CN111018069A - 一种回收微生物菌体蛋白的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种回收微生物菌体蛋白的方法。具体为收集待处理微生物蛋白废水；分离出微生物菌体蛋废水中的蛋白浮渣；脱除蛋白浮渣中的游离水，对脱除游离水后的蛋白渣进行流化处理；将流化蛋白渣进行干化处理，干化后得到成品蛋白粉。本发明通过简单高效的处理工艺对蛋白废水中的蛋白进行了高效回收，无论完整菌体蛋白还是已经解体的菌体蛋白均得到回收、且回收的蛋白无毒无害，其中不含有有毒有害成分，使其应用范围更加广泛。同时分离的废水中蛋白含量大大降低，其后处理更加简单易行。且该处理过程效率高、对设备损耗小，减少了对于能源人力物力的消耗。因此，该处理工艺具有很好的实际应用前景。

Description

一种回收微生物菌体蛋白的方法

技术领域

本发明属于废水处理技术领域。具体涉及一种回收微生物菌体蛋白的方法。

背景技术

随着对环保及再生能源开发的大力提倡，生物、微生物逐渐在各领域中得到广泛应用。目前，通过微生物发酵法处理钢铁工业煤气(一氧化氮尾气)来制备燃料乙醇的工艺，由于其减少了能源消耗，安全高效得到较好的发展。该工艺过程中，最终产物除了原料乙醇外还好有在微生物发酵过程中以及发酵完成后产生的大量生命周期结束的细菌，这些生命周期结束的细菌形成了高浓度的蛋白废水，该蛋白废水浓度可高达25g/l，若经过回收处理也能够收集较大产量的蛋白粉，具有很好的经济效益，而若是直接排放不仅完成蛋白物质的流失，而且高浓度蛋白水也会对环境造成一定的影响。

因此，现有技术中已有对于废水蛋白的回收工艺方法。主要采用离心+喷雾+热空气干燥+布袋回收的工艺方法进行蛋白回收，处理后的废水进行后处理、回收的废水中的蛋白作为蛋白粉成品。

细菌死亡后短期内(大约7天以内)菌体还是完整的，随着时间的推移，菌体逐渐解体变成小分子。生产过程中，产出的发酵废水都会进入缓冲罐(醪液罐)进行储存，使新产生的和前期产生的废水混合在一起，这样蛋白废水中同时含有完整菌体和解体的菌体。而离心机对混合废水离心时对于完整菌体处理效果好，但是对于已经解体的菌体处理效果差，离心处理就难以保证蛋白回收率以及上清液的悬浮物浓度，导致上清液中会含有较多的解题细菌的蛋白，带有解体蛋白的液体进入后期处理时增大了处理难度，而且也造成大量蛋白的流失。

因此，虽然已有方法能够回收废水蛋白，但无法对解体及完整菌体蛋白进行完全回收，而且目前处理工艺占地面积大，在产能较低的条件下设备超负荷运转，缩短了设备使用寿命。

发明内容

本发明针对的技术问题是：现有技术对废水中蛋白进行回收时，只能对完整菌体蛋白进行回收，无法较好的回收已解体的菌体蛋白，因此回收率很低，不仅造成蛋白的流失浪费、也使得回收蛋白后的废水后处理仍然具有很大的处理难度(含有的解体菌体蛋白在后期废水处理时难以消化)。而且现有工艺处理设备占地面积大，使用寿命短。

为了解决上述问题，本发明提供了一种回收微生物菌体蛋白的方法。该方法对完整菌体蛋白及解体菌体蛋白均能够有效回收，明显提高了废水中蛋白回收率，同时大大减少了废水中蛋白含量，使得回收蛋白后的废水在后处理中简单易于处理，减少了对于能源人力物力的消耗。再废水蛋白回收中具有很好的应用效果。

本发明是通过以下技术方案实现的

一种回收微生物菌体蛋白的方法，该方法包括以下步骤：

收集待处理微生物蛋白废水；分离出微生物菌体蛋废水中的蛋白浮渣；脱除蛋白浮渣中的游离水得到蛋白渣饼，对蛋白渣饼进行流化处理得到流化蛋白渣；将流化蛋白渣进行干化处理，干化后得到成品蛋白粉。

