CN108455745A - 水溶性硅素浓缩液的制备方法、系统及水溶性硅素浓缩液 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水溶性硅素浓缩液的制备方法，根据偏硅酸的热敏感性等特点，制定，经过滤‑浓缩‑再过滤，生产效率高，得到的所述水溶性硅素浓缩液中的偏硅酸含量大于3000mg/L，杂质含量少，有害金属元素如铁、砷、铬、镁、钙等含量在0.1ppm以下。所述制备方法，不仅能得到水溶性硅素浓缩液，还能得到一般的饮用矿泉水，经济效益好，水资源也能得到充分利用。本发明的进行水溶性硅素浓缩液制备的系统，包括初过滤系统、浓缩系统和浓缩液过滤系统，设备占地面积小、成本低，使所述水溶性硅素浓缩液的制备工艺简单、高效。

Description

水溶性硅素浓缩液的制备方法、系统及水溶性硅素浓缩液

技术领域

本发明属于水净化技术领域，具体涉及一种制备水溶性硅素浓缩液的方法、系统及水溶性硅素浓缩液。

背景技术

随着生活水平的日益提高，人们越来越关注日常营养与保健，而艰巨日常功能性饮用及保健功效的矿泉水就越来越为人们所欢迎。矿泉水不仅能解决人们日常对饮用水的需求，其所含的水溶性矿物质成分更是能够为人们提供必需的微量元素，对人类身体健康大有裨益。

偏硅酸矿泉水中含有有益人体健康的水溶性硅元素，矿泉水中的偏硅酸易被人体吸收，能有效地维持人体的电解质平衡和生理机能，具有恢复血管弹性、增加皮肤弹性、促进骨骼发育等作用。

在矿泉水生产行业，我国将偏硅酸含量作为鉴定天然矿泉水是否达标的主要指标之一，含量高于25mg/l，属于优质天然矿泉水。但由于天然偏硅酸矿泉水中含水量高，偏硅酸含量较低，杂质含量较高，目前尚没有成熟的工艺及方法来提取高品质“水溶性硅素浓缩液”。偏硅酸对高温有很高的敏感度，普通的热浓缩和蒸馏等并不适宜提取高品质的水溶性硅素浓缩液。

发明内容

基于以上问题，本发明的其一目的是提供一种能够从偏硅酸矿泉水中提取出偏硅酸含量大于3000mg/L的水溶性硅素浓缩液的制备方法。

其二目的是提供一种实施以上制备方法的系统设备。

其三目的是得到所述制备方法制得的水溶性硅素浓缩液。

本发明的技术方案为：

本发明提供一种水溶性硅素浓缩液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将偏硅酸矿泉水初级除杂处理，得到精滤矿泉水；

所述初级除杂处理工艺依次包括一次颗粒过滤、有害金属元素过滤、钙镁离子过滤和二次微颗粒过滤；

(2)将所述精滤矿泉水进行连续膜浓缩处理，得到初级硅素浓缩液；

(3)将所述初级硅素浓缩液进行浓缩液除杂处理；

所述浓缩液除杂处理依次包括浓缩液有害金属元素过滤和浓缩液微型颗粒过滤。

以上水溶性硅素浓缩液的制备方法，以偏硅酸矿泉水为原料，首先经初级除杂过滤，除去偏硅酸矿泉水中的粗颗粒杂质、有害金属元素如铁、砷、铬等元素、除去钙镁离子，改善水质，最后再进行二次微颗粒过滤，除去前三次过滤中新引入的颗粒杂质以及一次颗粒过滤过程中没有过滤掉的微颗粒；第二步进行连续膜浓缩处理，使浓缩液中的偏硅酸浓度达到生产标准；最后进行浓缩液除杂过滤处理，进一步除去在制备过程中引入的有害金属元素及颗粒杂质，得到水溶性硅素含量高、且杂质含量少的水溶性硅素浓缩液。

根据本发明的水溶性硅素浓缩液的制备方法，在步骤(2)中，所述浓缩处理温度为50℃以下，压强为1.0-1.5MPa。温度限定是根据偏硅酸的热敏感性以及连续膜浓缩过程中膜的生产效率确定的，温度过高时，得到的浓缩液中偏硅酸固体含量增加，不能达到所述可溶性硅素浓缩液中可溶性硅素的浓度要求，且容易造成浓缩过程中膜的堵塞问题，严重制约生产效率。

