用改性中空纤维超滤膜技术回收甘薯淀粉生产废水中蛋白质的研究

论文摘要

甘薯淀粉加工时间短,废水具有量大、有机物浓度高、集中处理难度大等特点,废水处理已成为制约甘薯产业发展的瓶颈；亟待研发适合中小型甘薯淀粉加工企业的废水处理技术。甘薯生产废水中含大量的蛋白质,由于缺少有效的分离提取技术,蛋白质只能随废水排放,不仅造成资源浪费,而且成为甘薯废水排放的主要污染物质。本文以提取甘薯淀粉生产废水中的蛋白质为目标,采用膜材料制备、预处理、中试评价等相结合的研究方法,确定了以聚氯乙烯为原料制备中空纤维超滤膜纺丝的最佳工艺条件,摸清了铸膜液组成、成孔剂、改性剂等对中空纤维超滤膜性能的影响,明确了中空纤维超滤膜改性的机理,制备了具有高效、抗污染的改性中空纤维超滤膜组件。筛选了甘薯废水预处理的工艺,获得了与膜分离技术相结合的蛋白质提取工艺参数。通过中试,评价了改性中空纤维超滤膜组件对蛋白质的截留及COD等污染物的去除效果。新型抗污染的聚氯乙烯(PVC)中空纤维超滤膜被自主研发。获得最佳铸膜液配方,聚氯乙烯、二甲基乙酰胺(DMAc)的质量百分含量分别为16、80wt%,最佳凝胶温度为25℃,最佳预蒸发时间为30s,同时获得中空纤维超滤膜最佳纺丝条件为：芯液流量20ml/min,计量泵转速42r/min,绕丝机卷绕速度20r/min,凝胶浴温度20℃。在聚氯乙烯中空纤维超滤膜铸膜液中适量添加纳米粉体改性剂,可明显改善膜的抗污染性能。其改性机理是改性剂比表面积大,表面富含的羟基与聚氯乙烯分子链产生吸附作用,从而形成机械性能稳定的大分子网络结构,改善了聚氯乙烯的亲水性,增加膜丝韧性,增强膜的抗污染能力。添加一定量改性剂时,膜的空隙率取得最大值,且膜的通量和截留率改性效果最好,膜丝性能稳定。当工作压力从0.04MPa上升到0.2MPa时,随工作压力的增大,膜通量逐渐增大,而截留率变化平缓,考虑膜丝耐受压力,聚氯乙烯中空纤维超滤膜的工作压力选择0.18MPa。对比研究酸化沉淀、冷藏、离心、化学絮凝、生物絮凝等预处理工艺,筛选出酸化沉淀、离心和生物絮凝是较好的预处理工艺,将筛选出的预处理工艺联合改性聚氯乙烯中空纤维膜处理甘薯淀粉生产废水,获得最佳组合工艺运行参数和处理效果。最后设计组装中试规模设备回收企业实际生产废水中蛋白来评价超滤膜改性效果。采用改性聚氯乙烯中空纤维超滤膜回收甘薯淀粉生产废水中蛋白质,膜通量恢复率92.5%,比未改性超滤膜提高5.8%；蛋白截留率83.2%,比未改性超滤膜提高2%且运行稳定,实验结果表明聚氯乙烯中空纤维超滤膜改性效果良好。大量实验数据明确在酸化沉淀、冷藏、离心、化学絮凝、生物絮凝等几种预处理工艺中酸化沉淀是最佳预处理方式。酸化沉淀后废水经过超滤处理,透过液COD浓度去除率为14.2%,蛋白截留率为95.7%。应用改性PVC中空纤维膜制成内压式超滤膜设备处理山东威海某淀粉厂实际生产废水,设备连续运行10周期(天),每个周期工作10小时,设备运行基本稳定。超滤设备连续运行10小时后废水COD的平均去除率仍为15.3%;可溶性蛋白平均截留率83.3%；连续运行10天,超滤出水COD平均去除率20.8%;可溶性蛋白平均截留率83.6%；总氮和总磷的平均去除率为21.2%和8%。实验证明,改性聚氯乙烯中空纤维超滤膜能高效截留甘薯淀粉生产废水中的可溶性蛋白。

论文目录

• 目录
• CONTENTS
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 前言
• 1.1 甘薯淀粉生产废水
• 1.1.1 甘薯淀粉废水来源及特性
• 1.1.2 甘薯淀粉废水处理方法研究现状
• 1.2 膜分离技术概述
• 1.2.1 膜分离技术的发展
• 1.2.2 超滤技术的发展
• 1.2.3 超滤技术在废水处理中的应用
• 1.2.4 超滤技术在蛋白分离中应用
• 1.3 聚氯乙烯膜（PVC）膜及其研究进展
• 1.3.1 PVC膜材料特点
• 1.3.2 PVC膜制备研究进展
• 1.3.3 PVC膜表面改性研究进展
• 1.3.4 PVC膜在废水处理中应用
• 1.4 课题研究目的、意义和内容
• 1.4.1 研究目的与意义
• 1.4.2 拟解决的关键问题
• 1.4.3 主要研究内容
• 第二章 聚氯乙烯超滤膜的制备与改性研究
• 2.1 材料与方法
• 2.1.1 试验材料及试剂
• 2.1.2 主要仪器与设备
• 2.1.3 试验方法
• 2.2 结果与分析
• 2.2.1 PVC平板超滤膜最佳配方及制备条件优化
• 2.2.2 PVC中空纤维超滤膜纺丝条件研究
• 2.2.3 膜压对中空纤维超滤膜纯水通量和截留率的影响
• 2.2.4 改性剂A对PVC中空纤维超滤膜改性效果研究
• 2.3 本章小结
• 第三章 甘薯淀粉生产废水预处理工艺参数优化
• 3.1 材料与方法
• 3.1.1 试验材料与试剂
• 3.1.2 主要仪器与设备
• 3.1.3 试验方法
• 3.2 结果与分析
• 3.2.1 酸化沉降预处理工艺
• 3.2.2 冷藏预处理工艺
• 3.2.3 离心预处理工艺
• 3.2.4 化学混凝预处理工艺
• 3.2.5 生物絮凝预处理工艺
• 3.2.6 不同预处理方法效果比较
• 3.3 本章小结
• 第四章 超滤工艺回收甘薯淀粉生产废水中蛋白的研究
• 4.1 材料与方法
• 4.1.1 试验材料与试剂
• 4.1.2 主要仪器与设备
• 4.1.3 试验方法
• 4.2 结果与分析
• 4.2.1 改性前后超滤工艺回收蛋白效果对比
• 4.2.2 离心+超滤组合工艺回收蛋白效果分析
• 4.2.3 酸化沉淀+超滤组合工艺回收蛋白效果分析
• 4.2.4 生物絮凝+超滤组合工艺回收蛋白效果分析
• 4.2.5 生物絮凝+超滤处理后废水回用效果分析
• 4.2.6 超滤处理效果对比分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 酸化沉淀-超滤中试试验研究及膜污染分析
• 5.1 材料与方法
• 5.1.1 试验材料
• 5.1.2 试验装置
• 5.1.3 试验方法
• 5.2 结果与分析
• 5.2.1 酸化沉降+超滤对废水处理效果分析
• 5.2.2 连续运行周期超滤对废水的处理效果分析
• 5.2.3 连续运行超滤膜污染状况分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 攻读博士学位期间发表文章