我國特別是在中小城鎮(zhèn)中分布著大量的食品加工企業(yè)，這些企業(yè)的現(xiàn)代化程度和生產(chǎn)規(guī)模日益提高，但是產(chǎn)生的廢水水質(zhì)惡劣，廢水量不斷增加，對環(huán)境危害十分嚴(yán)重。

食品工業(yè)包括飲料工業(yè)是耗水大戶，這些耗用的水僅少部分用于食品生產(chǎn)本身,大部分是用于食品生產(chǎn)過程洗滌和清潔的，因此完全可以將這些廢水加以回收利用?；旧弦约Z食為主要原料的發(fā)酵工業(yè)所產(chǎn)生的污染物主要是由于糧食未被充分利用造成的，因此，排入水環(huán)境的污染物絕大部分是具有回收價值的產(chǎn)品和副產(chǎn)品。

早在1990年代，食品工業(yè)中就開始大規(guī)模地采用膜技術(shù)進(jìn)行廢水處理。用膜技術(shù)分離發(fā)酵液中菌體、濃縮產(chǎn)品、開發(fā)新產(chǎn)品、改革生產(chǎn)工藝、提高工藝用水的回用率，具有十分廣闊的前景。

1、酒精廢水

以糧食、果蔬及其廢棄物為原料進(jìn)行發(fā)酵，是酒精生產(chǎn)的主要工藝。采用連續(xù)發(fā)酵-PV膜分離的組合工藝，進(jìn)行燃料乙醇生產(chǎn)，大大減少了酒精廢水產(chǎn)生的量。1988年法國Betheniville的甜菜糖廠運(yùn)用了一套可連續(xù)生產(chǎn)4種純度乙醇，使用膜面積達(dá)2400m2，日處理乙醇水溶液為150 000 L的PV裝置。該甜菜糖廠通過蒸餾-PV與脫硫相結(jié)合的集成工藝處理后，乙醇的純度和濃度以及排放的廢水水質(zhì)是常規(guī)工藝所無可比擬的，生產(chǎn)效益和環(huán)境效益都十分顯著。
1.1 處理酵母廢水

(1)UF膜法。首先用離心法去除廢水中90%的懸浮物，再用卷式UF膜組件，在一定壓力和流速下，色度去除率可〉97%，濃縮達(dá)10倍，膜壽命預(yù)計為5年。采用8英寸卷式UF膜，總膜面積1176m2，在上述操作條件下，處理廢水量為200m3/d，與蒸發(fā)法相比，每噸廢水的處理費(fèi)用節(jié)約了15.6%。去除酒精廠酵母分離產(chǎn)生的廢水，即對酒精廢液→離心分離→濾渣→干燥→酵母飼料生產(chǎn)過程中離心分離出來的濾液，用熱交換器降溫至65℃(適合UF膜的運(yùn)行溫度)，經(jīng)過濾器預(yù)處理后，將清液泵UF膜裝置處理。UF膜法回收50%蛋白質(zhì)，其投資費(fèi)用為蒸發(fā)系統(tǒng)的25%，運(yùn)行費(fèi)用僅為蒸發(fā)濃縮法的20%。

(2)UF/NF組合膜法。采用卷式UF組件以及復(fù)合膜卷式NF組件，以循環(huán)濃縮方式，處理以蔗糖廢糖蜜為原料、生產(chǎn)酒精酵母的酵母生產(chǎn)廢水。工程運(yùn)行結(jié)果表明，UF對殘?zhí)呛桶?、氮的分離率一般在15%~35%。由于殘?zhí)呛桶钡墙湍赴l(fā)酵過程中的營養(yǎng)成分，因此UF透過液可被重新回用于發(fā)酵工序。NF膜對廢水的COD去除率〉90%，并接近或達(dá)到廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。采用天然的、正電荷的殼聚糖絮凝劑對酵母生產(chǎn)廢水有較好的預(yù)處理效果，脫色率〉60%，COD去除率約20%。