优选的，所述浓缩温度为30-35℃，在此温度下，浓缩膜基本不产生堵塞，所述可溶性硅素浓缩液中可溶性硅素的浓度要求也能得到满足。

根据本发明的水溶性硅素浓缩液的制备方法，在步骤(3)中，还包括对浓缩液进行灭菌和/或硅藻土吸附过滤。优选的，采用臭氧进行杀菌操作。所述硅藻土吸附过滤可以进一步过滤浓缩液中的悬浮胶体和颗粒物质。

根据本发明的水溶性硅素浓缩液的制备方法，在步骤(2)中，将所述精滤矿泉水进行分级连续膜浓缩处理。采用分级连续膜浓缩处理，具有加快浓缩速度，减少堵膜现象发生的有益效果。

优选的，在步骤(2)中，将所述精滤矿泉水进行三级膜浓缩处理。在进行一级膜浓缩处理后，达到5倍浓缩效果，进行二级膜浓缩处理后，达到10倍浓缩效果，进行三级膜浓缩处理后，达到20倍浓缩效果。

根据本发明的水溶性硅素浓缩液的制备方法，在步骤(1)中，所述一次颗粒过滤为石英砂过滤，所述有害金属元素过滤采用锰砂过滤，所述钙镁离子过滤采用钠离子交换树脂除杂，所述二次微颗粒过滤采用超滤膜过滤；

在步骤(3)中，所述有害金属元素过滤采用锰砂过滤，所述微型颗粒过滤采用超滤膜过滤。

本发明提供进行水溶性硅素浓缩液制备的系统，包括初过滤系统、浓缩系统和浓缩液过滤系统，所述初过滤系统、浓缩系统和浓缩液过滤系统依次通过管道连通；

所述初过滤系统中的一次颗粒过滤装置、有害金属元素过滤装置、钙镁离子过滤装置和二次微颗粒过滤装置通过管道依次连通；

所述浓缩系统包括原料罐、清洗罐、连续膜浓缩装置和浓液罐，所述原料罐储存经初过滤后得到的精滤矿泉水，所述清洗罐储存用于清洗所述连续膜浓缩装置的清洗液，所述浓液罐用以储存所述连续膜浓缩装置浓缩后的初级硅素浓缩液；所述原料罐和清洗罐的出液口与所述连续膜浓缩装置的进液口通过管道连通，所述连续膜浓缩装置的浓液出口与所述清洗罐和浓液罐的进液口通过管道连通，所述连续膜浓缩装置的滤液出口与所述清洗罐的进液口通过管道连通，将所述清洗罐输入所述连续膜浓缩装置完成清洗后的滤液经滤液出口重新输送回所述清洗罐；

所述连续膜浓缩装置的进液口管道上安装有膜前压力表和膜前压力传感器，所述连续膜浓缩装置的浓液出口管道上安装有浓液流量计、膜后压力表、膜后压力传感器和温度传感器，用以指示和控制浓缩过程中，浓液的流量、温度和压力，保证浓缩的顺利进行；

所述浓缩液过滤系统包括浓缩液有害金属元素过滤装置和浓缩液微型颗粒过滤装置，所述浓缩液有害金属元素过滤装置和浓缩液微型颗粒过滤装置相互连通；进一步优选，还包括对浓缩液灭菌装置和/或硅藻土吸附过滤装置；

所述二次微颗粒过滤装置与所述原料罐相互连通，所述浓液罐与所述浓缩液有害金属元素过滤装置相互连通；

在以上所述浓缩液过滤系统中的所述原料罐、清洗罐、连续膜浓缩装置和浓液罐的排液口处均设有排污管道，所述排污管道上均安装有排污阀。

根据本发明的水溶性硅素浓缩液制备的系统，所述浓缩系统还包括高压泵和管道泵，所述原料罐和清洗罐的出液口与所述连续膜浓缩装置的进液口之间连接高压泵，所述连续膜浓缩装置的浓液出口引出浓液回流管，所述浓液回流管通过所述管道泵连接至所述高压泵出口。

