乳品废水处理中膜技术的应用研究

杜艳春，李　祝，李　猷，吴正奇，万端极

(1.蒙牛乳业(滦南)有限责任公司，河北 滦南 063500；2.湖北工业大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430068；3.工业发酵湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430068；4.发酵工程教育部重点实验室，湖北 武汉 430068；5.河湖生态修复及藻类利用湖北省重点实验室，湖北 武汉 430068)

乳品废水处理中膜技术的应用研究

杜艳春1，李祝2，李猷3，吴正奇4，万端极5

(1.蒙牛乳业(滦南)有限责任公司，河北 滦南 063500；2.湖北工业大学资源与环境工程学院，湖北 武汉 430068；3.工业发酵湖北省协同创新中心，湖北 武汉 430068；4.发酵工程教育部重点实验室，湖北 武汉 430068；5.河湖生态修复及藻类利用湖北省重点实验室，湖北 武汉 430068)

摘要：采用膜分离技术对乳品废水进行处理。首先对乳品废水进行预处理，再采用微滤膜、纳滤膜和反渗透膜对其进行过滤。结果表明，采用N130型微滤膜、S30型纳滤膜和RO反渗透膜组合时，不仅可以回收乳品废水中的糖类和蛋白质，还可实现乳品废水的清洁生产和循环利用。该处理方法简单、节能，可为工业化处理乳品废水提供参考。

关键词：膜技术；微滤膜；纳滤膜；反渗透膜

乳品行业是近年兴起的朝阳行业[1]。随着乳品行业生产规模的扩大，乳品废水的排放量也逐年增大。这些废水中不仅含有大量的有机物，还含有乳脂肪、乳糖、乳蛋白及高浓度的溶解盐等物质，如不妥善处理，将会对周边水体造成严重污染[2]。目前乳品废水的处理常采用物化处理和生物处理组合工艺[3]，膜分离技术是利用膜对不同粒径分子的选择性渗透差异来实现分离、浓缩、纯化和精制的新型技术[4]，它既能实现废水的净化处理，又能回收其中的有用物质，同时还兼具节能、环保、设备简单、操作方便等特点，在食品、化工、医药、卫生等行业废水处理中得到了广泛应用[5]，但将其用于乳品废水处理的报道很少。

作者通过对乳品废水的主要成分进行分析，对组合膜设备处理废水的工艺条件进行优化，并对该工艺的可行性进行分析，拟为工业化处理乳品废水提供依据。

1实验

1.1　材料与仪器

乳品废水，取自某乳品企业生产过程中排放的废水，水质分析见表1。

TDL-5-A型台式离心机，上海安亭科学仪器厂；DDS-11A型数显电导仪，上海伟业仪器厂；STARTER 2100型实验室pH计，奥豪斯仪器(上海)有限公司；KDN-102F型自动定氮仪、HYP-308型消化炉，上海纤检仪器有限公司；1011型电热鼓风恒温干燥箱，上海南阳仪器有限公司；组合膜设备(配备N130型微滤膜、S30型、S50型纳滤膜和RO反渗透膜)，湖北工业大学膜技术研究所自制。

1.2　乳品废水的处理流程

乳品废水→预处理→微滤→纳滤(回收蛋白、糖类)→反渗透(废水净化处理，循环利用)。

1.3　乳品废水的絮凝预处理

调节废水的pH值为4.0左右，以析出部分酸不溶蛋白质，再向其中加入0.1×10-6~0.2×10-6的聚丙烯酰胺絮凝剂以提高废水的沉降性，最大限度地降低大颗粒杂质引起的膜污染，最后经过3 000 r·min-1离心15 min分离出上清。

1.4　乳品废水的膜过滤处理

首先，用N130型微滤膜处理得到废水上清，过滤温度为30 ℃，流速为60 L·h-1，运行压力为0.8 MPa；然后，将微滤膜处理后的滤液用S30型和S50型纳滤膜分别过滤，过滤温度为15~45 ℃，流速均为30 L·h-1，运行压力为0.9 MPa；最后，利用RO反渗透膜对纳滤膜处理后的滤液进行过滤，过滤温度为15~55 ℃，流速为20 L·h-1，运行压力为2.6 MPa。

