申请日2012.05.17
公开(公告)日2012.09.12
IPC分类号C07C51/42; C07C59/08
摘要
本发明提供一种从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，即通过使用纳滤膜过滤、反渗透膜过滤和阴离子交换树脂吸附相结合的方法提取乳酸。本方法工艺步骤少、操作简单，易于掌握。整个工艺步骤中，乳酸的流失率极少，使得利用本方法提取乳酸的收率高，且得到的乳酸的纯度高。
权利要求书
1.一种从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，其特征在于：通过使用纳滤膜过滤、反渗透膜过滤和阴离子交换树脂吸附相结合的方法提取乳酸。
2.根据权利要求1所述的从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)将乳酸生产的废水经板框过滤及滤棒芯过滤，得到过滤清液;
(2)将过滤清液经纳滤膜过滤，得到纳滤滞留物料及纳滤料液;
(3)步骤(2)得到的纳滤料液经反渗透滤膜过滤，得到反渗透滤膜滞留物料及反渗透滤膜穿透物料;
(4)将反渗透滤膜滞留物料流过阴离子交换树脂，即可得到被吸附在阴离子交换树脂内的乳酸溶液。
3.根据权利要求2所述的从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，其特征在于：步骤(1)中所述板框过滤的过滤布孔径为20-25um，进料压力不高于4.5bar;所述滤棒芯过滤为采用0.45um的滤棒芯过滤，过滤压力不高于2.5bar。
4.根据权利要求2所述的从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，其特征在于：步骤(2)所述采用纳滤膜过滤的物料温度不高于30℃、进料压力为15-18 bar，纳滤膜的循环压力控制为18-22 bar，纳滤膜滞留物总出口流量为进口总流量的1/6—1/18。
5.根据权利要求2所述的从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，其特征在于：步骤(4)所述采用反渗透滤膜过滤的的物料温度不高于30℃、进料压力为15—18 bar ，反渗透滤膜的循环压力为18—21bar，反渗透滤膜滞留物出口流量为进口总流量的1/10—1/15 。
6.根据权利要求2所述的从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，其特征在于：所述阴离子交换树脂为315型阴离子交换树脂。
7.根据权利要求6所述的从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，其特征在于：步骤(3)所述阴离子交换树脂进行湿法装柱，反渗透滤膜滞留物以1.2BV—1.5BV/h 的流速上柱，同时检测上柱过程中流出液的电导率，阴离子柱流出液的电导率为1.4—1.8 ms/cm时，停止上柱。
8.根据权利要求6所述的从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，其特征在于：所述阴离子交换树脂的洗脱液是浓度为2—6%的硫酸溶液，洗脱液的用量为所述的阴离子交换柱的进料体积的1.2—1.5 倍，对所述阴离子交换树脂洗脱后，采用空气压空阴离子树脂，得到含有洗脱液的乳酸溶液。
说明书
从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法
技术领域
本发明涉及一种从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法。
背景技术
乳酸是一种极为重要的有机酸，广泛应用于食品、医药和化学工业。工业生产乳酸主要是采用微生物发酵法，在我国，发酵原料大都以玉米、山芋淀粉糖类为主。乳酸发酵液的成分很复杂，除乳酸外，还包括菌丝体、残糖、蛋白质、色素、其它有机酸、无机盐等多种杂质。由于使用乳酸多以食品医疗为主，因此对乳酸的质量要求极其严格，从乳酸发酵液到乳酸成品需经过很多过程、不断提高乳酸纯度才能满足市场客户的要求。在发酵液到成品提纯的每一过程步骤中，或多或少都会存在乳酸损失，一般情况下，根据乳酸成品质量要求不同，乳酸工厂从发酵到成品收率只有80%—90%，也就是说我们乳酸发酵用的玉米或是山芋中的淀粉糖有10%—18%损失了。目前乳酸市场规模每年消耗50万吨乳酸，以85%的收率计算，每年浪费的淀粉糖就有7.5万吨，价值约2.8亿元人民币。我国是人口大国，一直以来都政府十分重视粮食问题，以粮食为原料生产乳酸的成本受粮食价格的影响非常大，因此，提高乳酸收率，回收废水中的乳酸具有非常深远的意义，但因乳酸发酵成分原本就十分复杂，导致废水中的成分同样十分复杂，给乳酸回收工作带来极大困难。
