CN102935333B - 填充床电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸分离的方法 - Google Patents
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Abstract
填充床电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸选择性分离的方法，利用填充床电渗析器中填充床电渗析膜堆的淡室中填充的离子交换树脂的选择性，结合淡室溶液的pH控制，使待分离的组分在电场作用下优先通过“树脂链”发生传递和跨膜迁移，进而使发酵废液中谷氨酸与乳酸发生选择性分离；填充床电渗析器包括：填充床电渗析膜堆、输液泵（9）、流量计（10）、压力表（11）、温度传感器（12）、在线pH计（13）、自动加酸或加碱装置、连接管路和储液罐。本发明可解决采用常规电渗析存在二者分离比率低，以及离子交换法需要分批操作和产生大量酸碱废液等问题，促进发酵废液中谷氨酸和乳酸分离新技术的工程化应用。
Description
技术领域
本发明涉及发酵产品分离工艺领域，具体地，本发明涉及用于发酵废液中残余谷氨酸和乳酸分离的方法，其中填充床电渗析膜堆淡室中填充经过筛选的离子交换树脂用于促进谷氨酸和乳酸的选择性分离。
背景技术
谷氨酸发酵液经过冷冻－等电点沉淀提取谷氨酸后的发酵废液，还含有丰富的可利用资源，除(NH4)2SO4等无机盐外，还含有1.5～2％的谷氨酸和少量乳酸等有机成分，如果直接排放将造成严重的资源浪费和环境污染。探讨发酵废水中谷氨酸和乳酸的分离提取，对废液资源化和减小环境污染具有重要意义。
传统的谷氨酸提取工艺是采用大量的浓硫酸来中和发酵液中的氨，使发酵液pH值降至3.2左右，然后加入晶种，使谷氨酸结晶、沉降，再用离心机过滤得到谷氨酸后再精制。由于废液含有大量硫酸铵，环保处理难度大。关于发酵液中乳酸的提取，多数企业采用乳酸钙结晶－酸解工艺，乳酸收得率低（在40％－45％之间），劳动强度大，环境污染严重等问题。目前，关于发酵液中氨基酸、有机酸的提取分离研究受到了广泛关注，被报道的方法主要有溶剂萃取法、酯化法、电渗析法、离子交换法和树脂吸附法等，但大多都还未得到实际应用。
关于谷氨酸的提取，如杭晓风（膜科学与技术，2008，28(2)：63-68）等研究纳滤技术用于分离谷氨酸和盐混合液，考察了pH、氯化钠浓度、膜通量、搅拌速度对纳滤膜分离性能的影响，表明NF270对谷氨酸的截留率达到95.0％，膜的分离选择性达到18.8，可以实现高盐浓度下谷氨酸溶液的脱盐；
邵文尧（陕西科技大学学报，2009，27(6)：50-53）等验证了超滤－纳滤膜分离技术用于改进谷氨酸提取分离工艺具有可行性；
Maki（Journal of Fermentation Technology，1987，65(1)：61-70）等研究了采用模拟移动床吸附体系分离谷胱甘肽和谷氨酸，可得到较好的分离效果；
Zhang（Separation and Purification Technology，2007，15：274-280）等研究了采用电渗析技术从等电母液中回收谷氨酸，发现通过改进传统电渗析可以得到较高的谷氨酸回收率和较低能耗；
Zhang（Desalination，2003，154(1)：17-26）等研究了一种新的透析过滤法从超滤浓液中回收谷氨酸，该技术与蒸馏和等电结晶相结合，谷氨酸的纯度和产量可分别提高9.3％和3.35％。
