CN1117606C - 分离和回收目标组分的方法 - Google Patents

Abstract

一种通过一膜在一半分批系统中从一种原料液分离和回收一种目标组分的方法，包括如下步骤：至少两个向容器中的原料液中加入洗涤液并使洗涤液与原料液混合，形成一种所述原料液和所述洗涤液的混合物的阶段，其中所述至少两个阶段中的相继阶段隔开一滞后时间，其中相继的阶段使用目标组分浓度不同(按下降的顺序)的洗涤液，其中若干阶段中的最后阶段中只使用一种基本上为零浓度的目标组分的洗涤液；对于所述若干阶段中的各阶段，进行一项混合物的膜处理步骤，以将目标组分从原料液转变为渗透液。

Description

分离和回收目标组分的方法

本发明涉及一种分离回收一种目标组分(有价值的物质或杂质，例如盐)的方法，该方法广泛实用于发酵工业、制药工业、制糖工业、蛋白质和氨基酸工业、食品工业、染料工业、颜料工业、化工和类似领域。

更具体地说，本发明涉及一种通过洗涤和膜处理从一种含有目标组分的液体原料中有效地分离回收目标组分的方法。

发酵工业、蛋白质和氨基酸工业和制药工业涉及氨基酸的生产，酿造，抗生素的生产等等。例如，利用一分离膜，一离心分离器等从一发酵流体培养基中分离出一种含有一种有价值的物质，例如一种氨基酸的产品液体，并利用蒸发或类似方法从该产品液体中蒸发浓缩出一种目标组分(有价值物质)；另一方面，微生物细胞仍然作为一种待分离的滤渣。

在染料工业、颜料工业、化工和类似领域中，制造工艺中包括盐析，盐析之后作为杂质除去盐。

从所分离的滤渣中回收有价值的物质经常是利用膜处理而不是采用通常的过滤技术来进行。膜处理也用于在盐析之后取出盐。

以发酵工业和蛋白质及氨基酸工业为例，在从发酵流体培养基中分离出一种产品液体(含有有价值的物质的液体)之后，在压力下对仍然含有有价值物质的浓缩的微生物细胞的滤渣进行膜处理，将有价值的物质压到膜的另一侧，即渗透液侧。再将渗透液体与产品液混合，并进一步加工，例如蒸发，以回收产品(有价值的物质)。

术语“有价值的物质”在此是指在上述各工业中待回收的有用物质，例如从发酵液体或类似物中分离出的氨基酸，其不仅包括一种最终产品，还包括中间产品。下面所述的含有一种有价值的物质的液体往往涉及一种产品液体。

由于在将微生物细胞悬浮液从一种产品液体(含有有价值的物质的液体)中分离出来时这种悬浮液通常被浓缩，从而粘度提高，因此很难用一种分离膜处理。所以，在实践中通常在浓缩的细胞悬浮液中加入水，从而在考虑到最后回收的产品液体的流量值(l/m².hr)的同时将粘度减小到一优选值，并且将残余的有价值物质扩散并稀释到到整个液体中，以易于膜处理。利用膜处理来回收保留在一种浓缩的细胞悬浮液中的有价值物质通常采用的设备包括一如图5(a)所示的分批系统和一如图6(a)所示的连续系统。

在图5(a)的分批系统中，将一给定量的含有一种有价值物质的浓缩细胞悬浮液(原料液2)喂入配备有搅拌机构的容器1中，并连续地向容器中提供洗涤水5。

用一个泵3将容器1中的一部分液体引入到膜分离单元4中，在该分离单元中回收一种液体，将其作为一种渗透液6(回收产品液体)穿过膜分离出来，同时将非回收液体7返回到容器1中。因为容器1中的液面随着回收产品液体被分离而下降，所以用一液位计(未示出)进行监测，并向容器1中补充洗涤水5，以保持液位恒定。这样，浓缩的细胞悬浮液中的多数有价值物质扩散到液体中并穿过膜分离单元进入到渗透液体一侧。

在图5(a)的系统中，液体原料分批投入，而洗涤水5却是连续供给。在操作结束时，在出口8处将微生物细胞从容器1中取出。因此，严格地讲，这一系统不属于一种分批系统，而是一种半分批系统。

