中空纤维膜分离燕麦蛋白工艺及膜清洗方案

以燕麦蛋白回收率、总糖清除率、膜的污染度、浓缩效率及膜通量恢复率为指标,优化了中空纤维膜分离燕麦蛋白的工艺参数及膜的清洗方案。在温度35℃、压力0.02 MPa、pH值=8、流量25 L/h条件下利用MOF503分离经滤纸预处理的燕麦蛋白提取液,燕麦蛋白回收率、总糖清除率、膜的污染度及浓缩效率分别为80.3%、79.5%、41%、 43.5 L/(m2·h),同时,若采用分批超滤方式并辅以定期在线负压反冲清洗更有利于MOF503超滤处理燕麦蛋白提取液;通过物理和化学清洗方法对MOF503清洗效果的研究,表明物理清洗中的负压反冲清洗效果要明显优于等压水力清洗,化学清洗中HCl(pH值=2)和NaOH+H2O2+HCl比其他的效果要好,若物理和化学清洗协同作用,可使MOF503膜通量恢复率达94.74%。该研究表明利用中空纤维膜分离燕麦蛋白是可行的,并且将为膜分离蛋白的研究提供一定的技术依据。     

利用集成膜工艺澄清与浓缩紫甘蓝花青素

为实现紫甘蓝花青素活性成分水提液的高效浓缩,该文集成了超滤、纳滤和反渗透膜技术澄清、浓缩紫甘蓝花青素水提液的工艺。采用"总循环模式"和"批处理模式"研究优化操作工艺。测定总花青素、pH值、总可溶性固形物和颜色指标。澄清工艺中:无机陶瓷超滤膜效果较好,较佳工艺为:陶瓷膜、跨膜压力0.3MPa、循环流量40L/min。浓缩工艺中:纳滤膜工作效率略高于反渗透膜,纳滤和反渗透较佳参数分别为跨膜压力1.0MP、循环流量25L/min,跨膜压力1.47MPa、循环流量10L/min。2种工艺均可得到品质优越的花青素浓缩产品。因此逐级膜过滤可利用于花青素的澄清和浓缩,为天然活性成分水提物的非热澄清及浓缩产业化生产提供参考。     

纳滤膜孔径对沼液超滤透过液养分富集与膜污染行为的影响

超滤（ultrafiltration，UF）能有效浓缩沼液，但透过液中仍含有大量养分，可进一步采用纳滤（nanofiltration，NF）等精密膜浓缩利用。NF膜的孔径会直接影响膜的截留特性和通量，从而影响浓缩性能。为了探究NF膜孔径对沼液浓缩过程养分富集效果和膜污染行为的影响，该研究以鸡粪沼液的UF透过液为研究对象，分别采用800 D、500 D、100 D的NF膜（平均膜孔径分别为2.0、1.0、0.5 nm）进行浓缩，重点分析养分截留效果和膜污染特征。结果表明：不同孔径的NF膜均能高效截留化学需氧量（chemical oxygen demand，COD）和总磷（total phosphorus，TP），截留率可达68%以上，但对总氮（total nitrogen，TN）和总钾（total potassium，TK）的截留较低，仅为19%～35%。随着膜孔径降低，NF对COD、TN、TP、TK的截留效果略有提高，但整体差异不明显。不同孔径NF膜在沼液浓缩过程均出现了明显的水通量降低。与1.0 nm的NF膜相比，0.5 nm膜较小的孔径和2.0 nm膜较大的初始通量均会导致膜表面有机-无机致密污染层的形成，从而造成水通量快速降低；而1.0 nm膜表面形成的以无机晶体为主的污染层较为疏松，通量下降较为缓慢。综合养分截留效果和水通量变化规律，确定孔径为1.0 nm的NF膜更适用于浓缩沼液的UF透过液，研究结果可为推动沼液膜浓缩的发展与工程应用提供理论与技术支撑。     