所述的回收微生物菌体蛋白的方法，分离蛋白浮渣采用气浮分离净化装置进行。

所述的回收微生物菌体蛋白的方法，分离蛋白浮渣过程中加入的絮凝剂的浓度为0.025％，加入量为200L/h，气体投加量为0.6L/min，微生物蛋白废水的流量为0.206m³/h。

所述的回收微生物菌体蛋白的方法，脱除蛋白浮渣中的游离水时，加入的絮凝剂的浓度为0.025％，加入量为150L/h，蛋白浮渣的进料量为2m³/h。

所述的回收微生物菌体蛋白的方法，所述絮凝剂为聚丙烯酸钠。

所述的回收微生物菌体蛋白的方法，对于蛋白渣进行流化处理采用的设备为超声波乳化器；流化处理时，超声波乳化器的功率为3500w，超声时间为0.5～3min。

所述的回收微生物菌体蛋白的方法，所述超声波乳化器包括超声波换能器和超声波发生器，所述超声波发生器的输出端与超声波换能器的输入端电性连接；所述超声波乳化器为管道式结构，所述超声波换能器包括喇叭式超声波换能器和振动棒式超声波换能器，所述喇叭式超声波换能器安装在管道的四周，所述振动棒式超声波换能器安装在管道的一端部。

所述的回收微生物菌体蛋白的方法，所述干化处理为将流化蛋白渣置于喷雾干燥器中进行雾化干燥处理，干燥完成得到蛋白粉。

与现有技术相比，本发明具有以下积极有益效果

现有技术在回收蛋白废水中的蛋白时采用的药剂一般为无机混凝剂(聚合铝盐或铁盐)+有机高分子絮凝剂(聚丙烯酰胺)，而对于回收的蛋白来说，不论铝盐还是铁盐均会引入重金属离子，以及聚丙烯酰胺絮凝后的残留单体均是有害物质，导致的蛋白受到污染、具有毒副作用。本发明通过聚丙烯酸钠的加入不仅起到了很好的絮凝作用，而且无毒无害，可以作为食品添加剂使用，完全避免了对回收蛋白的影响，提高了蛋白回收质量、也避免了对回收蛋白进行二次处理的后期复杂程序；

该方法通过气浮、闪速混合、固液分离以及流化与干化处理，能够对完整菌体及解体微生物菌体蛋白全部进行回收，大大提高了废水中蛋白的回收率、也避免了回收处理后废水中仍然大量存留蛋白的情况产生，有效解决了传统离心工艺只能处理回收完整菌体蛋白(解体后的蛋白则仍然留存在废水中)的缺陷，提高了蛋白回收率，降低了后续污水处理工艺单元的负荷。

附图说明

图1为已公开气浮分离净化装置的结构示意图，

图2为本申请所用气浮分离净化装置结构示意图，

图3-1为已公开管式闪混器结构示意图，

图3-2为图3-1中第一直流管的结构示意图，

图4为本领域叠螺机示意图，

图5为本发明所述超声波乳化器结构示意图；

图中符号表示的意义为：1表示高压原水泵，2表示横管，3表示气浮箱体，4表示刮渣机构，5表示浮渣收集排放机构，501表示浮渣收集箱，502表示螺杆输送泵，6表示静态混合器，601表示调质药剂加入口，7表示多相混溶器，701表示加药口，8表示竖管，9表示高压气源，10表示溶气释放器，11表示回流调节板，12表示清水隔腔，13表示多孔布水板，14表示液位调整机构，141表示调整腔，142表示溢流管，143表示清水排放口；

15表示第一直流管，16表示第一变径管，17表示导流片，18表示分流管，19表示药剂管，20表示搅拌头，21表示搅拌电机；

100表示超声波换能器，200表示超声波发生器，300表示喇叭式超声波换能器，400表示振动棒式超声波换能器。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明进行更加详细的说明，以便于对本发明技术方案的理解，但并不用于对本发明保护范围的限制。