串联使用多个膜分离单元从液体中回收一种有价值物质早已为人所知，在JP-B-59-18088(“JP-B”在此指已审查的日本专利公告)中对此作了公开。

图6(a)中示出了这样一种多阶段连续系统的一例，各阶段的一组设备包括配备有一搅拌机构的容器1、用于排出容器1中的部分液体并将剩余液体返回容器1中的泵3和膜分离单元4，这些设备组串联设置，多阶段对液体进行处理。

与反复使用若干次的半分批系统比较，具有同样阶段的连续系统最终产品(有价值物质)的回收率低，并需要较多的洗涤水5，从而导致所回收的产品液体6中的有价值物质的浓度低。其结果是所回收的产品液体在获得最终产品(有价值物质)的加工工艺，例如浓缩中需要更多的能量。在操作结束时，在出口8处将微生物细胞从系统中取出。

另一方面，在染料工业、颜料工业、化工和类似领域中，在生产步骤中进行盐析。盐析以后，用理论上与上述回收残留在一种浓缩的细胞悬浮液中的有价值的物质相同的办法将盐作为一种杂质取出。这就是，一边向含有染料的液体原料或类似物中加入洗涤水以将盐扩散到该液体中，使其在该液体中稀释，一边对这样得到的液体进行膜处理，以取出盐。

与回收残留在一种浓缩的细胞悬浮液中的有价值物质不同的是需转移到渗透液体侧的目标组分不是一种有价值物质，而是一种原则上需处理掉的杂质(例如一种盐)，剩余液(浓缩液体侧)是一种有价值物质6(例如染料)，如图5(b)和图6(b)所示，图5(b)中所示的系统与图5(a)中所示的系统相似，图6(b)中所示的系统与图6(a)中所示的系统相似。

因此，用于杂质去除的膜处理可以以类似于用于回收有价值的物质的半分批系统或连续系统进行。然而，通常的系统，或者一种半分批系统或者一种连续系统，包括使用大量的洗涤水，这导致排水量的增大，并且需要大尺寸的排水处理装置。此外，相当量的有价值物质(例如染料)迁移到渗透液体侧，导致产品流失。

本发明的一个目的是提供一种方法，用于以一种改进的回收方式高浓度地从含有有价值物质的液体原料，例如一种浓缩的微生物细胞悬浮液中分离并回收有价值物质。这种微生物晶粒悬浮液是在从生产系统(例如发酵流体培养基)中分离一种产品液体(含有有价值物质的液体)后剩余的。

本发明的另一目的是提供一种方法，用于通过盐析分离和回收在含有染料的原料液体或类似物中的有价值的物质并去除杂质，例如盐，以减少有价值物质中所含的杂质，例如盐量。

本发明的再一个目的是提供一种有效和经济的分离和回收一种有价值物质的方法，它能够减少洗涤液，例如水的需要量，从而减少排水。

本发明的再一个目的是改善有价值物质的回收率以改善经济性，并增加所回收产品液体中的有价值物质的浓度从而减少获得最终产品的后续加工步骤所需的能量，例如通过蒸汽蒸发所需的能量。至于设备，本发明的目的在于使用一种紧凑和便利的设备进行上述分离操作，这种设备不需要象连续系统所要求的那样大的安装空间。

