关键词　食品工业、废水、膜技术、处理、回用

我国食品加工企业数量众多，特别是在中小城镇。这些企业的现代化水平和生产规模日益提高。但这些企业产生的废水水质较差，且废水量不断增加，对环境危害很大。

食品工业，包括饮料工业，是水的消耗大户。消耗的水只有一小部分用于食品生产本身，大部分用于食品生产过程中的洗涤和清洁。因此，该废水可以循环利用。基本上以粮食为主要原料的发酵工业产生的污染物主要是由于粮食的利用不足造成的。因此，排放到水环境中的污染物大部分是具有回收价值的产品和副产品。

早在20世纪90年代，膜技术就开始大规模应用于食品工业废水处理[1]。利用膜技术分离发酵液中的细菌细胞、浓缩产品、开发新产品、改革生产工艺、提高工艺水的重复利用率具有非常广阔的前景[2]。

基于膜技术废水处理项目经验的积累和大量文献的研究，本文重点针对食品行业中的酒精、味精生产废水、大豆、谷物、果蔬、肉类产生大量废水，污染严重。类，牛奶和饮料加工废水，重点开发和应用实例，讨论微滤（MF）、超滤（UF）、纳滤（NF）、反渗透（RO）、电渗析（ED）、渗透蒸发（PV）、膜生物反应器（ MBR）以及不同膜法相结合的浓缩生产主要工艺流程。采用连续发酵和PV膜分离联合工艺生产燃料乙醇[4]，大大减少了酒精废水的产生量。 1988年，法国贝塞尼维尔甜菜糖厂采用了可连续生产四种纯乙醇的光伏装置，膜面积为2400 m2，日处理乙醇水溶液15万升[5 ]。甜菜糖厂经过蒸馏-PV与脱硫一体化工艺处理后，乙醇的纯度、浓度以及排放废水的水质都是常规工艺无法比拟的，生产效益和环境效益非常显着。

1.1 　处理酵母废水

(1)超滤膜法。首先采用离心法去除废水中90%的悬浮物，然后使用卷式超滤膜组件。在一定的压力和流量下，脱色率可>97%，浓缩倍数可达10倍。膜的使用寿命预计为5年。采用8英寸卷式UF膜，总膜面积1176m2。在上述运行条件下，废水处理量为200m3/d。与蒸发法相比，吨废水处理成本节省1516%[6]。除去酒精厂酵母分离产生的废水，即酒精废液→离心分离→滤渣→干燥→酵母饲料生产过程中离心出的滤液，用热交换器冷却至65℃（适合超滤膜的工作温度），经过滤器预处理后，清液泵入超滤膜装置进行处理。超滤膜法回收50%的蛋白质，其投资成本是蒸发系统的25%，运行成本仅为蒸发浓缩法的20%。

(2)UF/NF组合膜法。采用卷式UF模块和复合膜卷式NF模块处理以蔗糖废糖蜜为原料，采用循环浓缩法生产酒精酵母的酵母生产废水[7]。工程运行结果表明，超滤对残糖、氨、氮的分离率一般为15%～35%。由于残糖和氨氮是酵母发酵过程中的营养物质，超滤渗透液可以在发酵过程中重复使用。纳滤膜对废水中COD的去除率>90%，接近或达到废水排放标准。使用天然带正电荷的壳聚糖絮凝剂对酵母生产废水具有良好的预处理效果，脱色率>60%，COD去除率在20%左右。

1.2 　啤酒废水

甘蔗糖厂副产品糖蜜和酒精生产企业生产的废水中焦糖色素产生的COD、BOD和色度很难用生物方法去除。采用MBR和NF膜一体化工艺处理糖蜜酒精厂排放的废水。出水COD和色度满足国家一级排放标准，废水回收率>80%[8]。表1列出了采用复合中空纤维大孔（MF/UF）膜装置（由55个元件组装而成，最大膜面积为385 m2）处理啤酒工业废水的效果。复合膜表面涂覆PVA，具有较强的亲水性和较强的抗蛋白质粘附性能。因此，复合膜对富含蛋白质的食品工业废水具有良好的去除效果。经过该大孔复合膜处理后，废水中BOD和SS含量远低于废水排放标准。

2 　味精废水

味精生产过程中产生的废水经等电点提取后残留的谷氨酸发酵废液，含有高浓度的COD cr、BOD5和高浓度的NH32N、SO42-，用生化方法很难处理。

(1)超滤膜法。采用截留分子量为10000的超滤膜去除味精厂排放废水中的细菌和大分子蛋白质等成分。在操作温度、操作压力、浓度倍数等最佳操作条件下，废水中的SS和CODcr去除率分别为99%和30%，减少了后续生物方法的处理负荷，并使回收的蛋白质能够得到综合利用[9]。采用聚砜（PS）和聚丙烯腈（PAN）膜材料进行超滤处理后，味精废水中COD降低34%，细菌去除率达到99%，浓缩倍数达到5倍[10]。用稀HCl水溶液反压清洗可以恢复膜的水通量。由于PAN膜具有良好的亲水性和对细菌的低吸附性，因此PAN膜比PS膜具有更高的水通量。

