现直接价值近1.5亿元。
乳酸是一种无色或略带黄色的糖浆状液体，是世界上公认的三大有机酸之一，被广泛应用于食品、酿造、医药、皮革、卷烟、化工和印染等工业中。人们还发现乳酸的聚合物作为一种可生物降解的新一代高分子材料，具有生物降解性，其应用可扩展到医药、塑料等领域，应用价值日益为人们所重视。
乳酸的生产分为化学合成法和发酵法两大类。L-乳酸主要以玉米淀粉为原料经生物发酵等工艺环节获得，该生产路线的优势在于原料的利用及转化率较高，但其分离难度大，操作条件要求苛刻。以发酵法生产乳酸将消耗大量的粮食玉米等，也就是占用较多的农村耕地。
传统的发酵法生产乳酸主要采用结晶、酯化等生产工艺来回收和纯化乳酸。专利02131067X从含10-30wt%乳酸的发酵液中采用酯化法生产乳酸；专利98121895.4从酒厂废水中采用石灰中和结晶生产乳酸钙。在结晶法中，乳酸发酵液与氧化物（氧化钙或氧化锌等）发生中和反应，生成乳酸钙或乳酸锌，过饱和的乳酸钙或乳酸锌以晶体形式析出，过滤收集，以49wt%硫酸酸解制备出高含量的乳酸。该生产工艺要求发酵液中的乳酸含量必须大于8wt%以上，否则乳酸钙或乳酸锌溶解于溶液中，不会析出。
对于小于5wt%的低含量乳酸溶液中乳酸的回收，一直是一个难以解决的课题。
目前，国内万寿菊花加工工厂对于万寿菊花发酵废水尚未进行有效处理，只是简单地存储，依靠自然蒸发或深处排放，对周围环境和地质产生很大的危害。其主要原因是针对万寿菊花重度污染废水处理需要设备投入和资金投入，没有产出。这样的局面势必造成环境的污染和有效物质的浪费。
发明内容
本发明的目的是提供一种从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法，一方面解决低含量乳酸溶液中乳酸回收的技术问题，一方面解决万寿菊花发酵废水重度污染的环保问题。
本发明从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法是以万寿菊花发酵废水为初始原料，采用高分子絮凝沉降技术和离心沉降技术实现万寿菊花废水中悬浮物的净化；再采用吸附法，利用活性炭脱色过滤得到纯净无色的净化液；最后通过二级减压喷雾蒸发，将乳酸含量3-5wt%的低浓度溶液浓缩到50wt%以上。浓缩过程中产生的蒸发废水同时进行曝气处理，降低COD后达到国家二级排放标准。
本发明从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法具体包括以下步骤：
1）、以乳酸含量小于8wt%的万寿菊花发酵废水为初始原料，向万寿菊花发酵废水中加入废水总量0.5-1.5wt%的高分子絮凝剂聚丙烯酰胺，80-150转/min搅拌1-3小时；
2）、离心沉降，分离沉降物杂质，脱色、过滤，得到澄清的无色料液；
3）、将澄清的无色料液加热到60-80℃，进入一级喷雾蒸发罐，在0.08-0.09kgf/cm的真空度下蒸发浓缩至乳酸浓度达到25-30wt%；
4）、进入二级喷雾蒸发器，控温70-80℃，在0.08-0.09kgf/cm真空度下蒸发浓缩到乳酸浓度50-80wt%；
5）步骤3）、4）中蒸发出的气体在喷射泵循环水冷却作用下液化成蒸发废水，同时实现蒸发废水的曝气处理后，进入喷射泵循环水系统；
6）、过量的蒸发废水溢流到中和池中，以生石灰调节其pH值达到6.8-7.2后排放。
其中，优选地，本发明是采用分离因数4000-8000的离心沉降分离机对絮凝沉降后的发酵废水进行离心沉降的，可以分离出液体总量5-10wt%的沉降物杂质。
进一步地，本发明是将离心沉降分离出的料液预热到40-60℃，加入料液总量0.25-1.0wt%的活性炭进行脱色，脱色后的料液进入板框过滤机，于2-8kgf/cm2压力下加压过滤得到透明无色的料液。
本发明是使用万寿菊花干燥过程中产生的废热对料液进行加热的。万寿菊花的干燥是采用烟道气或换热空气在滚筒干燥器中进行的，锅炉烟道气出口温度200℃，干燥器气体进口温度200℃以上，出口温度90℃，该过程中的废热可以采用换热器回收，将回收产生的循环热水提供给万寿菊花发酵废水的一、二级减压蒸发使用。
