JP2004121961A

JP2004121961A - Membrane separation method

Info

Publication number: JP2004121961A
Application number: JP2002288930A
Authority: JP
Inventors: Tsuneyasu Adachi; 安達　恒康
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2002-10-01
Filing date: 2002-10-01
Publication date: 2004-04-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To effectively prevent the clogging of a film with suspended solids (SS) in a liquid to be treated and to recover valuables in a high recovery ratio in a method in which, after the valuables are recovered on the filtrate side by concentrating the liquid to be treated containing the valuables and SS by membrane separation, the valuable left on the concentrated liquid side are further recovered by diafiltration. <P>SOLUTION: Large-size SS in the treatment liquid is removed by a SS separation means 1. The separated liquid is concentrated by membrane-separated by a membrane separation device. After that, when the concentrated is added with water to be subjected to the diafiltration, the separated large-size SS are mixed with water for the diafiltration and added. The valuables contained in the large-size SS can be recovered by the diafiltration. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発酵液や糖化液からの有価物の回収に好適な膜分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
発酵法によって生産した酵素などの有価物、例えば、リパーゼ、セルラーゼ、キシラーゼ等の酵素や生理活性ペプチド、蛋白質などを製品化する場合、生産菌と発酵生産物とを分離して有価物を回収する必要がある。
【０００３】
従来、発酵液からの有価物の回収及び菌体分離のための方法として、ＭＦ（精密濾過）膜又はＵＦ（限外濾過）膜を用いた膜分離法がある。
【０００４】
膜分離法による発酵液からの菌体分離と目的有機物の回収は、発酵液の膜分離（有価物の透過と菌体の濃縮）とダイアフィルトレーション（加水処理による、濃縮液側に残った有価物の透過液側への回収）とによって行われる。即ち、まず、発酵液を膜分離処理して有価物を透過液側に回収すると共に菌体を濃縮し、菌体の濃縮がある程度進んだ後に、濃縮液側に水を添加（加水処理）して濃縮液側に残留する有価物の透過液側への回収を促進する。
【０００５】
このような膜分離法による透過液側への有価物の回収は、コーンスターチ等の澱粉を酵素により糖化して得られる糖化液の精製にも適用されている。
【０００６】
膜分離に供される発酵液中には、菌体や発酵生産物などのＳＳ分が多く含まれている。また、糖化液中にも油分、蛋白質、繊維等のＳＳ分が多く含まれている。このように、ＳＳ分を多く含む液の膜分離処理には、膜の閉塞を防止するために、チューブラータイプの膜など一次側流路径が大きい膜が用いられる。しかし、このような膜を用いても膜の閉塞を確実に防止することは困難であり、また、このタイプの膜はモジュール容量に対する膜面積が小さく、装置が過大になり、また、クロスフローに必要な動力費も莫大なものになるという欠点がある。