谷氨酸发酵废水与甲壳素、碱式氯化铝混合絮凝，经低速离心机分离后，上清液进入超滤系统处理。经过超滤膜处理后，渗透液中COD和BOD去除率均>96%[11]。混凝、离心、2UF联合工艺处理后的谷氨酸废水接近或达到国家水污染物综合排放标准二级排放标准。

(2)ED膜法。浓度为01001～0102 mol/L的L2谷氨酸(L 2GA)水溶液，经ED处理后，亮室和浓室中L 2GA的浓度分别为5×10 - 5 mol/L和0105 mol /L 分别。淡室中的水可以排放或重复使用，浓室中的水回收L 2GA [12]。

(3)MBR方法。采用聚乙烯（PE）中空纤维MBR法处理味精废水，效果显着。在容积为6189 m3的玻纤池中，6个卧式中空纤维膜组件<2 000 500 mg/L、467-2800 mg/L、68-410 mg/L降至1-511 mg/L，低于1毫克/升，018-2918 毫克/升[13]。

3 　大豆乳清废水

大豆分离蛋白（SPI） 酸沉后产生的乳清废水，可通过絮凝和离心处理，去除乳清中约65%的脂肪和约90%的悬浮固体。絮凝离心后的乳清废水进入MF膜装置时，蛋白质仅损失10%左右，脂肪去除率高达90%以上，悬浮物全部被去除[14]。

3.1 　回收蛋白质和低聚糖

(1)UF/(NF)RO组合膜法。根据回用废水的成分和回用水的要求，如图1所示[15]，在合适的膜工艺中，可以回收不同的高价值产品，例如可溶性蛋白质、低聚糖和纯水。由于乳清蛋白的分子量为2 000～20 000 u，大豆低聚糖的分子量为300～700 u，因此可以利用UF膜和NF膜技术分离这两种物质。研究表明，超滤膜可用于回收乳清废水中几乎所有的蛋白质；采用纳滤膜浓缩超滤透过液，大豆低聚糖中功能成分水苏糖和棉子糖的回收率超过90%。超滤浓缩液经双效蒸发浓缩，喷雾干燥得到乳清蛋白粉成品。大豆乳清废水经过粗滤、脱色、脱盐后，采用PS超滤膜去除废水中的杂质蛋白，然后采用纳滤或反渗透浓缩提取低聚糖[16]。结果表明，超滤可有效去除乳清废水中的蛋白质；选用的NF膜和RO膜可以100%回收乳清液中的低聚糖，低聚糖浓度从最初的1%提高到12%。

采用卷式PS UF膜与卷式聚酰胺（PA）复合RO膜处理大豆蛋白废水的研究表明，UF膜对乳清废水的蛋白质回收率为90%~99%，RO膜浓缩回收废水中的寡糖[17]。大豆加工废水经过pH调节、离心、预滤、微滤、调温等预处理；然后将预处理后的大豆加工废水在一定压力下通过超滤膜系统，提取大豆乳清蛋白； UF膜透过液送入NF膜系统提取大豆低聚糖并脱色；最后，纳滤膜产水经过后处理，得到可回用于生产的水或达到排放标准的水[18]。

(2)ED/UF/RO组合膜法。大豆加工废水首先经过板框过滤器过滤，滤液泵入超滤膜装置。除去蛋白质等杂质后，得到干物质浓度约3%的浓缩液，然后泵入RO膜装置浓缩至干物质浓度约15%。 %浓缩糖浆，再经ED脱盐，减压浓缩成含干物质约50%的浆状寡糖产品，最后喷雾干燥得到寡糖粉末[19]。为了减少乳清废水中无机盐对NF的影响，特别是RO
工艺，将预处理后的乳清废水首先采用ED法脱盐，然后采用UF法提取可溶性蛋白，RO法用于浓缩低聚糖。工艺流程见图2。

3.2 　去除污染物

采用聚四氟乙烯（PTFE）膜组装一体化MBR处理大豆加工废水，结果见表2。MBR对COD和BOD的去除率均在90%以上，效果为重要的。

4 　粮食加工废水

4.1 　从米糠水中提取米糠脂多糖

由米糠水制备植物脂多糖（L PS），可经过如下工艺流程[20]：米糠水提取→等电点蛋白质分离→超滤纯化→NF脱盐浓缩→有机溶剂逐步沉淀→L PS粗品产品→色谱分离→冷冻干燥→L PS成品。采用聚偏二氟乙烯（PVDF）中空纤维膜超滤对等电点蛋白质分离后的米糠L PS提取物进行纯化。超滤后的米糠LPS提取物清澈透明，大分子蛋白和多糖杂质的保留率分别为85.15%和89.16%。透过液中LPS和盐的含量与超滤前萃取液中的浓度几乎相当，分别为9157μg/L、1127%。然后用管式 PA 膜 NF 处理 UF 渗透物。当NF浓缩8倍时，浓缩液中LPS浓度增加近7倍，无机盐去除率为87.14%，NF渗透水中未检出LPS。