柑桔汁陶瓷膜微滤澄清和污染阻力试验

为了探讨柑桔汁微滤澄清技术及微滤膜污染阻力,建立膜清洗方法,研究以0.2 mm陶瓷膜微滤柑桔汁时膜通量变化及处理效果,结果表明：当温度30℃、压差0.16 MPa及膜面流速4 m/s时,全循环模式下稳定膜通量为22.4 L/(m2·h),浓缩模式下体积浓缩因子为12时,膜通量为10.6 L/(m2·h),澄清汁得率达91.67%;澄清汁浊度仅为0.62 NTU,澄清度高达99.93%,且各主要营养成分变化不大。通过建立膜污染阻力模型,考察操作参数对各分解阻力的影响,进而研究膜污染动力学后发现：压差对不可逆极化层阻力影响最为明显;增大膜面流速显著降低各极化层阻力,但对不可逆污染阻力作用不大;升高温度使得各阻力下降;膜污染可用拟二级速率方程描述。研究污染膜清洗过程,结果表明采用去离子水、1% NaOH和0.5% NaClO混合液、0.2% HNO3溶液依次清洗膜,膜通量可迅速恢复。     

酪蛋白胶束粉的陶瓷膜分离生产工艺

为尽快建立酪蛋白胶束粉(micellar casein concentrate, MCC)的中试生产线,实现MCC在国内的工业化生产,该研究通过测定牛乳蛋白粒径,选取孔径40和100 nm的中空纤维陶瓷膜进行膜分离效果的对比,并选用膜分离效果较佳的陶瓷膜进行最佳操作参数的确定及稀释过滤工艺的研究,最后将自制MCC和进口MCC进行品质特性对比并分析其工业化生产的可能性.结果表明:孔径40 nm中空纤维陶瓷膜与孔径100 nm中空纤维陶瓷膜相比,渗透液中不含酪蛋白,能够减少酪蛋白损失,更适合于酪蛋白和乳清蛋白的分离,孔径40nm中空纤维陶瓷膜的最佳操作参数为操作压力2×105 Pa,料液温度50℃;采用四段式的连续稀释过滤工艺,可使料液中酪蛋白占真蛋白的比例从69.39%提升至93.34%,真蛋白占干物质的比例从38.45%提升至88.15%;稀释过滤完毕后膜的纯水通量衰减了39.98%,经生物酶清洗液清洗后膜的纯水通量恢复至初始的98.02%;自制MCC在成分组成上与加拿大Proteinco公司生产的MCC相比差异不显著(p<0.05),但在溶解度和粉粒的微观形态上优于Proteinco MCC;生产1 kg MCC需要原料乳46.24 L,成本为244.58元,可实现其国内工业化生产.研究结果为实现MCC在国内工业化生产及其应用性研究提供参考.     

秸秆低聚木糖溶液纳滤分离特性和渗滤工艺

该文研究了截留相对分子质量为250的纳滤膜分离以秸秆为原料生产的低聚木糖溶液的分离特性,并优化了渗滤纯化工艺。通过检测透过液和截留液中各糖组分的浓度,计算并得到了该膜对阿拉伯糖、木糖和聚合度（Degree of Polymerization）DP2到DP4的低聚木糖的截留率随膜通量变化的关系曲线;应用不可逆热力学模型对阿拉伯糖、木糖和DP2到DP4的低聚木糖中性溶质体系的截留率试验数据进行回归计算,求得了反射系数、溶质透过系数和水透过系数等膜分离特性参数,并根据立体位阻模型估算出膜的细孔结构参数。当糖液浓度为8.4%（总糖/糖浆）,膜系统温度控制在(30.1±2.1)℃,跨膜压差控制在(1.58±0.02)×106 Pa的恒定体积渗滤操作模式下,膜通量无衰减,稳定在(29.4±1.8) L/(m2·h),经3倍体积纳滤渗滤操作后,低聚木糖纯度由原料的83.33%（DP2到DP6低聚木糖/总糖）上升至92.54%,木二糖损失率为12.45%（对原料中的木二糖）,总糖回收率为88.39%（对原料中的总糖）。纳滤分离模型的研究为低聚木糖溶液的渗滤纯化和浓缩模拟并精确优化工艺提供了参数基础,使用纳滤膜在渗滤操作模式下,可以高效脱除单分子糖,同时低聚木糖损失较小。     

