申請日2013.12.16

　　公開(公告)日2015.06.17

　　IPC分類號C02F9/04; C02F103/36; C02F9/10

　　摘要

　　本發(fā)明公開了一種阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，先調(diào)節(jié)阿斯巴甜生產(chǎn)廢水的pH值至6～8，過濾后進(jìn)入高壓膜于35～50℃下進(jìn)行膜分離處理，分別得到含鹽清液和含氨基酸濃液;對所述含鹽清液進(jìn)行濃縮回收副產(chǎn)品鹽;向所述含氨基酸濃液中加入消旋劑水楊醛，于60～100℃下進(jìn)行消旋反應(yīng)，反應(yīng)后濃縮降溫，分離出DL氨基酸。本方法解決了高含鹽有機廢水的處理難題，操作方便，處理成本低，較少投資實現(xiàn)較大產(chǎn)出。

　　權(quán)利要求書

　　1.一種阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其特征在于包括如下步驟：

　　(1)先調(diào)節(jié)阿斯巴甜生產(chǎn)廢水的pH值至6～8，過濾后進(jìn)入高壓膜于35～50℃下進(jìn) 行膜分離處理，分別得到含鹽清液和含氨基酸濃液;

　　(2)對所述含鹽清液進(jìn)行濃縮回收副產(chǎn)品鹽，;

　　(3)向所述含氨基酸濃液中加入消旋劑水楊醛，于60～100℃下進(jìn)行消旋反應(yīng)，反 應(yīng)后濃縮降溫，分離出DL氨基酸。

　　2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其特征在于所述阿斯巴甜生 產(chǎn)廢水中主要包含鹽和氨基酸，其pH值為2～11。

　　3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其特征在于所述阿斯巴 甜生產(chǎn)廢水中含有5～30wt%的鹽和1～10wt%的氨基酸;所述鹽選自氯化鈉或者氯化鉀 中的一種或兩種，所述氨基酸選自L-苯丙氨酸和L-天冬氨酸中的一種或兩種。

　　4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其特征在于步驟(1)中，采 用氫氧化鈉調(diào)節(jié)阿斯巴甜生產(chǎn)廢水的pH值;阿斯巴甜生產(chǎn)廢水的pH值調(diào)節(jié)至7～8。

　　5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其特征在于步驟(1)中，所 述過濾包括板框過濾和1～5μm微孔過濾;所述高壓膜為納濾膜，進(jìn)一步采用4080型納 濾膜管。

　　6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其特征在于所述高壓膜的膜 進(jìn)口壓力3.5mpa以下，控制膜壓差在0.2-0.3mpa之間，高壓膜的過濾溫度為40～45℃。

　　7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其特征在于步驟(2)中濃縮 回收鹽后的濃縮餾分，返回步驟(1)中進(jìn)行循環(huán)處理;含鹽清液采用MVR濃縮設(shè)備進(jìn) 行濃縮處理，回收副產(chǎn)品鹽。

　　8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其特征在于步驟(3)中，消 旋劑水楊醛的體積用量為含氨基酸濃液的0.02%～1%;消旋反應(yīng)的溫度優(yōu)選為80℃～95 ℃;消旋反應(yīng)的時間為5～15小時。

　　9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其特征在于步驟(3)中，消 旋反應(yīng)后，對反應(yīng)液減壓濃縮并過濾，調(diào)節(jié)pH值至5～6并降溫后分離出DL苯丙氨酸， 和/或調(diào)節(jié)pH值至2.5～3.0并降溫后分離出DL天冬氨酸。

　　10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其特征在于步驟(1)中， 膜分離處理得到的含氨基酸濃液的濃縮倍數(shù)為1～5倍，進(jìn)一步為2～4倍;步驟(3)中， 消旋反應(yīng)完成并分離出DL氨基酸后的濾液返回步驟(1)中進(jìn)行循環(huán)處理。

　　說明書

　　阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法

　　技術(shù)領(lǐng)域

　　本發(fā)明屬于阿斯巴甜生產(chǎn)領(lǐng)域，具體涉及一種阿斯巴甜含氨基酸廢水回收利用的處 理方法。

　　背景技術(shù)

　　阿斯巴甜(Aspartame)，別名阿司帕坦、阿斯巴坦，食品添加劑國際編碼:E951， 化學(xué)名稱為L-天冬氨酞-L-苯丙氨酸甲酯(APM=L-aspartyl-L-Phenylalanine methyl ester)，是一種非碳水化合物類的人造甜味劑。

　　阿斯巴甜由L-苯丙氨酸和L-天冬氨酸縮合產(chǎn)生，分子式為C14H18N2O5，國外商 品名稱為Nutrasweet、Equal Tablets，又稱甜味素、蛋白糖、天冬甜母、天冬甜精、 天苯糖等。常溫下，為白色結(jié)晶性的粉末。因阿斯巴甜甜味高和熱量低，主要添加 于飲料、維他命含片或口香糖代替糖的使用。許多糖尿病患者、減肥人士都以阿斯 巴甜做為糖的代用品。

