乳品廢水處理中膜技術的應用研究

杜艷春，李　祝，李　猷，吳正奇，萬端極

(1.蒙牛乳業(灤南)有限責任公司，河北 灤南 063500；2.湖北工業大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430068；3.工業發酵湖北省協同創新中心，湖北 武漢 430068；4.發酵工程教育部重點實驗室，湖北 武漢 430068；5.河湖生態修復及藻類利用湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430068)

乳品廢水處理中膜技術的應用研究

杜艷春1，李祝2，李猷3，吳正奇4，萬端極5

(1.蒙牛乳業(灤南)有限責任公司，河北 灤南 063500；2.湖北工業大學資源與環境工程學院，湖北 武漢 430068；3.工業發酵湖北省協同創新中心，湖北 武漢 430068；4.發酵工程教育部重點實驗室，湖北 武漢 430068；5.河湖生態修復及藻類利用湖北省重點實驗室，湖北 武漢 430068)

摘要：采用膜分離技術對乳品廢水進行處理。首先對乳品廢水進行預處理，再采用微濾膜、納濾膜和反滲透膜對其進行過濾。結果表明，采用N130型微濾膜、S30型納濾膜和RO反滲透膜組合時，不僅可以回收乳品廢水中的糖類和蛋白質，還可實現乳品廢水的清潔生產和循環利用。該處理方法簡單、節能，可為工業化處理乳品廢水提供參考。

關鍵詞：膜技術；微濾膜；納濾膜；反滲透膜

乳品行業是近年興起的朝陽行業[1]。隨著乳品行業生產規模的擴大，乳品廢水的排放量也逐年增大。這些廢水中不僅含有大量的有機物，還含有乳脂肪、乳糖、乳蛋白及高濃度的溶解鹽等物質，如不妥善處理，將會對周邊水體造成嚴重污染[2]。目前乳品廢水的處理常采用物化處理和生物處理組合工藝[3]，膜分離技術是利用膜對不同粒徑分子的選擇性滲透差異來實現分離、濃縮、純化和精制的新型技術[4]，它既能實現廢水的凈化處理，又能回收其中的有用物質，同時還兼具節能、環保、設備簡單、操作方便等特點，在食品、化工、醫藥、衛生等行業廢水處理中得到了廣泛應用[5]，但將其用于乳品廢水處理的報道很少。

作者通過對乳品廢水的主要成分進行分析，對組合膜設備處理廢水的工藝條件進行優化，并對該工藝的可行性進行分析，擬為工業化處理乳品廢水提供依據。

1實驗

1.1　材料與儀器

乳品廢水，取自某乳品企業生產過程中排放的廢水，水質分析見表1。

TDL-5-A型臺式離心機，上海安亭科學儀器廠；DDS-11A型數顯電導儀，上海偉業儀器廠；STARTER 2100型實驗室pH計，奧豪斯儀器(上海)有限公司；KDN-102F型自動定氮儀、HYP-308型消化爐，上海纖檢儀器有限公司；1011型電熱鼓風恒溫干燥箱，上海南陽儀器有限公司；組合膜設備(配備N130型微濾膜、S30型、S50型納濾膜和RO反滲透膜)，湖北工業大學膜技術研究所自制。

1.2　乳品廢水的處理流程

乳品廢水→預處理→微濾→納濾(回收蛋白、糖類)→反滲透(廢水凈化處理，循環利用)。

1.3　乳品廢水的絮凝預處理

調節廢水的pH值為4.0左右，以析出部分酸不溶蛋白質，再向其中加入0.1×10-6~0.2×10-6的聚丙烯酰胺絮凝劑以提高廢水的沉降性，最大限度地降低大顆粒雜質引起的膜污染，最后經過3 000 r·min-1離心15 min分離出上清。

1.4　乳品廢水的膜過濾處理

首先，用N130型微濾膜處理得到廢水上清，過濾溫度為30 ℃，流速為60 L·h-1，運行壓力為0.8 MPa；然后，將微濾膜處理后的濾液用S30型和S50型納濾膜分別過濾，過濾溫度為15~45 ℃，流速均為30 L·h-1，運行壓力為0.9 MPa；最后，利用RO反滲透膜對納濾膜處理后的濾液進行過濾，過濾溫度為15~55 ℃，流速為20 L·h-1，運行壓力為2.6 MPa。

1.5　分析方法

水質懸浮物(SS)的測定參照GB/T 11901-1989；蛋白質的測定參照GB/T 14489.2-2008；可溶性固形物的測定參照GB/T 12295-1990；總糖的測定參照GB/T 5513-2008。

2結果與討論

2.1　微濾膜處理結果(圖1)

圖1　處理時間對微濾膜通量的影響Fig.1　The effect of processing time on microfiltration membrane flux

