膜技術在乳品廢水處理中的應用

趙俊杰，萬瑩，毛波

（1.蒙牛乳業唐山有限責任公司，河北 唐山 063000；2.湖北工業大學化學與環境工程學院，湖北武漢 430068）

膜技術在乳品廢水處理中的應用

趙俊杰1，萬瑩2，毛波2

（1.蒙牛乳業唐山有限責任公司，河北 唐山 063000；2.湖北工業大學化學與環境工程學院，湖北武漢 430068）

乳品廢水經預處理后，采用微濾與超濾膜技術回收廢水中的蛋白，再用納濾膜脫鹽、濃縮乳糖，濾液過反滲透膜即可達到回用或排放要求。探討預處理工序的必要性，考查超濾與納濾不同型號膜的運行情況。實驗證明，采用膜技術處理乳品廢水工藝簡單、節能，污水零排放，且回收了廢水中的蛋白和糖，實驗數據可供工業化參考與借鑒。

膜技術；乳品廢水；微濾；超濾；納濾；反滲透

近幾年，隨著國民經濟持續增長、人民生活水平的不斷提高，乳制品行業呈現產銷兩旺之勢，乳業已經成為國家大力鼓勵發展的朝陽產業。乳制品行業的廢水主要來源于牛乳加工過程中排出的洗滌水以及加工設備的沖刷水，其主要成分有蛋白質，脂類，糖等有機物質，生化性較好，但濃度較高，如得不到有效處理，將會給環境帶來較大污染。目前國內外在乳品廢水處理中常用的處理方法是生化處理法以及物化與生化相結合的處理方法[1]。現代膜分離技術作為一種新型的高新分離技術，因其兼有分離、濃縮、純化、和精制的功能，又有高效、節能、環保、分子級過濾以及過程簡單、易于自動化控制等特性，使得它在乳品工業發展極快，成績卓著，日益受到各界的關注，展現了廣闊的前景[2]。

通過對某廠乳品加工廢水處理工藝的探討，研究了膜分離工藝處理乳品廢水的可行性與可靠性。

1 材料設備與方法

1.1 實驗水樣

乳品廢水是某廠生產乳制品過程中排放的廢水，其水樣指標分析如表1。

表 1 源水各項指標Table 1 Source water indicators

1.2 實驗設備

組合膜設備（可配備N100MF、GM8000UF等型號的膜）：湖北工業大學膜技術研究所自制；三足式離心機：蘇州優耐特機械制造有限公司；DDS-11A數顯電導儀：上海偉業儀器廠；pHS-2C數顯酸度計：上海方瑞儀器有限公司；蛋白質測定儀：上海沛歐分析儀器有限公司。

1.3 測定方法

粗蛋白：GB/T 5511-1985《糧食、油料檢驗 粗蛋白質測定法》；總糖：GB/T 5513-1985《糧食、油料檢驗 還原糖和非還原糖測定法》；灰分：GB/T 5505-2008《糧油檢驗灰分測定法》；化學需氧量CODCr：GB/T 11914《水質化學需氧量的測定重鉻酸鹽法》；可溶性固形物：稱量法GB 12295-90《可溶性固形物含量的測定——折射儀法》；與檢測項目配套試劑均為分析純。

1.4 工藝流程簡圖

1.5 預處理

未經預處理的乳品廢水中含有蛋白、少量脂肪、懸浮固體（SS）以及無機鹽等雜質，這使乳品廢水呈乳白色、不透明液體。如果直接進行微濾處理，這些雜質在膜界面上會很快沉積從而引起堵塞，使膜通量衰減，導致嚴重的膜污染。因此，對其進行適當的預處理可以減輕微濾過程中的負荷或防止微濾過程中的膜污染。

本實驗采用先酸沉后絮凝離心的方法對乳品進行預處理。將乳品廢水調節至pH為4.5左右，使一些酸不溶的蛋白沉淀，再將乳品廢水體系升溫，加入一定量的Ca（OH）2作為絮凝劑，OH-可改變體系的體系電性和pH，緩解無機陶瓷膜對體系雜質的吸附，且堿性物料更適合納濾膜的運行；Ca2+的引入可以促進脂肪的去除[2]；溫度適當升高能縮短絮凝周期，且物料溫度的升高有利于增大膜運行的平均通量。實驗表明，將乳品廢水體系升溫至50℃，加入0.1%Ca（OH）2時所得上清較為澄清。絮凝完畢后，采用離心的方式分出上清。