　　目前的阿斯巴甜生產(chǎn)工藝基本上都是采用天冬氨酸制備天冬氨酸酐，再與苯丙氨酸或 者苯丙氨酸甲酯在有機相或者水相反應(yīng)，然后經(jīng)水解中和等步驟制得阿斯巴甜，工藝廢水 主要包含鹽類(氯化鈉或者氯化鉀)，氨基酸(苯丙氨酸、天冬氨酸)等。目前采用的處 理方法主要有兩種，一種是稀釋后采用生化處理，缺點是稀釋的用水量較大，有效 成分沒有得到回收再利用;另一種為采用傳統(tǒng)的濃縮裝置濃縮后分離回收，比如二 效、三效，缺點是回收成本非常高。

　　發(fā)明內(nèi)容

　　本發(fā)明的目的是針對以上阿斯巴甜生產(chǎn)工藝廢水處理方法的缺點與不足，提供的 一種阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，采用本發(fā)明不僅做到的所有有效成分的回收再利用， 做到了阿斯巴甜生產(chǎn)廢水“零排放”，而且具有成本上的巨大優(yōu)勢。

　　本發(fā)明的目的可以通過以下措施達(dá)到：

　　一種阿斯巴甜生產(chǎn)廢水處理方法，其包括如下步驟：

　　(1)先調(diào)節(jié)阿斯巴甜生產(chǎn)廢水的pH值至6～8，過濾后進(jìn)入高壓膜于35～50℃下進(jìn) 行膜分離處理，分別得到含鹽清液和含氨基酸濃液;

　　(2)對所述含鹽清液進(jìn)行濃縮回收副產(chǎn)品鹽，;

　　(3)向所述含氨基酸濃液中加入消旋劑水楊醛，于60～100℃下進(jìn)行消旋反應(yīng)，反 應(yīng)后濃縮降溫，分離出DL氨基酸。

　　目前制備阿斯巴甜的方法中，通常采用天冬氨酸制備天冬氨酸酐，再與苯丙氨酸或者 苯丙氨酸甲酯在有機相或者水相反應(yīng)，然后經(jīng)水解中和等步驟制得阿斯巴甜。本發(fā)明主要 針對這種或類似工藝的阿斯巴甜廢水進(jìn)行處理，該工藝廢水主要包含鹽類(氯化鈉或者氯 化鉀中的一種或兩種)，氨基酸(L-苯丙氨酸、L-天冬氨酸中的一種或兩種)，其pH值為 2～11;更具體的講，本發(fā)明中的阿斯巴甜生產(chǎn)廢水中主要含有鹽5～30wt%(進(jìn)一步為10～ 20%)，氨基酸1～10wt%(一般的廢水中都會含有兩種氨基酸，故其中0.1～3%L-苯丙氨 酸及0.9～6%L-天冬氨酸)。

　　阿斯巴甜生產(chǎn)廢水的pH值為2～11，其主要包含鹽和氨基酸。由于含有氨基酸，故 一般情況下該廢水的pH值為酸性。阿斯巴甜生產(chǎn)廢水中含用苯丙氨酸與天冬氨酸，pH 偏酸性液體，其等電點結(jié)晶苯丙氨酸的等電點，在膜濃縮處理時由于濃縮倍數(shù)變大，濃縮 過程中會苯丙氨酸會析出，導(dǎo)致膜管堵塞，所以必須將廢水pH值調(diào)過苯丙氨酸的等電點， 在膜濃縮時不會析出，可以提高膜濃縮倍數(shù)。在步驟(1)中，阿斯巴甜生產(chǎn)廢水的pH 值優(yōu)選調(diào)節(jié)至7～8，可采用氫氧化鈉調(diào)節(jié)pH值。

　　高壓膜為納濾膜，必須選型分子量小于氨基酸的膜管來提高氨基酸的截留率，本文中 采用GE公司生產(chǎn)的4080型納濾膜管。步驟(1)中的過濾包括板框過濾和1～5μm微 孔過濾。由于膜管分子量小，廢水中有部分雜質(zhì)，在濃縮時必須先經(jīng)過板框過濾掉顆粒雜 質(zhì)，再經(jīng)過微孔過濾器(優(yōu)選3μm)過濾。保證膜管的使用年限。膜處理結(jié)束后必須及 時清洗處理。防止氨基酸結(jié)晶析出。膜清洗主要分為二種，一是普通的堿、酸、堿清洗方 法，一般調(diào)pH為，堿11-12，酸pH2-3。在調(diào)酸時優(yōu)先選檸檬酸進(jìn)行調(diào)節(jié)pH值。二是用 藥物清洗，用多聚磷酸鈉10-50g加十二烷基苯磺酸鈉10-50g調(diào)pH 11進(jìn)行清洗。在膜堵 塞嚴(yán)重的情況下可以用草酸調(diào)pH 2.5進(jìn)行清洗，清洗時間不能超過30分鐘。