本发明提供了一种回收微生物菌体蛋白的方法，该方法包括以下步骤：

(1)收集待处理的微生物蛋白废水；

(2)将回收的微生物蛋白废水输送(本领域熟知的输送设备即可完成输送)至气浮分离净化装置中以分离除废水中的蛋白浮渣。

该分离过程具体如下：所述的气浮分离净化装置即为公开号为CN206692364的申请文件中所记载的气浮分离净化装置(如图1所示)。在该装置的基础上，将竖管数量设置为6个、多相混溶器的数量也设置为6个，并去除横管上的静态混合器以及横管上的调制药剂加入口(如图2所示)。

原水通过高压原水泵提升至8bar，进入横管、由横管进入竖管，由加药口加入絮凝剂后进入第一个多相混溶器中；经过第一个多相混溶器连续向前流动进入竖管、经过加药口加入絮凝剂再进入第二个多相混溶器中，控制第二个多相混溶器的原水溶气压力为7bar，原水依次向前流动，第三个多相混溶器的原水溶气压力为6bar，第四个多相混溶器中的原水溶气压力为5bar，第五个多相混溶器中的原水溶气压力为2～3bar，第六个多相混溶器中的原水溶气压力降至2bar以下，实现溶气释放，实现蛋白浮渣与废水的分离。所得废水进入后续处理程序，蛋白浮渣泵送至脱水处理程序中。(蛋白废水原水是向前不断流动的状态，流速根据实际情况进行调节。)

该过程中，水流经过每个多相混溶器时的压力可以经过多相混溶器的管径进行控制；水流由最开始的第一个多相混溶器至第六个多相混溶器，每个多相混溶器的气体投加量不同，第一个多相混溶器通入的气体投加量为需要投加气体总量体积的65～67％，后面剩余五个多相混溶器的气体投加量总和为需要投加气体总体积的23～25％，且五个多相混溶器中的气体投加量相同。

水流由最开始的第一个多相混溶器至第六个多相混溶器，每个多相混溶器中的絮凝剂加入量逐渐降低。其中原水经过的第一个多相混溶器时由加药口加入的絮凝剂量为絮凝剂加入总量的50～60％，经过第二个多相混溶器时由加药口加入的絮凝剂量为絮凝剂加入总量的25～30％，经过第三个多相混溶器时由加药口加入的絮凝剂量为絮凝剂加入总量的8～12％，经过第四个多相混溶器时由加药口加入的絮凝剂量为絮凝剂加入用量的5～7％，经过第五个混溶器时由加药口加入的絮凝剂量为絮凝剂加入用量的3～4％，经过第六个多相混溶器时由加药口加入的絮凝剂量为絮凝剂加入总量的1～2％。

该方法中所用气浮分离净化装置能够使得入流原水(原蛋白废水)100％溶气，大大提高了蛋白浮渣的分离效果，通过多个多相混溶器压力的逐级降低，使得加入的絮凝剂与蛋白废水混合更加充分，大大提高了絮凝剂的有效利用率，溶气效果也得到明显提高，该过程促进了废水、絮凝剂、气体的有效混合反应，大大提高了絮凝剂的使用效率、降低了消耗量，因此，此处对于废水中蛋白浮渣无论是完整菌体蛋白还是已经解体的菌体蛋白均能够较好的回收(解决了现有技术中无法对已经解体的菌体蛋白进行有效回收的缺陷)，明显提高了对于蛋白的回收率，该过程对蛋白的初步回收率达到95％以上。

(3)将步骤(2)经过气浮分离净化装置收集到的蛋白浮渣(含水率为90～95％)泵送至脱水系统，脱除蛋白浮渣中的游离水，得到蛋白渣饼，具体如下：

a、将气浮分离收集到的蛋白浮渣由输送泵输送至管式闪混器(如图3-1、图3-2所示)中，经过管式闪混器的第一直流管进入、依次经过第一直流管内部的导流片、药剂管、分流管及搅拌机的搅拌头，经过搅拌头搅拌后进入第一变径管，由第一变径管输出进入到叠螺机中；该过程中，蛋白浮渣进入管式闪混器时的流速(进料量)根据实际情况进行调节。

