膜过滤技术在酿酒工业中的应用研究

膜过滤技术在酿酒工业中的应用研究

杨昌盛

身份证号：520102197809223834

摘要：我国是食品行业的生产和消费大国，根据国家工信部报道，2021年1～10月全国规模以上酿酒企业营业收入累计超过5969.5亿元，利润总额累计突破1300亿元。不难看出酿酒产业无论对于国民经济还是对于整个食品行业都具有重要的地位。从改革开放至今，国民的收入水平和生活水平都有了较大地提升，随之而来对酒精性饮料的需求也在不断提升。酿酒企业在逐渐形成规模化、标准化、科学化生产模式的同时也在成品酒或者基酒中发现了一些生物或非生物稳定性问题，导致酒体出现失光浑浊、沉淀等现象，这不仅会影响到酒体自身的外观，还可能影响到其风味品质，降低消费者的接受程度，最终影响企业的效益。因此通过一些技术手段解决酒体浑浊的问题，提升酒体澄清度和稳定性对成品酒的品质和销售十分必要。

关键词：膜过滤技术；酿酒工业；应用

引言

我国的白酒有着悠久的历史，在世界上更是独树一帜。传统的白酒酿造工艺流程分为粉碎、配料、润料和拌料、蒸煮糊化、冷散、加曲、加水堆积、入池发酵、出池蒸酒等工序。这些酿造工序使得粮食从发酵到生产再到贮存陈化等过程中产生了一系列的酿酒废水。其中用于锅炉冷却的水、酒瓶清洗的水、以及进行场地冲洗的水，我们叫做低浓度有机废水，这一类废水可以进行循环利用或者是直接排放，因为其污染物浓度低于GB27631—2011《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》规定的排放标准。

1膜过滤的发展进程

膜过滤分离技术是一种综合性的高新技术。自然界存在很多膜分离现象，虽然人们发现且认识这一现象，但因科技水平不足，并未对此进行高度关注，直到1854年、1856年，有学者发现了透析现象和天然膜具有各向异性特点后，才开展膜研究工作。这一阶段，有学者使用天然膜制作了首个膜渗透器，同时成功将糖蜜、盐类分离，不仅推动了膜分离技术的发展，还将其具备的优势得以体现。然而，天然膜应用期间有一定的局限性，随着社会科技的发展，新产业部门兴起，提出了研究开发新的分离技术、人工合成分离膜，并进行了相应实践。1864年，世界上首张人造膜问世；20世纪30年代各种孔径的硝酸纤维超滤膜被成功研发。据了解，过滤技术早就应用到了酿酒工业中，1875年，第一台啤酒过滤产品便是由兴趣引发制造。1930年，德国建立了第一家微滤膜工厂，促进澄清过滤等得到了大力发展。1960年，美国2两位学者应用溶胶—凝胶相互转化的方法制备出了首张实用性强的反渗透膜，从此各国进入了膜分离过滤技术时代。随着材料工艺的发展，更多新型膜材料、工艺和装置随之出现，反渗透、气体分离与超滤等膜技术不断趋于工业化，微滤技术也正式进入全新发展阶段。此外，由于膜分离技术节能环保且过程温和，被广泛应用于我国生物制药、食品饮料等领域，成为当时最有发展前景的技术之一。

2膜过滤技术在酿酒工业中的应用

2.1UASB废水处理工艺

UASB是指上流式厌氧污泥床。UASB反应器是目前厌氧处理工艺中最常用的形式之一，具有能耗低、结构简单、负荷率高和不用另设污泥回流装置等优势，其主要构造有进水配水系统、反应区以及三相分离器三个部分。酿酒废水自下向上会经过厌氧污泥床，在此过程中，酿酒废水因与污泥床中的颗粒污泥或絮状污泥发生接触出现厌氧反应，随之形成沼气，沼气以及携带部分剩余固体和污泥颗粒的液体流经分离器时，固体物质通过缝隙到达沉淀区，三相分离器会将沼气引入集气室，液体则从分离器的导流口流出。UASB反应区处理的液体通常携带大量污泥，虽然处理设施较小，但设施的处理能力较强，不会因为温度变化而停止运行，生产效率不受环境的影响。苟梓希、李芹等多名研究人员对多项关于UASB工艺的相关实验和实验结果进行了详细阐述与探讨，各项试验结果表明，酿酒废水经UASB反应器处理后，其中的各种污染物含量指标均符合国家标准。