本发明的这些和其他目的通过利用一膜在一个半分批系统中从一种原料液体中分离和回收目标组分的方法加以实现，该方法包括如下步骤：

至少两个向容器中的原料液体中加入洗涤液体并使洗涤液体与原料液体混合，形成一种所述原料液体和所述洗涤液体的混合物的阶段，

其中所述至少两个阶段中的相继阶段隔开一滞后时间，

其中所述相继阶段使用目标组分浓度不同(按下降的顺序)的洗涤液，和还有

其中所述的多个阶段中的最后阶段中只使用一种基本上为零浓度目标组分的洗涤液；和

对于所述的多个阶段中的各阶段，进行一项混合物的膜处理步骤，以将目标组分从原料液转变为渗透液。

图1简要示出了用于本发明的设备的一实施例；

图2简要示出了用于本发明的设备的另一实施例；

图3为相当于R值的赖氨酸回收率的曲线；

图4为相当于R值的杂质排出率的曲线；

图5(a)和图5(b)简要示出一种通常的半分批系统；

图6(a)和6(b)简要示出一种通常的多阶段连续逆流系统；

其中，参考标号和符号各表示：

1、1’和1”：容器

2：          原料液体

3、3’和3”：泵

4’和4”：   膜分离单元

5：          洗涤液

6：          回收产品液；

7：          非回收液；

8：          出口(微生物细胞)；

9：          出口(排水)；

A、B、C、D和E：容器；

a、b、c、d、e、f、g、h、i、k、l、m和n：阀；

G：          膜分离单元；

LC：         液位控制阀；

LIC：        液位指示器和控制器；

LS：         液位开关；

P-1和P-2：   泵；

T：          剩余液池；

U：          回收产品池；

X：          排水池；

Y：          回收产品池。

本发明涉及上述方法，作为一优选实施方案，还包括将原料液体分离为可渗透液和一种剩余液的步骤，

其中在至少两个使用具有最高目标组分浓度的洗涤液的膜处理阶段的第一阶段中获得的渗透液被排出半分批系统，

将在至少两个只使用目标组分浓度基本上为0的洗涤液的阶段的膜处理的最后阶段中获得的剩余液体保留在一半分批系统中，

并使用在除了第一和最后阶段以外的至少两阶段的膜处理中获得的渗透液作为洗涤液。

上述分离方法包括一实施方案，其中从原料液体中分离出的目标组分为一种有价值物质，该方法还包括将含有有价值物质的渗透液从系统中取出的步骤，以及另一实施方案，其中原料液体既包含目标组分又包含一种有价值物质，经本方法处理的原料液体形成一种含有高浓度有价值物质的剩余液体，该方法还包括分离含有有价值物质的剩余液体的步骤。

通常使用水来洗涤各种物质。在本发明中也是优选用水作为洗涤液。

为了实现上述目的，本发明采用了半分批系统，其中，原料液体分批喂入而洗涤水连续提供，考虑目标组分的分离率，即产品(有价值物质)的回收率或杂质(例如盐)的去除率，在洗涤步骤中使用一种改进的方案。通常的洗涤步骤在开始时使用大量洗涤液，例如水，本发明所采用的洗涤系统与此不同，其特征在于：制备若干含有不同浓度的待分离目标组分的洗涤液，并以浓度下降的顺序使用它们，在洗涤的最后阶段使用一种不含目标组分的洗涤液，例如水。

按照这种操作方法可以将洗涤液，例如水的需求量减至最小，而产品(有价值物质)的回收率或盐的去除率可以增加，这还会导致排水量的下降。

如上所述，本发明包括一种有价值物质渗透到渗透液侧的情况和一种杂质，例如盐渗透到渗透液侧，而有价值物质留在浓缩液侧，即剩余液侧的情况。可以认为两种情况基于同样的原理。

因此，这里所用的术语“目标组分”表示一种需穿过分离膜转移到渗透液侧的物质，无论其是否为所需的组分。回收一种有价值物质，例如从发酵流体培养基中分离氨基酸属于前一种情况。在这种情况下，一种氨基酸或类似物渗透到渗透液侧，因此，原料液中的“目标组分”符合于待回收的有价值物质。另一方面，含染料原料液的脱盐包括在后一种情况中，即盐是待转移到渗透液侧的“目标组分”，而留在剩余液中的染料是有价值物质。

在表述本发明中所进行的操作时，参考附图来描述一个从一种发酵流体培养基或类似物中回收一种目标组分，例如氨基酸的实施方案。

图1是执行本发明的设备的一例，其中洗涤在三个阶段进行。

在图1中，容器A上装有一用于洗涤操作的搅拌器。向容器A中提供一种原料液，这种原料液是前序步骤(未示出)中从一种发酵流体培养基中回收一种产品液之后的一种浓缩剩余液。一种洗涤液也提供到容器A中，并与原料液混合。用泵P-1将混合物引入膜分离单元G中，在那里，一种需回收的产品液穿到渗透液侧。不能穿过分离膜的剩余液体被送回容器A中。