其中所述的管式闪混器为公开号为CN206688644的申请文件中记载的管式闪混器(如图3-1、图3-2所示)，该工艺中蛋白浮渣经过其中的第一直流管及第一变径管后直接进入后续的叠螺机中。

该过程中，絮凝剂由加药管及分流管加入与蛋白浮渣相混合，实现了絮凝剂的逆向多点投加，然后又经过搅拌头进行闪速混合搅拌，搅拌速率控制为200r/min，大大增加了絮凝剂与蛋白浮渣的充分接触混合，进一步提高了蛋白的回收率。

b、经过管式闪混器的第一变径管排出的蛋白浮渣进入叠螺机中进行固液分离，分离的滤液可返回原程序进行循环处理、以进行更加充分的处理，分离得到的蛋白渣饼至超声波流化器中进行处理。所述叠螺机可以为本领域技术人员熟知的叠螺机(如图4所示)；也可以在熟知叠螺机的基础上、拆除其中的背压板，拆除背压板后使得脱水主要通过蛋白物料之间的相互团压，而非螺旋叶片间的机械挤压，可有效杜绝机械挤压造成的蛋白物料的泄露。

经过叠螺机固液分离后所得蛋白渣饼中的含水率为80～85％。

(4)将步骤(3)分离通过叠螺机分离得到的蛋白渣饼经过输送泵输送至超声波乳化器进行流化处理(蛋白渣饼可以由干泥泵进行输送至超声波乳化器或本领域技术人员熟知的输送泵均可)，得到流化蛋白渣(该过程中，蛋白渣饼进入超声波乳化器的流速(进料量)根据实际情况进行调节。)，具体如下：

如图5所示，所述的超声波乳化器包括超声波换能器和超声波发生器，所述超声波发生器的输出端与超声波换能器的输入端电性连接；所述超声波乳化器为管道式结构，超声波换能器包括喇叭式超声波换能器和振动棒式超声波换能器，其中喇叭式超声波换能器安装在管道壁的四周(喇叭式超声波换能器有多个，可以根据实际需要进行确定，优选为20个。)，振动棒式超声波换能器安装在管道的一端端部(振动棒式超声波换能器优选为1个)；其中喇叭式超声波换能器可以与管道一体设置、焊接、也可以为可拆卸设置(螺纹连接等)，振动棒式超声波换能器与可以采用本领域熟知的方法安装在管道的一端端部。

如图5，蛋白渣饼由超声波乳化器进料口处进入超声波乳化器管道内经过超声流化后、由出料口处排出，超声波乳化器进行流化时控制其超声功率为3500w，超声时间为0.5～3min。超声流化完成后，得到流化蛋白渣；

其中超声波乳化是利用一定强度的超声波作用于处理系统中时，将产生一系列物理和化学反应，并明显改变液体中的溶解态和颗粒态物质的特征。这些反应是由声场条件下大量空化气泡的产生和破灭引起的。在很高的声强下，液体中将产生大量空化气泡，它们随着声波改变大小并最终在瞬间破灭。气泡破灭时，将产生极短暂的强压力脉冲，并在气泡及其周围微小空间形成局部热点，产生高温高压，能在瞬间破坏有机体的细胞壁，从何破坏菌胶团结构。

本申请所述的超声波乳化器将喇叭式超声波换能器与振动棒式超声波换能器结合在一起对蛋白渣饼进行超声，使得蛋白渣饼的流化效率大大提高，短时间内即可完成蛋白渣饼的流化，减轻了设备的工作负荷、延长了设备使用寿命，同时也有效防止了蛋白渣饼对超声设备的粘黏和堵塞，该设备具有很好的使用效果。

