CN110540330A - 一种膜集成洗米水回用装置及回用方法 - Google Patents

一种膜集成洗米水回用装置及回用方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种膜集成洗米水回用装置及回用方法。膜集成洗米水回用装置包括：预过滤器、陶瓷膜过滤装置、有机超滤膜装置、板框压滤机、管式膜装置、喷雾干燥装置和反渗透装置；预过滤器的液体出口与陶瓷膜过滤装置的进料口连通；陶瓷膜过滤装置的清液出口与有机超滤膜装置的进料口连通，陶瓷膜过滤装置的浓液出口与板框压滤机的进料口连通，板框压滤机的滤液出口与陶瓷膜过滤装置的进料口连通；有机超滤膜装置的清液出口与反渗透装置的进料口连通，有机超滤膜装置的浓液出口与管式膜装置的进料口连通，管式膜装置浓液出口与喷雾干燥装置的进料口连通。本发明在实现洗米水回用的同时，制得了米蛋白副产品，减少了污染，节约了资源，提升了经济效益。

Description

一种膜集成洗米水回用装置及回用方法
技术领域
本发明涉及一种膜集成洗米水回用装置及回用方法，属于洗米水回用领域。
背景技术
大米是人类的主食之一，随着科技的发展，大米被逐渐用于淀粉制糖业及米粉加工业领域。大米在加工成糖浆、米粉等产品过程中，首先要经过充分的淘洗以去除大米表面杂质，提高深加工产品及副产品的品质。而由此产生的大量淘米水，其中含有一些碎米、糠皮、淀粉、蛋白质、矿物质等，如果直接排放，不仅易引起周围水体富营养化，造成环境污染，还大大降低了淘米水重复利用率，造成资源浪费。
目前，对淘米水回用的处理方法的研究取得了一定的进展。如公开号为CN106746117A《一种大米淘洗装置用淘米水回收装置》的专利申请中，采用棉滤网过滤及高温灭菌法，此法虽然能在一定程度上提高了淘米水的重复利用率，但水中COD并不能有效去除，此外，在对洗米水进行高温灭菌处理时，在设备及能量消耗方面均增加了较大的成本。公开号为CN107915328A《一种洗米废水处理装置》的专利申请中，采用活性炭、硅藻土过滤及气泡分离装置处理洗米水，此法不能有效去除BOD且增加了后续处理成本，如活性炭、硅藻土固体垃圾的处理。公开号为CN107879557A《洗米废水的处理方法及控制方法》的专利申请中和公开号为CN107721098A《一种洗米废水处理装置》的专利申请中，则在物理及化学处理基础上，结合化物法如ABR、SBR对洗米水进行处理，有效降低了洗米水中COD，BOD。以上方法均在一定程度上实现了洗米水回用，但对于洗米水中的大米蛋白则很难实现回收利用，由于大米蛋白可作为优质的动物饲料，因此现行方法造成了极大的资源浪费。
发明内容
为了解决现有技术中洗米水中的大米蛋白不能回收利用等缺陷，本发明提供一种膜集成洗米水回用装置及回用方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：
一种膜集成洗米水回用装置，包括：预过滤器、陶瓷膜过滤装置、有机超滤膜装置、板框压滤机、管式膜装置、喷雾干燥装置和反渗透装置；预过滤器的液体出口与陶瓷膜过滤装置的进料口连通；陶瓷膜过滤装置的清液出口与有机超滤膜装置的进料口连通，陶瓷膜过滤装置的浓液出口与板框压滤机的进料口连通，板框压滤机的滤液出口与陶瓷膜过滤装置的进料口连通；有机超滤膜装置的清液出口与反渗透装置的进料口连通，有机超滤膜装置的浓液出口与管式膜装置的进料口连通，管式膜装置浓液出口与喷雾干燥装置的进料口连通。
本申请的连通，指连接并相通，可借助连接管路实现，并可根据需要在各连接管路上设置输送泵、流量表等。过滤器上的液体进口(洗米水从此进入)和液体出口，陶瓷膜过滤装置上的进料口、清液出口和浓液出口，有机超滤膜装置的进料口、清液出口和浓液出口，板框压滤机上的进料口、固体出口和滤液出口，管式膜装置的进料口和浓液出口，反渗透装置的进料口和清液出口等均为现有现有设备的常规部件。