关于发酵液中乳酸的提取，如黄朝霞（离子交换与吸附，1994，10(1)：18-25）利用PVP树脂直接从发酵液中吸附乳酸，再用热水进行解吸，与现有的乳酸生产工艺相比，具有流程较短、设备较少、工艺先进、回收率较高等特点；
胡友慧和黄裕杰（化学世界，1998，7：357-360）发现叔胺型国产D-301树脂对乳酸的吸附容量小于交联型聚乙烯基吡啶树脂（PVP），D-301吸附的乳酸比PVP的容易被洗脱；
何姗（天津化工，2009，23(3)：29-31）考察了弱阴离子树脂D301G和D311从发酵液中提取乳酸，获得了优化工艺条件；
郑辉杰（食品科学，2009，30(6)：84-88）等选用弱阴离子树脂D301G和D311从发酵液中提取乳酸，考察了时间、温度、发酵液浓度、转速、pH值、流速和树脂填充量等的影响，获得了优化操作条件；
魏搏超等（过程工程学报，2012，12(1)：44-48）研究了一种利用盐析萃取法分离发酵液中乳酸的新方法，通过系统考察乳酸在不同盐析萃取体系中的分配规律，发现K2HPO4-甲醇和K2HPO4-乙醇体系适合分离发酵液中的乳酸，其中乙醇盐析萃取体系乳酸的分配系数和回收率分别为3.23和90.6％，上相中残余葡萄糖、菌体和可溶性蛋白大部分得到去除；
Hong等（Biotechnology Techniques，1999，13：915-918）研究了采用混合叔氨萃取剂从水溶液中回收L-乳酸，其萃取效率大于90％，且可克服第三相的形成，因此可缩短静置时间；
Vasheghani-Farahani（J Ind Microbiol Biotechnol，2008，35：1229-1233）研究了采用离子交换树脂从发酵液中原位分离乳酸，发现该工艺的产率是与传统工艺的5倍。
有关从发酵液中分离提取谷氨酸的专利也有不少报道，如专利CN101456823公开了一种从发酵液中分离提取L-谷氨酸的新工艺，其特点是利用滤膜、超滤与浓缩连续等点法相结合方法从发酵液中提取谷氨酸，谷氨酸的提取收率大于95％，纯度可达99％以上，解决现有分离提取方法中产品纯度和提取收率低、成本高、废液污染严重的问题；
专利20071008911.9公开了一种谷氨酸提取工艺，主要包括过滤除菌－加热浓缩－冷却离心－离子交换等，其中离子交换洗脱液再返回到加热浓缩步骤，该工艺酸碱消耗量少，谷氨酸回收率大于96％，但能耗较高；
专利CN90104576.4公开了一种应用超滤处理谷氨酸发酵液来去除菌体，清液经低温等电来提取谷氨酸，其回收率可提高5％，缩短制取谷氨酸时间6－8小时。
专利CN88106847.0公开一种利用铵型树脂从等电母液回收谷氨酸的新工艺，使回收率达95％以上，也解决了工艺操作中易出现“结柱”的问题；
专利CN94101444.4公开了一种流加等电结晶与离子交换耦合的提取谷氨酸新工艺，谷氨酸工收率达95％以上；
专利CN88103158.A公开一种从含菌体的谷氨酸发酵液这连续等电结提取取谷氨酸的方法，其特征是采用了连续操作、细晶消除、系统冷回收、产品中菌体排除技术所组成。
有关从发酵液中分离提取乳酸的专利也有不少报道，如专利CN87104858.2公开了一种乳酸分离提取方法，其工艺包括发酵液经电渗析器、真空浓缩、离子交换柱等，可取代钙盐法，乳酸提取率达85％以上；
专利200410041622.5公开了一种从发酵液中提取乳酸的工艺方法，其特点是：采用颗粒状活性炭与H-103树脂柱联合脱糖脱色；采用两次降温法，通过一次结晶工艺提取乳酸钙，提高了成品的提取率和和纯度较高；
专利CN102351686A公开了一种甲醇酯化耦合真空蒸馏法乳酸提取纯化生产方法，即通过酸解和过滤、一次浓缩、二次浓缩、酯化并分馏游离水、酯化料液蒸馏乳酸甲酯、水解并蒸馏回收甲醇、再浓缩、双级短程真空蒸馏等步骤对乳酸进行提取纯化，可得到质量较好的乳酸产品，综合收率达到90％以上；
