用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法
2023-05-20 09:39:01
專利名稱：用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法
技術領域：
本發明涉及一種用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法。
背景技術：
我國是世界上最主要的茶葉生產國。由於近年來國際茶葉市場需求量相對飽和、供略大於求，導致我國茶葉出口形勢不容樂觀、內銷價格下降，因此提取利用茶葉中的功能性成分，開闢茶葉新用途，是茶葉產業發展的新方向。
茶葉的藥用價值歷史悠久，茶的保健作用可追溯到《神農本草經》。茶葉中最主要的具有特殊藥用價值的成分是茶多酚(TeaPolyphenols，TP)，佔茶葉乾重的20～35％。茶多酚具有抗衰老、降血酯、抗輻射、減肥、防腐等多方面的藥理功效，在生物醫學、食品加工和日用化工等領域有十分廣闊的應用前景。如張光玉[飼料廣角2000(1)19-24]介紹茶多酚是一種極有潛力的新型飼料添加劑。
從茶葉中提取茶多酚的方法是利用茶多酚易溶於水的特性，蒸煮茶葉使其中的茶多酚溶解於水中，然後採用各種方法從水中進行提取，目前茶多酚提取方法主要有溶劑萃取法、鹽沉澱提取法、樹脂法和超臨界萃取法。如中國專利申請號96105633.9「一種茶多酚的提取方法」、中國專利號96113134.9「在茶葉中提取茶多酚及其副產品的方法」、中國專利號02139219.6「一種製備高兒茶素、低咖啡因含量茶多酚的新方法」、中國專利申請號200310114694.3「茶葉中有效成分綜合製備工藝」、中國專利申請號200410015905.2「從茶葉中綜合提取茶多糖、茶多酚、茶氨酸、咖啡鹼的方法」、中國專利申請號200510042629.3「一種從茶葉中提取茶多酚副產咖啡鹼和茶多糖的方法」等等。
茶多酚有機汙水是茶葉提取茶多酚後的剩餘母液。由茶多酚的生產工藝可知，茶多酚有機汙水的成分與茶葉中的水溶性成分基本相同，主要有胺基酸、糖分、茶多酚等。由於其中的茶多酚對細菌(包括厭氧、好氧及兼性細菌)有很強的抑制作用，且茶多酚的抑菌能力與其濃度呈正比，導致茶多酚有機汙水的處理難度大，目前在國內外尚無成熟的處理工藝。同濟大學的孟建平等[中國給水排水2002，18(6)77-79]通過試驗提出了一套可行的處理方案，即採用混凝沉澱-水解酸化-接觸氧化-混凝沉澱的組合工藝處理茶多酚生產廢水，其最終出水COD≤100mg/L。南京大學環境學院的任洪強等[環境科學學報2002，22(6)792-795]通過混凝氣浮法去除廢水中的大量懸浮物質，然後用新型高效厭氧膨脹顆粒汙泥床反應器(EGSB)淨化去除廢水中的大部分可降解有機汙染物，最後設置了好氧複合生物反應器(CAAS)和生物濾池。應用「EGSB-CAAS」工藝處理茶多酚廢水的工業化研究表明，當進水COD為36960-43182mg/L、SS為6562-10904mg/L時，經混凝氣浮預處理後，採用「EGSB-CAAS」工藝進行處理，系統COD和SS去除率達99％以上，出水可達標排放。
但上述以達標排放為目標的處理工藝是將茶多酚有機汙水進行無害化處理，不僅需要生產廠家每年額外負擔一筆可觀的汙水處理費用，而且不能回收利用汙水中胺基酸、糖分、茶多酚等水溶性的營養物質。如能將茶多酚有機汙水進行資源化處理，將汙水中的胺基酸、糖分、茶多酚等水溶性成分進行低成本地處理回收，製備成為飼料添加劑，則可變廢為寶，取得良好的社會和經濟效益。中國專利號03114898.0「從提取過茶多酚的下腳料中提取茶多糖的方法」披露一種從提取過茶多酚的含糖量10～15％的綠色粉末下腳料作為原料，用7～10倍質量比的水浸泡溶解多糖，再用1～10％果膠酶40～60℃作用2～3小時，然後用3000～4000轉/分鐘離心過濾除掉不溶性雜質，再加入2～8倍體積的氯仿萃取茶鹼和雜蛋白，靜置分層，取上清亮褐色液體，真空乾燥即得含糖量35～50％的粗多糖。但該技術並不適用於茶多酚有機汙水的處理。