为了提高蛋白和水的回用率，预过滤器的过滤孔径为45±5μm。
为了提高处理效率，陶瓷膜过滤装置的膜孔径为100-3019nm，优选为100-150nm。上述膜孔径过小，膜通量会减小；膜孔径过大，膜通量衰减速率会显著提高，且产水COD也会提高。
为了提高蛋白质得率，同时提高水处理质量，有机超滤膜装置所用膜元件型号为有机超滤膜2540，分子截留量为3KD，操作压力0.6Mpa。
为了兼顾效率和蛋白质的得率，板框压滤机所用板框滤布型号为750a。
利用上述膜集成洗米水回用装置回用洗米水的方法，包括如下步骤：
1)将洗米水经预过滤器过滤，得滤液；
2)将步骤1)所得滤液，送入陶瓷膜过滤装置过滤得第一清液(主要为可溶性蛋白)及第一浓液(主要为固体悬浮物)；
3)将步骤2)所得第一清液送入有机超滤膜装置过滤得第二清液及第二浓液(主要为蛋白质)；
4)将步骤2)所得第一浓液经板框压滤机压滤，压滤所得滤液回流至陶瓷膜过滤装置；
5)将步骤3)所得第二清液送入反渗透装置处理后，达到回用标准；
6)将步骤3)所得第二浓液经管式膜装置浓缩处理后，送入喷雾干燥装置进行喷雾干燥得米蛋白副产品。
步骤1)过滤目的是为了除去糠皮、碎米等大颗粒杂质，预过滤器过滤所得滤渣，经板框压滤后、干燥，用于饲料配料或堆肥原料等(滤渣为碎米、糠皮等较大颗粒)。
为了提高过滤效率，步骤2)中，陶瓷膜过滤装置的过滤温度为30-50℃，膜面流速为4±0.2m/s，压力为3±0.2bar。
为了提高废水中物料的回用率，步骤4)中，板框压滤机压滤所得滤饼用于动物饲料(含有丰富的淀粉及维生素)。
为了兼顾处理效率和所得纯水质量，步骤5)中，反渗透装置的操作压力1.5Mpa。
为了提高干燥效率，步骤6)中，喷雾干燥装置的喷头压力为0.5-0.7MPa，进口温度为260-280℃，工作压力为5±0.2MPa，出口温度为80±5℃。
上述采用陶瓷膜、有机超滤膜及反渗透膜法集成技术，在实现洗米水回用的同时，对滤渣进行回收利用，减少污染，节约资源，提升经济效益。
本发明未提及的技术均参照现有技术。
本发明膜集成洗米水回用装置，采用陶瓷膜、有机超滤膜及反渗透膜等集成技术，在实现洗米水回用的同时，对滤渣进行回收利用，并制得了蛋白含量大于81％的米蛋白副产品，减少了污染，节约了资源，提升了经济效益。
附图说明
图1为本发明膜集成洗米水回用装置的结构示意图；
图2为本发明工艺流程图。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
各例中的字母解释：TDS指溶解性固体总量，COD指化学需氧量，SS指悬浮在水中的固体物质，NTU指浊度。
实施例1
如图1所示，膜集成洗米水回用装置，包括：预过滤器、陶瓷膜过滤装置(CRM膜)、有机超滤膜装置(UF膜)、板框压滤机、管式膜装置、喷雾干燥装置和反渗透装置(RO膜)；预过滤器的液体出口与陶瓷膜过滤装置的进料口连通；陶瓷膜过滤装置的清液出口与有机超滤膜装置的进料口连通，陶瓷膜过滤装置的浓液出口与板框压滤机的进料口连通，板框压滤机的滤液出口与陶瓷膜过滤装置的进料口连通；有机超滤膜装置的清液出口与反渗透装置的进料口连通，有机超滤膜装置的浓液出口与管式膜装置的进料口连通，管式膜装置浓液出口与喷雾干燥装置的进料口连通。
采用不同孔径的陶瓷膜进行实验50nm,100nm,200nm,其中50nm陶瓷膜通量维持在130-160LMH，100nm陶瓷膜通量维持在180-220LMH(1小时内衰减量为20-30L)，200nm陶瓷膜通量在1小时内由160LMH快速衰减至80LMH，因此，选择100nm陶瓷膜进行放大设计，并处如下水样。
米粉加工厂洗米水水质如下：
产量：1000m3/d淘米水，温度：30℃，pH：6.5，TDS：3037ppm，COD：3600ppm，SS：1800ppm，NTU<800ppm，硬度：186ppm，蛋白质：2000ppm,脂肪：1000ppm；