2 結果與分析

2.1 微濾膜

微濾（MF）又稱微孔過濾，它屬于精密過濾，其基本原理是篩孔分離過程。微濾膜主要是從液相中截留微粒、細菌以及其他污染物，以達到凈化、分離、濃縮的目的。對于本實驗而言，微濾膜能對大直徑的菌體、懸浮固體等進行分離，作為料液的澄清、保安過濾，為后續超濾膜減輕負擔之用。

將經預處理的乳清廢水過型號為N100的微濾膜，溫度30℃，流速均為70 L/h，運行壓力0.8 MPa，過微濾膜得結果如圖1。

可以看出，微濾膜通量隨時間的延長而減少，但非常平穩，而沒有出現拐點即快速衰減或突然無通量的情況，且從上述濃縮的情況看，此膜過程是可行的。

2.2 超濾膜

超濾膜可以攔截大分子的蛋白質、果膠等物質，一級膜的濾液直接過二級超濾膜，溫度30℃～40℃，流速均為70 L/h，適當運行壓力1.0 MPa，過型號PM和型號GM超濾膜得結果如圖2。

由圖2可知，PM超濾膜運行一段時間后有明顯的膜通量衰減，GM運行更穩定，選用GM型號的超濾膜較為適合。

超濾與微濾的濃縮液富含蛋白，可以作為飼料，或精加工后作為食品使用。

2.3 納濾膜

納濾過程主要應用于水的軟化、凈化以及相對分子質量在百級的物質的分離、分級和濃縮（如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程產物的分級和濃縮）、脫色和去異味等。本實驗室主要用于脫鹽和濃縮。納濾濃縮液含有乳糖等物質，可作為食品加以利用。

將二級膜的濾液過納濾膜，溫度40℃～50℃，流速均為70 L/h，適當運行壓力1.5 MPa，過型號DKC和型號DLC的納濾膜得結果如圖3。

2種膜運行較穩定，DKC在運行100 min后開始有衰減，選用DLC較優。

2.4 反滲透

將三級膜的濾液過反滲透，溫度35℃～45℃，流速均為20 L/h，適當運行壓力3.0 MPa，反滲透膜OR運行結果如圖4。運行較為穩定，反滲透濾液可直接排放或回用于生產中。

2.5 檢測結果

各級膜的濾液和濃縮液檢測了相關指標如表2。結果表明，膜在處理乳品廢水的過程中有很積極的意義，可以分離蛋白、乳糖，用于食品加工，且廢水經處理可以達到零排放。

表 2 各級膜檢測結果Table 2 Membrane test results

3 結論

1）乳品廢水在膜處理前的預處理是十分必要的，減輕了膜的負荷，處理效果顯著，經濟簡單；

2）實驗中采用了4級膜，過程較長，可以通過進一步優化預處理的條件，考慮減少微濾膜的使用；

3）對膜的選擇比較單一，應考查更多型號的膜，進行實驗選擇更優的膜組件；

4）在膜處理過程后，幾乎無污水排放，且回收了廢水中可利用的蛋白和糖，可見膜技術在乳品廢水處理的應用上是十分可取的。

[1]關英杰，鄒華，路福平.乳業廢水處理技術的研究與實踐[J].安徽農業科學，2008，36(30)：13304-13305

[2]畢海丹，崔旭海，張永忠.膜技術在乳品工業中應用的最新進展[J].食品發酵與工業，2005，31(3)：99-103

Application of Membrane Technology in the Treatment of Dairy Wastewater

ZHAO Jun-jie1，WAN Ying2，MAO Bo2
（1.Mengniu Dairy Co.，Ltd.in Tangshan，Tangshan 063000，Hebei，China；2.School of Chemical and Environmental Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan 430068，Hubei，China）

Take a pretreatment on The dairy waste water，then adopt the membrane technology of the microfilttation and ultrafiltration for recycle the protein from the waste water，and then adopt the nanofiltration membrane for desalination and the concentration of lactose.In the end，the filtrate can be recycling and discharging by the osmosis membranes.This paper discussed the need for pretreatment processes，examined the different types of ultrafiltration and nanofiltration membranes in the operation.Experimental results show that treatment of dairy wastewater using membrane technology process is simple，energy saving，zero discharge of sewage and recycling the protein and sugar，test data for reference and experience of industrialization.

membrane technology；dairy wastewater；microfiltration；ultrafiltration；nanofiltration；reverse osmosis

趙俊杰（1979—），男（漢），工程碩士，研究方向：食品加工工藝。

2011-03-17