现有传统的及改进的乳酸钙结晶和酸解方法存在提取率低;萃取法所用的萃取剂有毒，而且乳酸很难高效地从有机相中分离;高分子树脂吸附法存在高分子树脂的选择性、静态交换容量低的问题;分子蒸馏法存在蒸馏乳酸后釜底物有色、胶黏物质多导致的乳酸损失大。而且这些方法皆无法提取废水中低浓度的乳酸。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，要求使用该方法提取乳酸的收率高，且得到的乳酸的纯度高。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，通过使用纳滤膜过滤、反渗透膜过滤和阴离子交换树脂吸附相结合的方法提取乳酸。
具体说，包括以下步骤：
(1)将乳酸生产的废水经板框过滤及滤棒芯过滤，得到过滤清液;
(2)将过滤清液经纳滤膜过滤，得到纳滤滞留物料及纳滤料液;
(3)步骤(2)得到的纳滤料液经反渗透滤膜过滤，得到反渗透滤膜滞留物料及反渗透滤膜穿透物料;
(4)将反渗透滤膜滞留物料流过阴离子交换树脂，即可得到被吸附在阴离子交换树脂内的乳酸溶液。
为简洁说明问题起见，以下对本发明所述从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法均简称为本方法。
有关纳滤膜和反渗透膜对不同物质的截留率见下表：
将乳酸生产的废水经板框过滤及滤棒芯过滤后，留取过滤清液，即可去除乳酸生产的废水中游离的悬浮颗粒物质、胶体物质等一些较大的杂质颗粒;纳滤膜对糖类、蛋白质、色素、大分子有机酸物质、菌丝体有很强的截流阻止作用，因此这些物质可利用纳滤膜去除;反渗透膜对乳酸等物质又有很强的截流作用，对部分其它阴离子的截流效果偏差，去除了部分其它阴离子;再将反渗透滤膜滞留物料流过阴离子交换树脂，阴离子交换树脂即可吸附乳酸、阴离子，阳离子被分离出去。即可达到从乳酸生产的废水中去除杂质、提取乳酸的目的，提取乳酸的收率高，且得到的乳酸的纯度高。
作为本方法的优化，所述步骤(1)中所述板框过滤的过滤布孔径为20-25um，进料压力不高于4.5bar;所述滤棒芯过滤为采用0.45um的滤棒芯过滤，过滤压力不高于2.5bar。
所述步骤(2)所述采用纳滤膜过滤的物料温度不高于30℃、进料压力为15-18 bar，纳滤膜的循环压力控制为18-22 bar，纳滤膜滞留物总出口流量为进口总流量的1/6—1/18。
所述：步骤(4)所述采用反渗透滤膜过滤的的物料温度不高于30℃、进料压力为15—18 bar ，反渗透滤膜的循环压力为18—21bar，反渗透滤膜滞留物出口流量为进口总流量的1/10—1/15。
所述阴离子交换树脂为315型阴离子交换树脂。
所述步骤(3)所述阴离子交换树脂进行湿法装柱，反渗透滤膜滞留物以1.2BV—1.5BV/h 的流速上柱，同时检测上柱过程中流出液的电导率，阴离子柱流出液的电导率为1.4—1.8 ms/cm时，停止上柱。
所述阴离子交换树脂的洗脱液是浓度为2—6%的硫酸溶液，洗脱液的用量为所述的阴离子交换柱的进料体积的1.2—1.5 倍，对所述阴离子交换树脂洗脱后，采用空气压空阴离子树脂，得到含有洗脱液的乳酸溶液。
本方法通过使用纳滤膜过滤、反渗透膜过滤和阴离子交换树脂吸附相结合的方法提取乳酸，工艺步骤少、操作简单，易于掌握。整个工艺步骤中，乳酸的流失率极少，使得利用本方法提取乳酸的收率高。对于废水成分复杂，废水中含有大量COD等糖类、胶体物质，且乳酸含量较少的废水，尤其适合采用本方法来回收乳酸。在本方法中，板框过滤、滤芯棒过滤不损失乳酸，纳滤膜过滤损失乳酸7%左右 ，反渗透过滤损失乳酸22%左右 ，树脂吸附损失乳酸25%左右 ，因此，即使废水中的乳酸含量即使在5—8g/L的低浓度下，采用本方法的总乳酸回收取率仍可达50%-55%;本方法采用的工艺为物理方式分离杂质，没有带来任何污染，阴离子树脂吸附洗脱后，再生阴离子树脂时虽然需要氢氧化钠溶液进行再生，但是没有化学需氧量COD、生物需氧量BOD污染，环保压力小。
本方法中所述的纳滤膜、反渗透膜和阴离子交换树脂均为市售品。
具体实施方式
下面通过实施例来进一步说明本发明。
实施例1：
从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，包括以下步骤：
(1)将含有乳酸浓度为5.2g/L的乳酸生产的废水经过滤布孔径为20um的板框过滤，控制进料压力不高于4.5bar，然后将板框过滤后的滤液经0.45um的滤棒芯过滤，控制过滤压力不高于2.5bar，得到过滤清液;
