電絮凝與上浮結(jié)合在糖漿脫色中的應(yīng)用

文 毅，劉軍杰，梁 曉，劉 健

（中國輕工業(yè)成都設(shè)計(jì)工程有限公司，四川成都 610015）

糖漿上浮（氣浮清凈）技術(shù)最早應(yīng)用在煉糖廠處理原糖的回溶糖漿，糖漿上浮工藝原理簡單，發(fā)展至今已經(jīng)比較成熟，但是很多糖廠應(yīng)用后沒有取得預(yù)期的效果?，F(xiàn)有傳統(tǒng)糖漿上浮系統(tǒng)，除了濁度和硫化物殘留量兩項(xiàng)指標(biāo)處理較好，其余指標(biāo)處理結(jié)果不理想，存在脫色率不高、純度降低、助劑消耗大等問題，導(dǎo)致部分糖廠時(shí)用時(shí)停，失去了投資的意義。本文將電絮凝技術(shù)和糖漿上浮技術(shù)兩種技術(shù)相結(jié)合，對其工藝進(jìn)行了初步研究，考察了其對糖漿的平均脫色率、純度、渾濁度、糖漿SO2平均除去率和糖漿灰分去除率等指標(biāo)的影響。綜合分析了近年電化學(xué)技術(shù)在制糖工業(yè)應(yīng)用研究現(xiàn)狀，對電絮凝糖漿上浮脫色出現(xiàn)的問題進(jìn)行了總結(jié)和討論。

1 電絮凝脫色機(jī)理

電絮凝技術(shù)具有占地小，運(yùn)行簡單，脫色效果優(yōu)良的特點(diǎn)，其脫色過程涉及到物理及多重電化學(xué)反應(yīng)。①電荷凝聚功能。陽極溶解的金屬離子，通過水解、聚合，形成吸附能力較強(qiáng)的多核氫氧化物，該氫氧化物具有較理想的絮凝作用，可與糖漿內(nèi)的膠態(tài)雜質(zhì)、懸浮雜質(zhì)形成絮凝物，能使絮凝物快速形成團(tuán)狀。②氣浮清除功能。電解過程中產(chǎn)生氣體以微小氣泡形式呈現(xiàn)，與糖漿中的膠體、硫化物、灰分等雜質(zhì)粘附在一起，促使微粒間接觸碰撞，體積變大，再通過機(jī)械制泡產(chǎn)生的大氣泡推動(dòng)，團(tuán)狀絮凝物會(huì)浮出糖漿上浮器表面，通過刮渣器推出回流至混合汁箱。③脫色功能。在強(qiáng)電場作用下，通過電化學(xué)產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化性的自由基，自由基對陰極上的還原作用使氧化型色素還原。將發(fā)生反應(yīng)的元素或者化合物變成穩(wěn)定的狀態(tài)，形成不溶或疏水的聚集體，從糖漿中分離。

2 電絮凝在糖漿脫色的應(yīng)用研究

清汁經(jīng)蒸發(fā)濃縮后，無機(jī)物變成飽和狀態(tài)析出，部分有機(jī)物如膠體物質(zhì)凝聚為懸浮物，使糖漿變渾濁，糖漿中的懸浮物為糖漿總固形物的0.03%～0.1%。糖漿中的無機(jī)物主要成分為硫酸鈣，此外還有少量的鈉、鎂、鐵、鋁及鋅等陽離子。有機(jī)物主要是蛋白質(zhì)（4%～5%）、類脂物（2%～4%）和多糖類[1]。電絮凝通過強(qiáng)氧化與強(qiáng)還原，破壞發(fā)色團(tuán)官能基，同時(shí)將糖漿中的膠體雜質(zhì)、懸浮物、溶解物絮凝，產(chǎn)生新的聚集體，在上浮器內(nèi)上浮，達(dá)到脫色分離除雜的目的。

將60～65 Bx粗糖漿泵送至糖漿高位箱，通入蒸汽加熱到75～85 ℃，加熱后粗糖漿進(jìn)入一級(jí)反應(yīng)箱，糖漿pH值在6.4～6.8，經(jīng)電絮凝反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，電絮凝反應(yīng)時(shí)間10 min。采用攪拌機(jī)構(gòu)使糖漿混合均勻，再流入二級(jí)反應(yīng)箱，加入6～10 mg/L絮凝劑，充分絮凝與制得氣泡混合后從上浮器底部進(jìn)入上浮器，沿著上浮器中心筒分散進(jìn)入上浮器池中，絮體氣浮至上浮器頂部表面濃縮成黑色浮渣，用自動(dòng)刮板機(jī)刮出回流至混合汁箱，浮清的清糖漿從池底經(jīng)溢流箱溢流至煮糖清糖漿箱。粗糖漿、絮體浮渣、清糖漿互不干擾。按工藝流程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室模擬實(shí)驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)結(jié)果為采用電絮凝結(jié)合糖漿上浮脫色技術(shù)糖漿平均脫色率達(dá)13%，純度平均提高0.36 AP，渾濁度平均降低49.62%，糖漿SO2平均除去率31%，電導(dǎo)灰分平均除灰分率55.74%。