4.2 　玉米加工废水

厌氧上流式污泥床2换热器2MBR工艺处理玉米加工废水中，采用聚醚砜（PES）为膜材料的MBR装置总膜面积为688m2，废水处理量为500立方米/天。 MBR装置废水和出水COD浓度分别为15000mg/L和400mg/L，COD去除率达到97%[21]。

5 　果蔬加工废水

5.1 　水果加工废水

果蔬加工物料过滤操作过程中，果蔬汁中的胶体、蛋白质等在过滤设备的微孔过滤介质上形成动态膜。糖蜜、菠萝蜜等都是动态膜的材料。与甜菜糖蜜膜相比，在多孔陶瓷管上动态形成的蔗糖糖蜜膜具有更致密的膜结构和更均匀的孔径。在压力0.12 MPa、错流流速4 m/s、工作温度60℃下，当糖蜜浓度为50%时，动态膜的渗透通量是普通膜的4倍。聚合物膜为20L/(m2·h)，对于有色料液的截留率，动态膜比聚合物膜小20%～40%，聚合物膜的截留率为80%。可见动态膜在处理果蔬加工废水中发挥着特殊的作用。采用膜法处理橄榄冲洗水，可以克服生物曝气池处理土地成本高、处理效果差的问题[22]。橄榄清洗废水经过200目筛网过滤，然后采用100个具有宽流道
结构的NF膜元件，在高料液流量和错流流量下运行。处理结果如表3所示。膜技术替代了传统的沉淀池处理方法，可以有效回收橄榄浸泡后的盐水[23]。

5.2 　蔬菜加工废水和菜花漂洗水中的芳香族化合物可以通过PV膜分离方法回收[24]。使用优先渗透有机物的聚醚酰胺（PEA）膜和聚二甲基硅氧烷（PDMS）膜，可以提取花椰菜冲洗水中的硫化物（二甲基二硫醚、二甲基三硫醚、S2甲烷）。硫代丁酸盐）。采用膜法回收马铃薯废水中的有价值成分具有较高的经济效益。

6 　肉类加工废水

肉类浸出废水经过预处理、NF膜硬度去除、紫外线灭菌后，回用作食品加工水[25]。工艺流程如图3所示。经该工艺处理后的肉类浸出废水电导率、TOC、浊度分别下降至13-196 μs/cm、115-4 mg/L、0114-0132 NTU，无机离子和微生物的浓度达到饮用水水平。水质指标。

香肠浸出水废水经过50μm过滤→3μm过滤→紫外线杀菌→二级纳滤膜处理，一级、二级纳滤对前三种污染物的去除率（%）分别为9516和5511。 、9012、9111、6017、6518，水质接近饮用水指标，可回用于生产[26]。

7 　牛奶加工废水

牛奶废水含有蛋白质和有毒重金属离子。牛奶加工废水采用NF膜法回收蛋白质和RO膜法去除重金属离子[27]。经过低压纳滤膜处理后，废水中COD、电导率去除率达到98%，Cr、Pb、
Ni、Cd等有毒重金属去除率均达到100%；二级RO膜法对COD去除率100%。 、电导率、悬浮物去除率均在99%以上，再生乳加工废水可完全回用。奶酪生产中的乳清废水经过沉淀去除细小物质后，超滤浓缩以提取乳清蛋白。根据超滤工艺条件的不同，浓缩物中每克固体的乳清蛋白含量范围为35%、60%和80%。加水稀释并循环超滤浓缩液，可进一步去除乳糖和盐分，获得高纯度、高含量的乳清蛋白。

9 　饮料加工废水
饮料行业完全是一个“水工业”，用水量大，废水排放量大，但回收潜力也很大。近年来，全球多地出现“太空水”和“纯水”风暴，淡水消耗量和废水排放量同步增加。就整个食品饮料行业而言，产品生产用水净化、原料及设备清洗、生产现场冲洗等排出的废水都可以采用膜工艺进行处理和回用。糖厂废水经 NaClO 处理、碳柱脱色、RO 膜脱盐后回用是经济的[28]。

10 　废水中有机物的去除

如上所述，生物方法很难完全分解食品工业废水中的微量有机物，如醇、酸、酯、酚和氯代烃等，因其浓度高且不稳定；吸附和蒸馏用于处理微量有机物。 、提取和其他方法都很昂贵。 20世纪80年代末，美国MTR公司开发了PV复合膜卷组件和以硅橡胶为活性层的Per Vap系统装置，建立了PV法处理三氯乙烷工业废水的示范工程[5]。其工艺流程如图所示。 4.

11 　结论

食品行业废水可通过膜技术进行处理，废水得到净化回用，高价值物质得到回收利用，具有显着的经济效益和环境效益。

已建成并运行的食品废水处理项目表明，结合不同膜技术的膜集成工艺处理食品工业废水具有高效、节能的优势。由于食品生产工艺的特殊性和产品的创新性，废水处理难度较大。通过加大新型分离膜及其废水工艺的开发，重点关注新型膜集成工艺的应用，食品工业废水处理及其资源化利用将有良好的发展前景。

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