在这一特定实施方案中处理的原料液包括用于一种发酵工艺的微生物细胞、一种剩余的有价值物质(目标组分)和水，这种原料液通常为一种具有流动性的稀浆状。

下面从空容器A的状态开始说明实际过程。

开始时，阀i、k和l打开，其它阀全部关闭。泵P-1原则上连续运转，除了停止膜分离单元进行清洗或设备的任何部件有了毛病以外。只要泵P-1一停止，液体就会由于其触变性而增加其粘性，在重新开始向膜分离单元泵送时容易引起困难。

在泵P-1连续运转时，在容器A中可以保持非常小量的液体，或者说，控制系统，以使容器A中留有一点液体。

原料液2储存在容器B中。向容器B中提供原料液2可以连续进行，也可以断续进行。

首先，阀n打开，慢慢地关闭阀k，同时慢慢地打开阀a，小心不要由于振动引起单元G的分离膜损坏。这样，泵P-1将储存在容器B中的原料液2喂入，保留在单元G中的液体和管道中所容纳的，几乎没有目标组分，包含一种固体和水的液体可以被装入容器A中。

通过这种操作，相当于原料液供给量的液体从容器A流入剩余液池T，从而保留的液体被原料液所替换。这样替换是为了防止原料液被保留液体稀释，那样就会降低本发明的效果。

可以通过在液位控制或定时控制下喂入相当于以前确定的保留液量的原料液2来实现保留液的替换。

阀k打开，阀n关闭，进一步将原料液2喂入容器A。当容器A中的液体达到一预定的体积时关闭阀a。

然后关闭阀1打开阀m。当需初步浓缩原料液2时，将该液体向膜分离单元G输送，但不加入洗涤液使目标组分转移到渗透液侧。原料液的初浓缩对于减少所需的洗涤液量是有效的。考虑总效益而决定采用初浓缩。

打开阀b，开始提供具有中等目标组分浓度的洗涤液，泵P-1将混合液送到膜分离单元G，在那里，含有高浓度目标组分的产品液通过膜被分离，并被输送到回收产品池U。在分离产品液时，容器A的液位会下降，于是液位控制阀LC启动，从容器C向容器A提供中等浓度的洗涤液，所提供的洗涤液的量相当于已穿过膜的液体的量。

这样，使用含有高浓度目标组分的洗涤液就使得提高已穿过一膜分离单元的液体中的目标组分的浓度切实可行，从而即达到目标组分(在这种情况下为有价值物质)的高回收率，也减少了洗涤液用量，例如水的用量。

虽然在此实施方案中所用的容器A装有搅拌器(在图1中未示出)，但只要原料液能够有足够的混合，而用泵保证洗涤液的供给就可省去搅拌机构。或者也可以使用其他的搅拌机构。

当容器C空了时，关闭阀b和m，打开阀g和c，含有低浓度目标组分的洗涤液从容器D喂入容器A。同时，含有中等浓度目标组分的渗透液被输送到容器C，并被用作一种中等浓度的洗涤液。

当渗透液的体积达到所喂入的低浓度洗涤液的体积并且容器D空了时，关闭阀c和g，打开阀d和f。在最后洗涤阶段中，容器E中的洗涤水被喂入到容器A中。已经穿过膜分离单元G的含有低浓度目标组分的渗透液被输送到容器D，并被用作低浓度洗涤液。

当容器E空了时，关闭阀d和f。打开阀e，向容器E中重新充入新洗涤水5。充入容器E中的洗涤水5的量取决于洗涤水5的体积W(m³)相对于原料液的体积V(m³)的预定的体积比(R)，R＝W/V(后面以R值表示)。在最终洗涤阶段之后，打开阀h，主要包含微生物细胞的剩余液体被送到剩余液池T。当容器A中的液位下降到装在容器A的下部的液位开关LS的水平时阀h关闭，因此容器A可以保存少量液体，以防泵P-1抽不到水。上述R值可以适当地选择，该选择应考虑原料液的特性、被回收或去除的目标组分的物理性能、操作条件，例如处理时间、设备的规格。