专利CN200710062812.9提供了一种非钙盐法自动循环连续发酵生产乳酸的方法，该方法包括：调浆、液化、糖化、配料、灭菌、连续发酵、膜过滤、乳酸分离、提纯、蒸发等；该工艺连续发酵与超滤和电渗析的耦合净化提纯分离，提高了设备利用率和发酵转化率，可适用于有机酸发酵的工业化生产；
专利CN200710056251.1公开了一种富集发酵液中乳酸的方法，即通过选择双水相体系来调节乳酸和乳酸菌在双水相体系中的分配，使乳酸分配在富聚合物相，乳酸菌分配在富盐相，达到乳酸的富集。该技术可与乳酸发酵过程耦合，有益于改造现有的乳酸分离方法。
尽管关于从发酵液中分离提取谷氨酸、乳酸的研究报道较多，但这些方法大多是直接分别从发酵液中分离提取谷氨酸或乳酸，难以适用于发酵废液中残余的低浓度谷氨酸和乳酸的分离提取。对于发酵废液中残余谷氨酸和乳酸的分离提取，目前还缺乏有效的分离方法和工艺，迫切需要研制开发适用于从发酵废液中分离提取谷氨酸和乳酸的方法和专用装置，实现从发酵废液中回收有价值成分，促进谷氨酸等发酵废液的资源化和减小环境污染。
发明内容
针对发酵废液中谷氨酸和乳酸的分离提取还缺乏有效方法的问题，本发明拟开发填充床电渗析用于发酵废液这两种组分分离的方法，实现从发酵废液中回收有价值成分，促进发酵废液的资源化和减小环境污染。
本发明的目的是提供了一种填充床电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸提取分离的新方法，其特征在于利用填充床电渗析膜堆淡室中填充的离子交换树脂的选择性，结合淡室溶液的pH控制，调节发酵废液中谷氨酸和乳酸的解离度及其电荷，使待分离的组分在电场作用下优先通过“树脂链”发生传递和跨膜迁移，进而使发酵废液中谷氨酸与乳酸发生选择性分离，促进发酵废液中谷氨酸和乳酸分离新技术的工程化应用。
为了实现上述目的提供的用于发酵废液中谷氨酸和乳酸选择性分离的填充床电渗析器包括：填充床电渗析膜堆、输液泵9、流量计10、压力表11、温度传感器12、在线pH计13、自动加酸和加碱装置、连接管路和储液罐；所述填充床电渗析膜堆包括：若干交替排列的阴、阳离子交换膜4和淡室、浓室隔板、膜堆两侧的电极板5、夹紧装置，共同构成电渗析膜堆的淡室1、浓室2和极室3，其中淡室1中填装选择性离子交换树脂；所述储液罐包括淡水罐6、浓水罐7、极水罐8，分别与膜堆的淡室1、浓室2和极室3串联；所述三个输液泵9的进水口端分别与储液罐中的淡水罐6、浓水罐7、极水罐8相连接，其出水口端分别与膜堆的淡室1、浓室2和极室4连接，用于使不同隔室溶液通过填充床电渗析膜堆在各自管路中循环，经过分批循环操作使待分离离子不断优先通过离子交换树脂传递并发生跨膜迁移，从而实现谷氨酸与乳酸的选择性分离；所述流量计10和压力表11均位于填充床电渗析膜堆出水端与储液罐连接的管路中，用于分别监测淡室1、浓室2和极室3的流量、压力及其变化；所述温度传感器12位于极水罐8与极室3连接的管路中，用于监测极室溶液的温度变化，控制填充床电渗析装置在指定的温度下运行；所述在线pH计13位于淡水罐6与膜堆淡室1的连接管路中，用于在线监测淡室溶液的pH值；所述自动加酸和加碱装置包括加酸泵14、加碱泵15、储酸罐16和储碱罐17，加酸泵14和加碱泵15进水口端分别与储酸与储酸罐16和储碱罐17连接，出水口端分别与淡水罐6连接；根据在线pH计13测定值的大小，与预设值比较大小，控制加酸泵14或加碱泵15的开启或关闭，定量添加酸或碱到淡室罐6中，实现淡室溶液的pH控制，以促进发酵废液中谷氨酸和乳酸的分离。