陶瓷膜预处理猪场沼液的工艺参数及效果研究

针对沼液中悬浮物含量高、重金属残留等问题，该研究采用陶瓷膜进行预处理，开展膜过滤工艺参数优化和污染物去除效果的试验。首先证明7种不同孔径陶瓷膜中10～50 nm超滤陶瓷膜通量较高，再选择20 nm膜进行后续沼液温度、膜面流速和浓缩倍数等因素对陶瓷膜通量影响的研究。结果显示：20 nm陶瓷膜通量随温度升高呈指数型增长；较适宜的膜面流速为3.0 m/s，对应的膜通量可达175 L/(m2·h)；经济性较高的变频器运行频率范围为40～45 Hz；20 nm陶瓷膜的极限浓缩倍数大于10倍，优于100 nm膜。20 nm陶瓷膜可完全去除沼液中浊度，同时较好的保留溶解性有机质和氮磷钾等无机营养，并对沼液中多种重金属具有良好的阻控效果，综合考虑其生产工艺和使用成本，20 nm陶瓷膜有广阔的实际应用前景。     

利用苹果浓缩汁生产中的蒸发冷凝水制备营养水饮品

为再利用苹果冷凝水,该文以苹果浓缩汁实际生产中的蒸发冷凝水为原料,采用化学及仪器分析方法确定其成分组成与含量;在此基础上利用超滤、反渗透等膜分离技术手段对其进行净化和营养物质的浓缩,继而将此冷凝水开发成一种天然的植物水饮料。试验结果表明：苹果浓缩汁生产中的冷凝水其还原糖、总酸、香气成分、总酚质量浓度依次为150、98.5、166、1.046μg/mL;未检出铅、砷、汞,而嗜酸耐热菌超标,为43 CFU/100mL,但采用超滤膜分离技术（40℃,0.06 MPa）可去除苹果冷凝水中的嗜酸耐热菌,使其含量小于1 CFU/100mL;采用反渗透膜分离技术（0.5 MPa、5℃）可使苹果汁加工的冷凝水中营养成分浓缩,对还原糖、总酸、香气、总酚成分的截留率分别为95.07%、97.61%、87.71%、94.52%;以此浓缩液为原料,再适量添加维生素B和C即可制备富含苹果香气的营养水饮品。研究结果可为苹果浓缩汁企业再利用其浓缩工序的蒸发冷凝水和节约水资源提供思路以及试验基础数据。     

膜技术在沼气工程沼液减量化处理中的应用

厌氧发酵产沼气作为主流的能源化技术,在有机废弃物的处理中发挥了重要作用。沼液作为沼气工程的主要副产物,由于其产量大、含水率高,在资源化利用过程中存在储存运输困难、难以及时消纳利用等问题,需要进行减量化处理。利用膜技术浓缩沼液可大幅降低沼液体积,产生大量淡水资源,同时获得含高浓度营养物质的浓缩液,已展现出广阔的应用前景。该研究归纳了厌氧发酵沼液的水质特性,综述了固液分离预处理,微滤(Microfiltration,MF)、超滤(Ultrafiltration,UF)、纳滤(Nanofiltration,NF)、反渗透(ReverseOsmosis,RO)、膜蒸馏(MembraneDistillation,MD)和减压膜蒸馏(Vacuum Membrane Distillation,VMD)等沼液膜浓缩技术,总结了各技术的处理原理及当前国内外研究进展,重点探讨了需解决的关键瓶颈问题,并对膜技术应用于沼气工程沼液减量化处理进行了展望与建议。     