所采用的理想的膜分离单元具有这样一种结构，其渗透液侧几乎不滞留液体。

也可以不象上面所说的方案那样以原料液置换滞留的液体，而是使滞留液与原料液一旦混合并在加入洗涤水之前将这种混合物初浓缩。在这种情况下，可以将渗透液返回容器C，用作中等浓度的洗涤液。如果需要的话，可以使剩余液体在排出之前浓缩，以增加回收率。

当容器A接近空了时完成了一个处理循环，然后循环又重复进行。

如上所述，本发明的特征在于：含有不同浓度待分离目标组分的洗涤液按浓度递减的次序相继隔开一时间间隔喂入，将在多阶段洗涤的过程中分离出来的渗透液用于下一阶段的洗涤。在本发明中，这样的一种操作以术语“滞后时间多阶段洗涤操作”表示。虽然在前面的描述中穿过膜分离单元G的渗透液直接返回到一容器中重新使用，为了系统设计的方便或者为了下一步骤，也可将这些渗透液先保存在一罐内，再转移到洗涤液容器中。在该罐内可以对液体的浓度进行调节。

在按照图1的实施方案中，多阶段洗涤操作包括使用一种中等浓度洗涤液(容器C)，一种低浓度洗涤液(容器D)和以水作为洗涤液(容器E)的三个阶段。从理论上讲，随着洗涤阶段的数量的增加可以减少洗涤液。然而在实践中增加洗涤阶段的数量会带来许多困难。因此可以通过对保存在容器内的液体提供一浓度梯度而不是通过增加阶段数量来改善效益。

例如可以通过下述方法得到浓度梯度：(1)沿着洗涤液容器的内壁慢慢地提供洗涤液，(2)沿着一条链子慢慢地向洗涤液容器提供洗涤液，(3)用板分割洗涤液容器，(4)使洗涤液容器在垂直方向上很长。

从上面可以理解，可以用本发明的方法处理的原料液包括在发酵工业、制药工业、制糖工业、蛋白质及氨基酸工业、食品工业或类似工业中通过各种固—液分离步骤分离了一种有价值目标组分之后留下的，仍然含有与滤渣混在一起的目标组分的液体；在染料工业、颜料工业、化工和类似工业中经过盐析并含有与盐混在一起的有价值物质的液体。根据前面的描述，熟悉本领域的人员很容易理解可用于本发明的原料液。

可以用于从原料液中分离和回收一种目标组分的膜分离单元包括各种公知的分离膜，例如一种微过滤膜、一种超过滤膜、一种松R0膜(纤过滤膜)和类似膜。

所用的洗涤液按照目标组分和原料液的特性和物理性质适当地选择。各种有机和无机溶液都可用作洗涤液。其例子包括水、醇类、酸和碱溶液。在许多情况下用水是有效的。如果需要的话，洗涤液中可以含有添加剂，例如一种凝结剂、一种扩散剂、一种表面活化剂、一种PH值调节剂、一种消泡剂或类似物，只要不会逆向影响有价值物质的回收。

本发明的方法改善了有价值物质从分离一种产品液体(含有有价值物质的液体)后剩余的滤渣中的回收率，这种滤渣例如是一种从发酵流体培养基中分离出产品液体之后留下的仍然含有一种有价值物质的浓缩微生物细胞悬浮液，因此本发明提供了一种具有高浓度有价值物质的产品液体。与此相似，本发明改善了杂质的去除率，例如在盐析之后含在一种含有染料的原料液中的盐的去除率，因此提供一种杂质浓度减少了的产品液体。

本发明的方法是经济有效的，因为可以节省洗涤液，例如水的用量，并可以减少排水量。

由于回收液的有价值物质浓度高，因此本发明对于在接下来的纯化步骤，例如用于浓缩的蒸发中节省能量也是有效的。与单阶段半分批系统相比，本发明能够将蒸发的成本减少一半，这种单阶段半分批系统是对通常的连续膜处理的改进，并在最近被传播开来。