發明內容
本發明的目的在於避免現有技術的不足，為茶多酚生產企業提供一種低成本的用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法。
本發明的發明目的通過以下技術方案實現一種用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法，其特徵在於該方法步驟如下1)預處理茶多酚有機汙水冷卻並過濾去除其中懸浮的微小顆粒，得到預處理後的茶多酚有機汙水；2)膜分離濃縮用反滲透膜以錯流過濾方式對預處理後的茶多酚有機汙水進行膜分離循環濃縮得到含固量為15～35％的茶多酚濃縮汙水；3)乾燥制粉將茶多酚濃縮汙水乾燥制粉，得到飼料添加劑；4)滲透水循環使用在膜分離濃縮過程中透過反滲透膜的滲透水，返回生產車間循環使用。
所述的茶多酚有機汙水的冷卻採用內通循環冷卻水的換熱器進行強制冷卻，或採用自然冷卻方式。
所述的茶多酚有機汙水的過濾採用低壓泵輸送到精密過濾器的過濾方式。
所述的茶多酚有機汙水的膜分離濃縮，採用反滲透膜為耐壓強度30～60kgf/cm2的聚醯胺複合膜，脫鹽率98～99.9％。
所述的茶多酚濃縮汙水的乾燥制粉方法採用噴霧乾燥或冷凍乾燥或真空乾燥或旋轉閃蒸乾燥。
所述的膜分離濃縮與乾燥制粉之間添加進一步濃縮汙水的減壓蒸餾。
所述的減壓蒸餾採用單個蒸發器的減壓蒸餾或多個蒸發器串接的多級減壓蒸餾。
本發明的優點1)膜分離濃縮方法，是利用反滲透膜在外部壓力作用下分離出汙水中的水分，未發生相變，與傳統的蒸餾濃縮等方法比較，省去了巨大的汽化潛熱的消耗，具有成本低的優點；2)膜分離濃縮過程中，茶多酚有機汙水中殘留的乙酸乙脂等化學試劑，可透過反滲透膜進入到滲透水中，返回生產車間循環使用，因此可大大減少茶多酚生產過程中乙酸乙脂等化學試劑的消耗，降低生產成本；3)為茶多酚生產企業提供了低成本處理回收茶多酚有機汙水中的營養物質製備成飼料添加劑，既為企業節約了一筆可觀的汙水處理費用，又是變廢為寶，具有良好的社會效益和經濟效益。
圖1為本發明的工藝流程圖。
圖2為溶劑萃取法生產茶多酚的工藝流程圖。
具體實施例方式
下面結合上述附圖對本發明的具體實施方案進行詳細描述。
在本發明中，所述的茶多酚有機汙水是茶葉提取茶多酚後的剩餘母液。茶多酚有機汙水的成分與茶葉中的水溶性成分基本相同，主要有胺基酸、糖分、茶多酚和蛋白質。
如圖1所示，用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法，其工藝步驟如下1)預處理茶多酚有機汙水冷卻並過濾去除其中懸浮的微小顆粒，得到預處理後的茶多酚有機汙水；所述的茶多酚有機汙水的冷卻可以採用內通循環冷卻水的換熱器進行強制冷卻，也可以採用自然冷卻方式，冷卻後汙水溫度以25～30℃為宜；所述的茶多酚有機汙水的過濾去除其中懸浮的微小顆粒，可以採用低壓泵輸送到精密過濾器的過濾方式。
2)膜分離濃縮用反滲透膜以錯流過濾方式對預處理後的茶多酚有機汙水進行膜分離循環濃縮得到含固量為15～35％的茶多酚濃縮汙水；所述的茶多酚有機汙水的膜分離濃縮，採用反滲透膜為耐壓強度30～60kgf/cm2的聚醯胺複合膜，脫鹽率98～99.9％。