【０００７】
特公平１−１２４７８号公報には、糖化液の膜分離処理に先立ち、遠心分離により糖化液中のＳＳ分を分離する方法が提案されている。このように膜分離処理に先立ち、ＳＳ分の一部を予め除去することにより、膜の閉塞を防止することができ、膜充填密度の高い、スパイラル膜や中空糸膜の適用が可能となる。
【０００８】
しかし、膜分離処理に先立ちＳＳ分の分離を行うと、ＳＳ分は湿潤したウェットケーキとして分離されるため、このケーキ中の液に含まれる有価物がＳＳ分と共に廃棄されることとなり、有価物の回収率が低下する。即ち、一般に、発酵液や糖化液中のＳＳ分は、乾燥重量で０．１〜５重量％程度であるが、湿重量は５〜３０重量％であり、この差に相当する数〜数十重量％の液分中に含まれる有価物が廃棄されてしまう。
【０００９】
分離されたＳＳ分中の有価物を回収するために、分離されたＳＳ分のケーキを洗浄し、洗浄水を膜分離処理することにより洗浄水中から有価物を回収する方法もあるが、この場合には、水洗による被処理液量の増大で、後段の膜分離装置が大型化するという欠点がある。
【００１０】
【特許文献１】
特公平１−１２４７８号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、有価物とＳＳ分とを含む被処理液を膜分離処理により濃縮して有価物を透過液側に回収した後、濃縮液側に残留する有価物を更にダイアフィルトレーションにより回収する方法において、被処理液中のＳＳ分による膜の閉塞を有効に防止すると共に、有価物を高い回収率で回収することができる膜分離方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の膜分離方法は、有価物とＳＳ分とを含む被処理液を膜分離処理して有価物を透過液側に回収する方法であって、該被処理液中の粗大ＳＳ分を除去する前処理工程と、該前処理工程で得られた分離液を膜分離処理して濃縮する濃縮工程と、該濃縮工程で得られた濃縮液に水を加えて膜分離処理する加水処理工程とを有する膜分離方法において、前記前処理工程で分離された粗大ＳＳ分を該加水処理される濃縮液に添加することを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、前処理工程で分離した粗大ＳＳ分中に含まれる有価物を、ダイアフィルトレーション（加水処理）により回収することができる。
【００１４】
この分離した粗大ＳＳ分は、ダイアフィルトレーションのために濃縮液に添加する水に混合して添加することが好ましい。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の膜分離方法の実施の形態を詳細に説明する。
【００１６】
図１，２はそれぞれ本発明の膜分離方法の実施の形態を示す系統図である。図１，２において同一機能を奏する部材には同一符号を付してある。
【００１７】
図１の方法では、バルブＶ_１，Ｖ_２を閉として、まず、被処理液を配管１１よりＳＳ分離手段１に導入して被処理液中の粗大ＳＳ分を除去する。このＳＳ分離手段１としては、被処理液中の粗大ＳＳ分を除去することができるものであれば良く、特に制限はないが、デカンタ、遠心分離機、傾斜スクリーン、ウエッジワイヤースクリーン等を用いることができる。
【００１８】
ＳＳ分離手段１で粗大ＳＳ分を除去した後の分離液は次いで配管１２より膜分離装置２に導入し、濃縮液の循環ライン１３に循環させてクロスフロー方式で膜分離処理することにより、有価物を透過液中に回収すると共に、ＳＳ分等を濃縮液中に濃縮する。透過液は配管１４より取り出す。一方、ＳＳ分離手段１で分離した粗大ＳＳ分は配管１５より混合槽３に送給し、配管１６からの水と混合する。
【００１９】
膜分離装置２において、所定の倍率まで濃縮が進んだ後、濃縮液側に残存する有価物を更に回収するために水を加えてダイアフィルトレーションを行う。
【００２０】
即ち、バルブＶ_１を開としてダイアフィルトレーションのための水（以下「ＤＦ用添加水」ということがある。）として、ＳＳ分離手段１で分離された粗大ＳＳ分が混合された水を配管１７より濃縮液の循環ライン１３に添加して更に膜分離処理を行い、有価物を透過液側に回収する。このダイアフィルトレーションに必要な加水量や加水方法は、濃縮液中の有価物の濃度、膜による有価物の阻止率、及び目標とする有価物回収率等によって、適宜選択される。なお、加水方法は、連続加水であっても間欠加水であっても良い。