进而，本发明作为整体获得了一种满意的有价值物质的回收，从而减少了废液中的有机物。这对于减少排水的负担做出了贡献，这一点熟悉本领域的人是很容易理解的。

与一种连续系统相比，执行本发明的设备较紧凑和便利，需要较小的安装空间。

现在举例说明本发明，但应理解本发明不限于该例。

                            实施例1

培养一种能够生产赖氨酸(一种氨基酸)的微生物，以获得一种含赖氨酸的发酵流体培养基。利用极细的过滤膜处理使该发酵流体培养基浓缩5倍，以回收一种含赖氨酸的清溶液(产品液)作为滤液。在这种膜处理之后留下的含6.8g/dl赖氨酸的5倍浓缩液用作本发明的原料液2。

用图1所示的设备处理原料液2(50l)以回收赖氨酸，在该设备中使用一种超滤膜〖Nitto Denko Corporation制造的NTU-3250；分子量分数级(fraction molecular weight)：20,000〗作为分离膜。包含在原料液2中被分离的目标组分为赖氨酸，即一种有价值物质。用水作为洗涤液。

将保留在容器B中的原料液2(赖氨酸浓度：6.8g/dl)取出5l送到容器A(7升容积)中。通过泵P-1和液位控制阀LC的操作，将与5l原料液同样多的含有2.35g/dl的中等浓度赖氨酸的1.33倍(R＝1.33)的水慢慢地从容器C输入容器A，并通过泵P-1将这种混合物从容器A引入膜分离单元G。将穿过分离膜进入渗透液侧的回收产品液送到一回收产品液池U中。所回收的产品液的平均赖氨酸浓度为4，81g/dl。

中等浓度的洗涤液向容器A中的喂入是通过液位控制阀LC控制的，控制的方式为，喂入量相当于穿过膜的液体的量，从而使容器A中的液体的体积可以保持恒定(第一阶段)。

当渗透液量达到6.65l(相当于所喂入的中等浓度洗涤液的量)并且容器C空了时，同样量(6.65l)的0.88g/dl低赖氨酸浓度的洗涤液慢慢地从容器D喂入容器A。穿过膜分离单元G的液体的平均赖氨酸浓度为2.35g/dl。该液体被送入容器C，用作下一洗涤循环的中等浓度洗涤液(第二阶段)。

当渗透液达到6.65l(相当于所喂入的低浓度洗涤液的量)并且容器D空了时，同样量(6.65l)的最后洗涤的洗涤水慢慢地从容器E喂入容器A。穿过膜分离单元G的液体的平均赖氨酸浓度为0.88g/dl。该液体被送到容器D，作为下一洗涤循环(第三阶段)的低浓度洗涤液。

在喂入6.65l水以后，包含微生物细胞的剩余液被送到一剩余液池T。剩余液的赖氨酸浓度为0.42g/dl。

用液位控制器控制洗涤液或洗涤水向容器A的喂入，使其对应于穿过膜分离单元的液体的量，从而在整个上述阶段中使容器A中的液体保持恒定。

对于每一批原料，上述洗涤循环重复了10次，在R＝1.33的条件下对50l原料液进行处理。结果，作为一种有价值物质的赖氨酸的回收率为93.8％。

在10个循环中每第三阶段中所用的新水的总量为66.5l。当低浓度洗涤液和新水穿过膜时，它们的赖氨酸浓度增加了，它们分别被再用作中等浓度和低浓度洗涤液。

以与上述相同的方法对同样的原料液进行了处理，只是改变了R值(洗涤液/原料液体积比)。所获得的结果在图3中以空心菱形标记(◇)标出，图3中的横坐标指示R＝洗涤液/原料液，纵坐标指示赖氨酸回收百分比(％)。

                           比较例1

为了比较，用图5(a)中所示的设备以单阶段半分批系统对50l与实施例1中所用的相同的原料液进行了处理。使用与实施例1中所用的相同的超滤膜作为分离膜。

将原料液2(50l；赖氨酸浓度：6.8g/dl)放入容器1中，在R＝2的条件下对其进行处理。更具体地说，将原料液两倍的洗涤水(即100l)慢慢地喂入到了容器1中，来回收具有2.94g/dl赖氨酸浓度的含赖氨酸溶液。含有微生物细胞的剩余液的赖氨酸浓度为0.92g/dl，从原料液中回收了86.4％赖氨酸。

