2011年8月
过程工程学报
The Chinese Journal of Process Engineering
Vol.11 No.4 Aug.2011
钙盐和氨基酸对味精等电母液模拟料双极膜电渗析过程膜污染的影响
任洪艳，王倩，吴霞，杨鹏波，丛威(中国科学院过程工程研究所生化工程国家重点实验室，北京100190)
摘要：采用恒压分批操作方式考察了味精等电母液模拟料液中钙盐和氨基酸对双极膜电渗析过程膜污染的影响。结果表明，在处理含氮基酸和Ca*的盐溶液时，碱案溶液中检测到各氨氮基酸含量为Glu>Ala>Gly>Thr>Lys，它们与料液中NH4同步迁移至碱实，迁移录景与料液中氨基酸浓度成正比：料液中Ca是引起碱家侧阳膜而出现固形污染物的主要因素。以3种不同氨基酸浓度模拟料减进行连续批次双极膜电渗析实验，氨基酸浓度最大的料液的终点电导率从第 1批的1.32mS/cm增至第4批的10.56mS/cm：以每批初始电流判断膜污染，在最大氮基酸浓度时料液初始电流从第 1批的3.91A降至第4批的3.27A，表明料液中氨基酸会导致电渗析性能恶化.不同氨基酸浓度、钙含量相同的盐溶液经连续批次双极膜电渗析处理后，碱室侧阳膜面的污染量顺序为JCMC>JCMB>JCMA，即随料减中氨基酸浓度升高而增多；污染阳膜面元素分析表明Ca和O元素含景增加，最终推断污染物为Ca(OH)z/CaCO,沉淀及氨基酸有机物关键词：钙盐：氨氮基酸：双极膜电渗析：膜污染；性能参数
中图分类号：TQ028.8 1前言
文献标识码：A文章编号：1009-606X(2011)04-0627-06
操作一定程度上可防止极化现象()，料液中的污染物
谷氨酸钠(NaG，味精)的生产过程中，谷氨酸的分离提取是决定生产成本的主要因素．发酵法生产味精需添加大量氮用于补充氮源，在谷氨酸沉淀过程中需添加硫酸调节pH值.因此发酵液中高浓度的无机盐[4%~5%(NH4)SO.)会严重影响谷氨酸的分离，且经低温等电提取后，仍有约2%谷氮酸残留在等电母液中，回收这部分谷氨酸通常有离子交换树脂法"和蒸发浓缩法(2]，但均有缺陷，前者因再生树脂需消耗大量酸碱，且需分批进行处理，会产生大量废液：后者能耗高且杂质的存在使产物纯度降低.Zhang等[3)曾用双极膜电渗析(Bipolar MembraneElectrodialysis，BMED)技术回收等电母液中的谷氨酸，找到了一种高回收率、低能耗的经济方式，
双极膜电渗析因在直流电场作用下可将水离解，在膜两侧分别得到H*和OH"而被广泛用于分离、纯化、回收多种有机酸(盐)4-7)，尤其在发酵法生产有机酸/氨基酸过程中显示出优越性，同时也用于处理含硫酸铵(3) 磷酸钠[8]、硫酸钠(9]和硝酸铵[10]的废水，但应用过程中膜污染始终是令人头疼的问题[11-14，一定程度限制了其进一步发展，膜污染是由于膜表面发生浓差极化(3)，溶液中易形成沉淀的离子在膜面上产生沉淀，增加了膜电阻，降低了有效面积，水的解离和H，OH'的迁移消耗了很大部分电能，造成电渗析的电流效率和脱盐率下降，产水量降低和电耗增加.此外，由于极化时溶液pH 值变化造成离子交换膜腐蚀而缩短了使用寿命(16)，优化
堆积于膜表面是引起膜污染的主要原因，尤其料液中的腐植酸、生物质、蛋白质和表面活性剂[1,19]带负电荷，在电场力作用下向阴膜面移动，因电化学性能而堆积于膜面引起阴离子交换膜污染[1219,20]，有关阳离子交换膜污染的报道不多，Bazinet等(21-26]在双极膜电酸化处理牛奶过程中发现阳膜面有Ca(OH)2沉淀物污染，为牛奶溶液中的Ca*迁移后与双极膜阴膜面产生的OH在阳膜面形成复杂的污染物：还观察到当阳膜另一侧的料液被强烈酸化时，阳膜面会形成轻微的蛋白污染物(27)
料液成分引起的膜污染即使通过超滤、絮凝、脱色等预处理过程(2′)来防治，其中钙盐和氨基酸的存在仍使其无法避免.据此，本研究考察双极膜电渗析处理含(NH4)SO4溶液时，料液中钙盐和氨基酸对膜污染的影响，为电渗析技术应用于发酵行业膜污染防治提供依据。
2材料和方法 2.1材料与试剂
考察料液中钙盐影响时，盐室初始进料液组成如下(g/L)：谷氨酸20，丙氨酸4.18，苏氨酸0.60，甘氨酸 0.15，半胱氨酸0.1，苯丙氨酸0.1，赖氨酸0.1，硫酸铵 31.67.调节pH为3.18.并分别添加0,0.2，0.4,0.6g/L Ca2*(CaCls形式)，配成4种不同钙浓度的盐溶液
考察料液中氨基酸浓度影响时，盐室初始进料液组成为硫酸铵31.67g/L，Ca2+0.2g/L.调节pH为3.18.3
收稿日期，201104-25，修国日期：2011-06-16
基金项目：国家重点基础研究发展规划(973)基金资助项目(编号：2007CB714306)
作者第介：任洪艳(1979-），女，黑龙汇省北安市人，博上，讲师，环境上程专业，E-mail:dinhy@126.com：丛威，通讯联系人，Tel:010-82627060，E-mail
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