膜技術(shù)在乳品廢水處理中的應(yīng)用

趙俊杰，萬(wàn)瑩，毛波

（1.蒙牛乳業(yè)唐山有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000；2.湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢 430068）

膜技術(shù)在乳品廢水處理中的應(yīng)用

趙俊杰1，萬(wàn)瑩2，毛波2

（1.蒙牛乳業(yè)唐山有限責(zé)任公司，河北 唐山 063000；2.湖北工業(yè)大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北武漢 430068）

乳品廢水經(jīng)預(yù)處理后，采用微濾與超濾膜技術(shù)回收廢水中的蛋白，再用納濾膜脫鹽、濃縮乳糖，濾液過(guò)反滲透膜即可達(dá)到回用或排放要求。探討預(yù)處理工序的必要性，考查超濾與納濾不同型號(hào)膜的運(yùn)行情況。實(shí)驗(yàn)證明，采用膜技術(shù)處理乳品廢水工藝簡(jiǎn)單、節(jié)能，污水零排放，且回收了廢水中的蛋白和糖，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可供工業(yè)化參考與借鑒。

膜技術(shù)；乳品廢水；微濾；超濾；納濾；反滲透

近幾年，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)、人民生活水平的不斷提高，乳制品行業(yè)呈現(xiàn)產(chǎn)銷兩旺之勢(shì)，乳業(yè)已經(jīng)成為國(guó)家大力鼓勵(lì)發(fā)展的朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)。乳制品行業(yè)的廢水主要來(lái)源于牛乳加工過(guò)程中排出的洗滌水以及加工設(shè)備的沖刷水，其主要成分有蛋白質(zhì)，脂類，糖等有機(jī)物質(zhì)，生化性較好，但濃度較高，如得不到有效處理，將會(huì)給環(huán)境帶來(lái)較大污染。目前國(guó)內(nèi)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(jié)合的處理方法[1]?，F(xiàn)代膜分離技術(shù)作為一種新型的高新分離技術(shù)，因其兼有分離、濃縮、純化、和精制的功能，又有高效、節(jié)能、環(huán)保、分子級(jí)過(guò)濾以及過(guò)程簡(jiǎn)單、易于自動(dòng)化控制等特性，使得它在乳品工業(yè)發(fā)展極快，成績(jī)卓著，日益受到各界的關(guān)注，展現(xiàn)了廣闊的前景[2]。

通過(guò)對(duì)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(shè)備與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)水樣

乳品廢水是某廠生產(chǎn)乳制品過(guò)程中排放的廢水，其水樣指標(biāo)分析如表1。

表 1 源水各項(xiàng)指標(biāo)Table 1 Source water indicators

1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備

組合膜設(shè)備（可配備N100MF、GM8000UF等型號(hào)的膜）：湖北工業(yè)大學(xué)膜技術(shù)研究所自制；三足式離心機(jī)：蘇州優(yōu)耐特機(jī)械制造有限公司；DDS-11A數(shù)顯電導(dǎo)儀：上海偉業(yè)儀器廠；pHS-2C數(shù)顯酸度計(jì)：上海方瑞儀器有限公司；蛋白質(zhì)測(cè)定儀：上海沛歐分析儀器有限公司。

1.3 測(cè)定方法

粗蛋白：GB/T 5511-1985《糧食、油料檢驗(yàn) 粗蛋白質(zhì)測(cè)定法》；總糖：GB/T 5513-1985《糧食、油料檢驗(yàn) 還原糖和非還原糖測(cè)定法》；灰分：GB/T 5505-2008《糧油檢驗(yàn)灰分測(cè)定法》；化學(xué)需氧量CODCr：GB/T 11914《水質(zhì)化學(xué)需氧量的測(cè)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(cè)定——折射儀法》；與檢測(cè)項(xiàng)目配套試劑均為分析純。

1.4 工藝流程簡(jiǎn)圖

1.5 預(yù)處理

未經(jīng)預(yù)處理的乳品廢水中含有蛋白、少量脂肪、懸浮固體（SS）以及無(wú)機(jī)鹽等雜質(zhì)，這使乳品廢水呈乳白色、不透明液體。如果直接進(jìn)行微濾處理，這些雜質(zhì)在膜界面上會(huì)很快沉積從而引起堵塞，使膜通量衰減，導(dǎo)致嚴(yán)重的膜污染。因此，對(duì)其進(jìn)行適當(dāng)?shù)念A(yù)處理可以減輕微濾過(guò)程中的負(fù)荷或防止微濾過(guò)程中的膜污染。