1.5　分析方法

水质悬浮物(SS)的测定参照GB/T 11901-1989；蛋白质的测定参照GB/T 14489.2-2008；可溶性固形物的测定参照GB/T 12295-1990；总糖的测定参照GB/T 5513-2008。

2结果与讨论

2.1　微滤膜处理结果(图1)

图1　处理时间对微滤膜通量的影响Fig.1　The effect of processing time on microfiltration membrane flux

由图1可以看出，随着处理时间的延长，微滤膜通量逐渐下降，但下降的幅度并不大，所以用微滤膜截留乳品废水中的悬浮固体、细微颗粒及超大分子物质是可行的。

2.2　纳滤膜处理结果(图2)

图2　处理时间对纳滤膜通量的影响Fig.2　 The effect of processing time on nanofiltration membrane flux

由图2可以看出，S30和S50两种型号纳滤膜通量均随着处理时间的延长而下降；在60~80 min内，S30型纳滤膜通量明显高于S50型；从整体效果来看，S30型纳滤膜通量高于S50型。故纳滤膜选择S30型。

2.3　反渗透膜处理结果(图3)

图3　处理时间对反渗透膜通量的影响Fig.3　The effect of processing time on reverse osmosis membrane flux

由图3可以看出，反渗透膜通量随着处理时间的延长先升高后下降，但整体的下降幅度并不大，因此利用反渗透膜对滤液进行脱盐是可行的。

2.4　膜过滤检测结果

将不同膜过滤后的滤液和浓缩液分别进行检测，结果见表2。

由表2可以看出，微滤膜有效地截留了悬浮物质、颗粒物质和大分子物质等，为后续的纳滤膜处理减轻了负荷。纳滤膜不仅有脱色、去异味、去部分盐类的作用，还截留了大部分的糖类和蛋白质等，可实现有机物的回收利用。最终经反渗透膜过滤后，滤液可以返回生产，实现水的循环利用。

2.5　讨论

采用膜分离技术对乳品废水进行处理是可行的，实验中采用了3级膜组合设备，较赵俊杰等[6]报道的4级膜设备更简单，操作时间更短。不仅可以回收乳品废水中的乳糖和蛋白质，还可实现乳品废水的无害化处理，最终可实现乳品废水的循环利用。

3结论

采用膜分离技术对乳品废水进行处理。首先对乳品废水进行预处理，再采用微滤膜、纳滤膜和反渗透膜对其进行过滤。结果表明，采用N130型微滤膜、S30型纳滤膜和RO反渗透膜组合时，不仅可以回收乳品废水中的糖类和蛋白质，还可实现乳品废水的清洁生产和循环利用。该处理方法简单、节能，可为工业化处理乳品废水提供参考。

表2　膜过滤检测结果Tab.2　Membrane filtration test results

参考文献：

[1]张轶,赵萍,张炳,等.我国乳品行业现状与发展[J].中国乳品工业,2002,30(6):66.

[2]杨丽.乳品废水的处理方法[J].安徽化工,2010,36(3):11-18.

[3]关英杰,邹华,路福平.乳液废水处理技术的研究与实践[J].安徽农业科学,2008,36(30):13304-13305.

[4]陈余.膜分离技术在中药提取分离中的应用[J].化学工程与设备,2013,30(2):126-128.

[5]徐骏,王志,王纪孝,等.反渗透膜技术研究和应用进展[J].化学工业与工程,2010,27(4):351-355.

[6]赵俊杰,万莹,毛波.膜技术在乳品废水处理中的应用[J].食品研究与开发,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

中图分类号：X 792

文献标识码：A

文章编号：1672-5425(2015)05-0064-03

doi：10.3969/j.issn.1672-5425.2015.05.017

收稿日期：2015-02-09

作者简介：杜艳春(1976-)，女，内蒙古通辽人，高级人力资源师，研究方向：乳品废水处理技术,E-mail：ljjfinegood@163.com。