專利名稱：采用膜過(guò)濾濃縮玉米浸泡水的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于玉米浸泡水的處理，特別是指一種采用膜過(guò)濾濃縮玉米浸泡水的方法。
背景技術(shù)：
玉米是我國(guó)傳統(tǒng)的農(nóng)作物，在我國(guó)的種植面積已超過(guò)2XlO8 hm2，產(chǎn)量逾3X109t，占糧食總產(chǎn)量的27. 6%，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中具有舉足輕重的地位。玉米80%以上成分為淀粉類物質(zhì)，因此大量用于生產(chǎn)淀粉，當(dāng)前我國(guó)很多玉米淀粉廠都具有相當(dāng)?shù)纳a(chǎn)規(guī)模，在淀粉生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的副產(chǎn)物如濕磨法生產(chǎn)玉米淀粉時(shí)，首先要將玉米粒放在水中浸泡，并加入一定的化學(xué)藥品，如亞硫酸(浸泡時(shí)間一般在50-60h)。玉米粒浸泡后留下的廢 水稱為玉米浸泡水或玉米浸潰水，通常每處理It玉米就會(huì)產(chǎn)生0. 35m3的浸泡水。將玉米浸泡水加以濃縮后即可制得玉米漿，玉米漿中含有豐富的可溶性蛋白、生長(zhǎng)素和必需的礦物質(zhì)和維生素物質(zhì)，含大約40% 50%固體物質(zhì)。玉米漿是微生物生長(zhǎng)普遍應(yīng)用的有機(jī)氮源，它還能促進(jìn)青霉素等抗生素的生物合成。將玉米漿制成干粉后用途更加廣泛，目前被廣泛用于抗生素工業(yè)(青霉素、紅霉素、慶大霉素、大觀霉素、金霉素等)，維生素(Vc、VB2等)，氨基酸(味精、賴氨酸、苯丙氨酸等)，酶制劑(淀粉酶、糖化酶等)等發(fā)酵工業(yè)，在生物發(fā)酵過(guò)程中作水溶性植物蛋白及水溶性維生素等營(yíng)養(yǎng)元素補(bǔ)充劑。在20世紀(jì)80年代以前，淀粉行業(yè)的規(guī)模有限，玉米浸泡水幾乎都被當(dāng)做廢水排放掉。80年代以后，隨著淀粉行業(yè)的迅速興起，產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷壯大，在生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的玉米浸泡水的量也增大了許多。起初人們采用CaCO3沉淀法從玉米浸泡水中提取粗菲汀，菲汀又稱為植物酸鈣，是制取植酸、植酸鈉和肌醇的主要原料，應(yīng)用廣泛，菲汀的含量占玉米浸泡水中干物質(zhì)含量的7%。用CaCO3沉淀法只是利用了玉米浸泡水中的植酸磷物質(zhì)，玉米浸泡水中，除含有菲汀外，還含有2-3%蛋白質(zhì)(氨基酸)、2%左右的乳酸、和1%左右的糖類(以還原糖為主)等有機(jī)成分。這些有機(jī)成分，一方面是造成玉米浸泡水高污染負(fù)荷的“元兇”，其中的COD和BOD含量極高，通常情況下COD和BOD分別高達(dá)100000-140000mg/L和20000-30000mg/L,屬高濃度的有機(jī)廢水，這些水若不進(jìn)行有效處理，就會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染；另一方面，則又是寶貴的天然資源財(cái)富。目前，這些資源中，除提取工業(yè)菲汀作肌醇生產(chǎn)原料外，其余都未能得到合理、有效地開(kāi)發(fā)利用，并轉(zhuǎn)化為嚴(yán)重的污染源。顯然，如果將這些資源成分最大程度地提取出來(lái)并轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的產(chǎn)品，不僅可以實(shí)現(xiàn)資源的綜合利用，增加新的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，變單純末端治理為從源頭治理，實(shí)現(xiàn)污染物的減排，從而大大減輕末端污染治理的負(fù)荷及治理成本，進(jìn)而使玉米浸泡水的環(huán)保難題取得突破。過(guò)去多數(shù)淀粉廠將玉米浸泡水作為廢液直接排放掉或通過(guò)蒸發(fā)濃縮器濃縮為玉米漿。通常企業(yè)采用的是三效蒸發(fā)法對(duì)玉米浸泡水進(jìn)行處理，即將第一個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽再次當(dāng)作加熱源，引入另一個(gè)蒸發(fā)器，只要控制蒸發(fā)器內(nèi)的壓力和溶液沸點(diǎn)，使其適當(dāng)降低，則可利用第一個(gè)蒸發(fā)器產(chǎn)生的二次蒸汽進(jìn)行加熱。此時(shí)，第一個(gè)蒸發(fā)器的冷凝處就是第二個(gè)蒸發(fā)器的加熱處，這就是三效蒸發(fā)原理。每個(gè)蒸發(fā)器稱為一效，通入生蒸汽的蒸發(fā)器為第一效，并由二次蒸汽通入方向依次為第二效、第三效等。采用三效蒸發(fā)法進(jìn)行處理存在著如下缺點(diǎn)