陶瓷膜净化猪场沼液的效果试验

针对沼液中悬浮物和胶体颗粒物含量高、造成膜浓缩预处理难的问题,该研究选择50和200 nm两种孔径陶瓷膜进行了运行条件、水质处理和污染清洗效果的试验。结果显示:在0.3 MPa的运行压力下,50,200 nm两种孔径陶瓷膜对浊度的去除率均能够达到99%以上,对COD的去除率分别为36.2%±0.6%和32.6%±1.5%,无明显差异。同在0.3 MPa运行压力下,200 nm孔径陶瓷膜膜通量可以达到100.6 L/(m~2×h),高于50 nm陶瓷膜膜通量的52.8%。200 nm陶瓷膜对总磷、TOC、氨氮、总氮和总钾的去除率分别为61.2%,35.0%,3.8%,6.2%和3.0%。采用1%氢氧化钠+1%柠檬酸组合清洗方式取得了较好的清洗效果,陶瓷膜的膜通量恢复率可达95.4%。     

基于膜蒸馏的沼液资源化处理研究进展

沼液可占湿法厌氧发酵后发酵剩余物总质量的80%以上,在农田土地承载量和运输成本的双重限制条件下,大型沼气工程的沼液很难通过还田利用的方式进行完全消纳。对沼液实行资源化处理既能减少沼液体积和降低对环境的潜在威胁,还可实现高附加值的资源回收,促进可持续的农业循环经济发展。作为膜分离技术中的重要分支,膜蒸馏在沼液处理过程中具有适应性强、膜污染程度低、避免发泡与快速脱氨等多方面的优势。在沼液处理与农业废弃物资源回收中具有广阔发展前景。为此,该研究从介绍膜蒸馏的基本原理出发,就膜蒸馏处理沼液过程中最核心的氨氮与水分回收部分进行详细的综述,并针对沼液处理过程中的营养物质回收与减量化处理进行了综合分析,最后对膜蒸馏用于沼气工程中的可行性进行简要计算。相比于其他沼液处理技术,膜蒸馏可在低成本与低碳足迹下实现沼液的资源回收与减量化处理,其处理沼液的成本与反渗透过程基本一致。在无外部能源供给的沼气工程中,膜蒸馏更适用于高有机负荷沼液处理,或对反渗透后剩余的高浓度沼液进行处理。     

基于正渗透技术的沼液浓缩工艺优化

为解决沼液体积过大,难以实际应用的问题,采用正渗透技术对沼液进行浓缩。通过对不同条件下沼液正渗透浓缩工艺运行性能的研究,发现较优的膜朝向为活性层朝向沼液;错流速度宜采用20.5 cm/s;汲取液宜选择浓度为2 mol/L的MgCl_2溶液。在上述优化条件下将沼液浓缩至5倍。浓缩后的沼液中溶解性有机物、总磷、总氮、氨氮和总钾浓度均显著提高。正渗透膜对上述物质的截留率均达到80%以上。该研究为沼液正渗透浓缩技术的广泛应用提供了一定的技术基础。     

真空预冷结合微孔膜包装对鲜枸杞贮藏品质的影响

为了延长鲜枸杞贮藏保鲜期,该研究通过真空预冷结合微孔膜包装对鲜枸杞的贮藏品质进行研究,设置不同预冷终温(2、4、6℃)和终压(800～1 000、1 000～1 200、1 200～1 500Pa)对鲜枸杞进行真空预冷处理,通过比较真空预过程中鲜枸杞失重率、蜡质层和呼吸强度指标来确定较优工艺参数;之后将真空预冷较优工艺参数下的鲜枸杞用微孔膜包装后在(-1±0.5℃)的冷库中进行贮藏,以微孔膜包装处理和未经任何处理的鲜枸杞作为对照组,比较贮藏过程中硬度、可溶性固形物(Total Soluble Solids,TSS)、色差、呼吸强度、过氧化氢酶(Catalase,CAT)活性指标来综合分析不同处理对鲜枸杞贮藏品质的影响。结果表明:终温6℃和终压800～1 000Pa对鲜枸杞失重率影响较小;终温6℃和终压1 200～1 500Pa对鲜枸杞内表皮结构损伤较小;终温2℃和终压800～1 000Pa鲜枸杞呼吸强度最低,综合考虑3个指标,终温6℃,终压1 200～1 500 Pa为鲜枸杞真空预冷较优工艺参数;在贮藏期间,真空预冷结合微孔膜包装与其他两组相比较,可有效延缓鲜枸杞硬度和TSS下降,降低呼吸强度,抑制色差变化和CAT活性的下降(P0.05)。该研究为鲜枸杞贮藏保鲜提供新方法。     