所述淡室1中填充的离子交换树脂对谷氨酸或乳酸具有较好选择性，谷氨酸根或乳酸根通过离子交换树脂的选择性交换吸附，并通过“树脂链”发生传递而优先发生跨膜迁移后进入浓室2；另一种组分则保留在淡室1溶液中，从而实现谷氨酸与乳酸的选择性分离。
所述淡室1的隔板厚度为2-50mm，可根据单个淡室所需要的填充离子交换树脂的数量确定淡室隔板的厚度。
所述填充床电渗析器采用的离子交换膜4对发酵废液中谷氨酸和乳酸具有选择透过性，且具有抗有机物污染性能，能减小发酵废液中的有机组分在离子交换膜表面吸附而造成膜污染。
所述填充床电渗析膜堆中可根据实际需要增加或减少淡室1的数量，且同时增加或减小膜堆中淡室/浓室隔板的对数；
所述温度传感器12用于监测极室溶液的温度变化，控制该填充床电渗析体系在40℃以下运行；
作为上述方案的一种改进，所述的用于发酵废液中谷氨酸与乳酸选择性分离的填充床电渗析器，其特征在于，通过改进电渗析膜堆淡室中填充的树脂类型和填充方式，改善谷氨酸和乳酸两种组分在填充床的选择性交换吸附与电迁移规律，促进该体系中谷氨酸与乳酸的分离比例。更具体地：
1－1）所述的电渗析膜堆淡室树脂填充，即为了提高谷氨酸和乳酸的选择性分离效果，膜堆淡室1填充的离子交换树脂可为单一树脂或多种树脂组合，其中多种树脂组合可横向或纵向分层填充，或均匀混合填充；
1－2）所述的填充床电渗析膜堆淡室1中的离子交换树脂填充方式如图2所示，其中图2.1为填充单一树脂、图2.2为填充纵向分层树脂组合、图2.3为填充横向分层树脂组合、图2.4为填充均匀混合树脂。
1－3）所述的电渗析膜堆淡室1中树脂的组合与填充，其关键在于筛选合适的离子交换树脂，并根据不同树脂的性质差别进行优化组合与填充，改善谷氨酸和乳酸的分离效果。
作为上述技术方案的又一种改进，所述的用于发酵废液中谷氨酸与乳酸选择性分离的填充床电渗析器，其特征在于，配制了淡室溶液的pH值在线监测和酸碱调节体系，用于在线监测填充床电渗析淡室溶液的pH值和控制其酸碱性，调节发酵废液中谷氨酸和乳酸的解离度、树脂交换吸附、离子电迁移等，进而促进填充床电渗析体系中两种组分的选择性分离。更具体地：
2－1）所述的工业pH电极13安装在淡水罐6出水管中，用于监测淡室1溶液的pH变化，可进行进淡水的pH变化范围在0－14内全程监测；
2－2）所述的自动加酸/加碱装置，包括工业pH电极13、信号变送器、加酸泵14、加碱泵15、储酸罐16和储碱罐17；
2－3）所述的淡室溶液pH在线监测与控制，即根据pH电极13测定值的大小，与预设值比较大小，由信号变送器输出信号，控制加酸泵14或加碱泵15开启和关闭，定量添加酸或碱到淡水罐6中，实现淡室溶液的pH控制。
所述填充床电渗析器用于发酵废液中谷氨酸与乳酸的分离，其特征在于利用填充床电渗析膜堆淡室中填充的离子交换树脂的选择性，结合淡室溶液的pH控制，调节发酵废液中谷氨酸和乳酸的解离度及其电荷，使待分离的组分在电场作用下优先通过“树脂链”发生传递和跨膜迁移，进而使发酵废液中谷氨酸与乳酸发生选择性分离。
本发明与现有技术相比的优点在于：
（1）本发明利用填充床电渗析膜堆淡室中填充的离子交换树脂的选择性，结合淡室溶液的pH控制，并在电场作用下使发酵废液中谷氨酸与乳酸在该体系中发生选择性迁移分离，促进发酵废液中谷氨酸和乳酸分离新技术的工程化应用，获得了发酵废液中谷氨酸和乳酸分离的新工艺。
（2）与常规电渗析相比，本发明的填充床电渗析装置用于发酵废液中谷氨酸盐（Glu-）和乳酸（Lac-）的分离比率可提高50％以上，同时可克服离子交换法只能分批操作和需要酸碱再生，且产生大量酸碱废液的问题。