以同样的方法处理了同样的原料液，只是改变了R值(洗涤液/原料液体积比)。所获得的结果在图3中以空心方标记(□)标出。

为了进一步比较，使用在图6(a)中所示的配备有实施例1中所用的超滤膜的设备以三阶段连续逆流系统对50l同样的原料液进行了处理。在R＝1.5的条件下赖氨酸的回收率为87.7％。在图3中以空心三角(Δ)标记表示在不同R值下获得的结果。

图3示出了实施例1和比较例1的结果。从图中明显可见，与单阶段半分批系统和三阶段连续逆流系统比较，按照本发明的方法获得较高的有价值物质回收率，前二者是典型的常用方法。

此外，在本发明中所回收的液体的有价值物质浓度较高，新洗涤水的用量可以减少。

当在后续处理中通过蒸发或类似方法去除水来从所获得的产品液体中回收有价值物质时，由于回收产品液体的有价值物质的浓度高，可以节省蒸汽或类似物，这在经济上带来很大优点。

                        实施例2

对一种葡聚糖(分子量：2,000,000)和氯化钠(NaCl)混合水溶液进行处理，以将氯化钠作为杂质取出，并回收葡聚糖作为有价值物质。在这种情况下，通过分离膜处理转移到渗透液侧的目标组分应该是氯化钠，葡聚糖作为一种有价值物质在浓缩液侧被回收。

使用图2的设备，其基本上与用于实施例1的设备相同，图中类似的参考字母表示同样的组件，在该设备中使用与实施例1相同的超滤膜，按照与回收氨基酸相同的工艺处理含有2mg/dl葡聚糖和2g/l氯化钠的混合水溶液以除去NaCl。用水作为洗涤液。

从保留在容器B中的原料液(NaCl浓度：2g/dl)中取5l转移到容器A(7升容积)中。通过泵P-1和容器A的液位控制阀LC的操作，将6.65l含有中等浓度0.69g/dlNaCl的洗涤水(5l原料液的1.33倍(R＝1.33))慢慢地从容器C喂入容器A，并通过泵P-1将该混合物从容器A中引入膜分离单元G。通过膜处理被分离到渗透液侧的含NaCl液体被送到排水池X。含NaCl的渗透液的平均NaCl浓度为1.42g/dl。

中等浓度洗涤液向容器A的喂入是由液位控制阀LC以这样一种方式控制的，使所喂入的量相当于穿过膜的液体的量，从而容器A中的液体的体积可以保持恒定(第一阶段)。

当渗透液量达到6.65l(等于所喂入的中等浓度洗涤液的量)并且容器C空了时，6.65l的具有0.26g/dl的低浓度NaCl的洗涤液慢慢地从容器D加入到了容器A中。已经穿过膜分离单元G的液体的平均NaCl浓度为0.69g/dl，将其送到容器C，用作下一洗涤循环中的一种中浓度洗涤液(第二阶段)。

当渗透液量达到6.65l时(相当于所喂入低浓度洗涤液的量)并且容器D空了时，6.65l用于最后洗涤的洗涤水被慢慢地从容器E喂入容器A中。已经穿过膜分离单元G的液体的平均NaCl浓度为0.26g/dl。该液体被送到容器D中，用作下一洗涤循环的低浓度洗涤液(第三阶段)。

喂入6.65l水以后，含葡聚糖的剩余液被送到了一回收产品池Y。这样回收的产品液体的NaCl浓度为0.12g/dl。

利用液位控制器对喂入容器A的洗涤液或洗涤水进行控制，使其相当于穿过膜分离单元的液体量，从而在整个上述阶段中容器A中的液体量保持恒定。

对于每批原料液，上述洗涤循环重复了10次，在R＝1.33的条件下处理了全部原料液(50l)。其结果是，作为杂质从含葡聚糖原料液中去除的NaCl的去除率为93.2％。

在10个循环中，每个第三阶段的新水的总量为66.5l。当低浓度洗涤水和新水穿过膜时，其NaCl浓度增加，被分别用作中等浓度洗涤液和低浓度洗涤液。

以上述同样的方法对同样的原料液进行了处理，只是改变了R值(洗涤/原料液体积比)。所获得的结果在图4中以空心菱形标记(◇)示出，该图中的横坐标表示R＝洗涤水/原料液，纵坐标表示杂质去除百分比(％)。

