CN110236082A

CN110236082A - 一种采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法及装置

Info

Publication number: CN110236082A
Application number: CN201910643437.XA
Authority: CN
Inventors: 李少香; 王栋; 雷芸娜; 崔跃飞; 刘猛; 程家骥; 曲文娟
Original assignee: Qingdao University of Science and Technology
Current assignee: Qingdao University of Science and Technology
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2019-09-17

Abstract

本发明属于水处理技术领域。采用频繁倒极电渗析技术，利用聚合交联度高，抗有机污染能力强的含氟合金离子交换膜，实现中卤水中活性营养物质与盐卤的分离。该方法包括原水预处理、电渗析与盐卤浓缩过程，采用频繁倒极电渗析工艺处理脱除不溶组分的卤水，以镁离子浓度降至100mg/L，氯离子浓度降至235mg/L作为淡化液排出标准；浓缩液循环罐中盐卤浓度达到12％作为浓缩液排出标准，分别得到脱盐卤水和低浓度盐卤；低浓度盐卤脱水浓缩至点卤工艺浓度。同时提供专用处理装置。本发明涉及的采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法，工艺简单，易于控制，在实现可用资源再利用的同时实现污水零排放。适用于豆制品加工行业。

Description

一种采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法及装置

技术领域

本发明属于水处理技术领域，涉及工业废水处理技术，特别涉及豆腐卤水的分离与回收利用技术。

背景技术

豆腐作为我国传统食物最典型的代表，在民众日常膳食中占有重要的地位，迄今已有两千多年的制造、食用历史。

豆腐因其美味并且具有较高的营养价值而被大众喜爱，有高蛋白、低热量、易消化、易吸收等特点。豆腐中的营养物质包括40％的蛋白质，20％的脂肪，10％的水分，5％的纤维素，5％的矿物质。此外，还含有多种生理活性成分，如大豆多肽、大豆异黄酮等。豆腐中含有铁、钙、磷、镁等人体必需的多种微量元素，还含有糖类、植物油，一定量的人体必需氨基酸和维生素，如赖氨酸、色氨酸、硫胺素、核黄素、烟酸等，胆固醇含量低，素有“植物肉”、“完全蛋白质”之称。

传统豆腐制作工艺是将原料大豆在特定的水温、水质、水量下浸泡并制成豆浆，之后利用“两步法”煮浆，先在70℃下煮浆10分钟，再加热至100℃煮5分钟。煮好的豆浆过滤、冷却，温度降至85℃。点浆是制作豆腐最关键的环节，发挥主要作用的是凝固剂。市面上豆腐制作工艺主要利用卤水作为凝固剂，其主要成分包括氯化镁、硫酸镁、氯化钙、硫酸钙。点卤过程中，在卤水的诱发下豆腐凝胶迅速形成。这种方法制出的豆腐不仅极大程度保留了大豆的风味，而且具有独特的甘甜口感。长久以来，卤水豆腐一直是大众喜爱的豆腐品种。

从营养学领域研究，大豆中对人体最为有益的物质为大豆异黄酮。作为大豆及其制品的重要保健成分，大豆异黄酮是大豆生长中形成的一类次级代谢产物，主要由大豆苷元、乙酰基大豆苷、丙二酰基大豆苷等12种组分组成。近年来，大豆异黄酮被研究确认为大豆中最具有抗癌活性的五种成分之一，具有降低胆固醇含量、预防乳腺癌、结肠癌、骨质疏松，减轻心血管病风险等功效。

豆腐卤水中所含营养丰富，但由于凝聚剂的加入，使得其中含有大量镁离子、氯离子等，严重影响了豆腐卤水的口感，有较强的苦涩味，无法供给人类饮用。传统豆腐卤水的处理工艺为生化法，利用微生物降解其中多糖、蛋白质等有机组分。然而，大豆异黄酮在豆腐凝胶形成的过程(即点浆过程)中会溶于豆腐卤水中，点浆结束后随豆腐卤水处理达标排放，造成营养大量流失。豆腐中一些其他的活性营养成分也流失严重，有效避免卤水豆腐营养物质的流失一直是阻碍研究发展的难点之一。

近年来，研究用乳酸将豆腐卤水发酵成酸性豆腐凝固剂，解决了在传统豆腐生产过程中存在的杂菌污染和产品质量不稳定等问题，一定程度避免了营养物质的流失。但发酵过程中产生的酸性发酵液需进一步处理。

随着膜技术的发展，超滤、纳滤、反渗透技术相继被应用在豆腐卤水处理当中，实现了大豆低聚糖与大分子蛋白质的较高纯度的提取。然而，小分子糖类与无机盐类分离仍未得到解决，且膜过程产生的浓水仍然需要进一步处理。