本實(shí)驗(yàn)采用先酸沉后絮凝離心的方法對(duì)乳品進(jìn)行預(yù)處理。將乳品廢水調(diào)節(jié)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(wú)機(jī)陶瓷膜對(duì)體系雜質(zhì)的吸附，且堿性物料更適合納濾膜的運(yùn)行；Ca2+的引入可以促進(jìn)脂肪的去除[2]；溫度適當(dāng)升高能縮短絮凝周期，且物料溫度的升高有利于增大膜運(yùn)行的平均通量。實(shí)驗(yàn)表明，將乳品廢水體系升溫至50℃，加入0.1%Ca（OH）2時(shí)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(jié)果與分析

2.1 微濾膜

微濾（MF）又稱微孔過(guò)濾，它屬于精密過(guò)濾，其基本原理是篩孔分離過(guò)程。微濾膜主要是從液相中截留微粒、細(xì)菌以及其他污染物，以達(dá)到凈化、分離、濃縮的目的。對(duì)于本實(shí)驗(yàn)而言，微濾膜能對(duì)大直徑的菌體、懸浮固體等進(jìn)行分離，作為料液的澄清、保安過(guò)濾，為后續(xù)超濾膜減輕負(fù)擔(dān)之用。

將經(jīng)預(yù)處理的乳清廢水過(guò)型號(hào)為N100的微濾膜，溫度30℃，流速均為70 L/h，運(yùn)行壓力0.8 MPa，過(guò)微濾膜得結(jié)果如圖1。

可以看出，微濾膜通量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而減少，但非常平穩(wěn)，而沒(méi)有出現(xiàn)拐點(diǎn)即快速衰減或突然無(wú)通量的情況，且從上述濃縮的情況看，此膜過(guò)程是可行的。

2.2 超濾膜

超濾膜可以攔截大分子的蛋白質(zhì)、果膠等物質(zhì)，一級(jí)膜的濾液直接過(guò)二級(jí)超濾膜，溫度30℃～40℃，流速均為70 L/h，適當(dāng)運(yùn)行壓力1.0 MPa，過(guò)型號(hào)PM和型號(hào)GM超濾膜得結(jié)果如圖2。

由圖2可知，PM超濾膜運(yùn)行一段時(shí)間后有明顯的膜通量衰減，GM運(yùn)行更穩(wěn)定，選用GM型號(hào)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(guò)程主要應(yīng)用于水的軟化、凈化以及相對(duì)分子質(zhì)量在百級(jí)的物質(zhì)的分離、分級(jí)和濃縮（如染料、抗生素、多肽、多醣等化工和生物工程產(chǎn)物的分級(jí)和濃縮）、脫色和去異味等。本實(shí)驗(yàn)室主要用于脫鹽和濃縮。納濾濃縮液含有乳糖等物質(zhì)，可作為食品加以利用。

將二級(jí)膜的濾液過(guò)納濾膜，溫度40℃～50℃，流速均為70 L/h，適當(dāng)運(yùn)行壓力1.5 MPa，過(guò)型號(hào)DKC和型號(hào)DLC的納濾膜得結(jié)果如圖3。

2種膜運(yùn)行較穩(wěn)定，DKC在運(yùn)行100 min后開始有衰減，選用DLC較優(yōu)。

2.4 反滲透

將三級(jí)膜的濾液過(guò)反滲透，溫度35℃～45℃，流速均為20 L/h，適當(dāng)運(yùn)行壓力3.0 MPa，反滲透膜OR運(yùn)行結(jié)果如圖4。運(yùn)行較為穩(wěn)定，反滲透濾液可直接排放或回用于生產(chǎn)中。

2.5 檢測(cè)結(jié)果

各級(jí)膜的濾液和濃縮液檢測(cè)了相關(guān)指標(biāo)如表2。結(jié)果表明，膜在處理乳品廢水的過(guò)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(jīng)處理可以達(dá)到零排放。

表 2 各級(jí)膜檢測(cè)結(jié)果Table 2 Membrane test results

3 結(jié)論

1）乳品廢水在膜處理前的預(yù)處理是十分必要的，減輕了膜的負(fù)荷，處理效果顯著，經(jīng)濟(jì)簡(jiǎn)單；

2）實(shí)驗(yàn)中采用了4級(jí)膜，過(guò)程較長(zhǎng)，可以通過(guò)進(jìn)一步優(yōu)化預(yù)處理的條件，考慮減少微濾膜的使用；

3）對(duì)膜的選擇比較單一，應(yīng)考查更多型號(hào)的膜，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)選擇更優(yōu)的膜組件；

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

[1]關(guān)英杰，鄒華，路福平.乳業(yè)廢水處理技術(shù)的研究與實(shí)踐[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，36(30)：13304-13305

[2]畢海丹，崔旭海，張永忠.膜技術(shù)在乳品工業(yè)中應(yīng)用的最新進(jìn)展[J].食品發(fā)酵與工業(yè)，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