在以上系统的基础之上，为了控制系统各部流量，调节压力和温度，设定：连通所述原料罐与高压泵之间的管道上安装有过滤进液阀，连通所述清洗罐与高压泵之间的管道上安装有清洗进液阀，所述连续膜浓缩装置的浓液出口处的管道上安装有压力调节阀，所述管道泵的进液口一侧的浓液回流管上安装有浓液回流阀，所述连续膜浓缩装置的滤液出口处的管道上安装有滤液清洗阀，在所述浓液罐的进液口、所述清洗罐的进液口与所述连续膜浓缩装置的浓液出口之间的管道上分别安装浓液进液阀和清洗回流阀，所述浓液进液阀和清洗回流阀分别靠近所述浓液罐和清洗罐的进液口安装。

进一步地，本发明的水溶性硅素浓缩液制备的系统还包括控制柜，所述控制柜的信号输入端分别与温度传感器的信号输出端、膜前压力传感器的信号输出端和膜后压力传感器的信号输出端连接；所述控制柜的控制信号输出端分别与高压泵的控制信号输入端和管道泵的控制信号输入端连接。

本发明提供的一种水溶性硅素浓缩液，由本发明的水溶性硅素浓缩液的制备方法制得，所述水溶性硅素浓缩液中的偏硅酸含量大于3000mg/L，其中包含的各种有害金属元素如铁、砷、铬、镁、钙等含量在0.1ppm以下。

本发明的有益效果为：

本发明的水溶性硅素浓缩液的制备方法，根据偏硅酸的热敏感性等特点，制定，经过滤-浓缩-再过滤，生产效率高，得到的所述水溶性硅素浓缩液中的偏硅酸含量大于3000mg/L，杂质含量少，有害金属元素如铁、砷、铬、镁、钙等含量在0.1ppm以下。所述制备方法，不仅能得到水溶性硅素浓缩液，还能得到一般的饮用矿泉水，经济效益好，水资源也能得到充分利用。

本发明的进行水溶性硅素浓缩液制备的系统，包括初过滤系统、浓缩系统和浓缩液过滤系统，设备占地面积小、成本低，使所述水溶性硅素浓缩液的制备工艺简单、高效。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的进行水溶性硅素浓缩液制备的系统总示意图；

图2是所述浓缩系统示意图；

图3是所述浓缩液过滤系统包括浓缩液灭菌装置和硅藻土吸附过滤装置的示意图。

图中1、初过滤系统；2、浓缩系统；3、浓缩液过滤系统；11、一次颗粒过滤装置；12、有害金属元素过滤装置；13、钙镁离子过滤装置；14、二次微颗粒过滤装置；21、原料罐；22、清洗罐；23、连续膜浓缩装置；24、浓液罐；25、高压泵；26、管道泵；31、浓缩液有害金属元素过滤装置；32、浓缩液微型颗粒过滤装置；33、浓缩液灭菌装置；34、硅藻土吸附过滤装置；211、过滤进液阀；221、清洗进液阀；222、清洗回流阀；231、滤液清洗阀；232、压力调节阀；233、膜前压力表；234、膜前压力传感器；235、温度传感器；236、膜后压力传感器；237、膜后压力表；238、浓液流量计；241、浓液进液阀；261、浓液回流阀；271、排污阀。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

实施例

本发明提供一种水溶性硅素浓缩液的制备方法，包括以下步骤：

(1)将偏硅酸矿泉水初级除杂处理，得到精滤矿泉水；

所述初级除杂处理工艺依次包括一次颗粒过滤、有害金属元素过滤、钙镁离子过滤和二次微颗粒过滤；具体选择所述一次颗粒过滤为石英砂过滤，所述有害金属元素过滤采用锰砂过滤，所述钙镁离子过滤采用钠离子交换树脂除杂，所述二次微颗粒过滤采用超滤膜过滤；

(2)将所述精滤矿泉水进行连续膜浓缩处理，得到初级硅素浓缩液，所述浓缩处理温度为50℃以下，压强为1.0-1.5MPa；优选，所述浓缩温度为30-35℃，在此温度下，浓缩膜基本不产生堵塞，所述可溶性硅素浓缩液中可溶性硅素的浓度要求也能得到满足；

(3)将所述初级硅素浓缩液进行浓缩液除杂处理，得到所述水溶性硅素浓缩液；

所述浓缩液除杂处理依次包括浓缩液有害金属元素过滤和浓缩液微型颗粒过滤。

在步骤(2)中，将所述精滤矿泉水进行分级连续膜浓缩处理。采用分级连续膜浓缩处理，具有加快浓缩速度，减少堵膜现象发生的有益效果。

优选的，在步骤(2)中，将所述精滤矿泉水进行三级膜浓缩处理。在进行一级膜浓缩处理后，达到5倍浓缩效果，进行二级膜浓缩处理后，达到10倍浓缩效果，进行三级膜浓缩处理后，达到20倍浓缩效果。

