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中科污水廢水處理設(shè)備管式膜設(shè)備在工業(yè)中的應(yīng)用

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作者: 中科新遠(yuǎn)    發(fā)布于:2012-12-01 16:58:08
摘要:眾所周知,構(gòu)成自然界的各種物質(zhì),除了少數(shù)以純凈物質(zhì)形式存在外,絕大多數(shù)以混合物形式存在。為了使各類物質(zhì)適合人們的需要,經(jīng)常要進(jìn)行物質(zhì)分離、凈化、提純或濃縮。隨著現(xiàn)代社會對物質(zhì)高效分離與純化的要求, 膜科學(xué)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并形成一項(xiàng)欣欣向榮的高科技產(chǎn)業(yè)
1 引言
    眾所周知,構(gòu)成自然界的各種物質(zhì),除了少數(shù)以純凈物質(zhì)形式存在外,絕大多數(shù)以混合物形式存在。為了使各類物質(zhì)適合人們的需要,經(jīng)常要進(jìn)行物質(zhì)分離、凈化、提純或濃縮。隨著現(xiàn)代社會對物質(zhì)高效分離與純化的要求, 膜科學(xué)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,并形成一項(xiàng)欣欣向榮的高科技產(chǎn)業(yè)。
    膜分離法是以外界能量為推動力,用高分子薄膜,憑借各組分在膜中傳質(zhì)的選擇性差異,對多組分流體物質(zhì)進(jìn)行分離、分級、提純和富集的方法。膜分離法是微濾(MF)、超濾(UF)、納濾(NF)、反滲透(RO)、氣體分離(GP)、滲透蒸發(fā)(PV)、滲析(DL)和電滲析(ED)等一系列膜分離技術(shù)的總稱。
    膜分離過程一般不涉及相變化,操作溫度在室溫左右,具有投資小、占地少、無污染、高效、節(jié)能等特點(diǎn),可減少產(chǎn)品流失,提高產(chǎn)品得率并避免環(huán)境污染,符合清潔生產(chǎn)工藝的要求與規(guī)范。在人類面臨環(huán)境污染、能源與資源危機(jī)的今天,膜分離技術(shù)受到世界各國環(huán)保當(dāng)局的重視與推廣。近二三十年來膜技術(shù)取得了顯著進(jìn)展。1990年全世界制膜工業(yè)銷售總額已達(dá)到40億美元,且以每年14~30%的速度增長,目前已廣泛應(yīng)用于化工、電子、輕工、醫(yī)藥、紡織、印染、造紙、發(fā)電冶金、國防、石油、污水處理、農(nóng)業(yè)、食品等各行業(yè)。膜分離技術(shù)是當(dāng)代國際上公認(rèn)的最具有經(jīng)濟(jì)效益和社會效益的高新技術(shù)之一。下面對膜技術(shù)及其在食品工業(yè)中的應(yīng)用做一簡要介紹。
    2 膜技術(shù)應(yīng)用于食品工業(yè)的特點(diǎn)
    膜分離技術(shù)作為新興的化工分離單元,在食品/飲料工業(yè)中受到高度重視。主要特點(diǎn)如下。
    ①在常溫下進(jìn)行,營養(yǎng)成分損失極少,特別適合于熱敏性物質(zhì)如果汁、酶等的分離、分級、濃縮與富集。
    ②不發(fā)生相變化,所以揮發(fā)性成分如芳香物質(zhì)損失較少,可保持原有的芳香,與有相變化的分離法和其他分離法相比,能耗低,分離水分時(shí),其費(fèi)用約為蒸發(fā)濃縮或冷凍濃縮的1/2~1/5。
    ③在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行,被分離食品無色素分解和褐變反應(yīng)。
    ④不用化學(xué)試劑和添加劑,產(chǎn)品不受污染。
    ⑤選擇性好,可在分子級內(nèi)進(jìn)行物質(zhì)分離,具有普通濾材無法取代的卓越性能。
    ⑥適應(yīng)性強(qiáng),使用范圍廣,可用于分離、濃縮、純化、澄清等工藝。
    ⑦處理規(guī)??纱罂尚?,可以連續(xù)也可以間歇進(jìn)行,膜組件可單獨(dú)使用也可聯(lián)合使用,工藝簡單,操作簡便,易于實(shí)現(xiàn)自動化操作。
    在食品加工工業(yè)中,膜技術(shù)應(yīng)用的最大障礙是處理料液多種多樣,物理性質(zhì)千差萬別。同時(shí)食品工業(yè)要求膜技術(shù)的處理成本十分低廉,這就更增加了膜分離技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用難度。
    3 膜技術(shù)在食品工業(yè)中的應(yīng)用
    3.1 在果蔬汁生產(chǎn)中的應(yīng)用
    在果蔬汁生產(chǎn)中,膜技術(shù)有兩方面的主要應(yīng)用:微濾、超濾技術(shù)用于澄清過濾;納濾、反滲透技術(shù)用于濃縮。
    用超濾法澄清果汁時(shí),細(xì)菌將與濾渣一起被膜截留,不必加熱就可除去混入果汁中的細(xì)菌。相對于酶法而言,濾汁中不存在未分解的果膠,長期貯存極少出現(xiàn)二次沉淀。