1.2 釀酒廢水

甘蔗糖廠的副產(chǎn)品-糖蜜生產(chǎn)酒精的企業(yè)排放的廢水中由焦糖色素產(chǎn)生的COD、BOD及色度是生物法難以去除的。用MBR與NF膜集成工藝處理糖蜜制酒精廠排放廢水，出水的COD、色度都達(dá)到國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)，廢水回收率〉80%。表1列出了采用復(fù)合的中空纖維大孔(MF/UF)膜裝置(最大膜面積為由55支元件組裝成的385m2)處理釀酒工業(yè)廢水的效果。該復(fù)合膜表面涂覆了具有強(qiáng)親水性和強(qiáng)抗蛋白質(zhì)粘附性能的PVA，因此該復(fù)合膜對于富含蛋白質(zhì)的食品工業(yè)廢水有很好的去除效果。經(jīng)該大孔復(fù)合膜處理后，廢水中的BOD、SS的含量都遠(yuǎn)低于廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。
2、味精廢水

味精生產(chǎn)過程產(chǎn)生的廢水中殘留等電點提取后的谷氨酸發(fā)酵廢液為含高濃度CODcr、BOD5和高濃度NH3-N、S042-，難以用生化法處理的廢水。

(1)膜法。采用截留分子量為1萬的UF膜對味精廠排放的廢水進(jìn)行除菌體和大分子蛋白等成分的處理，在操作溫度、運(yùn)行壓力、濃縮倍數(shù)等較佳操作條件時，廢水中SS、CODcr的去除率分別為99%、30%，為后序的生物法減輕了處理負(fù)荷，可將回收的蛋白進(jìn)行綜合利用。用膜材料分別為聚砜(PS)、聚丙烯腈(PAN)的UF處理后，COD降低34%，味精廢水中菌體去除率達(dá)99%，濃縮倍數(shù)達(dá)5倍。用稀HCl水溶液反壓清洗可恢復(fù)膜的水通量。PAN膜由于親水性好，對菌體吸附性小，因而水通量高于PS膜。

谷氨酸發(fā)酵廢水經(jīng)甲殼素和堿式氯化鋁混合絮凝、低速離心機(jī)分離后，上清液進(jìn)入UF系統(tǒng)處理。經(jīng)UF膜處理后，透過液中COD、BOD去除率都〉96%。經(jīng)混凝-離心-UF的組合工藝處理的谷氨酸廢水，接近或達(dá)到國家水污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)的二級排放標(biāo)準(zhǔn)。
(2)ED膜法。L-谷氨酸(L-GA)濃度為0.001~0.02 mol/L的水溶液，經(jīng)ED處理后，淡室、濃室中的L-GA濃度分別為5x10-5 mol/L、0.05mol/L，淡室的水可以排放或回用，濃室回收了L-GA。

(3)MBR法。用聚乙烯(PE)中空纖維型從MBR法處理味精廢水，效果顯著。在容積為6.89 m3的玻璃鋼槽內(nèi)，放置6支橫置式φ2000xL3000 mm中空纖維膜組件，24h連續(xù)曝氣運(yùn)行，廢水中的BOD、SS、總氮，從1900~5500mg/L、467~2 800mg/L、68~410mg/L下降到1~5.1mg/L以下、0.8~29.8 mg/L。

3、大豆乳清廢水

大豆分離蛋白(SPI)經(jīng)酸沉后產(chǎn)生的乳清廢水，通過絮凝離心處理，可以去除乳清中65%左右的脂肪、90%左右的懸浮固體。在絮凝離心處理后的乳清廢水進(jìn)入MF膜裝置，在蛋白質(zhì)損失只有10%左右的情況下，脂肪去除率高達(dá)90%以上，懸浮固體可被全部去除。

3.1 回收蛋白、低聚糖

(1)UF/(NF)RO組合膜法。根據(jù)回收廢水的成分及回用水的要求，如圖1所示，在合適的膜過程，可以回收到不同的高價值產(chǎn)品，如可溶性蛋白、低聚糖和純水。由于乳清蛋白分子量為2000~20000u、大豆低聚糖分子量為300~700u，因此采用UF膜和NF膜技術(shù)，可以將這2種物質(zhì)分離。研究表明，用UF膜可回收乳清廢水中幾乎所有的蛋白質(zhì);用NF膜濃縮UF透過液，對大豆低聚糖中功能性成分水蘇糖和棉子糖的回收率超過90%。濃縮液經(jīng)雙效蒸發(fā)濃縮和噴霧干燥即可得到成品乳清蛋白粉。
大豆乳清廢水經(jīng)過粗過濾、脫色除鹽后，用PS的UF膜去除廢水中的雜蛋白，再用NF或RO濃縮提取低聚糖。結(jié)果表明，UF有效地脫除了乳清廢水中的蛋白;選用的NF膜和RO膜都能把乳清液中的低聚糖100%回收，低聚糖的濃度從起始的1%提高到12%。