本发明提供进行水溶性硅素浓缩液制备的系统，包括初过滤系统1、浓缩系统2和浓缩液过滤系统3，所述初过滤系统1、浓缩系统2和浓缩液过滤系统3依次通过管道连通；在所述初过滤系统1中进行所述制备方法中步骤(1)的偏硅酸矿泉水初级除杂处理，得到精滤矿泉水，在所述浓缩系统2中进行精滤矿泉水连续膜浓缩处理，得到初级硅素浓缩液，在所述浓缩液过滤系统3中进行初级硅素浓缩液除杂处理；

所述初过滤系统1中的一次颗粒过滤装置11、有害金属元素过滤装置12、钙镁离子过滤装置13和二次微颗粒过滤装置14通过管道依次连通；

所述浓缩系统2包括原料罐21、清洗罐22、连续膜浓缩装置23和浓液罐24，所述原料罐21储存经初过滤后得到的精滤矿泉水，所述清洗罐22储存用于清洗所述连续膜浓缩装置23的清洗液，所述浓液罐24用以储存所述连续膜浓缩装置23浓缩后的初级硅素浓缩液；所述原料罐21和清洗罐22的出液口与所述连续膜浓缩装置23的进液口通过管道连通，所述连续膜浓缩装置23的浓液出口与所述清洗罐22和浓液罐24的进液口通过管道连通，所述连续膜浓缩装置23的滤液出口与所述清洗罐22的进液口通过管道连通，将所述清洗罐22输入所述连续膜浓缩装置23完成清洗后的滤液经滤液出口重新输送回所述清洗罐22；

所述连续膜浓缩装置23的进液口管道上安装有膜前压力表233和膜前压力传感器234，所述连续膜浓缩装置23的浓液出口管道上安装有浓液流量计238、膜后压力表237、膜后压力传感器236和温度传感器235，用以指示和控制浓缩过程中，浓液的流量、温度和压力，保证浓缩的顺利进行；

所述浓缩液过滤系统3包括浓缩液有害金属元素过滤装置31和浓缩液微型颗粒过滤装置32，所述浓缩液有害金属元素过滤装置31和浓缩液微型颗粒过滤装置32相互连通；

所述二次微颗粒过滤装置14与所述原料罐21相互连通，所述浓液罐24与所述浓缩液有害金属元素过滤装置31相互连通；

在以上系统的基础之上，为了控制系统各部流量，调节压力和温度，设定：连通所述原料罐21与高压泵25之间的管道上安装有过滤进液阀211，连通所述清洗罐22与高压泵25之间的管道上安装有清洗进液阀221，所述连续膜浓缩装置23的浓液出口处的管道上安装有压力调节阀232，所述管道泵26的进液口一侧的浓液回流管上安装有浓液回流阀261，所述连续膜浓缩装置23的滤液出口处的管道上安装有滤液清洗阀231，在所述浓液罐24的进液口、所述清洗罐22的进液口与所述连续膜浓缩装置23的浓液出口之间的管道上分别安装浓液进液阀241和清洗回流阀222，所述浓液进液阀241和清洗回流阀222分别靠近所述浓液罐24和清洗罐22的进液口安装。

进一步优选，所述浓缩液过滤系统3还包括对浓缩液灭菌装置33和/或硅藻土吸附过滤装置34；如图3所示。可以对得到的浓缩液进行杀菌和进一步过滤浓缩液中的悬浮胶体和颗粒物质。

在以上所述浓缩液过滤系统3中的所述原料罐21、清洗罐22、连续膜浓缩装置23和浓液罐24的排液口处均设有排污管道，所述排污管道上均安装有排污阀271。

进一步地，所述浓缩系统2还包括高压泵25和管道泵26，所述原料罐21和清洗罐22的出液口与所述连续膜浓缩装置23的进液口之间连接高压泵25，所述连续膜浓缩装置23的浓液出口引出浓液回流管，所述浓液回流管通过所述管道泵26连接至所述高压泵25出口。高压泵25可以保证清洗罐22内的清洗液和原料罐21内的所述精滤矿泉水高效地输送至所述连续膜浓缩装置23内，所述管道泵26的设置可以保证不满足偏硅酸浓度的浓缩液再一次经过所述浓液回流管，由所述管道泵26泵至所述高压泵25内，再次进入所述连续膜浓缩装置23进行浓缩。