　　膜分離處理過程中，高壓膜的溫度優(yōu)選控制在40～45℃、壓力控制在2.5～3.5mpa，高 壓膜的膜進(jìn)口壓力3.5mpa以下，控制膜壓差在0.2-0.3mpa之間，處理時間6～10小時。 本發(fā)明膜分離進(jìn)程可根據(jù)進(jìn)料廢水中鹽含量的不同，采出時濃縮的倍數(shù)也會有變化。一般 膜分離處理得到的含氨基酸濃液的控制濃縮倍數(shù)為1～5倍，進(jìn)一步為2～4倍。

　　當(dāng)高壓膜內(nèi)濃縮液的達(dá)到濃縮采用要求后，90%的鹽溶解清液中，濃縮處理回收鹽作 為副產(chǎn)品;在一種方案中，含鹽清液采用MVR濃縮設(shè)備進(jìn)行濃縮處理，回收副產(chǎn)品鹽。 步驟(2)中濃縮回收鹽后的濃縮餾分，可以返回步驟(1)中進(jìn)行循環(huán)處理。

　　膜分離處理得到的含氨基酸濃液進(jìn)行消旋反應(yīng)再后處理即可得到不同的氨基酸，其中 消旋劑水楊醛的體積用量為含氨基酸濃液的0.02%～1%，優(yōu)選用量為0.05%～0.2%;消 旋反應(yīng)的溫度優(yōu)選為80℃～95℃;消旋反應(yīng)的時間為5～15小時。

　　消旋反應(yīng)后，對反應(yīng)液減壓濃縮并過濾，并根據(jù)反應(yīng)液中不同的氨基酸采用不同的后 處理方法，具體包括：調(diào)節(jié)pH值至5～6并降溫后分離出DL苯丙氨酸，和/或調(diào)節(jié)pH值 至2.5～3.0并降溫后分離出DL天冬氨酸。對于同時含有DL苯丙氨酸和DL天冬氨酸的反 應(yīng)液來說，具體可采用先調(diào)節(jié)pH值至5～6(優(yōu)選5.5)并降溫至40℃以下后分離出DL 苯丙氨酸，再調(diào)節(jié)pH值至2.5～3.0(優(yōu)選2.8)并降溫至15℃以下后分離出DL天冬氨酸。 氨基酸處理后的濾液可返回到阿斯巴甜生產(chǎn)工藝進(jìn)行重復(fù)利用，例如返回步驟(1)中進(jìn) 行循環(huán)處理，或者直接產(chǎn)出作為副產(chǎn)品。

　　本發(fā)明的有益效果：

　　1.將阿斯巴甜生產(chǎn)中廢水的氨基酸和鹽分離，清液中的鹽可以進(jìn)行進(jìn)一步加工做成硫 酸氫鈉(或者碳酸鉀等)，副產(chǎn)的鹽酸回到生產(chǎn)工藝中重復(fù)使用，濃液中的氨基酸可以返 回生產(chǎn)工藝作為回收原料使用，或作為副產(chǎn)品;而處理完的水返回到生產(chǎn)工藝中繼續(xù)重復(fù) 利用，做到的廢水的“零排放”。

　　2.同普通的多效比如三效濃縮器比較，具有操作簡單，成本極低的優(yōu)勢。機械蒸汽再 壓縮蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)類似于普通的一效蒸發(fā)器，它的核心在于將普通一效蒸發(fā)時產(chǎn)生的二次蒸 汽用機械蒸汽再壓縮機進(jìn)行再壓縮后獲得了高品質(zhì)的蒸汽，可以繼續(xù)返回?fù)Q熱器加熱物 料，從而使物料繼續(xù)蒸發(fā)，這樣就形成了加熱蒸發(fā)——二次蒸汽壓縮——加熱蒸發(fā)的閉路 循環(huán)，該蒸發(fā)器不需要生蒸汽，它的動力來源于機械蒸汽再壓縮機。因此具有極低的動力 成本，跟三效相比，每蒸發(fā)一噸水的成本為40度電，換算為標(biāo)煤為3.77公斤，而三效蒸 發(fā)一噸水的成本20度電，400公斤蒸汽(壓力0.3Mpa以上)，30噸冷卻水，換算為標(biāo)煤 為55.33公斤。每蒸發(fā)一噸水節(jié)約標(biāo)煤51.56公斤，按日蒸發(fā)100噸水，每年工作330天 計算，年節(jié)約標(biāo)煤1701.5噸，減少二氧化碳排放量4717.5噸。

　　3.阿斯巴甜生產(chǎn)中廢水經(jīng)過常規(guī)的膜分離處理，回收副產(chǎn)品鹽中的氨基酸含量少， 只在0.5%左右，一般可通過用pH 9左右水將氨基酸淋洗干凈，其淋洗水量少，淋洗液還 需加到前段中和液中一起進(jìn)行處理。如果阿斯巴甜生產(chǎn)廢水不經(jīng)過膜分離處理直接濃縮， 氨基酸與鹽一起結(jié)晶析出，無法分離出純度高的鹽及氨基酸。