在本發明的實施過程中，由於濃差極化使汙水中某些溶質在膜表面形成沉積或凝膠層，從而引起反滲透膜的滲透壓增大，增加透過阻力，降低膜的滲透通量。此時可進行膜的清洗處理恢復膜的滲透通量即依次用清水或鹼性化學清洗液或酸性化學清洗液通過低壓泵輸送清洗反滲透膜。所述的清水可以是反滲透膜的滲透水、自來水；所述的鹼性化學清洗液可以是0.8「(W)的氫氧化納NaOH或1.0％(W)乙二胺四乙酸四鈉；所述的酸性化學清洗液可以是0.2％(重量W)鹽酸HCI或2.0％(W)檸檬酸。
3)減壓蒸餾進一步濃縮汙水為高度濃縮汙水。所述的減壓蒸餾採用三級減壓蒸餾方式。將茶多酚有機濃縮汙水進入第一級蒸發器後被來自熱源的蒸汽(一級蒸汽)加熱汽化，汽化產生的二次蒸汽引入第二級蒸發器，用於加熱另外的濃縮汙水使其汽化，自身則被冷凝成水，第二級蒸發器汽化產生的二次蒸汽引入第三級蒸發器，加熱另外的濃縮汙水。同時應用真空泵在各級蒸發器中形成真空，以降低濃縮汙水的沸點。通過上述原理進行多級減壓蒸餾，以回收熱能，降低能耗，使有機濃縮汙水進一步濃縮成為高度濃縮汙水。
4)乾燥制粉將茶多酚濃縮汙水乾燥制粉，得到飼料添加劑；所述的茶多酚濃縮汙水的乾燥制粉方法採用噴霧乾燥或冷凍乾燥或真空乾燥或旋轉閃蒸乾燥。
5)滲透水循環使用在膜分離濃縮過程中透過反滲透膜的滲透水，返回生產車間循環使用。
實施例1本發明的以成功應用於某茶多酚生產企業為例來進一步說明該企業採用溶劑萃取法從茶葉中提取茶多酚，其工藝流程如附圖2所示。每天生產後外排15噸茶多酚有機汙水，汙水比重為1.024g/cm3，含固量約6.6％，內含茶多酚、茶多糖、胺基酸、蛋白質等茶葉中的水溶性成分，並殘留有約3％左右的試劑乙酸乙脂。經檢測汙水的化學耗氧量COD高達82000mg/L，很難用常規方法進行無害化處理。
採用本發明用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的工藝步驟如下1)預處理從蒸餾器最後排出的茶多酚有機汙水溫度達到80℃，通過採用內通循環冷卻水的換熱器進行強制冷卻到25℃，隨後採用低壓泵輸送到過濾精度為1～5μm的精密過濾器過濾的方式去除汙水中懸浮的微小顆粒，得到預處理後的茶多酚有機汙水。
2)膜分離濃縮採用耐壓強度30kgf/cm2、脫鹽率99.0％的聚醯胺複合反滲透膜以錯流過濾方式對預處理後的茶多酚有機汙水進行膜分離循環濃縮，得到的茶多酚濃縮汙水比重為1.09g/cm3，含固量25％。
3)乾燥制粉將茶多酚濃縮汙水經噴霧乾燥制粉，得到飼料添加劑。
4)滲透水循環使用在膜分離濃縮過程中透過反滲透膜的滲透水，返回生產車間循環使用，滲透水中含汙水中殘留的試劑乙酸乙酯。
經濟效益1、經試用，採用本技術可每天製備飼料添加劑1噸，製備成本約為5000元/噸，市場售價為10000元/噸，毛利為5000元/噸；2、間接經濟效益每天通過滲透水的循環使用，回收的試劑乙酸乙酯量約為450公斤，按其市場購買價格8000元/噸計算，可節約試劑費用3600元/天。
3、採用本技術的綜合效益約8600元/噸，每年可為企業帶來約300萬元的經濟效益。
社會效益目前該企業每天排放化學耗氧量COD高達82000mg/L的茶多酚有機汙水15噸，採用本技術後，實現零排放，產生巨大的社會效益。
實施例2所採用的茶多酚有機汙水同實施例1，製備飼料添加劑的工藝步驟如下1)預處理從蒸餾器最後排出的茶多酚有機汙水溫度達到80℃，通過採用內通循環冷卻水的換熱器進行強制冷卻到30℃，隨後採用低壓泵輸送到過濾精度為1～5μm的精密過濾器過濾的方式去除汙水中懸浮的微小顆粒，得到預處理後的茶多酚有機汙水。
2)膜分離濃縮採用耐壓強度41kgf/cm2、脫鹽率99.2％的聚醯胺複合反滲透膜以錯流過濾方式對預處理後的茶多酚有機汙水進行膜分離循環濃縮，得到的茶多酚濃縮汙水比重為1.09g/cm3，含固量25％。