（3）本发明将提出了一种发酵废液中谷氨酸与乳酸分离的新方法和装置，可解决采用常规电渗析存在二者分离比率低，以及离子交换法需要分批操作和产生大量酸碱废液等问题，促进发酵废液中谷氨酸和乳酸分离新技术的工程化应用。
（4）本发明的填充床电渗析装置作为实验室研究的通用设备，用于发酵液中氨基酸、有机酸等有机组分的选择性分离，所获得数据可用于中试放大和大规模应用的参考依据。
（5）本发采用填充床电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸的分离，还可通过筛选合适的离子交换树脂，用于发酵废液中其他氨基酸、有机酸的选择性分离。
附图说明
图1为本发明用于发酵废液中谷氨酸和乳酸分离的填充床电渗析器结构示意图。
图2为填充床电渗析膜堆淡室中的树脂填充方式示意图。
附图标记
1、淡室 2、浓室 3、极室
4、离子交换膜 5、极板 6、淡水罐
7、浓水罐 8、极水罐 9、输液泵
10、流量计 11、压力表 12、温度传感器
13、在线pH计 14、加碱泵 15、加酸泵
16、储酸罐 17、储碱罐
具体实施方式
如图1所示，用于发酵废液中谷氨酸与乳酸选择性分离的填充床电渗析装置包括：填充床电渗析膜堆、输液泵9、流量计10、压力表11、温度传感器12、在线pH计13、自动加酸/加碱装置和储液罐；
所述填充床电渗析膜堆包括：若干交替排列的阴、阳离子交换膜4和淡室、浓室隔板、膜堆两侧的电极板5、夹紧装置，共同构成电渗析膜堆的淡室1、浓室2和极室3，其中淡室1中填装选择性离子交换树脂；
所述储液罐包括：淡水罐6、浓水罐7、极水罐8，分别与膜堆的淡室1、浓室2和极室3串联；
所述输液泵9进水口端与储液罐连接、出水口端与膜堆连接，用于使不同隔室溶液通过填充床电渗析膜堆在各自管路中循环；
所述流量计10和压力表11位于膜堆出水端与储液罐连接的管路中，用于分别监测淡室1、浓室2和极室3的流量、压力及其变化；
所述温度传感器12位于极水罐8与膜堆极室3连接的管路中，用于监测极室3溶液的温度变化；
所述在线pH计13位于淡水罐6与膜堆淡室1的连接管路中，用于在线监测填充床电渗析淡室1溶液的pH值；
所述自动加酸/加碱装置包括加酸泵14、加碱泵15、储酸罐16、储碱罐17和在线pH计13，该加酸/加碱装置与淡水罐6连接，用于实现填充床电渗析淡室1溶液的pH控制。
如图2所示，本发明中填充床电渗析膜堆淡室1中填充的离子交换树脂可为单一树脂或多种树脂组合，其中多种树脂组合可横向或纵向分层填充，或均匀混合填充。淡室1中的离子交换树脂填充方式如图2所示，其中图2.1为填充单一树脂、图2.2为填充纵向分层树脂组合、图2.3为填充横向分层树脂组合、图2.4为填充均匀混合树脂。电渗析膜堆淡室1中离子交换树脂的组合与填充，其关键在于筛选合适的离子交换树脂，并根据不同离子交换树脂的性质差别进行优化组合与填充，改善谷氨酸和乳酸的分离效果。
本发明结合具体的实施例对本发明进一步说明。
实施例1常规电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸的分离
首先考察常规电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸的分离。采用的常规电渗析脱盐膜堆有3张阳膜，2张阴膜交替排列在阴阳极板间，组成了2个浓室和2个淡室。膜之间的隔板为双层编织网隔板，每个隔室厚度为0.9mm。阳极板为钛涂钌材料，阴极板为不锈钢材料；操作条件：淡室为2g/L L-lac-和L-glu-混合液，循环流量为50L/h；浓室为50mg/L Na2SO-4、极室为0.1％Na2SO4，循环流量都为40L/h，每个室的溶液都为500ml，控制溶液初始pH为近中性，即谷氨酸和乳酸都为阴离子。采用恒压操作，施加电压5V，通过温控器控制电渗析在恒温25℃下操作。