【００２１】
ダイアフィルトレーションにより濃縮液中の有価物を十分に回収した後は、バルブＶ_１を閉，バルブＶ_２を開として配管１８より濃縮液を系外へ排出する。
【００２２】
図１では、１機の膜分離装置により、濃縮とダイアフィルトレーションとを行うが、図２では、膜分離装置を２機直列に接続し、前段の第１の膜分離装置４で濃縮を行い、後段の第２の膜分離装置５で加水処理によるダイアフィルトレーションを行う。
【００２３】
図２の方法においても、図１と同様にして被処理液中の粗大ＳＳ分をＳＳ分離手段１で分離除去し、分離液を第１の膜分離装置４の濃縮液循環ライン１３に供給して濃縮を行う。第１の膜分離装置４の濃縮液は配管１９より、混合槽３からのＤＦ添加水が導入される第２の膜分離装置５に供給し、循環ライン２０を循環させてクロスフロー方式でダイアフィルトレーションを行う。
【００２４】
第１の膜分離装置４及び第２の膜分離装置５から得られる有価物を含む透過液は、配管１４，２１より取り出される。一方、第２の膜分離装置４の濃縮液は配管１８より系外へ排出される。
【００２５】
なお、図１，２は本発明の膜分離方法の実施の形態の一例を示すものであって、本発明はその要旨を超えない限り、何ら図示のものに限定されるものではない。
【００２６】
例えば、図２において、濃縮用の膜分離装置を更に設け、第１，第２の膜分離装置で濃縮を行い、第３の膜分離装置でダイアフィルトレーションを行うようにしても良い。
【００２７】
いずれの方法であっても、被処理液から予め粗大ＳＳ分を分離除去し、この分離除去した粗大ＳＳ分からダイアフィルトレーションにより有価物を回収することができるため、有価物の回収効率が高い。この粗大ＳＳ分からの有価物の回収に当たり、粗大ＳＳ分をダイアフィルトレーション工程に供給するため、膜の閉塞等を防止して安定な膜分離処理を行うことができる。即ち、ダイアフィルトレーション工程では、被処理液中の有価物の回収がある程度進行し、濃縮液中の有価物濃度が低いために、有価物による粘度上昇の問題等がなく、ＳＳ分による膜の閉塞が起こり難い状態となっている。このため、このダイアフィルトレーション工程に、分離した粗大ＳＳ分を添加しても、このＳＳ分により膜の閉塞が促進されることが防止される。特に、粗大ＳＳ分をダイアフィルトレーションのための水と混合して供給することにより、粗大ＳＳ分を均一な水分散液として徐々に供給することができるため、ダイアフィルトレーションの安定運転を損なうことなく、有価物を効率的に回収することが可能となり、好ましい。
【００２８】
本発明において、前段のＳＳ分離手段の負荷を過度に増大させることなく、後段の膜分離装置の膜の閉塞を効果的に防止するために、前処理用のＳＳ分離手段では被処理液中のＳＳ分の２０〜７０％程度を分離除去することが好ましい。
【００２９】
また、分離した粗大ＳＳ分を水と混合してＤＦ添加水として添加する場合、このＤＦ添加水中のＳＳ濃度は特に制限はないが、過度にＳＳ濃度が高いと、このＤＦ添加水が添加される膜分離装置の安定運転が損われることから、ＤＦ添加水中のＳＳ濃度は乾燥濃度で８重量％以下であることが好ましい。ただし、ＳＳ濃度を低くするとＤＦ添加水量が多くなり、処理効率が悪くなることから、ＤＦ添加水中のＳＳ濃度は被処理液中のＳＳ濃度、用いる膜分離装置の性能や膜分離条件（ダイアフィルトレーションに必要な加水量等）に応じて、ＤＦ添加水量が過度に多くならないように設定することが好ましい。通常の場合、ＤＦ添加水中のＳＳ濃度は、乾燥濃度で１〜８重量％であることが好ましい。
【００３０】
このＤＦ添加水中のＳＳ濃度は、ダイアフィルトレーション工程中、必ずしも一定である必要はなく、徐々に高めていっても良い。即ち、ダイアフィルトレーションの初期においては粗大ＳＳ分を含まない水を添加し、ある程度ダイアフィルトレーションを行い、濃縮液中の有価物濃度が低減してその粘性が低下した段階で、粗大ＳＳ分を含むＤＦ添加水を添加するようにしても良い。
【００３１】
なお、本発明において、膜分離処理に用いる膜としてはＭＦ又はＵＦ膜が好適に用いられる。膜素材にも制限はなく、金属膜、ポリオレフィン膜、ポリスルホン膜、テフロン膜、セラミック膜などが用いられる。ＭＦ又はＵＦ膜の選択、及び膜素材の選択は、有価物の分子量や被処理液の性状などを加味して行われる。膜型式にも特に制限はないが、一般的には中空糸、チューブラー、スパイラル、プレートアンドフレーム型膜モジュールなどが用いられる。
【００３２】