3)減壓蒸餾採用蒸汽加熱的不鏽鋼蒸餾器以三級減壓蒸餾方式將上述茶多酚濃縮汙水繼續濃縮，得到的高度濃縮汙水比重為1.12g/cm3，含固量33.4％。
4)乾燥制粉將茶多酚濃縮汙水經冷凍乾燥制粉，得到飼料添加劑。
5)滲透水循環使用在膜分離濃縮過程中透過反滲透膜的滲透水，返回生產車間循環使用，滲透水中含汙水中殘留的試劑乙酸乙酯。
權利要求
1.一種用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法，其特徵在於該方法步驟如下1)預處理茶多酚有機汙水冷卻並過濾去除其中懸浮的微小顆粒，得到預處理後的茶多酚有機汙水；2)膜分離濃縮用反滲透膜以錯流過濾方式對預處理後的茶多酚有機汙水進行膜分離循環濃縮得到含固量為15～35％的茶多酚濃縮汙水；3)乾燥制粉將茶多酚濃縮汙水乾燥制粉，得到飼料添加劑；4)滲透水循環使用在膜分離濃縮過程中透過反滲透膜的滲透水，返回生產車間循環使用。
2.根據權利要求1所述的用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法，其特徵在於所述的茶多酚有機汙水的冷卻採用內通循環冷卻水的換熱器進行強制冷卻，或採用自然冷卻方式。
3.根據權利要求1所述的用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法，其特徵在於所述的茶多酚有機汙水的過濾採用低壓泵輸送到精密過濾器的過濾方式。
4.根據權利要求1所述的用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法，其特徵在於所述的茶多酚有機汙水的膜分離濃縮，採用反滲透膜為耐壓強度30～60kgf/cm2的聚醯胺複合膜，脫鹽率98～99.9％。
5.根據權利要求1所述的用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法，其特徵在於所述的茶多酚濃縮汙水的乾燥制粉方法採用噴霧乾燥或冷凍乾燥或真空乾燥或旋轉閃蒸乾燥。
6.根據權利要求1所述的用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法，其特徵在於所述的膜分離濃縮與乾燥制粉之間添加進一步濃縮汙水的減壓蒸餾。
7.根據權利要求6所述的用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法，其特徵在於所述的減壓蒸餾採用單個蒸發器的減壓蒸餾或多個蒸發器串接的多級減壓蒸餾。
全文摘要
用茶多酚有機汙水製備飼料添加劑的方法，步驟如下1)預處理茶多酚有機汙水冷卻並過濾去除懸浮微小顆粒，得到預處理後的茶多酚有機汙水；2)膜分離濃縮用反滲透膜以錯流過濾方式對預處理後的茶多酚有機汙水進行膜分離循環濃縮得到含固量15～35％的茶多酚濃縮汙水；3)乾燥制粉茶多酚濃縮汙水乾燥制粉得到飼料添加劑；4)滲透水循環使用膜分離濃縮過程透過反滲透膜的滲透水，返回生產車間循環使用。本發明的優點膜分離濃縮方法與傳統的蒸餾濃縮等方法比較，省去了巨大的汽化潛熱消耗，故成本低；可大大減少茶多酚生產過程中乙酸乙脂等化學試劑的消耗，降低生產成本；茶多酚有機汙水回收製備飼料添加劑，省卻汙水處理費用且變廢為寶。
文檔編號A23K1/175GK1883296SQ20061005241
公開日2006年12月27日 申請日期2006年7月12日 優先權日2006年7月12日
發明者周宇松, 逯慶國, 郭紅燕 申請人:中國兵器工業第五二研究所