Введение в очистку сточных вод при производстве изолята соевого белка. 

Изолят соевого белка получают путем экстракции соевой муки (после удаления маслорастворимых и водорастворимых небелковых компонентов) в щелочном растворе при низкой температуре, с последующим осаждением, промыванием и сушкой для получения белкового порошка с содержанием белка более 90%. Его структура и свойства по существу заменяют чистый соевый белок. Изолят соевого белка содержит около 20 видов аминокислот, включая незаменимые аминокислоты. Он богат питательными веществами, не содержит холестерина и является одним из немногих растительных белков, способных заменить животный белок.

Однако в процессе производства изолята соевого белка образуется большое количество сточных вод. Эти сточные воды имеют сложный состав, богаты органическими веществами, азотом и фосфором, а также взвешенными частицами. При непосредственном сбросе без надлежащей очистки они вызывают серьезное загрязнение окружающих водоемов и почвы. Поэтому эффективная очистка сточных вод от производства изолята соевого белка является не только важной мерой для предприятий по выполнению своих экологических обязанностей и содействию «зеленой» трансформации отрасли, но и неотложной необходимостью для защиты экологической среды и укрепления основ устойчивого развития.

I. Процесс производства изолята соевого белка

Метод щелочного растворения и кислотного осаждения: к обезрастворимой соевой муке при низкой температуре добавляют воду или щелочной раствор для экстракции растворимых веществ вместе с соевым белком. Затем нерастворимые вещества удаляют фильтрацией. Добавляют кислоту для регулирования pH экстракта примерно до 4,5, что приводит к осаждению белка и его отделению от растворимых компонентов. Осадок промывают водой и высушивают для получения готового продукта.

Метод ультрафильтрации с использованием мембран: благодаря просеивающему эффекту ультрафильтрационной мембраны, при определенном давлении крупные молекулярные белки в экстракте соевого белка отделяются от мелких молекулярных примесей, солей и т. д., в результате чего получается высокочистый изолят соевого белка.

Метод ионного обмена: ионообменная смола реагирует с ионами в экстракте соевого белка, удаляя примеси, тем самым очищая и концентрируя соевый белок и в конечном итоге получая высококачественный изолят соевого белка.

II.Источники сточных вод от производства изолята соевого белка

Сточные воды от производства изолята соевого белка в основном образуются на следующих ключевых этапах производства:

1.Процесс растворения щелочи

В процессе щелочного растворения добавляется большое количество щелочного раствора (например, гидроксида натрия) для растворения соевого белка. После полного растворения белка в растворе остается остаточный щелочной раствор. Одновременно в раствор также растворяются некоторые растворимые примеси из соевого сырья. После последующей фильтрации и других операций оставшаяся жидкость, содержащая щелочной раствор и примеси, становится частью сточных вод. Например, избыток щелочного раствора может повысить значение pH сточных вод, и они содержат непрореагировавшую щелочь, а также сахара, минералы и другие примеси, растворенные из сои.

2.Процесс фильтрации

Растворенная в щелочи смесь затем пропускается через фильтрующее оборудование (например, пластинчатые и рамные фильтры, центробежные фильтры и т. д.) для удаления нерастворимых остатков (таких как шелуха бобов, нерастворенные частицы бобовой муки и т. д.). В процессе фильтрации используется большое количество воды для очистки фильтрующего оборудования и промывки остатков. Эта вода смывает отфильтрованные остатки, остаточную щелочь и небольшое количество растворенного белка, образуя сточные воды.

3.Процесс кислотного осаждения

В процессе кислотного осаждения необходимо добавить кислоту (например, соляную кислоту) для регулирования значения pH, что приводит к осаждению белка. Не вся добавленная кислота участвует в реакции; непрореагировавшая кислота остается в растворе. Кроме того, после осаждения белка надосадочная жидкость содержит кислоту, соли (образующиеся в результате кислотно-щелочных реакций) и примеси, такие как не полностью осажденный белок и низкомолекулярные сахара. После разделения эта надосадочная жидкость превращается в сточные воды.

4.Процесс стирки

Для удаления кислот, солей и других низкомолекулярных примесей из осажденных белков необходима многократная промывка чистой водой. Полученная вода содержит большое количество кислоты, солей, примесей и небольшое количество белка; эта вода непосредственно составляет значительную часть производственных сточных вод. Чем чаще промывается вода, тем больше объем образующихся сточных вод.