(2)将过滤清液经纳滤膜过滤：采用纳滤膜过滤时，控制过滤清液的温度不高于30℃、进料压力为15 bar，纳滤膜的循环压力控制为18 bar，纳滤膜滞留物总出口流量为进口总流量的1/18。经纳滤膜过滤后，得到纳滤滞留物料及纳滤料液;
(3)将步骤(2)得到的纳滤料液经反渗透滤膜过滤：反渗透滤膜过滤的的物料温度不高于30℃、进料压力为15 bar ，反渗透滤膜的循环压力为18bar，反渗透滤膜滞留物出口流量为进口总流量的1/15。经反渗透滤膜过滤后，得到乳酸浓度为59.8g/L的反渗透滤膜滞留物料及反渗透滤膜穿透物料;
(4)将反渗透滤膜滞留物料流过315型阴离子交换树脂、以1.2BV/h 的流速上柱，同时检测上柱过程中流出液的电导率，阴离子柱流出液的电导率为1.4 ms/cm时，停止上柱，记录本步骤阴离子交换柱的进料体积;
(5)停止上柱后，采用浓度为2%的硫酸溶液为洗脱液，对所述阴离子交换树脂进行洗脱，洗脱液的用量为所述的阴离子交换柱的进料体积的1.2倍。然后采用空气压空阴离子树脂，得到含有洗脱液的乳酸溶液，乳酸浓度为37.4 g/L。该含有洗脱液的乳酸溶液即可返回至乳酸的硫酸酸解工序进行再利用。
实施例2：
从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，包括以下步骤：
(1)将含有乳酸浓度为6.5g/L的乳酸生产的废水经过滤布孔径为22um的板框过滤，控制进料压力不高于4.5bar，然后将板框过滤后的滤液经0.45um的滤棒芯过滤，控制过滤压力不高于2.5bar，得到过滤清液;
(2)将过滤清液经纳滤膜过滤：采用纳滤膜过滤时，控制过滤清液的温度不高于30℃、进料压力为16 bar，纳滤膜的循环压力控制为20 bar，纳滤膜滞留物总出口流量为进口总流量的1/12。经纳滤膜过滤后，得到纳滤滞留物料及纳滤料液;
(3)将步骤(2)得到的纳滤料液经反渗透滤膜过滤：反渗透滤膜过滤的的物料温度不高于30℃、进料压力为16 bar ，反渗透滤膜的循环压力为20bar，反渗透滤膜滞留物出口流量为进口总流量的1/13。经反渗透滤膜过滤后，得到乳酸浓度为68.9g/L的反渗透滤膜滞留物料及反渗透滤膜穿透物料;
(4)将反渗透滤膜滞留物料流过315型阴离子交换树脂、以1.3BV/h 的流速上柱，同时检测上柱过程中流出液的电导率，阴离子柱流出液的电导率为1.6 ms/cm时，停止上柱，记录本步骤阴离子交换柱的进料体积;
(5)停止上柱后，采用浓度为4%的硫酸溶液为洗脱液，对所述阴离子交换树脂进行洗脱，洗脱液的用量为所述的阴离子交换柱的进料体积的1.3 倍。然后采用空气压空阴离子树脂，得到含有洗脱液的乳酸溶液，乳酸浓度为43.1g/L。该含有洗脱液的乳酸溶液即可返回至乳酸的硫酸酸解工序进行再利用。
实施例3：
从乳酸生产的废水中提取乳酸的方法，包括以下步骤：
(1)将含有乳酸浓度为8.6g/L的乳酸生产的废水经过滤布孔径为25um的板框过滤，控制进料压力不高于4.5bar，然后将板框过滤后的滤液经0.45um的滤棒芯过滤，控制过滤压力不高于2.5bar，得到过滤清液;
(2)将过滤清液经纳滤膜过滤：采用纳滤膜过滤时，控制过滤清液的温度不高于30℃、进料压力为18 bar，纳滤膜的循环压力控制为22 bar，纳滤膜滞留物总出口流量为进口总流量的1/6。经纳滤膜过滤后，得到纳滤滞留物料及纳滤料液;
(3)将步骤(2)得到的纳滤料液经反渗透滤膜过滤：反渗透滤膜过滤的的物料温度不高于30℃、进料压力为18 bar ，反渗透滤膜的循环压力为21bar，反渗透滤膜滞留物出口流量为进口总流量的1/10。经反渗透滤膜过滤后，得到乳酸浓度为90.1g/L的反渗透滤膜滞留物料及反渗透滤膜穿透物料;
(4)将反渗透滤膜滞留物料流过315型阴离子交换树脂、以1.5BV/h 的流速上柱，同时检测上柱过程中流出液的电导率，阴离子柱流出液的电导率为1.8 ms/cm时，停止上柱，记录本步骤阴离子交换柱的进料体积;
(5)停止上柱后，采用浓度为6%的硫酸溶液为洗脱液，对所述阴离子交换树脂进行洗脱，洗脱液的用量为所述的阴离子交换柱的进料体积的1.5 倍。然后采用空气压空阴离子树脂，得到含有洗脱液的乳酸溶液，乳酸浓度56.3 g/L。该含有洗脱液的乳酸溶液即可返回至乳酸的硫酸酸解工序进行再利用。
在本方法中，阴离子交换树脂还可以采用除315型阴离子交换树脂以外的其他阴离子交换树脂，当阴离子交换树脂多次吸附需要进行再生时，可采用氢氧化钠溶液进行再生。纳滤膜可以采用美国NF2—8040EN纳滤膜，反渗透滤膜可采用RO2—8040—80N反渗透滤膜。
最终得到的含有洗脱液的乳酸溶液可直接返回至乳酸的硫酸酸解工序进行再利用，节约了生产成本，提高了从乳酸生产的废水中提取的乳酸的利用率。
以上所述的仅是本发明的三种实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。