中性蛋白酶水解鸡骨泥制备短肽工艺优化

为了探究酶法制备鸡骨泥短肽的最佳工艺,该文研究了以中性蛋白酶酶解鸡骨泥时各因素对短肽得率和羟自由基清除率的影响,以及鸡骨泥肽清除超氧阴离子自由基和1,1-二苯基-2-三硝基苯肼自由基(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl)的能力。试验探究了酶解过程中不同底物浓度、酶浓度、反应温度和反应时间对短肽得率和羟自由基清除率的影响,采用响应曲面优化得到了以短肽得率为目标的中性蛋白酶酶解鸡骨泥的最优工艺,当反应液p H值为7.2,反应温度42℃,反应时间2 h,底物质量分数5%,酶添加量200 mg/g,该条件下制备鸡骨泥肽,测得其短肽得率为56.16%,羟自由基清除率为54.12%。采用该酶解工艺制备鸡骨泥肽,测得其对超氧阴离子自由基最高清除率为56.01%,对DPPH自由基最高清除率为81.57%,说明鸡骨泥肽具有一定的抗氧化活性,研究结果为酶法制备鸡骨泥肽提供参考。     

谷氨酸反渗透提取的透过试验研究

为进一步提高从废糖中提取谷氨酸的得率与生产能力,采用AFC99聚酰胺半透膜进行了反渗提取试验研究。结果表明,单向增加溶液压力与渗透速度成正比,呈线性规律;该直线斜率随膜面流速而变化,流速大,斜率大,渗透速度也大,反之则小。为此,设法提高加压压力及其与渗透速度之间的直线斜率,减小膜面与主流之间的浓度差,即可提高谷氨酸得率及生产能力。     

不同肥料类型及用量对坡面氮素流失的影响

为研究施用不同肥料类型（尿素、鸡粪）及用量（349.6,174.8 kg/hm²）下坡面氮素流失规律,采用人工模拟降雨试验方法,探究二者氮素流失差异的原因,并阐述肥料用量对氮素流失量的影响。结果表明：施肥后坡面氮素流失以泥沙全氮流失为主,占比可达78.16%~93.46%;径流硝态氮浓度高于铵态氮浓度,且径流总氮流失以硝态氮流失为主要形式,流失量占径流总氮流失量的38.53%~48.62%。肥料类型对坡面泥沙全氮浓度影响不明显,施用鸡粪处理泥沙硝态氮浓度和铵态氮浓度较高。等氮施用鸡粪可以减少坡面径流总氮、硝态氮和铵态氮流失浓度,分别减少68.64%~74.23%,70.09%~72.54%,27.90%~39.45%。等氮鸡粪替代尿素可以减少坡面氮素流失总量的11.07%~15.81%,减少径流总氮形式流失量70.55%~73.36%。坡面施氮量增加,氮素流失浓度增加,氮素流失总量也随之增加,可增加6.00%~11.00%。全量鸡粪替代半量尿素可减少坡面氮素流失总量,其效果较半量鸡粪处理下降10.40%。农业施用氮肥时,应合理选择施用量,并少量多次施用。尽量选择有机肥替代传统氮肥,以减少地表径流氮素浓度。做好水土保持工作,以降低水土流失携带大量的氮素对环境所造成的威胁。