5.Очистка оборудования

Оборудование, используемое на протяжении всего процесса производства изолята соевого белка, такое как реакторы, фильтрующее и сушильное оборудование, требует очистки после производства или при смене партий продукции. Вода, используемая для очистки оборудования, удаляет остаточные белки, кислоты, щелочи, соли и другие примеси с поверхностей оборудования. Эта вода для очистки, содержащая различные загрязняющие вещества, является основным источником сточных вод. Например, остаточные белки и кислоты/щелочи на стенках реактора могут попадать в воду для очистки в процессе очистки, что усложняет состав сточных вод.

6.Очистка ультрафильтрационной мембраны (если используется метод ультрафильтрации).

Если в производственном процессе для разделения используются ультрафильтрационные мембраны, то со временем они забиваются примесями. Для восстановления работоспособности мембраны необходима регулярная очистка. Очистка ультрафильтрационных мембран включает использование химических чистящих средств, таких как кислоты, щелочи и поверхностно-активные вещества. Эти чистящие средства смешиваются с белками и примесями, удаляемыми в процессе очистки, образуя сточные воды, содержащие химические чистящие средства, белки и примеси.

III. Характеристики сточных вод от производства изолята соевого белка

1. Высокая концентрация органических веществ

В процессе производства изолята соевого белка соевые бобы, являющиеся сырьем, богаты органическими веществами, такими как белок и полисахариды. В таких процессах, как щелочное растворение, кислотное осаждение и промывка, большое количество органических веществ попадает в сточные воды, что приводит к чрезвычайно высоким уровням химического потребления кислорода (ХПК) и биохимического потребления кислорода (БПК). Как правило, концентрация ХПК может достигать 10 000–20 000 мг/л, а концентрация БПК — около 5 000–8 000 мг/л.

2.Высокое содержание взвешенных твердых частиц.

В процессе производства образуется множество мелких твердых частиц, таких как нерастворенные остатки сои и клетчатка. Эти вещества взвешены в сточных водах, что приводит к высокому содержанию взвешенных твердых частиц (ВТЧ) в сточных водах, обычно от 1500 до 7400 мг/л.

3.Хорошая биоразлагаемость

Органические вещества в сточных водах в основном состоят из белков и полисахаридов. Эти вещества легко разлагаются и трансформируются микроорганизмами. Соотношение БПК к ХПК обычно составляет от 0,4 до 0,7, что указывает на хорошую биоразлагаемость и делает сточные воды пригодными для очистки с использованием биологических методов.

4.Богат питательными веществами

Помимо органических веществ, сточные воды также содержат большое количество питательных веществ, таких как азот и фосфор. Например, общее содержание азота может достигать 500-1000 мг/л. Эти питательные вещества создают благоприятные условия для роста и размножения микроорганизмов. Однако, если их сбрасывать напрямую без очистки, это приведет к эвтрофикации водоема-приемника и нанесет ущерб экологической среде.

5.Высокая температура и низкое значение pH.

Некоторые производственные процессы могут повышать температуру сточных вод, обычно до 50-60℃. В то же время, из-за таких процессов, как кислотное осаждение, сточные воды, как правило, имеют кислую реакцию с pH около 4-5. Такая высокая температура и низкий pH сточных вод не только влияют на активность микроорганизмов в процессе очистки, но и легко приводят к порче и ухудшению качества сточных вод во время хранения и транспортировки, вызывая неприятные запахи и выделение вредных газов, таких как сероводород.

6.Значительные колебания качества и количества воды.

Из-за различий в типах сырья, производственных процессах, масштабах производства и уровнях управления качество и количество сточных вод могут значительно колебаться. Это создает проблемы для стабильной работы систем очистки сточных вод. Необходимо в полной мере учитывать эту особенность при проектировании и эксплуатации систем очистки сточных вод, а также принимать соответствующие корректирующие и контрольные меры для обеспечения стабильности результатов очистки.

IV. Введение в клинический случай

Компания Tongyu Yifahe Soybean Products Co., Ltd., основанная 15 мая 2001 года, расположена в экономической зоне развития уезда Тунъюй города Байчэн провинции Цзилинь. Компания специализируется на глубокой переработке соевых бобов, основным продуктом которой является изолят соевого белка — важнейшее сырье для мясопереработки. В настоящее время ее годовая производственная мощность достигает 16 000 тонн, а продукция экспортируется в Юго-Восточную Азию, Россию, Казахстан, Украину, Финляндию и другие страны.