特に、図２に示す如く、膜分離装置を直列に多段に配置して処理を行う場合には、前段側の濃縮用の膜分離装置に有機膜を用い、後段側のダイアフィルトレーション用の膜分離装置に無機膜を用いることが好ましい。
【００３３】
即ち、有機膜は無機膜に比べて安価で装置が小型であるため経済的に有利であるが、化学的、機械的強度が無機膜に比べて劣り、過酷な条件での運転ができないことから濃縮率を上げることができず、１０〜２０倍濃縮程度が限度であるという短所がある。一方、無機膜は、有機膜に比べて化学的、機械的強度が高く、有機膜よりも運転条件を上げることができ、５０倍濃縮程度まで可能であるが、高価で装置が大型化するため、経済的に不利である。
【００３４】
従って、このような有機膜と無機膜の特性を生かし、前段側の膜分離装置による低濃縮時に有機膜を使用し、後段側の膜分離装置による高濃縮時に無機膜を使用することにより、装置の大型化、設備費の高騰を防止した上で有価物を効率的に回収することができる。
【００３５】
この場合、前段側の膜分離装置の有機膜としては、中空系型、スパイラル型等のポリテトラフルオロエチレン膜、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）膜、ポリオレフィン膜、ポリスルホン膜等を用いることができ、後段側の無機膜としては、チューブラー型のステンレスチタン膜（均一なステンレスパウダーを焼結させたステンレス支持体の表面に、チタンパウダーを焼結させたチタン活性層を形成したＭＦ膜）等を用いることができる。
【００３６】
【実施例】
以下に実施例及び比較例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００３７】
実施例１
本発明の方法に従って、酵素糖化したブドウ糖液（ブドウ糖濃度：３００ｇ／Ｌ，ＳＳ乾燥濃度：０．３重量％）の膜分離処理を行った。このブドウ糖液５００Ｌをウエッジワイヤースクリーン（目開き：０．３ｍｍ）で処理して粗大ＳＳ分を分離除去した（前処理工程）。これにより、スクリーン通過液のＳＳ乾燥濃度は、０．２重量％になった。このスクリーン通過液４９０Ｌを、第１膜分離装置（孔径０．１μｍのチューブラー膜，膜面積０．５ｍ^２）で膜分離処理した。一方、スクリーン上の粗大ＳＳ分は、６０Ｌの水と混合してスラリーとした。このスラリーは、ブドウ糖濃度：５０ｇ／Ｌ，ＳＳ乾燥濃度：０．７重量％であった。
【００３８】
膜分離装置で４９０Ｌのスクリーン通過液を２４．５Ｌまで濃縮した後（濃縮工程）、上記粗大ＳＳ分のＳＳを１０Ｌずつに分けて濃縮液側に添加してダイアフィルトレーションを行い（加水処理工程）、透過液を得た。
【００３９】
濃縮工程の透過液４６５．５Ｌとダイアフィルトレーションにおける透過液７０Ｌとを合わせて、ブドウ糖の回収率を調べたところ、９８．６％であった。
【００４０】
比較例１
実施例１において、スクリーン上の粗大ＳＳ分を加水処理工程に供給しなかったこと以外は同様にして処理を行ったところ、ブドウ糖の回収率は９７．４％であった。
【００４１】
この結果から、前処理工程で分離した粗大ＳＳ分を加水処理工程に供給してダイアフィルトレーションすることにより、有価物の回収効率を高めることができることがわかる。
【００４２】
【発明の効果】
以上詳述した通り、本発明の膜分離方法によれば、前処理工程において、発酵液や糖化液等の被処理液中に含まれる粗大ＳＳ分を予め除去するため、後段の膜分離工程における膜の閉塞を防止して、長期に亘り安定に処理を行うことができる。しかも、分離した粗大ＳＳ分中に含まれる有価物をダイアフィルトレーションにより回収することにより、有価物を高い回収率で回収することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の膜分離方法の実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の膜分離方法の別の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１　ＳＳ分離手段
２，４，５　膜分離装置
３　混合槽[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a membrane separation method suitable for recovering valuable resources from a fermentation solution or a saccharified solution.