1、消耗大量電能、熱能，每產(chǎn)I噸玉米漿耗電25度，消耗蒸汽2噸；
2、溫度為120°C時(shí)破壞玉米漿中的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分乳酸菌、氨氮物質(zhì)等，損失10%-15%; 3、生產(chǎn)效率較低，經(jīng)濟(jì)效益差。近年來(lái)，隨著環(huán)保國(guó)策的日益強(qiáng)化，各地環(huán)保部門(mén)將玉米浸泡水的污染納入重點(diǎn)治理目標(biāo)，并以前所未有的高壓手段予以整治，強(qiáng)制要求淀粉生產(chǎn)企業(yè)將玉米浸泡水濃縮為玉米漿，而不得再將浸泡水直接出售。有些地方還強(qiáng)行關(guān)停、取締了菲汀生產(chǎn)企業(yè)。這一舉措，雖然解決了目前玉米浸泡水的污染問(wèn)題，但對(duì)于玉米淀粉廠家，由于濃縮玉米漿需增加能源成本，而玉米漿由于總產(chǎn)量大增，不僅售價(jià)低得不足以彌補(bǔ)能源成本，且銷路也不好。因而，廠家并無(wú)積極性。此外，對(duì)于肌醇行業(yè)，則因菲汀產(chǎn)量銳減，必將面臨無(wú)米之炊的困境。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種采用膜過(guò)濾濃縮玉米浸泡水的方法，具有低能耗、有機(jī)物質(zhì)破壞較小的特點(diǎn)。本發(fā)明的整體技術(shù)構(gòu)思是
采用膜過(guò)濾濃縮玉米浸泡水的方法，包括如下工藝步驟
A、去雜
將玉米浸泡水中的固體雜物過(guò)濾去除；
B、逐級(jí)膜過(guò)濾
將步驟A中所得水解后的玉米浸泡水通過(guò)膜過(guò)濾器逐級(jí)過(guò)濾處理，濾除膠體、微生物、蛋白質(zhì)、糖類、溶磷物質(zhì)、氨基酸以及微量元素；所述的膜過(guò)濾器中的膜孔徑逐級(jí)減小，膜孔徑的規(guī)格為0. 0001-0. 075微米；
C、反洗
通過(guò)反洗，將膜過(guò)濾器中截留的膠體、微生物、蛋白質(zhì)、糖類、溶磷物質(zhì)、氨基酸以及微量元素洗脫，得到玉米漿濃縮液。本發(fā)明中的具體的技術(shù)方案還有
為進(jìn)一步水解玉米浸泡水中的蛋白質(zhì)，提高玉米漿的利用價(jià)值，同時(shí)保證營(yíng)養(yǎng)成分不易遭到破壞。優(yōu)選的技術(shù)方案是還包括一步驟Al，所述的步驟Al是在步驟A制得的去除雜物的玉米浸泡水中加入蛋白酶，水解玉米浸泡水中的蛋白質(zhì)?？梢燥@而易見(jiàn)的是，水解過(guò)程中蛋白酶的種類和加入量的選擇可以采用多種技術(shù)方案，并不脫離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)。更為優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述的水解中蛋白酶的加入量為每噸玉米浸泡水加入蛋白酶4-10kg，水解溫度為55-70°C，水解時(shí)間為2-4小時(shí)，pH為5. 6-7. 5。步驟C中的逐級(jí)膜過(guò)濾主要作用是分別將膠體、微生物、蛋白質(zhì)、糖類、溶磷物質(zhì)、氨基酸以及微量元素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)從玉米浸泡水中分離，為達(dá)到上述目的，較為優(yōu)選的實(shí)施方式是采用多級(jí)膜過(guò)濾的方式，通過(guò)選用規(guī)格和截留不同分子量物質(zhì)的膜，依次逐級(jí)分離分子量從大到小的各類營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。其中更為優(yōu)選的技術(shù)方案是，步驟C中逐級(jí)膜過(guò)濾是流經(jīng)上一級(jí)膜過(guò)濾器的通過(guò)液進(jìn)入下一級(jí)膜過(guò)濾器，所述的膜過(guò)濾器由四級(jí)膜過(guò)濾器組成，其中第一級(jí)膜過(guò)濾器選用選用膜孔徑為0. 025-0. 075微米、且截留分子量為10萬(wàn)的微濾膜，過(guò)濾得到膠體和微生物；第二級(jí)膜過(guò)濾器中選用膜孔徑為0. 003-0. 01微米、截留分子量為3萬(wàn)的超濾膜，過(guò)濾得到蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)；第三級(jí)膜過(guò)濾器選用膜孔徑為