在常规电渗析中，混合溶液中发生跨膜迁移的L-lac-和L-glu-总量都随着电渗析时间增加而逐渐增加，在实验结束时（120min），从淡室迁移到浓室的L-lac-和L-glu-分别为1.03×10-3mol、0.16×10-3mol，其相对分离比例6.44。结果表明，在常规电渗析中乳酸根离子比谷氨酸根更容易发生跨膜迁移。
实施例2填充床电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸的分离
与常规电渗析相比，填充床电渗析淡室隔板厚约为5mm，中间无编织网，用于填充不同类型的离子交换树脂，其他组成部分和操作条件与常规电渗析相同。采用本发明的填充床电渗析装置，考察惰性树脂、离子交换树脂如201＊7（强碱型）、001＊1.1（强酸型）、WK10（弱酸型）、WA30（弱碱型）等对发酵废液中谷氨酸和乳酸分离的影响，其中前两种来自南开大学化工厂，后两种来自日本三菱。
填充惰性树脂时：由于惰性树脂没有离子交换基团，在该电渗析体系中，L-lac-和L-glu-的跨膜迁移量分别为1.265×10-3mol、0.239×10-3mol，相对分离比例5.19。与常规电渗析相比，填充惰性树脂的电渗析体系中两种离子的迁移量与分离比例比较相近，意味着惰性树脂对离子离子跨膜迁移和分离都没有促进作用。
填充离子交换树脂时：结果表明，填充001＊1.1（强酸型）树脂可明显促进L-lac-和L-glu-的跨膜迁移，其次是WK10（弱酸型）、201＊7（强碱型）、WA30（弱碱型）等，这与静态吸附实验中不同类型树脂对L-lac-和L-glu-的吸附量大小顺序相反。在填充床电渗析体系中，填充001＊1.1（强酸型）树脂时L-lac-和L-glu-的跨膜迁移量分别为2.559×10-3mol、0.305×10-3mol，相对分离比例8.39；WK10（弱酸型）树脂分别为2.125×10-3mol、0.237×10-3mol，相对分离比例8.97；201＊7（强碱型）树脂分别为0.924×10-3mol、0.088×10-3mol，相对分离比例10.5；WA30（弱碱型）树脂分别为1.294×10-3mol、0.263×10-3mol，相对分离比例4.92。可以发现，酸性树脂对有机离子的跨膜迁移都有明显的促进作用，而且二者的分离比例相对于常规电渗析体系都有一定的提高，且填充弱酸型WK10树脂时离子离子的分离比例略高；强碱型201＊7树脂对两种离子的跨膜迁移都一定的抑制作用，但可以显著提高L-lac-和L-glu-的分离比例；弱碱型WK10树脂对两种离子的跨膜迁移作用不明显，而且降低了两种离子的分离比例。
结果表明，填充床电渗析体系中淡室填充酸性树脂对L-lac-、L-glu-选择迁移量及差值比碱性树脂明显，有利于离子通过树脂发生迁移，由此表明不同树脂类型对L-lac-、L-glu-选择性交换吸附，影响填充床电渗析对两种组分的选择性分离。意味着本发明的填充床电渗析装置，可适用于从发酵废液中回收有机酸、氨基酸等有价值成分，促进发酵废液的资源化和减小环境污染。
本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。
以上所述，仅为本发明部分具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.填充床电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸选择性分离的方法，其特征在于：利用填充床电渗析器膜堆淡室中填充的离子交换树脂的选择性，结合淡室溶液的pH控制，使待分离的组分在电场作用下优先通过“树脂链”发生传递和跨膜迁移，进而使发酵废液中谷氨酸与乳酸发生选择性分离；