用卷式PS的UF膜、卷式聚酰胺(PA)復(fù)合的RO膜處理大豆蛋白廢水的研究表明，UF膜對乳清廢水中蛋白回收率為90%~99%，RO膜濃縮回收廢水中低聚糖。將大豆加工廢水進(jìn)行調(diào)pH值、離心、預(yù)過濾、微濾和調(diào)溫等預(yù)處理;然后將預(yù)處理后的大豆加工廢水在一定壓力下通過UF膜系統(tǒng)，以提取大豆乳清蛋白;再將UF膜透過液送入NF膜系統(tǒng)，以提取大豆低聚糖并將其進(jìn)行脫色處理;最后對NF膜透過液進(jìn)行后處理以得到可回用于生產(chǎn)的水或符合排放標(biāo)準(zhǔn)的水。

(2)ED/UF/RO組合膜法。大豆加工廢水先用板框過濾機(jī)初濾，濾液泵入UF膜裝置，脫除蛋白等雜質(zhì)后，得到干物質(zhì)約3%濃度的濃縮液，然后泵入RO膜裝置濃縮成含干物質(zhì)約15%的濃糖漿，再經(jīng)ED脫鹽、減壓濃縮成含干物質(zhì)約50%的漿狀低聚糖產(chǎn)品，最后經(jīng)噴霧干燥得到低聚糖粉。

為了減少乳清廢水中無機(jī)鹽對NF特別是RO過程的影響，經(jīng)預(yù)處理的乳清廢水先進(jìn)行ED法除鹽，然后UF法提取可溶性蛋白，RO法濃縮低聚糖，工藝流程見圖2。

3.2 去除污染物

用聚四氟乙烯(PTFE)膜組裝成一體化MBR處理大豆加工廢水，結(jié)果見表2。MBR對COD、BOD的去除率均在90%以上，效果顯著。

聚四氟乙烯膜生物反應(yīng)器處理大豆加工廢水結(jié)果
4、谷物加工廢水

4.1 米糠水中米糠脂多糖的提取

通過以下工藝可以從米槺水中制取植物脂多糖(LPS)米糠水提取→等電點分離蛋白→UF凈化→NF脫鹽濃縮→有機(jī)溶劑分步沉淀→LPS粗品→色譜分離→冷凍干燥→LPS成品。

用聚偏氟乙烯(PVDF)中空纖維膜UF凈化經(jīng)等電點分離蛋白后的米糠LPS提取液。UF后的米糠LPS提取液清澈透明，大分子蛋白和多糖雜質(zhì)截留率分別為85.5%、99.6%，透過液中LPS、鹽分含量幾乎與前提取液中的濃度相當(dāng)，即分別為9.57ug/L、1.27%。然后用管式PA膜NF處理UF透過液。NF濃縮8倍時，濃縮液中LPS的濃度增加了近7倍，無機(jī)鹽去除率87.4%，NF透過水中無LPS檢出。

4.2 玉米加工廢水

在厭氧上流式污泥床-換熱器-MBR工藝處理玉米加工廢水中，采用聚醚砜(PES)為膜材料的MBR裝置總膜面積為688m2，處理廢水量為500 m3/d。MBR裝置的廢水、出水的COD濃度分別為15000mg/L,400mg/L，COD的去除率達(dá)97%。

5、果蔬加工廢水

5.1 水果加工廢水

在果蔬加工物料的過濾操作過程中，果蔬汁中的膠體、蛋白質(zhì)等在過濾器材的微孔過濾介質(zhì)上形成動力膜。糖蜜、菠蘿蜜等都是動態(tài)膜的材料。在多孔陶瓷管上動力形成的蔗糖糖蜜膜與甜菜糖蜜膜相比，膜結(jié)構(gòu)更致密，孔徑更均一。在0.2MPa壓力、4 m/s錯流流速和60℃運(yùn)行溫度下，處理濃度為50%糖蜜料液時，動態(tài)膜的滲透通量比高分子膜大4倍，為20L/(m2.d)，對有色料液的截留率，動態(tài)膜比高分子膜小20%~40%，髙分子膜的截留率為80%。由此可見,動態(tài)膜在處理果蔬加工廢水中有著特殊的作用。

用膜法處理橄欖洗滌水可以克服生物曝氣池處理存在占地費(fèi)用高、處理效果不好等問題。橄欖洗滌廢水經(jīng)200目篩網(wǎng)過濾，再用100個具有寬流道結(jié)構(gòu)的NF膜元件，在高的料液流量和錯流流速下運(yùn)行，處理結(jié)果見表3。膜技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的沉降池處理方法能高效回收浸泡橄欖后的鹽水。

5.2 蔬菜加工廢水

花菜漂洗水中的芳香化合物可以通過PV膜分離方法加以回收。使用優(yōu)先透有機(jī)物的聚醚酰胺(PEA)膜和聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜，能夠提取花菜漂洗水中的硫化物(二甲基二硫化物、二甲基三硫化物、S-甲基硫代丁酸鹽)。用膜法回收土豆廢水中的有價值成分，有很高的經(jīng)濟(jì)效益。

6、肉類加工廢水

肉類淋洗廢水經(jīng)預(yù)處理、NF膜除硬度、紫外殺菌后，回用于食品加工用水，工藝流程見圖3。經(jīng)該工藝處理后的肉類淋洗廢水，其電導(dǎo)率、TOC、濁度分別下降到 13~196us/cm、1.5~4mg/L、0.14~0.32NTU，無機(jī)離子和微生物濃度等都達(dá)到飲用水水質(zhì)指標(biāo)。
香腸淋洗水的廢水通過50um過濾→3um過濾→UV殺菌→二級膜處理后,一級和二級NF對前三項污染物的脫除率(%)分別為95.6、55.1，90.2、91.1，60.7、65.8，水質(zhì)接近于飲用水指標(biāo),可以回用到生產(chǎn)。

7、牛乳加工廢水

牛乳廢水中含有蛋白質(zhì)和有毒重金屬離子，對牛乳加工廢水采用膜回收蛋白質(zhì)、RO膜法去除重金屬離子的工藝處理。經(jīng)低壓NF膜處理后，廢水中的COD、電導(dǎo)率的去除率均達(dá)到98%，Cr、Pb、Ni、Cd等有毒重金屬的去除率均達(dá)到100%; 二級RO膜法對COD、電導(dǎo)率和懸浮固體的去除率均在99%以上，再生的牛乳加工廢水完全可以回用。

干酪生產(chǎn)中的乳清廢水經(jīng)沉淀處理除去微細(xì)物后，UF濃縮提取乳清蛋白。根據(jù)UF工藝的不同條件，濃縮物中每克固體含乳清蛋白為35%、60%、80%不等。加水稀釋、循環(huán)運(yùn)行UF濃縮物，可以進(jìn)一步去除乳糖和鹽，獲得髙純度、高含量的乳清蛋白。

8、飲料加工廢水

飲料工業(yè)完全是一個“水工業(yè)”，耗水量大，廢水排放量大，但回收利用潛力也很大。近幾年全球許多地方掀起“太空水”、“純凈水”風(fēng)暴，新鮮水用量與廢水排放量同步增長。就整個食品飲料工業(yè)而言，產(chǎn)品制造用水的凈化處理、原料和器具清洗以及生產(chǎn)場所沖洗等排放的廢水，都可以用膜法工藝處理回用。砂糖精制工廠排水經(jīng)NaClO處理、炭柱脫色、RO膜脫鹽，再生廢水回用是經(jīng)濟(jì)的。

9、廢水中有機(jī)物的去除

正如前述，處理食品工業(yè)廢水中的微量有機(jī)物，例如醇、酸、酯、酚和氯化烴等，用生物法因其濃度較高和不穩(wěn)定性，難以分解完全;用吸附、蒸餾、萃取等方法費(fèi)用昂貴。1980年后期，美國MTR公司開發(fā)了硅橡膠為活性層的PV復(fù)合膜卷式組件和Per Vap系統(tǒng)裝置，建立了PV法處理三氯乙烷工業(yè)廢水的示范工程，其工藝流程見圖4。
10、結(jié)束語

食品工業(yè)的廢水可以通過膜技術(shù)處理，廢水凈化回用，高價值物質(zhì)回收利用，經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益顯著。

巳建成運(yùn)行的食品廢水處理工程表明，組合不同膜技術(shù)的膜集成工藝處理食品工業(yè)廢水，具有高效、節(jié)能的優(yōu)點。由于食品產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝的特殊性、產(chǎn)品的創(chuàng)新性，因此，廢水處理具有一定的難度。加大新型分離膜及其廢水工藝的開發(fā)，注重新型膜集成工藝的應(yīng)用，食品工業(yè)廢水處理及其資源化將會有良好的發(fā)展前景。