将上述洗米水按照如下步骤进行处理：
1)将洗米水经预过滤器过滤除去糠皮、碎米等大颗粒杂质，得滤液，预过滤器的过滤孔径为45μm；过滤所得滤渣(糠皮、碎米等大颗粒杂质)经板框压滤后、干燥，用于饲料配料或堆肥原料等；
2)将步骤1)所得滤液，送入陶瓷膜过滤装置过滤得第一清液(主要为可溶性蛋白)及第一浓液(主要为固体悬浮物)，陶瓷膜过滤装置的过滤温度为40-50℃，膜面流速为4m/s，压力为3bar；第一清液的产量为50m3/h，TDS：1312ppm，COD：2456ppm，SS<20ppm NTU：3.9ppm，硬度：175ppm，蛋白质：1898ppm，脂肪<20ppm；
3)将步骤2)所得第一清液送入有机超滤膜装置过滤得第二清液及第二浓液(主要为蛋白质)，有机超滤膜装置所用膜元件为有机超滤膜2540(型号)，分子截留量为3KD，操作压力0.6Mpa；第二清液的产量为47.5m3/h，COD<500ppm，TDS：1300ppm，蛋白质<100ppm；第二浓液的产量为2.5m3/h，COD：50000ppm，蛋白质：190000ppm，TDS：1320ppm；
4)将步骤2)所得第一浓液经板框压滤机压滤，压滤所得滤饼中含有丰富的淀粉，可用作动物饲料，压滤所得滤液(约为第一浓液体积的80％)回流至陶瓷膜过滤装置，板框压滤机所用板框滤布型号为750a；
5)将步骤3)所得第二清液送入反渗透装置处理后，得到纯水，产量为35.7m3/h，COD<100ppm，TDS<100ppm，达到回用标准，供回用，反渗透装置的操作压力1.5Mpa；
6)将步骤3)所得第二浓液经管式膜装置浓缩至蛋白质含量为20％后，送入喷雾干燥装置进行喷雾干燥得蛋白质量含量为81.7％的米蛋白副产品，板框压滤机所用板框滤布型号为750a，喷雾干燥装置的喷头压力为0.6MPa，进口温度为270-280℃，工作压力为5MPa，出口温度为80℃。
表1实施例1中主要膜单元成本核算
上述每吨水可回用0.713m3纯水，按4元/m3可节约2.86元，每吨水可回收大米蛋白粉9.5kg，按2元/kg可创收19元，因此每处理一吨水除去上述成本外约净增9.87元。
需要说明的是：各膜装置的清洗周期及所用药剂均参照现有技术，比如UF膜及RO膜清洗周期为每天；CRM膜清洗周期10-15天，清洗药剂原料包括1-2％NaOH、0.1％NaClO、1-2％HNO3和余量的水。
实施例2
所采用装置同实施例1；
处理水样为米粉加工厂的淘米水：产量：2500m3/d淘米水，温度：33℃，pH：7，TDS：950ppm，COD：8247ppm，SS：6300ppm，NTU>800ppm，硬度：162ppm，蛋白质：3500ppm，脂肪：500ppm；
将上述淘米水按照如下步骤进行处理：
1)将洗米水经预过滤器过滤除去糠皮、碎米等大颗粒杂质，得滤液，预过滤器的过滤孔径为45μm；过滤所得滤渣(糠皮、碎米等大颗粒杂质)经板框压滤后、干燥，用于饲料配料或堆肥原料等；
2)将步骤1)所得滤液，送入陶瓷膜过滤装置过滤得第一清液(主要为可溶性蛋白)及第一浓液(主要为固体悬浮物)，陶瓷膜过滤装置的过滤温度为30-50℃，膜面流速为4m/s，压力为3bar；第一清液的产量为125m3/h，TDS：750ppm，COD：1777ppm，SS：20ppm，NTU：2.57ppm，硬度：164ppm，蛋白质：3422ppm，脂肪<20ppm；
3)将步骤2)所得第一清液送入有机超滤膜装置过滤得第二清液及第二浓液(主要为蛋白质)，有机超滤膜装置所用膜元件为有机超滤膜2540(型号)，分子截留量为3KD，操作压力0.6Mpa；第二清液的产量为118.75m3/h，COD<300ppm，TDS730ppm，蛋白质<100ppm；第二浓液的产量为6.25m3/h，COD：35000ppm，蛋白质：342000ppm，TDS 785ppm；