所述的填充床电渗析器包括：填充床电渗析膜堆、输液泵(9)、流量计(10)、压力表(11)、温度传感器(12)、在线pH计(13)、自动加酸或加碱装置、连接管路和储液罐；所述填充床电渗析膜堆包括：若干交替排列的阴、阳离子交换膜(4)和淡室、浓室隔板、膜堆两侧的电极板(5)、夹紧装置，共同构成电渗析膜堆的淡室(1)、浓室(2)和极室(3)，其中淡室(1)中填装选择性离子交换树脂；所述储液罐包括淡水罐(6)、浓水罐(7)、极水罐(8)，分别与膜堆的淡室(1)、浓室(2)和极室(3)串联；所述三个输液泵(9)的进水口端分别与储液罐中的淡水罐(6)、浓水罐(7)、极水罐(8)相连接，其出水口端分别与膜堆的淡室(1)、浓室(2)和极室(4)连接，用于使不同隔室溶液通过填充床电渗析膜堆在各自管路中循环，经过分批循环操作使待分离离子不断优先通过离子交换树脂传递并发生跨膜迁移，从而实现谷氨酸与乳酸的选择性分离；所述流量计(10)和压力表(11)均位于填充床电渗析膜堆出水端与储液罐连接的管路中，用于分别监测淡室(1)、浓室(2)和极室(3)的流量、压力及其变化；所述温度传感器(12)位于极水罐(8)与极室(3)连接的管路中，用于监测极室溶液的温度变化，控制填充床电渗析装置在指定的温度下运行；所述在线pH计(13)位于淡水罐(6)与膜堆淡室(1)的连接管路中，用于在线监测淡室溶液的pH值；所述自动加酸和加碱装置包括加酸泵(14)、加碱泵(15)、储酸罐(16)和储碱罐(17)，加酸泵(14)和加碱泵(15)进水口端分别与储酸与储酸罐(16)和储碱罐(17)连接，出水口端分别与淡水罐(6)连接；根据在线pH计(13)测定值的大小，与预设值比较大小，控制加酸泵(14)或加碱泵(15)的开启或关闭，定量添加酸或碱到淡室罐(6)中，实现淡室溶液的pH控制，以促进发酵废液中谷氨酸和乳酸的分离；
谷氨酸根或乳酸根通过离子交换树脂的选择性交换吸附，并通过“树脂链”发生传递而优先发生跨膜迁移后进入浓室(2)；另一种组分则保留在淡室(1)溶液中，从而实现谷氨酸与乳酸的选择性分离。
2.根据权利要求1所述的填充床电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸选择性分离的方法，其特征在于：所述淡室(1)中填充的离子交换树脂为单一树脂或多种树脂组合，其中多种树脂组合时可为横向或纵向分层填充或均匀混合填充。
3.根据权利要求1所述的填充床电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸选择性分离的方法，其特征在于：所述填充床电渗析膜堆中能够根据实际需要增加或减少淡室(1)的数量，且同时增加或减小膜堆中淡室/浓室隔板的对数。
4.根据权利要求1所述的填充床电渗析用于发酵废液中谷氨酸和乳酸选择性分离的方法，其特征在于，所述的温度传感器(12)用于监测极室溶液的温度变化，控制该填充床电渗析体系在40℃以下运行。
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| PB01 | Publication | ||
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| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant |