楊莉莉 梁呂保

魚鱗膠原蛋白提取過程中剩余的魚鱗殘渣不僅會使提取的回收率降低，增加制造成本，還會加重污水處理系統(tǒng)的負擔。因此，設計合理的魚鱗殘渣膠液回收系統(tǒng)，不僅可以提高提取的回收率，降低制造成本，也可以避免大量高濃度的含蛋白廢水進入污水系統(tǒng)中，從而有效減輕污水系統(tǒng)的負擔。

一、魚鱗殘渣固液分離方法的對比分析

常用的固液分離方法包括自然沉降、過濾分離、離心分離等。

自然沉降的原理是基于固相與液相之間的密度差，固相受自身重力作用沉降，使懸浮液分為澄清液和濃漿，從而達到固液分離的目的。自然沉降法所使用的設備比較簡單，只需要設置瀝水池即可，具有設備投入成本低、運行成本較低、操作簡單等優(yōu)勢，缺點是靜置分離時間長，因此導致效率低，物料在靜置等待過程中容易變質。另外，還需要人工將濾渣鏟起來，勞動強度也比較大，敞開式的生產操作方式也不利于控制衛(wèi)生。因此，該方式不適用于魚鱗殘渣膠液的回收。

過濾分離是利用多孔性介質（如濾布）截留固-液懸浮液中的固體粒子，使固、液相分離開的一種方法。根據(jù)操作方式的不同，過濾分離可分為連續(xù)式過濾分離和間歇式過濾分離。常見的連續(xù)式過濾分離設備有真空轉鼓過濾機、帶式真空過濾機。試驗發(fā)現(xiàn)，提膠后質地變軟、體積變大的魚鱗極易附著在轉鼓上，魚鱗殘渣形成的濾渣層無法用刮刀完全清除，導致真空轉鼓過濾機無法正常卸料，因此真空轉鼓過濾機不適用于回收魚鱗殘渣膠液；帶式真空過濾機體積比較大，需要比較大的操作空間，也不太適合本案例。常見的間歇式過濾分離設備如板框過濾機，雖然結構簡單、價格較低，但不能連續(xù)操作，自動化水平較低，勞動強度大，生產效率低，濾布拆洗及安裝所需時間長，敞開式的生產操作方式也不利于控制衛(wèi)生。

離心分離是利用轉鼓高速轉動所產生的離心力來實現(xiàn)懸浮液的固液分離，工業(yè)上常見的離心分離設備有三足離心機、臥式螺旋卸料沉降離心機（以下簡稱“臥螺離心機”）等。三足離心機具有設備結構簡單、操作維修方便、過濾時間可隨意靈活調節(jié)、通用性強等特點，但需要人工上部卸料，間歇操作，工作強度大，生產效率低，不適用于本案例。臥螺離心機主機由轉鼓、螺旋輸送器、差速系統(tǒng)、軸承座、機座、罩殼、主電機、副電機以及電器系統(tǒng)等構成，其工作原理為：電機傳動裝置分別帶動外轉鼓和差速器進行高速旋轉，在差速器的作用下，螺旋輸送器產生一個略高于外轉鼓轉速的穩(wěn)定差轉速，以此實現(xiàn)物料在高速旋轉下的螺旋卸料功能；當機器達到額定轉速時，即可將需要處理的懸浮液由高位槽或輸送泵送入離心機中，物料通過螺旋輸送器的加速斗加速進入離心機的外轉鼓內，在強大的離心力場的作用下，被分離出來的固相沉渣很快堆積在外轉鼓內壁上，在螺旋輸送器葉片的推動下，固相沉渣不斷推向外轉鼓小端錐段的干燥區(qū)內；固相在離心力的擠壓下不斷脫水濃縮，最后被推出外轉鼓小端的排渣口，從固相收集罩殼中排出；被澄清的液相經溢流擋板位置調整后，沿螺旋槽不斷流向外轉鼓大端，經溢流孔從液相收集罩殼中排出。

臥螺離心機可以連續(xù)生產，生產能力強，自動化程度高，適用于工業(yè)的流水線作業(yè)。該設備采用變頻控制，可進行無級調速，以達到最佳的分離效果。而且整個分離過程都在密閉轉鼓內進行，不易受到污染，故而適用于管道化生產。設備中與物料接觸的部分可采用耐腐蝕性316L不銹鋼材質，并進行鏡面拋光處理，使其符合《食品生產通用衛(wèi)生規(guī)范》的要求。因此，與敞開式的三足離心機、壓濾機相比，臥螺離心機更容易受到食品、制藥行業(yè)的青睞。

根據(jù)生產統(tǒng)計，投入3300kg/批水分為60%（w/w）的濕魚脫灰魚鱗，完成提取操作后罐內魚鱗殘渣的平均體積為1.41m3（罐體液位計直接讀數(shù)），比重約為0.95t/m3，平均水分為90.05%（w/w），按照1：0.4的料液比向其中加入中溫水（55℃）并噴淋，合計待處理的魚鱗殘渣混懸液體積約為2.1m3，pH在3左右，魚鱗殘渣混懸液的溫度為70℃，須在1h內完成離心脫水。按照上述使用工況，臥螺離心機選型的主要參數(shù)詳見表2。

二、魚鱗殘渣膠液回收系統(tǒng)的設計

魚鱗殘渣膠液回收系統(tǒng)的回收流程如圖1所示。其中，1為提取罐，2為緩沖池，3為清洗用水，4為離心泵1，5為清洗用水，6為脫水后魚鱗殘渣出口，7為臥螺離心機，8為脫水后魚鱗殘渣回收裝置，9為膠液出口，10為膠液回收桶，11為離心泵2，12為回收膠液出口。

1.向提取后的魚鱗殘渣中按照1：0.4的料液比加入中溫水（55℃）及噴淋，邊攪拌邊排入緩沖池，緩沖池內設置有斜面沖孔板，對魚鱗殘渣內的雜物進行過濾與分散，防止其損壞后端的離心設備。緩沖池內設置液位計控制提取罐的出料閥，自動送料到緩沖池。緩沖池上方安裝有沖洗的噴頭，沖孔板堵塞時，可以打開噴頭進行清洗。緩沖池中設置有排污口，生產結束后可以清洗排污。

2.緩沖池出口與離心泵1相連接，離心泵1可以通過變頻調節(jié)送入離心機的流量。

3.混凝土澆筑臥螺離心機基礎，基礎的高度要便于脫水后魚鱗殘渣的裝袋回收和液體回收。根據(jù)膠體回收罐內液位計對離心泵2進行控制，自動將回收的膠液抽到后端的生產工序。

4.魚鱗殘渣膠液回收系統(tǒng)的清洗。在提取罐中配制適量的清洗液，沿著魚鱗殘渣膠液的回收線路進行清洗，再在提取罐內加入溫水沖洗掉殘留清洗液。

三、魚鱗殘渣膠液回收系統(tǒng)項目投入統(tǒng)計

魚鱗殘渣膠液回收系統(tǒng)項目投入統(tǒng)計情況如表2所示。魚鱗殘渣膠液回收系統(tǒng)的管道安裝及布線由動力部完成，離心機的混凝土基礎根據(jù)臥螺離心機廠家所提供的圖紙，外發(fā)施工。系統(tǒng)整體完工后，由生產部門、動力部門、臥螺離心機廠家進行調試。

四、結果與分析

本研究以投入3300kg/批水分為60%（w/w）的濕魚脫灰魚鱗為例，完成提取操作后罐內魚鱗殘渣的平均體積為1.41m3（罐體液位計直接讀數(shù)），比重約為0.95t/m3，平均水分為90.05%（w/w），按照1：0.4的料液比向其中加入中溫水（55℃），然后邊攪拌邊打開罐體的噴淋，將殘渣沖入緩沖池中，經由離心泵抽入臥螺離心機中。經過臥螺離心機脫水后，魚鱗殘渣的平均水分為79.98%（w/w），脫水后魚鱗殘渣的平均重量為668kg，回收膠液量平均為1.42m3，回收膠液平均濃度為1.50%（w/w），理論上每批次魚鱗殘渣膠液可以回收膠原蛋白肽粉22.85kg（按水分7%（w/w））。

魚鱗殘渣膠液回收系統(tǒng)的總功率為33.5kW，平均每批次回收加清洗的時間在1.5h左右。所以，每批次魚鱗殘渣膠液回收的電費為：33.5kW×0.73元/kW·h×1.5h=36.68元（電費平均按0.73元/kW·h計算）。

綜上所述，采用臥螺離心機對魚鱗殘渣膠液進行回收，回收系統(tǒng)的自動化水平高，現(xiàn)場操作人員的勞動強度低，回收及清洗操作簡單，容易標準化，且回收膠液全過程在密封的容器或管道內進行，不與外界環(huán)境接觸，不容易被污染，回收與清洗的效率高，比較適用于工業(yè)化生產。

殘渣膠液回收系統(tǒng)的改造投入為35萬元左右，每年按生產330天、2批/天計算，每年可以回收的產量為：330天×2批/天×22.85kg/批=15081kg。由此可知，每年可以增加的產量達15.08噸，增加產值超過數(shù)十萬元人民幣。因此，魚鱗殘渣膠液回收系統(tǒng)在技術上具有可行性，在經濟上也有較好的投資回報率。

作者簡介：楊莉莉（1985-），女，湖北大冶人，工程師，碩士研究生，研究方向為魚膠原蛋白肽、魚明膠生產工藝及其應用。

梁呂保（1982-），男，廣東茂名人，助理工程師，碩士研究生，研究方向為魚膠原蛋白肽、魚明膠生產工藝。