3 電絮凝在糖漿脫色存在的問題

（1）電極棒鈍化。電極鈍化產(chǎn)生的鈍化膜會(huì)影響電絮凝效果，電極反應(yīng)器需要設(shè)計(jì)電極自動(dòng)清洗功能，以清除極棒表面積垢，減緩電極鈍化。

（2）可溶性電極消耗大，電極需要由鐵、鋁等材料向復(fù)合型材料方向選擇，如鈦、鉑復(fù)合電極等。

（3）電絮凝電極采用金屬材料鋁或鐵作為電極材料，電極析出變?yōu)闅溲趸锖?，存在于糖漿中，有可能造成白糖產(chǎn)品金屬離子超標(biāo)。

（4）粗糖漿經(jīng)電絮凝糖漿上浮工藝，生產(chǎn)流程加長，物料停留時(shí)間延長，可能會(huì)導(dǎo)致蔗糖在酸性條件下的轉(zhuǎn)化，降低煮煉收回率，這也是糖漿上浮系統(tǒng)爭議之處。

4 電化學(xué)在制糖工業(yè)中的應(yīng)用研究

蔗汁中除蔗糖外其余為電解質(zhì)或帶電體，在外電池作用下產(chǎn)生一系列電動(dòng)現(xiàn)象。蔗汁中主要色素物質(zhì)為酚類物質(zhì)和含氨基化合物等大分子有機(jī)物，電解時(shí)這些物質(zhì)移動(dòng)到陽極表面與電極產(chǎn)生氧化反應(yīng)從而被降解，韋艷君等[2]對DSA電極電解混合汁脫色進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，針對電流密度、電解時(shí)間、溫度、極間距和初始pH值等因素對混合汁的脫色影響，其研究結(jié)果為電解時(shí)間與電解溫度均為影響混合汁脫色效果的重要因素，電解對混合汁具有顯著脫色效果，一定條件下對16.5 Bx的混合汁脫色率可以達(dá)到70%以上。

韋艷君等[3]在單因素實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以糖廠混合汁為原料，根據(jù)Box-Benhnken的設(shè)計(jì)原理對電解電壓、電解時(shí)間、電解液初始pH值3因素進(jìn)行響應(yīng)面分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電解脫色混合汁工藝條件電壓16 V，電解時(shí)間38 min，初始pH為6.9，電極間距1 cm時(shí)，混合汁脫色率為48%。

黃永春等[4]采用鋁電極直流電對糖汁進(jìn)行電絮凝脫色，發(fā)現(xiàn)電絮凝法處理糖汁的最佳工藝條件為電絮凝時(shí)間12 min、電流密度600 A/m2、溫度50 ℃、電極間距15 mm，此條件下糖汁脫色率可達(dá)90%以上，該實(shí)驗(yàn)糖汁采用的是赤砂糖和蒸餾水進(jìn)行制備。李存芝等[5]對原糖漿進(jìn)行了電解脫色處理，研究了電解過程中添加澄清劑的脫色效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，電解時(shí)間10 min，添加0.4%澄清劑，對原糖漿脫色率達(dá)85%以上。

糖蜜酒精廢液經(jīng)厭氧處理后出水有機(jī)物具有濃度高、色度大、可生化性差等特性，任云等[6]采用電Fenton工藝處理糖蜜酒精廢液厭氧發(fā)酵出水，并研究了電Fenton反應(yīng)中影響因子對廢水COD去除速率和BOD5/COD（B/C）值的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)初始pH調(diào)至3，電流密度0.6 mA/cm2、H2O2投加量20 mL/L、極間距2 cm、反應(yīng)90 min后，廢水COD去除率達(dá)75%，B/C由0.113增大為0.479，廢水可生化性得到顯著改善。

5 結(jié)語

電絮凝技術(shù)結(jié)合糖漿上浮系統(tǒng)，在運(yùn)行過程中能夠有效去除懸浮物、膠體顆粒、有機(jī)物等，清除糖漿中非糖雜質(zhì)，降低糖漿色值、濁度和二氧化硫殘余量，提高糖漿質(zhì)量，最終提升白砂糖產(chǎn)品品質(zhì)。同時(shí)能減少糖漿中的灰分，減少石灰和磷酸的消耗，運(yùn)行成本降低。依照糖漿特點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代科技的快速發(fā)展，合理地選擇電極配置，組合電化學(xué)技術(shù)及電磁氧化技術(shù)或超聲波技術(shù)，仍是需要重點(diǎn)研究的課題。