    果蔬汁濃縮的目的是為了提高果汁成份的穩(wěn)定性、減少體積以便于運(yùn)輸,同時(shí)期望能除去酸和產(chǎn)生不良?xì)馕兜某煞值?,改善果蔬汁風(fēng)味。傳統(tǒng)的果蔬汁濃縮方法主要采用蒸發(fā)與冷凍脫水兩種,都存在高溫或低溫相變過程,能耗大,且因果蔬汁內(nèi)含有大量有機(jī)酸,加熱濃縮時(shí)容易氧化變質(zhì),營養(yǎng)成份損失嚴(yán)重,產(chǎn)品品質(zhì)低。例如:果蔬汁中的芳香成份在蒸發(fā)濃縮過程中幾乎全部失去,冷凍脫水法也只保留大約8%,而用反滲透技術(shù)則能保留30~60%。
    3.2 在乳品工業(yè)中的應(yīng)用
    反滲透、超濾技術(shù)主要用于乳清蛋白的回收和牛乳的濃縮。目前各國廣泛應(yīng)用超濾法作為回收乳清蛋白的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。
    用膜分離技術(shù)加工乳品比用其他方法更為經(jīng)濟(jì)。從牛奶生產(chǎn)酸奶或奶酪等傳統(tǒng)上使用蒸發(fā)濃縮法,不但能耗較高,且會破壞牛奶中的某些熱敏性成份,影響產(chǎn)品質(zhì)量。將反滲透技術(shù)用于稀牛奶的濃縮,可生產(chǎn)出品質(zhì)令人滿意的奶酪及甜酸奶。用反滲透技術(shù)除去乳牛清中的微量青霉素,大大延長了乳制品的保質(zhì)期。
    采用反滲透法還能將乳清中的固形成分濃縮至18%~30%,進(jìn)一步干燥后用于家畜飲料或乳清酪的原料。但是在全干乳清中由于含有大量的乳糖和灰分,因而限制了它在食品中的應(yīng)用,當(dāng)采用超濾時(shí),可在濃縮乳清蛋白的同時(shí),從膜的透過液中分離掉乳糖、灰分等。
    日本對牛奶的超過濾濃縮與真空蒸發(fā)法作了對比,結(jié)果表明,對于一個(gè)日處理量為226.8t的工廠來說,無論是設(shè)備投資與運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用超過濾法均要便宜得多。古巴干酪公司生產(chǎn)干酪素的經(jīng)驗(yàn)表明,每4.536kg牛奶可制備0.453kg干酪,剩下4.082公斤乳清若以反滲透法和蒸發(fā)法結(jié)合對乳清進(jìn)行處理時(shí),當(dāng)日處理牛奶量為421848kg,一年生產(chǎn)92d,比單純用蒸發(fā)干燥法可節(jié)省8萬美元。
    3.3 在酒類生產(chǎn)中的應(yīng)用
    用超濾膜能除去酒及酒精飲料中如殘存的酵母菌、雜菌及膠體等,使酒的澄清性得到改善,并獲得良好的保存性,還能使生酒具有熟成味,縮短老熟期。一些酒經(jīng)超濾處理后風(fēng)味有所改善,變得清爽又醇香延綿。目前采用超濾對酒和酒精飲料的精制已在美國、意大利、日本等國得到應(yīng)用,所處理的酒類有葡萄酒、威士忌、燒酒、清酒、黃酒等。使用超濾法還避免酒的熱殺菌易引起的混濁成分的析出,簡化了過濾設(shè)備。
    用超濾代替離心分離進(jìn)行葡萄酒的提純,可以在不加化學(xué)試劑情況下制得透明葡萄酒,還可降低酒中的乙醇含量。
    過濾是啤酒生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié),目的是除去啤酒中的酵母、蛋白質(zhì)和多酚復(fù)合物等微小物質(zhì),改善啤酒的生物和非生物的穩(wěn)定性。經(jīng)棉餅過濾或硅藻土過濾后之啤酒稱為鮮啤酒或生啤酒,貯存超過一周就會發(fā)生生物混濁。人們?nèi)粘o嬘玫钠垦b啤酒,在裝瓶后必須經(jīng)過低溫滅菌,使殘留的酵母及其他雜菌停止繁殖,這樣的啤酒稱為熟啤酒,一般能保持60~90d或更長。生啤酒的口味雖優(yōu)于熟啤酒,但不能長期保存,給運(yùn)輸及銷售等帶來一定的困難。為了使生啤酒不經(jīng)低溫加熱滅菌而能長期保存,建議采用過濾膜進(jìn)行啤酒的精濾和無菌過濾的新技術(shù)。
    3.4 在豆制品工業(yè)中的應(yīng)用
    蛋白質(zhì)的分離和回收是膜技術(shù)在豆制品工業(yè)中的主要應(yīng)用。豆乳制作時(shí)產(chǎn)生的大豆乳清,通常方法只能從中提取近60%的蛋白質(zhì),殘留蛋白質(zhì)可以用超濾進(jìn)行濃縮,能夠增加20~30%的豆腐收率。采用超濾法可在濃縮蛋白的同時(shí),去除產(chǎn)生豆膻味和影響豆乳穩(wěn)定性的低分子物質(zhì),提高豆乳質(zhì)量。
    制醬工廠排出的廢水中,80%以上BOD主要來自大豆的蒸煮汁。大豆煮汁可進(jìn)行分階段超濾處理,經(jīng)膜法處理后的透過液可作為生產(chǎn)用水回收,濃縮液可作為生產(chǎn)原料。大豆蛋白工業(yè)中的乳清處理,是防止水體污染的重要問題。大豆乳清中含有多種低分子蛋白質(zhì)、多糖類、肽、少糖類等物質(zhì),采用超濾法從大豆乳清中回收濃縮大豆蛋白,以滿足人類和畜牧業(yè)的需求。采用超濾法對大豆乳清進(jìn)行濃縮分離,濃縮液中含有β-淀粉酶、胰朊酶、阻凝酶、阻凝劑等,選用合適的超濾膜對β-淀粉酶進(jìn)一步分離濃縮,可獲得β-淀粉酶產(chǎn)品。
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