                          比较例2

为了比较，用示于图5(b)的设备以单阶段半分批系统处理了50l与实施例2中所用相同的原料液(葡聚糖—氯化钠混合的含水溶液)。用与实施例1中所用的相同的超滤膜作为分离膜。

原料液2(50l；葡聚糖浓度：2mg/dl；NaCl浓度：2g/dl)被放入容器1中并在R＝2的条件下进行了处理。更具体地说，把原料液2两倍(即100l)的洗涤水5慢慢地喂入到容器1中，以回收一种杂质含量减少了的含葡聚糖溶液。回收的葡聚糖溶液的NaCl浓度为0.27g/dl，从原料液中去除杂质的去除率为85.5％。

以同样的方法处理了同样的原料液，只是改变了R值(洗涤水/原料液体积比)。所获得的结果在图4中以空心方标记(□)表示。

为了进一步比较，用图6(b)中示出的配备有与实施例1中所用相同的超滤膜的设备，以三阶段连续逆流系统对50l同样的原料液进行了处理。在R＝1.5的条件下NaCl去除率为87.2％。不同R值下得到的结果以空心三角(Δ)示于图4。

图4示出了实施例2和比较例2的结果。从这些结果中明显可见，按照本发明的方法比单阶段半分批系统和三阶段连续逆流系统的杂质去除率要高，后二者是典型的常用方法。

此外，在本发明中所获得的回收产品液体具有较高的有价值物质浓度，本发明也可以减少新水的用量。

虽然上面参考具体实施例对本发明作了详细描述，对于熟悉本领域的人员来说，显然可以在不背离本发明的精神和保护范围的情况下作出各种变化和改进。

本申请基于1996年10月18日提交的专利申请平8-311147和一份在日本要求了国内优先权的1997年9月4日提交的专利申请，其全部内容在此引为参考。

Claims (10)

1.一种利用一种膜以滞后时间多阶段洗涤操作从一种原料液体中分离和回收目标组分的方法，该方法包括：

至少两个包括以下步骤的阶段：将一种洗涤液连续或间歇地混入贮存在一个容器中的原料液体中以在每个阶段形成所述原料液体和所述洗涤液的混合物的混合步骤；通过使所述混合物通过一种膜而在每个阶段中将所述混合物分离为渗透液和剩余液的分离步骤；在每个阶段中将所述剩余液送回所述容器的回流步骤；

其中所述分离步骤和回流步骤同时进行；所述至少两个阶段中的相继阶段隔开一滞后时间；所述至少两个阶段中的相继阶段按浓度递减的次序使用目标组分浓度不同的洗涤液；

在滞后时间多阶段洗涤操作循环的所述至少两个阶段中的第一阶段，通过分离步骤获得第一渗透液；

在所述至少两个阶段中的使用目标组分浓度为零的最终洗涤液的最终阶段，通过分离步骤获得最终剩余液；

在对另一份原料液体进行的后续循环中，使用通过膜处理获得的第一渗透液以外的渗透液作为洗涤液；

其中所述后续循环的阶段数与所述循环相同；

其中所述使用渗透液的步骤在所述后续循环的最后阶段进行。

2.如权利要求1所述的方法，其中从原料液体中分离出的目标组分为一种有价值物质。

3.如权利要求2所述的方法，其中所述最终洗涤液为水。

4.如权利要求2所述的方法，其中所述目标组分是一种氨基酸。

5.如权利要求1所述的方法，其中原料液体既包含目标组分又包含一种有价值物质；经本方法处理的原料液体形成含有高浓度有价值物质的最终剩余液；所述有价值物质是一种不同于目标组分的物质。

6.如权利要求5所述的方法，其中所述最终洗涤液是水。

7.如权利要求5所述的方法，其中所述目标组分是一种无机盐，所述有价值物质是一种染料。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述最终洗涤液是水。

9.如权利要求1所述的方法，其中所述阶段为两个阶段。

10.如权利要求1所述的方法，其中所述阶段的数目超过2。

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