本发明回收得到的乳酸浓缩液为无色或淡黄色流动液体，相对密度1.10，有酸味，具有吸湿性，乳酸含量大于50%。
处理后排放水为无色透明液体，pH=6.8-7.1，相对密度1.0-1.05，COD值120-240mg/L。
本发明从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法解决了低乳酸含量发酵废水中乳酸回收和利用的技术难题，不仅从万寿菊花发酵废水中回收了乳酸，变废为宝，节约了大量的粮食和农业耕地，同时也解决了万寿菊花加工行业中发酵废水的环保处理难题，对发酵废水进行治理，处理后废水达到国家二级排放标准，保护了环境，使万寿菊花加工业可以可持续发展。
从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法中，废水的蒸发浓缩会消耗大量的能量，本发明利用了万寿菊花发酵干燥过程或其他过程中产生的废热，减少了温室气体的排放，达到了节能减排的目的，对环境友好。
本发明从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法在回收乳酸的同时，又使万寿菊花发酵废水得到了环保处理，在创造经济效益的同时又解决了环保问题，将产生可观的经济效益和社会效益，产业化前景广阔。
具体实施方式
实施例1
将4吨乳酸含量为2.8%的万寿菊花发酵废水用离心泵泵入5m3的反应釜中，搅拌下缓慢加入用4公斤高分子絮凝剂聚丙烯酰胺801配制成的胶体溶液40L，以120转/min搅拌1小时。
絮凝处理后的发酵废水高位自流进入分离因数为6000的卧螺式离心沉降机，分离出澄清透明料液后，在固体出料口收集得到210kg固体沉降物，用于制备有机肥料。
将澄清透明料液用离心泵输送到脱色釜，预热到50℃，加入40kg活性炭，搅拌脱色1小时后，进入板框过滤机进行加压过滤，压力控制在4.5kgf/cm2，滤布采用200目规格，过滤出的透明无色料液进入加热罐。
使用万寿菊花干燥过程中产生的废热循环热水将加热罐中的料液加热到78℃。
加热后的料液进入一级喷雾蒸发器，控温78±2℃，以水喷射泵减压到0.09kgf/cm，蒸发浓缩成浓度30%的乳酸溶液；蒸发出的气体在喷射泵循环水冷却作用下液化成蒸发废水，同时实现蒸发废水的曝气处理后，进入喷射泵循环水系统。
乳酸溶液进入二级喷雾蒸发器，控温80℃，以水喷射泵减压到0.09kgf/cm，蒸发浓缩成浓度72%的乳酸浓缩液，共得到154kg，进入产品罐存放灌装；蒸发出的气体在喷射泵循环水冷却作用下液化成蒸发废水，同时实现蒸发废水的曝气处理后，进入喷射泵循环水系统。
进入喷射泵循环水系统的蒸发废水继续循环至一、二级喷雾蒸发器形成真空，并对新产生的蒸发废水进行曝气处理；过量的蒸发废水溢流到中和池中，经酸度计检测后，加入适量的生石灰进行中和，使废水的pH值达到7.0后，检测废水的COD降到120以下，达到国家二级排放标准。
实施例2
将8吨乳酸含量为4.2%的万寿菊花发酵废水用离心泵泵入10m3的反应釜中，搅拌下缓慢加入用10公斤高分子絮凝剂聚丙烯酰胺801配制成的胶体溶液100L，以120转/min搅拌1小时。
絮凝处理后的发酵废水通过分离因数为6000的卧螺式离心沉降机，分离出澄清透明料液后，在固体出料口收集得到430kg固体沉降物，用于制备有机肥料。
将澄清透明料液用离心泵输送到脱色釜，预热到60℃，加入80kg活性炭，搅拌脱色1小时后，进入板框过滤机进行加压过滤，压力控制在5kgf/cm2，滤布采用200目规格，过滤出的透明无色料液进入加热罐。
使用万寿菊花干燥过程中产生的废热循环热水将加热罐中的料液加热到75℃。
加热后的料液进入一级喷雾蒸发器，控温73±2℃，以水喷射泵减压到0.09kgf/cm，蒸发浓缩成浓度28%的乳酸溶液；蒸发出的气体在喷射泵循环水冷却作用下液化成蒸发废水，同时实现蒸发废水的曝气处理后，进入喷射泵循环水系统。
乳酸溶液进入二级喷雾蒸发器，控温80℃，以水喷射泵减压到0.09kgf/cm，蒸发浓缩成浓度67%的乳酸浓缩液，共得到495kg，进入产品罐存放灌装；蒸发出的气体在喷射泵循环水冷却作用下液化成蒸发废水，同时实现蒸发废水的曝气处理后，进入喷射泵循环水系统。