由圖1可以看出，隨著處理時間的延長，微濾膜通量逐漸下降，但下降的幅度并不大，所以用微濾膜截留乳品廢水中的懸浮固體、細微顆粒及超大分子物質是可行的。

2.2　納濾膜處理結果(圖2)

圖2　處理時間對納濾膜通量的影響Fig.2　 The effect of processing time on nanofiltration membrane flux

由圖2可以看出，S30和S50兩種型號納濾膜通量均隨著處理時間的延長而下降；在60~80 min內，S30型納濾膜通量明顯高于S50型；從整體效果來看，S30型納濾膜通量高于S50型。故納濾膜選擇S30型。

2.3　反滲透膜處理結果(圖3)

圖3　處理時間對反滲透膜通量的影響Fig.3　The effect of processing time on reverse osmosis membrane flux

由圖3可以看出，反滲透膜通量隨著處理時間的延長先升高后下降，但整體的下降幅度并不大，因此利用反滲透膜對濾液進行脫鹽是可行的。

2.4　膜過濾檢測結果

將不同膜過濾后的濾液和濃縮液分別進行檢測，結果見表2。

由表2可以看出，微濾膜有效地截留了懸浮物質、顆粒物質和大分子物質等，為后續的納濾膜處理減輕了負荷。納濾膜不僅有脫色、去異味、去部分鹽類的作用，還截留了大部分的糖類和蛋白質等，可實現有機物的回收利用。最終經反滲透膜過濾后，濾液可以返回生產，實現水的循環利用。

2.5　討論

采用膜分離技術對乳品廢水進行處理是可行的，實驗中采用了3級膜組合設備，較趙俊杰等[6]報道的4級膜設備更簡單，操作時間更短。不僅可以回收乳品廢水中的乳糖和蛋白質，還可實現乳品廢水的無害化處理，最終可實現乳品廢水的循環利用。

3結論

采用膜分離技術對乳品廢水進行處理。首先對乳品廢水進行預處理，再采用微濾膜、納濾膜和反滲透膜對其進行過濾。結果表明，采用N130型微濾膜、S30型納濾膜和RO反滲透膜組合時，不僅可以回收乳品廢水中的糖類和蛋白質，還可實現乳品廢水的清潔生產和循環利用。該處理方法簡單、節能，可為工業化處理乳品廢水提供參考。

表2　膜過濾檢測結果Tab.2　Membrane filtration test results

參考文獻：

[1]張軼,趙萍,張炳,等.我國乳品行業現狀與發展[J].中國乳品工業,2002,30(6):66.

[2]楊麗.乳品廢水的處理方法[J].安徽化工,2010,36(3):11-18.

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

[4]陳余.膜分離技術在中藥提取分離中的應用[J].化學工程與設備,2013,30(2):126-128.

[5]徐駿,王志,王紀孝,等.反滲透膜技術研究和應用進展[J].化學工業與工程,2010,27(4):351-355.

[6]趙俊杰,萬瑩,毛波.膜技術在乳品廢水處理中的應用[J].食品研究與開發,2011,32(12):184-186.

Application of Membrane Technology in Dairy Wastewater Treatment

DU Yan-chun1,LI Zhu2,LI You3,WU Zheng-qi4,WAN Duan-ji5

(1.MengniuDairyIndustryCo.,Ltd.inLuannan,Luannan063500,China;

2.SchoolofResourcesandEnvironmentalEngineering,HubeiUniversityof

Technology,Wuhan430068,China;3.HubeiProvincialCollaborativeInnovation

CenterofIndustrialFermentation,Wuhan430068,China;4.KeyLaboratoryofFermentation

EngineeringofMinistryofEducation,Wuhan430068,China;5.KeyLaboratoryofEcological

RemediationforLakesandRiversandAlgalUtilizationofHubeiProvince,Wuhan430068,China)

Abstract：Membrane technology was applied in the treatment of dairy wastewater.The microfiltration membrane,nanofiltration membrane,reverse osmosis membrane were adopted in the filtration of dairy wastewater after pretreatment.The results showed that,the carbohydrate and protein of dairy wastewater could be recycled,the water clean production and recycling of dairy wastewater could be realized when using the N130、S30 and RO membranes.The method is simple and energy saving,and provides reference for the industrial processing.

Keywords：membrane technology；microfiltration membrane；nanofiltration membrane；reverse osmosis me-mbrane

中圖分類號：X 792

文獻標識碼：A

文章編號：1672-5425(2015)05-0064-03

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.05.017

收稿日期：2015-02-09

作者簡介：杜艷春(1976-)，女，內蒙古通遼人，高級人力資源師，研究方向：乳品廢水處理技術,E-mail：ljjfinegood@163.com。