[0002]
[Prior art]
When commercializing valuable products such as enzymes produced by a fermentation method, for example, enzymes such as lipase, cellulase, and xylase, bioactive peptides, proteins, etc., the production bacteria and the fermentation products are separated to collect valuable products. There is a need.
[0003]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a method for recovering valuable resources from a fermentation liquid and separating cells, there is a membrane separation method using an MF (microfiltration) membrane or a UF (ultrafiltration) membrane.
[0004]
Cell separation from the fermentation liquor and recovery of the target organic matter by membrane separation consist of membrane separation of the fermentation liquor (permeation of valuables and concentration of the cells) and diafiltration (hydrolysis treatment, which remains on the concentrated liquid side). Recovery of valuables to the permeate side). That is, first, the fermented liquor is subjected to membrane separation treatment, valuable resources are collected on the permeate side, and the cells are concentrated. After the cells have been concentrated to some extent, water is added to the concentrate side (water treatment). To facilitate recovery of valuables remaining on the concentrate side to the permeate side.
[0005]
The recovery of valuable substances on the permeate side by the membrane separation method is also applied to the purification of a saccharified solution obtained by saccharifying starch such as corn starch with an enzyme.
[0006]
The fermented solution used for membrane separation contains a large amount of SS such as bacterial cells and fermentation products. The saccharified solution also contains a large amount of SS such as oil, protein, and fiber. As described above, in the membrane separation treatment of a liquid containing a large amount of SS, a membrane having a large primary-side channel diameter such as a tubular type membrane is used to prevent the membrane from being clogged. However, even if such a membrane is used, it is difficult to reliably prevent the membrane from being clogged.In addition, this type of membrane has a small membrane area with respect to the module capacity, the apparatus becomes excessively large, and cross-flow occurs. The disadvantage is that the required power costs are enormous.
[0007]
Japanese Patent Publication No. 1-12478 proposes a method of separating the SS content in the saccharified solution by centrifugation prior to the membrane separation of the saccharified solution. By removing a part of the SS in advance prior to the membrane separation treatment, the membrane can be prevented from being clogged, and a spiral membrane or a hollow fiber membrane having a high membrane packing density can be applied.
[0008]
However, if the SS component is separated prior to the membrane separation treatment, the SS component is separated as a wet cake, and the valuables contained in the liquid in this cake will be discarded together with the SS component. Recovery rate decreases. That is, in general, the SS content in the fermented liquor or saccharified liquor is about 0.1 to 5% by weight on a dry weight basis, but 5 to 30% by weight on a wet basis. Valuables contained in the weight percent liquid are discarded.
[0009]
In order to recover the valuables in the separated SS, there is a method of washing the cake of the separated SS and subjecting the cleaning water to membrane separation to recover valuables from the cleaning water. However, there is a disadvantage that the membrane separation device in the subsequent stage becomes large due to an increase in the amount of the liquid to be treated due to water washing.