4)将步骤2)所得第一浓液经板框压滤机压滤，压滤所得滤饼中含有丰富的淀粉，可用作动物饲料，压滤所得滤液(约为第一浓液体积的80％)回流至陶瓷膜过滤装置，板框压滤机所用板框滤布型号为750a；
5)将步骤3)所得第二清液送入反渗透装置处理后，得到纯水，产量为89.06m3/h，COD<100ppm，TDS<100ppm，达到回用标准，供回用，反渗透装置的操作压力1.5Mpa；
6)将步骤3)所得第二浓液经管式膜装置浓缩至蛋白质含量为35％后，送入喷雾干燥装置进行喷雾干燥得蛋白质量含量为82.3％的米蛋白副产品，板框压滤机所用板框滤布型号为750a，喷雾干燥装置的喷头压力为0.6MPa，进口温度为270-280℃，工作压力为5MPa，出口温度为80℃。
表2实施例1中主要膜单元成本核算
上述每吨水可回用0.712m3纯水，按4元/m3可节约2.85元，每吨水可回收大米蛋白粉17.1kg，按2元/kg可创收34.2元，因此每处理一吨水除去上述成本外约净增25.08元。

Claims (10)

1.一种膜集成洗米水回用装置，其特征在于：包括：预过滤器、陶瓷膜过滤装置、有机超滤膜装置、板框压滤机、管式膜装置、喷雾干燥装置和反渗透装置；预过滤器的液体出口与陶瓷膜过滤装置的进料口连通；陶瓷膜过滤装置的清液出口与有机超滤膜装置的进料口连通，陶瓷膜过滤装置的浓液出口与板框压滤机的进料口连通，板框压滤机的滤液出口与陶瓷膜过滤装置的进料口连通；有机超滤膜装置的清液出口与反渗透装置的进料口连通，有机超滤膜装置的浓液出口与管式膜装置的进料口连通，管式膜装置浓液出口与喷雾干燥装置的进料口连通。
2.如权利要求1所述的膜集成洗米水回用装置，其特征在于：预过滤器的过滤孔径为45±5μm。
3.如权利要求1或2所述的膜集成洗米水回用装置，其特征在于：陶瓷膜过滤装置的膜孔径为100-3019nm。
4.如权利要求1或2所述的膜集成洗米水回用装置，其特征在于：有机超滤膜装置所用膜元件为有机超滤膜2540，分子截留量为3KD，操作压力0.6Mpa。
5.如权利要求1或2所述的膜集成洗米水回用装置，其特征在于：板框压滤机所用板框滤布型号为750a。
6.一种利用权利要求1-5任意一项所述的膜集成洗米水回用装置回用洗米水的方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)将洗米水经预过滤器过滤，得滤液；
2)将步骤1)所得滤液，送入陶瓷膜过滤装置过滤得第一清液及第一浓液；
3)将步骤2)所得第一清液送入有机超滤膜装置过滤得第二清液及第二浓液；
4)将步骤2)所得第一浓液经板框压滤机压滤，压滤所得滤液回流至陶瓷膜过滤装置；
5)将步骤3)所得第二清液送入反渗透装置处理后，得纯水，回用；
6)将步骤3)所得第二浓液经管式膜装置浓缩处理后，送入喷雾干燥装置进行喷雾干燥得米蛋白副产品。
7.如权要求6所述的方法，其特征在于：步骤1)中，预过滤器过滤所得滤渣，经板框压滤后、干燥，用于饲料配料或堆肥原料。
8.如权要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤2)中，陶瓷膜过滤装置的过滤温度为30-50℃，膜面流速为4±0.2m/s，压力为3±0.2bar。
9.如权要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤4)中，板框压滤机压滤所得滤饼用于动物饲料；步骤5)中，反渗透装置的操作压力1.5Mpa。
10.如权要求6或7所述的方法，其特征在于：步骤6)中，喷雾干燥装置的喷头压力为0.5-0.7MPa，进口温度为260-280℃，工作压力为5±0.2MPa，出口温度为80±5℃。
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