0.0007-0. 0025微米，截留分子量為3千的納濾膜，過(guò)濾得到糖類、溶磷物質(zhì)和氨基酸；第四級(jí)膜過(guò)濾器選用膜孔徑為0. 0001-0. 0006微米、截留分子量為500的反滲透膜，過(guò)濾得到微量元素；以上所用的膜能承受的壓差為1150-1840Kpa，使用過(guò)程中的pH為4_7。為便于洗脫和收集各級(jí)膜過(guò)濾器中的截留物質(zhì)，優(yōu)選的技術(shù)方案是，所述的步驟D中的反洗是當(dāng)各級(jí)膜過(guò)濾器中的膜的壓力超過(guò)額定值后，啟動(dòng)反洗泵，將膜過(guò)濾器中截留的物質(zhì)洗脫，并收集到容器中，即為玉米漿濃縮液。膜過(guò)濾器中最終生成的通過(guò)液可以直接作為污水進(jìn)行處理。 為便于實(shí)現(xiàn)對(duì)于裝置和工藝的自動(dòng)化控制，優(yōu)選的方式是可以通過(guò)在各級(jí)膜過(guò)濾器輸入端口設(shè)置壓力傳感器以檢測(cè)其內(nèi)部壓力，當(dāng)壓力超過(guò)額定值時(shí)，通過(guò)自動(dòng)控制裝置控制反洗泵的開(kāi)啟完成反洗操作，因傳感器和自動(dòng)控制裝置可以通過(guò)現(xiàn)有技術(shù)方便地實(shí)現(xiàn)，因此申請(qǐng)人在此不再贅述。采用本發(fā)明的方法與傳統(tǒng)的三效蒸發(fā)法制得的玉米漿經(jīng)中國(guó)農(nóng)業(yè)飼料科學(xué)研究所中心分析室檢測(cè)，結(jié)果如下
權(quán)利要求
1.采用膜過(guò)濾濃縮玉米浸泡水的方法，其特征在于包括如下エ藝步驟 A、去雜 將玉米浸泡水中的固體雜物過(guò)濾去除； B、逐級(jí)膜過(guò)濾 將步驟A中所得水解后的玉米浸泡水通過(guò)膜過(guò)濾器逐級(jí)過(guò)濾處理，濾除膠體、微生物、蛋白質(zhì)、糖類、溶磷物質(zhì)、氨基酸以及微量元素；所述的膜過(guò)濾器中的膜孔徑逐級(jí)減小，膜孔徑的規(guī)格為O. 0001-0. 075微米； C、反洗 通過(guò)反洗，將膜過(guò)濾器中截留的膠體、微生物、蛋白質(zhì)、糖類、溶磷物質(zhì)、氨基酸以及微量元素洗脫，得到玉米漿濃縮液。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用膜過(guò)濾濃縮玉米浸泡水的方法，其特征在于還包括一歩驟Al，所述的步驟Al是在步驟A制得的去除雜物的玉米浸泡水中加入蛋白酶，水解玉米浸泡水中的蛋白質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的采用膜過(guò)濾濃縮玉米浸泡水的方法，其特征在于所述的水解中蛋白酶的加入量為每噸玉米浸泡水加入蛋白酶4-10kg，水解溫度為55-70°C，水解時(shí)間為 2-4 小時(shí)，pH 為 5. 6-7. 5。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的采用膜過(guò)濾濃縮玉米浸泡水的方法，其特征在于所述的步驟C中逐級(jí)膜過(guò)濾是流經(jīng)上ー級(jí)膜過(guò)濾器的通過(guò)液進(jìn)入下ー級(jí)膜過(guò)濾器，所述的膜過(guò)濾器由四級(jí)膜過(guò)濾器組成，其中第一級(jí)膜過(guò)濾器選用選用膜孔徑為O. 025-0. 075微米、且截留分子量為10萬(wàn)的微濾膜，過(guò)濾得到膠體和微生物；第二級(jí)膜過(guò)濾器中選用膜孔徑為O.003-0. 01微米、截留分子量為3萬(wàn)的超濾膜，過(guò)濾得到蛋白質(zhì)等大分子物質(zhì)；第三級(jí)膜過(guò)濾器選用膜孔徑為O. 007-0. 0025微米，截留分子量為3千的納濾膜，過(guò)濾得到糖類、溶磷物質(zhì)和氨基酸；第四級(jí)膜過(guò)濾器選用膜孔徑為O. 0001-0. 0006微米、截留分子量為500的反滲透膜，過(guò)濾得到微量元素；以上所用的膜能承受的壓差為1150-1840Kpa，使用過(guò)程中的pH為 4-7。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的采用膜過(guò)濾濃縮玉米浸泡水的方法，其特征在于所述的步驟D中的反洗是當(dāng)各級(jí)膜過(guò)濾器中的膜的壓カ超過(guò)額定值后，啟動(dòng)反洗泵，將膜過(guò)濾器中截留的物質(zhì)洗脫，并收集到容器中，即為玉米漿濃縮液。
全文摘要
本發(fā)明屬于玉米浸泡水的處理，特別是指一種采用膜過(guò)濾濃縮玉米浸泡水的方法。包括去雜、逐級(jí)膜過(guò)濾、反洗等工藝步驟制得含有膠體、微生物、蛋白質(zhì)、糖類、溶磷物質(zhì)、氨基酸以及微量元素的玉米漿濃縮液，本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的能耗高、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞程度大等問(wèn)題。具有能耗低，對(duì)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)破壞較小，有利于環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號(hào)C02F1/44GK102689947SQ20121019553
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月14日
發(fā)明者趙建安 申請(qǐng)人:趙建安