进一步地，本发明的水溶性硅素浓缩液制备的系统还包括控制柜，所述控制柜的信号输入端分别与温度传感器235的信号输出端、膜前压力传感器234的信号输出端和膜后压力传感器236的信号输出端连接；所述控制柜的控制信号输出端分别与高压泵25的控制信号输入端和管道泵26的控制信号输入端连接。

本发明提供的一种水溶性硅素浓缩液，由本发明的水溶性硅素浓缩液的制备方法制得，所述水溶性硅素浓缩液中的偏硅酸含量大于3000mg/L，其中包含的各种有害金属元素如铁、砷、铬、镁、钙等含量在0.1ppm以下。以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种水溶性硅素浓缩液的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将偏硅酸矿泉水初级除杂处理，得到精滤矿泉水；

所述初级除杂处理工艺依次包括一次颗粒过滤、有害金属元素过滤、钙镁离子过滤和二次微颗粒过滤；

(2)将所述精滤矿泉水进行连续膜浓缩处理，得到初级硅素浓缩液；

(3)将所述初级硅素浓缩液进行浓缩液除杂处理；

所述浓缩液除杂处理依次包括有害金属元素过滤和微型颗粒过滤。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，所述浓缩处理温度为50℃以下，压强为1.0-1.5MPa。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，还包括对浓缩液进行灭菌和/或硅藻土吸附过滤。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，将所述精滤矿泉水进行分级连续膜浓缩处理。

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，在步骤(2)中，将所述精滤矿泉水进行三级膜浓缩处理。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在步骤(1)中，所述一次颗粒过滤为石英砂过滤，所述有害金属元素过滤采用锰砂过滤，所述钙镁离子过滤采用钠离子交换树脂除杂，所述二次微颗粒过滤采用超滤膜过滤；

在步骤(3)中，所述有害金属元素过滤采用锰砂过滤，所述微颗粒过滤采用超滤膜过滤。

7.权利要求1-6所述进行水溶性硅素浓缩液制备的系统，其特征在于，包括初过滤系统(1)、浓缩系统(2)和浓缩液过滤系统(3)，所述初过滤系统(1)、浓缩系统(2)和浓缩液过滤系统(3)依次通过管道连通；

所述初过滤系统(1)中的一次颗粒过滤装置(11)、有害金属元素过滤装置(12)、钙镁离子过滤装置(13)和二次微颗粒过滤装置(14)通过管道依次连通；

所述浓缩系统(2)包括原料罐(21)、清洗罐(22)、连续膜浓缩装置(23)和浓液罐(24)，所述原料罐(21)和清洗罐(22)的出液口与所述连续膜浓缩装置(23)的进液口通过管道连通，所述连续膜浓缩装置(23)的浓液出口与所述清洗罐(22)和浓液罐(24)的进液口通过管道连通，所述连续膜浓缩装置(23)的滤液出口与所述清洗罐(22)的进液口通过管道连通；

所述浓缩液过滤系统(3)包括浓缩液有害金属元素过滤装置(31)和浓缩液微型颗粒过滤装置(32)，所述浓缩液有害金属元素过滤装置(31)和浓缩液微型颗粒过滤装置(32)相互连通；

所述二次微颗粒过滤装置(14)与所述原料罐(21)相互连通，所述浓液罐(24)与所述浓缩液有害金属元素过滤装置(31)相互连通。

8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述浓缩系统(2)还包括高压泵(25)和管道泵(26)，所述原料罐(21)和清洗罐(22)的出液口与所述连续膜浓缩装置(23)的进液口之间连接高压泵(25)，所述连续膜浓缩装置(23)的浓液出口引出浓液回流管，所述浓液回流管通过所述管道泵(26)连接至所述高压泵(25)出口。

9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，在所述浓缩液过滤系统(3)中的所述原料罐(21)、清洗罐(22)、连续膜浓缩装置(23)和浓液罐(24)的排液口处均设有排污管道。

10.一种水溶性硅素浓缩液，其特征在于，由权利要求1-6任一方法制得，所述水溶性硅素浓缩液中的偏硅酸含量大于3000mg/L。