含生物固体水流的处理方法技术

提供一种能用来基本澄清来自食品加工操作的水流，并可视需要从中分离生物固体，特别是蛋白质的方法，该方法包括让包含生物固体的水流与阴离子无机胶体和有机聚合物接触，以使生物固体絮凝化。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
相关美国申请本申请是1998年5月28日递交的美国专利申请系列号09/086,048的后续部分。
技术介绍
这类生物固体由带表面电荷的颗粒组成。一般地说，这种颗粒在碱性或中性pH值时带阴离子表面电荷。表面电荷产生颗粒之间的推斥力使颗粒保持分开。对于胶粒尺寸的个体颗粒，如蛋白质，重力不足以使它们从水悬浮液中沉淀下来。简单的分离方法，如过滤，无法分离这种蛋白质固体，因为它们会堵塞滤网或能通过滤网。因此，使蛋白质的分离回收率低和/或废水流的排放不符合环保要求。从食品加工水流中除去蛋白质、碳水化合物、脂肪与油以及其它生物污染物的技术是已知的。一种常用的方法是通过用金属盐，特别是铁盐和/或铝盐以及阴离子聚合物的絮凝化作用把蛋白质、脂肪和油从水流中分离出来。由于动物饲料中常采用回收的蛋白质、碳水化合物、脂肪和油，所以当用金属盐来分离生物固体时存在卫生问题。问题在于回收的生物固体中所含高含量金属盐，会积聚在食用它们的动物组织中，而这类组织继后又被人类食用。动物营养学家也担心金属盐会与饲料中的磷结合从而降低营养价值。食品加工工业试图找到另一种方法，来代替用金属盐从水流中分离蛋白质、碳水化合物、脂肪与油。虽然业已公开过不需用金属盐就能澄清来自食品加工厂的水流，并从中分离出生物固体的若干种方法，但其缺点是每一种都只能用高成本材料和长反应时间才足以澄清这种水流。本专利技术提供一种经济而有效的方法来澄清食品加工水流，并分离与回收随后能商业利用的蛋白质。专利技术概述本专利技术提供一种方法，例如用来澄清包含生物固体的水流，该方法包含让一种包含生物固体的水流与有效量的下列物质接触(a)阴离子无机胶体；和(b)有机聚合物，其中，所述有机聚合物选自阳离子聚合物、两性聚合物以及它们的混合物，而且其数均分子量大于1,000,000；从而形成絮凝化生物固体。如果希望，可以让这种水流与一种酸接触，以使该水流的pH值降到7以下。在本专利技术的一个具体实施方案中，让水流同时接触阴离子无机胶体和酸以降低pH值。然后有机聚合物与该水流接触使生物固体絮凝化，这样就可以将絮凝化的生物固体从水流中分离出来。生物固体一般因表面电荷效应而悬浮在水流中。表面电荷取决于pH值。本专利技术还提供一种方法，包括让含有带表面负电荷位点的生物固体的水流与有效量的下列物质接触(a)第一有机聚合物，其中所述第一有机聚合物是阳离子聚合物，目的是降低生物固体上的表面负电荷位点的数目，从而使生物固体至少带一些阳离子位点；(b)阴离子无机胶体；以及(c)第二有机聚合物，其中所述第二有机聚合物选自阳离子聚合物和两性聚合物以及它们的混合物；从而形成絮凝化生物固体。此外，当阴离子无机胶体是二氧化硅基胶体时，所述第二有机聚合物可选自下列一组阳离子聚合物、阴离子聚合物和两性聚合物，以及它们的混合物。专利技术详述许多加工厂产生包含蛋白质、碳水化合物、脂肪与油之类的生物固体的水流，这种水流必须经处理以分出有潜在价值的生物固体和/或然后再从工厂中排放出去。这种水流常常是食品加工厂产生的，其固体含量约为0.01～5重量％。本专利技术提供一种澄清这类水流的方法，该方法中使固体絮凝化，并可以从中分离出生物固体，后者随后又可用来作动物饲料等。如本文所定义，絮凝化是指从包含生物固体的水流中分离出悬浮的生物固体，其中原先悬浮的生物固体变为聚集体并分开处于水流的面上或底部。絮凝化作用产生絮凝化物质，如果需要，可以用物理方法将其从水流中分离出来。本专利技术中，希望絮凝物质的尺寸尽可能大，使之有助于将其从水流中分离出去。材料水流本专利技术的方法中，要进行处理的水流可以来自任何产生包含生物固体的水流的加工厂，例如食品加工厂。例如，动物屠宰和动物加工厂以及其它食品加工厂可能产生包含蛋白质、脂肪和油的水流。