2.2MBR处理工艺

MBR（MembraneBio-Reactor）又称膜生物反应器，它结合了活性污泥法与膜分离技术的原理，是近年来涌现的一种新型高效水处理技术。酿酒废水中可生物降解的有机污染物首先通过MBR工艺中活性污泥得以去除，然后采用膜过滤进行固液分离，使水质得以净化。在MBR工艺中膜为管状的空纤维膜丝，同时管壁上还有一些细小的微孔，肉眼很难看见，这些微孔能够截留住活性污泥以及绝大多数的悬浮物，使出水水质清澈透明。为使MBR膜能够更长期、连续、稳定运行，在膜反应区的下方要有曝气盘，工艺运行时要进行一定量的曝气，这样既满足好氧生物所需氧量，同时曝气使水体出现大量的气泡，又能使膜丝不断进行抖动，防止过多的活性污泥附着在膜的表面造成膜污染。MBR工艺处理酿酒废水具有多个优点：（1）管状的空纤维膜丝能够高效的进行固液分离；（2）活性污泥浓度高，生化效果好，出水水质佳；（3）设备占地所需面积少，工艺扩容方便；（4）污泥可回流，能实现零排放；（5）全自动计算机控制，节省人力。并且MBR技术可以实现酿酒废水中水回用，如：厕所冲洗、绿地树木浇灌、道路清洁、车辆冲洗、建筑施工、喷水池、中央空调冷却循环、工业冷却以及可以接受其水质标准的场所。这对促进酿造行业有机废水的深度处理和资源化利用具有重要现实意义。采用MBR处理啤酒厂废水生化出水，COD去除率可达100%，Na+和Cl-的脱除率为55%和70%，出水可以实现回用。对进水COD为900～1200mg/L的酒厂综合废水利用RO进行处理可实现COD去除率100%。采用混凝+ABR+A/O+MBR工艺处理白酒生产废水，出水水质均达到《发酵酒精和白酒工业水污染物排放标准》。采用“PHOREDOX-MBR”工艺处理白酒废水，出水水质COD浓度为13.75mg/L左右，BOD5浓度为3.46mg/L左右，氨氮浓度为0.81mg/L左右，主要水质指标达到《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）中III类水标准，工艺运行稳定，适用范围广。

2.3反渗透

反渗透在20世纪60年代由洛杉矶加利福尼亚大学发明并用于海水淡化。RO也是利用膜两侧的压力差作为驱动力从而实现分离溶质与溶剂的过程，即在溶液侧的上方施加一定的压力，并且该压力大于溶液本身的渗透压，溶剂分子便在外加压力的驱动下从溶质浓度高的溶液侧透过膜流向溶剂侧的过程。一般反渗透的膜的孔径＜1nm，主要的膜材料有醋酸纤维素、聚砜、聚酰胺等，该技术在海水淡化、牛奶浓缩、废水处理等方面具有非常重要的地位，是被认为最重要的技术之一。

结语

酿酒废水具有产量大、成分复杂、难降解，含高浓度化学需氧量、生化需氧量、氨氮、总氮、总磷、悬浮物和pH值低等特点，传统的废水处理工艺对污染物消减形成了能耗高、物耗高的处理模式，导致了污染物减少排放，但是温室气体却增加了排放的局面，与碳中和、碳达峰可持续发展理念不相契合。同时传统污水处理模式本质是以能耗换水质，为了减少水污染，我们使用大量电能，间接产生大量二氧化碳排放，对全球生态环境造成负面影响。MBR、MBBR、MSBR作为3种新型、高效的水处理膜技术工艺，在处理酿酒废水过程中对化学需氧量、生化需氧量、氨氮都有较高的去除率。MBR工艺依靠的是活性污泥法和膜分离技术，酿酒废水中可生物降解的有机污染物被活性污泥去除，然后采用膜过滤进行固液分离，使水质得以净化，工艺运行稳定，适用范围广。MBBR运用生物膜法的基本原理，充分利用了活性污泥法的优点。该工艺通过向反应器中投加一定数量的悬浮载体（即填料），酿酒废水中微生物即可附着在悬浮载体上生长，因而可以增加反应器中的生物量及生物种类，从而可以提高反应器的处理效率。对酿酒废水的处理取得了很好的处理效果，值得广泛推广应用。

参考文献

[1]谢广发，陆健，孙军勇，等.黄酒非生物稳定性的预测模型[J].食品科学，2020，41（5）：31-38.

[2]杨方威，冯叙桥，曹雪慧，等.膜分离技术在食品工业中的应用及研究进展[J].食品科学，2014，35（11）：330-338.