[0010]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Publication No. 1-1478 / 0011
[Problems to be solved by the invention]
The present invention solves the above-mentioned conventional problems, concentrates a liquid to be treated containing valuables and SS components by membrane separation treatment, collects valuables on a permeate side, and removes valuables remaining on the concentrate side. In a method of further recovering materials by diafiltration, to provide a membrane separation method capable of effectively preventing clogging of a membrane due to SS content in a liquid to be treated and recovering valuable materials at a high recovery rate. With the goal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The membrane separation method of the present invention is a method in which a liquid to be treated containing a valuable material and an SS component is subjected to membrane separation treatment and a valuable material is collected on a permeate side, and a coarse SS component in the liquid to be treated is removed. A pretreatment step, a concentration step of subjecting the separated solution obtained in the pretreatment step to membrane separation and concentration, and a water treatment step of adding water to the concentrated solution obtained in the concentration step and membrane separation. Wherein the coarse SS separated in the pretreatment step is added to the concentrated solution to be hydrolyzed.
[0013]
In the present invention, valuable substances contained in the coarse SS separated in the pretreatment step can be recovered by diafiltration (hydrolysis treatment).
[0014]
The separated coarse SS is preferably mixed with water to be added to the concentrate for diafiltration and added.
[0015]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the membrane separation method of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0016]
1 and 2 are system diagrams each showing an embodiment of the membrane separation method of the present invention. In FIGS. 1 and 2, members having the same function are denoted by the same reference numerals.
[0017]
In the method of FIG. 1, the valves V ₁ and V ₂ are closed, and first, the liquid to be treated is introduced into the SS separation means 1 through the pipe 11 to remove coarse SS in the liquid to be treated. The SS separation means 1 is not particularly limited as long as it can remove coarse SS in the liquid to be treated, and a decanter, a centrifuge, an inclined screen, a wedge wire screen, or the like is used. Can be.
[0018]
The separated liquid from which the coarse SS component has been removed by the SS separating means 1 is then introduced into the membrane separation device 2 through a pipe 12 and circulated through a circulating line 13 of the concentrated liquid to perform a membrane separation treatment in a cross-flow manner, thereby obtaining valuable resources. The substance is recovered in the permeate, and the SS and the like are concentrated in the concentrate. The permeate is taken out from the pipe 14. On the other hand, the coarse SS fraction separated by the SS separation means 1 is sent from the pipe 15 to the mixing tank 3 and mixed with water from the pipe 16.
[0019]
In the membrane separation device 2, after the concentration has progressed to a predetermined magnification, water is added to further collect valuable resources remaining on the concentrate side, and diafiltration is performed.
[0020]
In other words, the water for diafiltration the valve V ₁ is opened (hereinafter sometimes referred to as "DF for added water".) As a pipe the water separated coarse SS component is mixed with SS separator 1 From 17, the concentrate is added to the circulation line 13 of the concentrate, and the membrane is further subjected to membrane separation treatment, and valuable resources are collected on the permeate side. The amount of water and the method of water necessary for the diafiltration are appropriately selected depending on the concentration of valuables in the concentrated solution, the rejection of valuables by the membrane, the target recovery of valuables, and the like. The method of water addition may be continuous water supply or intermittent water supply.
[0021]
After sufficient recovering valuable material in the concentrate by diafiltration discharges the valve V ₁ is closed, to the outside of the system the concentrate from the pipe 18 a valve V ₂ is opened.
[0022]
In FIG. 1, concentration and diafiltration are performed by one membrane separation device. In FIG. 2, two membrane separation devices are connected in series, and concentration is performed by the first membrane separation device 4 in the preceding stage. Then, diafiltration by a water treatment is performed in the second membrane separation device 5 at the subsequent stage.
[0023]
In the method of FIG. 2 as well, coarse SS in the liquid to be treated is separated and removed by the SS separation means 1 in the same manner as in FIG. 1, and the separated liquid is supplied to the concentrated liquid circulation line 13 of the first membrane separation device 4. And concentrate. The concentrated liquid of the first membrane separation device 4 is supplied from a pipe 19 to a second membrane separation device 5 into which DF-added water from the mixing tank 3 is introduced. Perform filtration.
[0024]
The permeate containing valuables obtained from the first membrane separation device 4 and the second membrane separation device 5 is taken out from the pipes 14 and 21. On the other hand, the concentrated liquid in the second membrane separation device 4 is discharged from the pipe 18 to the outside of the system.