该超声波乳化器较短时间内完成对蛋白渣饼的充分流化，使得后续干燥更容易进行，使得后续处理过程更加简单易行。

(5)将流化蛋白渣泵送至喷雾干燥器中进行干燥，干燥完成得到蛋白粉。

输送流化蛋白渣的泵可以为高压乳浆泵，或本领域技术人员熟知的输送泵。所用喷雾干燥器为本领域技术人员熟知的干燥设备。

下面通过具体实施例对本发明进行更加详细的说明，以便于对本发明技术方案的理解，但并不用于对本发明保护范围的限制。

实施例1

(1)收集待处理蛋白废水；

(2)将收集到的蛋白废水输送至气浮分离净化装置中分离废水中的蛋白浮渣，具体工作参数如表1、表2所示，

表1气浮分离净化装置分离蛋白浮渣参数

表2气浮分离净化装置中每个多相混容器的药剂及气体投加量

(3)分离得到的废水输送至后续进行处理，分离得到的蛋白浮渣依次输送至管式闪混器及叠螺机中进行脱水处理，具体参数如表3所示，

表3蛋白浮渣至管式闪混器脱水处理过程参数

(4)脱水后得到的蛋白渣饼输送至超声波乳化器中进行流化处理，得到流化蛋白渣，流化处理时超声波乳化器的功率为3500w，超声时间为1.5min。

(5)流化处理得到的流化蛋白渣输送至喷雾干燥器进行干燥处理，干燥完成即得到蛋白粉。

即本发明通过简单高效的处理工艺对蛋白废水中的蛋白进行了高效回收，无论完整菌体蛋白还是已经解体的菌体蛋白均得到回收、且回收的蛋白无毒无害(其中不含有有毒有害成分，使其应用范围更加广泛)；同时分离的废水中蛋白含量大大降低，其后处理更加简单易行。且该处理过程效率高、对设备损耗小。因此，该处理工艺具有很好的实际应用前景。

Claims (8)

1.一种回收微生物菌体蛋白的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

收集待处理微生物蛋白废水；

分离出微生物菌体蛋废水中的蛋白浮渣；

脱除蛋白浮渣中的游离水得到蛋白渣饼，对蛋白渣饼进行流化处理得到流化蛋白渣；

将流化蛋白渣进行干化处理，干化后得到成品蛋白粉。

2.根据权利要求1所述的回收微生物菌体蛋白的方法，其特征在于，分离蛋白浮渣采用气浮分离净化装置进行。

3.根据权利要求2所述的回收微生物菌体蛋白的方法，其特征在于，分离蛋白浮渣过程中加入的絮凝剂的浓度为0.025％，加入量为200L/h，气体投加量为0.6L/min，微生物蛋白废水的流量为0.206m³/h。

4.根据权利要求1所述的回收微生物菌体蛋白的方法，其特征在于，脱除蛋白浮渣中的游离水时，加入的絮凝剂的浓度为0.025％，加入量为150L/h，蛋白浮渣的进料量为2m³/h。

5.根据权利要求1～4任一项所述的回收微生物菌体蛋白的方法，其特征在于，所述絮凝剂为聚丙烯酸钠。

6.根据权利要求1所述的回收微生物菌体蛋白的方法，其特征在于，对于蛋白渣进行流化处理采用的设备为超声波乳化器；流化处理时，超声波乳化器的功率为3500w，超声时间为0.5～3min。

7.根据权利要求6所述的回收微生物菌体蛋白的方法，其特征在于，所述超声波乳化器包括超声波换能器和超声波发生器，所述超声波发生器的输出端与超声波换能器的输入端电性连接；

所述超声波乳化器为管道式结构，所述超声波换能器包括喇叭式超声波换能器和振动棒式超声波换能器，所述喇叭式超声波换能器安装在管道的四周，所述振动棒式超声波换能器安装在管道的一端部。

8.根据权利要求1所述的回收微生物菌体蛋白的方法，其特征在于，所述干化处理为将流化蛋白渣置于喷雾干燥器中进行雾化干燥处理，干燥完成得到蛋白粉。

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