动物屠宰场和加工厂包括屠宰或加工牛、猪、禽类和海鲜的工厂。其它食品加工厂包括蔬菜、粮食和奶制品加工厂，例如，加工大豆、稻米、大麦、奶酪和乳浆的工厂；淀粉与粮食的水磨厂； 以及酿酒厂。来自这些工艺的水流中所存在的生物固体，除蛋白质、脂肪和油之外，还可能包括糖、淀粉和其它碳水化合物。例如，在大豆加工中，蛋白质被萃取进水流，随后又从中回收出来。本专利技术对于处理来自于动物加工的水流，尤其是处理来自禽类加工的水流特别有用。虽然本专利技术适用于产生生物固体水悬浮液的传统食品加工操作，但应理解，本专利技术也适用于处理来自食物(动物与蔬菜)加工、但可能具有非食品最终用途的生物固体水悬浮液。例如，经过分离与回收，蛋白质可用于某些化装品和其它护肤用品配方中；淀粉有许多种非食品用途，包括用于造纸在内。更进一步，本专利技术普遍适用于处理任何包含生物固体的水流，它们可能来自于非食品加工操作。而且，虽然如以上所公开，生物固体一般是悬浮在主要含水加工液流中的，但也有相当浓度的生物固体可以溶于水流中，这取决于水流或生物固体的性质，如pH值、盐度或其它参数。阴离子无机胶体适用于本专利技术方法中的阴离子无机胶体可以包括二氧化硅基和非二氧化硅基阴离子无机胶体以及它们的混合物。二氧化硅基阴离子无机胶体包括(但不限于)胶体二氧化硅、铝改性胶体二氧化硅、聚硅酸盐微凝胶、聚硅铝酸盐微凝胶、聚硅酸和聚硅酸微凝胶，以及它们的混合物。非二氧化硅基阴离子无机胶体包括粘土、特别是胶体膨润土。其它非二氧化硅基阴离子无机胶体包括胶体硫酸锡和硫酸氧钛。用于本专利技术的阴离子无机胶体，可以是含有约2～60重量％SiO2，优选约4～30重量％SiO2的胶态硅溶胶形式。这种胶体含有带至少一层硅铝酸盐表面层的颗粒，或者也可以是铝改性的硅溶胶。溶胶中的胶体二氧化硅颗粒，其比表面积一般为50～1000m2/g,更优选约200～1000 m2/g,非常优选比表面积为约300～700 m2/g。硅溶胶可以用碱稳定化，SiO2∶M2O的摩尔比为10∶1～300∶1，优选15∶1～100∶1(M为Na,K,Li和NH4)。胶体颗粒的粒度小于60nm，平均粒度小于20nm，最优选平均粒度为约1nm～10nm。微凝胶与胶体二氧化硅的区别在于微凝胶颗粒的比表面积通常为1000 m2/g或更大，且微凝胶是由1～2 nm的小直径二氧化硅颗粒彼此连接成链和三维网络组成的。聚硅酸盐微凝胶，也称做活性二氧化硅，其SiO2∶Na2O的摩尔比为4∶1～约25∶1，并在Ralph K.Iler所著，纽约John Wiley&Sons出版社于1979年出版的“TheChemistry of Silica”(《二氧化硅化学》)中174-176页和225-234页中已有讨论。聚硅酸一般是指pH值为1～4时已形成并部分聚合的且包含直径一般小于4nm的二氧化硅颗粒，这些颗粒随后又会聚合成链和三维网络的硅酸。聚硅酸可以按照美国专利5,127,994和5,626,721中公开的方法制备，这些专利引入本文供参考。聚硅铝酸盐是颗粒中或颗粒表面上或两者都已加入了铝的聚硅酸盐或聚硅酸微凝胶。聚硅酸盐微凝胶、聚硅铝酸盐微凝胶以及聚硅酸可以在酸性pH值下制备和稳定化。业已发现，较好的结果一般出现在微凝胶尺寸较大时；一般地说，大于10nm的微凝胶给出最好的性能。微凝胶尺寸可以用任何已知的方法提高，如本领域内技术人员熟知的微凝胶的陈化、改变pH值、改变浓度或其它方法。适用于本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种使含有生物固体、基本上为水的液流与有效量的下列物质接触：（ａ）阴离子无机胶体；和（ｂ）有机聚合物，其中，所述有机聚合物选自阳离子聚合物、两性聚合物以及它们的混合物；从而形成絮凝化生物固体的方法。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：RH莫菲特，
申请(专利权)人：纳幕尔杜邦公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]