[0025]
1 and 2 show an example of an embodiment of the membrane separation method of the present invention, and the present invention is not limited to the illustrated ones as long as the gist is not exceeded.
[0026]
For example, in FIG. 2, a membrane separation device for concentration may be further provided, the concentration may be performed by the first and second membrane separation devices, and the diafiltration may be performed by the third membrane separation device.
[0027]
In any method, the coarse SS component is separated and removed from the liquid to be treated in advance, and the valuable material can be recovered by diafiltration from the separated and removed coarse SS component, so that the recovery efficiency of the valuable material is high. . In recovering valuable resources from the coarse SS, the coarse SS is supplied to the diafiltration step, so that blockage of the membrane and the like can be prevented, and a stable membrane separation process can be performed. That is, in the diafiltration process, the recovery of the valuables in the liquid to be treated progresses to some extent, and the concentration of the valuables in the concentrated solution is low. Is hardly blocked. For this reason, even if the separated coarse SS component is added to the diafiltration step, the blocking of the film is prevented from being promoted by the SS component. In particular, by mixing the coarse SS component with water for diafiltration and supplying it, the coarse SS component can be gradually supplied as a uniform aqueous dispersion, so that stable operation of diafiltration can be achieved. This is preferable because valuable resources can be efficiently collected without any loss.
[0028]
In the present invention, in order to effectively prevent blockage of the membrane of the subsequent-stage membrane separation device without excessively increasing the load of the preceding-stage SS separation unit, the pretreatment SS separation unit uses It is preferable to separate and remove about 20 to 70% of SS.
[0029]
When the separated coarse SS is mixed with water and added as DF-added water, the SS concentration in the DF-added water is not particularly limited. However, if the SS concentration is excessively high, the DF-added water is added. Since the stable operation of the membrane separation device is impaired, the SS concentration in the DF-added water is preferably 8% by weight or less as a dry concentration. However, if the SS concentration is reduced, the amount of DF-added water increases and the treatment efficiency deteriorates. Therefore, the SS concentration in the DF-added water is determined by the SS concentration in the liquid to be treated, the performance of the membrane separation device used, and the membrane separation conditions (diafiltration). It is preferable to set the amount of water added with DF so as not to be excessively large according to the amount of water necessary for torsion). In the normal case, the SS concentration in the DF-added water is preferably 1 to 8% by weight in dry concentration.
[0030]
The SS concentration in the DF-added water is not necessarily required to be constant during the diafiltration step, but may be gradually increased. That is, at the initial stage of diafiltration, water containing no coarse SS is added, diafiltration is performed to some extent, and when the concentration of valuable substances in the concentrated solution is reduced and its viscosity is reduced, the coarse SS is removed. DF-containing water containing water may be added.
[0031]
In the present invention, an MF or UF membrane is preferably used as a membrane used for the membrane separation treatment. There is no limitation on the film material, and a metal film, a polyolefin film, a polysulfone film, a Teflon film, a ceramic film, or the like is used. The selection of the MF or UF film and the selection of the film material are performed in consideration of the molecular weight of the valuable material, the properties of the liquid to be treated, and the like. Although there is no particular limitation on the membrane type, a hollow fiber, a tubular, a spiral, a plate and frame type membrane module or the like is generally used.
[0032]
In particular, as shown in FIG. 2, when the treatment is performed by arranging membrane separators in multiple stages in series, an organic membrane is used for the former membrane separator for concentration and the latter is used for diafiltration. It is preferable to use an inorganic membrane for the membrane separation device.
[0033]
That is, the organic film is economically advantageous because the device is small in size and inexpensive as compared with the inorganic film, but the chemical and mechanical strength is inferior to the inorganic film, and operation under severe conditions cannot be performed. There is a disadvantage that the concentration rate cannot be increased and the concentration is limited to about 10 to 20 times. On the other hand, inorganic membranes have higher chemical and mechanical strength than organic membranes, can be operated under higher conditions than organic membranes, and can be concentrated up to about 50 times, but are expensive and require a larger apparatus. , Economically disadvantageous.