进入喷射泵循环水系统的蒸发废水继续循环至一、二级喷雾蒸发器形成真空，并对新产生的蒸发废水进行曝气处理；过量的蒸发废水溢流到中和池中，经酸度计检测后，加入适量的生石灰进行中和，使废水的pH值达到6.9后，检测废水的COD降到130以下，达到国家二级排放标准。
实施例3
将14吨乳酸含量为5.5 %的万寿菊花发酵废水用离心泵泵入15m3的反应釜中，搅拌下缓慢加入用13公斤高分子絮凝剂聚丙烯酰胺801配制成的胶体溶液150L，以120转/min搅拌1小时。
絮凝处理后的发酵废水通过分离因数为6000的卧螺式离心沉降机，分离出澄清透明料液后，在固体出料口收集得到690kg固体沉降物，用于制备有机肥料。
将澄清透明料液用离心泵输送到脱色釜，预热到50℃，加入120kg活性炭，搅拌脱色1小时后，进入板框过滤机进行加压过滤，压力控制在4.5kgf/cm2，滤布采用200目规格，过滤出的透明无色料液进入加热罐。
使用万寿菊花干燥过程中产生的废热循环热水将加热罐中的料液加热到78℃。
加热后的料液进入一级喷雾蒸发器，控温78±2℃，以水喷射泵减压到0.09kgf/cm，蒸发浓缩成浓度31%的乳酸溶液；蒸发出的气体在喷射泵循环水冷却作用下液化成蒸发废水，同时实现蒸发废水的曝气处理后，进入喷射泵循环水系统。
乳酸溶液进入二级喷雾蒸发器，控温80℃，以水喷射泵减压到0.09kgf/cm，蒸发浓缩成浓度70%的乳酸浓缩液，共得到1060kg，进入产品罐存放灌装；蒸发出的气体在喷射泵循环水冷却作用下液化成蒸发废水，同时实现蒸发废水的曝气处理后，进入喷射泵循环水系统。
进入喷射泵循环水系统的蒸发废水继续循环至一、二级喷雾蒸发器形成真空，并对新产生的蒸发废水进行曝气处理；过量的蒸发废水溢流到中和池中，经酸度计检测后，加入适量的生石灰进行中和，使废水的pH值达到7.0后，检测废水的COD降到132以下，达到国家二级排放标准。
Claims (5)
1.一种从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法，包括以下步骤：
1）以乳酸含量小于8wt%的万寿菊花发酵废水为初始原料，向万寿菊花发酵废水中加入废水总量0.5-1.5wt%的高分子絮凝剂聚丙烯酰胺，80-150转/min搅拌1-3小时；
2）离心沉降，分离沉降物杂质，脱色、过滤，得到澄清的无色料液；
3）将澄清的无色料液加热到60-80℃，进入一级喷雾蒸发罐，在0.08-0.09kgf/cm2的真空度下蒸发浓缩至乳酸浓度达到25-30wt%；
4）进入二级喷雾蒸发器，控温70-80℃，在0.08-0.09kgf/cm2真空度下蒸发浓缩到乳酸浓度50-80wt%；
5）步骤3）、4）中蒸发出的气体在喷射泵循环水冷却作用下液化成蒸发废水，同时实现蒸发废水的曝气处理后，进入喷射泵循环水系统；
6）过量的蒸发废水溢流到中和池中，以生石灰调节其pH值达到6.8-7.2后排放。
2.根据权利要求1所述的从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法，其特征是所述步骤2）中采用分离因数4000-8000的离心沉降分离机对絮凝沉降后的发酵废水进行离心沉降。
3.根据权利要求1所述的从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法，其特征是所述步骤2）中的脱色是将离心沉降分离出的料液预热到40-60℃，加入料液总量0.25-1.0wt%的活性炭进行脱色。
4.根据权利要求1所述的从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法，其特征是所述步骤2）中的过滤是将脱色后的料液进入板框过滤机，于2-8kgf/cm2压力下加压过滤得到透明无色的料液。
5.根据权利要求1所述的从万寿菊花发酵废水中回收乳酸的方法，其特征是所述方法中对料液的加热均使用万寿菊花干燥过程中产生的废热。
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