[0034]
Therefore, by utilizing such characteristics of the organic membrane and the inorganic membrane, the organic membrane is used at the time of low concentration by the first-stage membrane separation device, and the inorganic membrane is used at the time of high concentration by the second-stage membrane separation device. It is possible to efficiently collect valuable resources while preventing an increase in the size of equipment and a rise in equipment costs.
[0035]
In this case, as the organic membrane of the former-stage membrane separation device, a hollow-type or spiral-type polytetrafluoroethylene membrane, a PVDF (polyvinylidene fluoride) membrane, a polyolefin membrane, a polysulfone membrane, or the like can be used. As the inorganic film on the side, a tubular stainless titanium film (an MF film having a titanium active layer formed by sintering titanium powder on the surface of a stainless steel support obtained by sintering a uniform stainless powder) or the like is used. be able to.
[0036]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to Examples and Comparative Examples.
[0037]
Example 1
According to the method of the present invention, a membrane separation treatment was carried out on a glucose solution (glucose concentration: 300 g / L, SS dry concentration: 0.3% by weight) which had been saccharified by enzyme. 500 L of this glucose solution was treated with a wedge wire screen (aperture: 0.3 mm) to separate and remove coarse SS (pretreatment step). Thereby, the SS dry concentration of the liquid passing through the screen became 0.2% by weight. 490 L of this screen passing liquid was subjected to a membrane separation treatment using a first membrane separation apparatus (a tubular membrane having a pore diameter of 0.1 μm, a membrane area of 0.5 m ² ). On the other hand, the coarse SS component on the screen was mixed with 60 L of water to form a slurry. This slurry had a glucose concentration of 50 g / L and an SS dry concentration of 0.7% by weight.
[0038]
After concentrating the 490 L screen-passed liquid to 24.5 L using a membrane separation device (concentration step), the SS for the coarse SS is divided into 10 L portions and added to the concentrate side to perform diafiltration (hydrolysis treatment). Step) to obtain a permeate.
[0039]
When 465.5 L of the permeate in the concentration step and 70 L of the permeate in diafiltration were combined, the recovery of glucose was determined to be 98.6%.
[0040]
Comparative Example 1
In Example 1, when the treatment was carried out in the same manner except that the coarse SS component on the screen was not supplied to the water treatment step, the recovery rate of glucose was 97.4%.
[0041]
From this result, it can be seen that by supplying the coarse SS separated in the pretreatment step to the water treatment step and performing diafiltration, the recovery efficiency of valuable resources can be increased.
[0042]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the membrane separation method of the present invention, in the pretreatment step, in order to remove the coarse SS content contained in the liquid to be treated such as a fermentation solution or a saccharification solution in advance, in the subsequent membrane separation step The treatment can be stably performed over a long period of time by preventing the film from being blocked. In addition, by recovering valuable resources contained in the separated coarse SS components by diafiltration, valuable resources can be recovered at a high recovery rate.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing an embodiment of a membrane separation method of the present invention.
FIG. 2 is a system diagram showing another embodiment of the membrane separation method of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 SS separation means 2, 4, 5 Membrane separation device 3 Mixing tank

Claims

A method in which a liquid to be treated containing a valuable material and an SS component is subjected to membrane separation treatment to collect a valuable material on a permeate side,
A pretreatment step of removing a coarse SS component in the liquid to be treated;
A concentration step of subjecting the separated solution obtained in the pretreatment step to membrane separation treatment and concentration,
A water treatment step of adding water to the concentrated solution obtained in the concentration step and performing a membrane separation treatment,
A membrane separation method comprising adding the coarse SS separated in the pretreatment step to the concentrated solution to be hydrolyzed.

2. The membrane separation method according to claim 1, wherein the coarse SS separated in the pretreatment step is mixed with water for the water treatment and added to the concentrated solution.