发明内容

本发明的目的在于解决豆腐点浆过程中造成的豆腐中营养物质流失与豆腐卤水在后续工艺中处理困难的问题，提供一种豆腐卤水的处理方法，同时提供专用设备方案。

本发明的目的是这样实现的，采用频繁倒极电渗析技术，首次将其应用在本领域中，并根据本发明的目的对其具体工作参数进行了调整，实现豆腐卤水中的盐卤分离，结合盐卤浓缩及淡化液后加工，实现无污染排放和豆腐加工过程中营养物质的充分利用。

利用聚合交联度高，抗有机污染能力强的含氟合金离子交换膜，在不吸附水中活性营养物质的同时还可以将其截留，使营养物质留在淡化室内，保证营养物质的回收率，同时在浓缩室中可得到不含有机成分的盐卤溶液。

本发明涉及的采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法，包括原水预处理、电渗析与盐卤浓缩过程，所述：

1)原水预处理过程：采用固液分离工艺去除卤水中的不溶组分；

2)电渗析过程：采用频繁倒极电渗析工艺处理脱除不溶组分的卤水，以镁离子浓度降至100mg/L，氯离子浓度降至235mg/L作为淡化液排出标准；浓缩液循环罐中盐卤浓度达到12％作为浓缩液排出标准，分别得到脱盐卤水和低浓度盐卤；

3)盐卤浓缩过程：低浓度盐卤脱水浓缩至点卤工艺浓度。

本发明涉及的采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法，包括原水预处理、电渗析与盐卤浓缩过程，其特征在于：电渗析过程压力稳定并不超过0.4Bar。

本发明涉及的采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法，包括原水预处理、电渗析与盐卤浓缩过程，其特征在于：所述电渗析过程为自动频繁倒极电渗析，倒极周期15～30min之间。

本发明涉及的采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法，包括原水预处理、电渗析与盐卤浓缩过程，其特征在于：原水预处理过程先将原水降温至35～45℃之间。

本发明涉及的频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水装置，包括通过阀门依次连接的原水预处理系统、电渗析系统与盐卤浓缩系统，所述：

4)原水预处理系统：由依次连接的冷却装置14、袋式过滤器15和原水周转罐16组成；

5)电渗析系统：由频繁倒极电渗析器17、淡化液循环罐18和浓缩液循环罐19组成，淡化液循环罐底部设有pH传感器20，浓缩液循环罐底部设有电导率传感器21；

淡化液循环罐分别与原水周转罐、频繁倒极电渗析器连接，底部设置脱盐卤水出口9；

浓缩液循环罐与频繁倒极电渗析连接器，顶部设置进水口11，底部设置盐卤出口12；

6)盐卤浓缩系统：为与盐卤出口连接的多效蒸发装置13。

本发明涉及的频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水装置，包括依次连接的原水预处理系统、电渗析系统与盐卤浓缩系统，其特征在于：频繁倒极电渗析器为三隔室结构，隔室由一对含氟合金离子交换膜与带布水流道的隔板构成。

本发明涉及的频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水装置，包括依次连接的原水预处理系统、电渗析系统与盐卤浓缩系统，其特征在于：频繁倒极电渗析器为包括控制系统在内的自动频繁倒极电渗析器。

本发明涉及的频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水装置，包括依次连接的原水预处理系统、电渗析系统与盐卤浓缩系统，其特征在于：所述频繁倒极电渗析器的膜堆尺寸400mm×800mm，膜对数为100对。

本发明涉及的频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水装置，包括依次连接的原水预处理系统、电渗析系统与盐卤浓缩系统，其特征在于：电渗析器所用电极液为Na₂SO₄。

本发明涉及的采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法，工艺简单，易于控制，在实现可用资源再利用的同时实现污水零排放。通过豆腐卤水中有机成分与卤盐的有效分离，脱盐后的豆腐卤水活性营养物质含量高、口感怡人(苦咸味完全去除)，可直接用于口感顺滑、营养丰富的豆制品保健饮料加工，浓缩后的盐卤可直接回用。不仅有效解决了豆腐中活性营养物质大量流失的问题，而且省去了豆腐生产厂家对豆腐卤水的处理，显著提高原料利用率的，降低环境污染，经济社会效益显著。适用于食品加工行业，特别适用于豆制品加工行业。

附图说明

图1本发明涉及的频繁倒极电渗析处理豆腐卤水系统装置示意图

图中：a：流量计；b：压力表；c：磁力泵；

1～8-渗析器循环管路阀门，9脱盐卤水出口，10-淡化液循环罐与原水周转罐的连通阀门，11-进水口，12-盐卤出口，13-多效蒸发装置，14-冷却装置，15-袋式过滤器，16-原水周转罐，17-电渗析器，18-淡化液循环罐，19-浓缩液循环罐，20-pH传感器，21-电导率传感器

具体实施方式

为使本发明公开的自动频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水的方法更为简单易懂，下面将结合具体实例来进一步阐述该方法的操作流程、具体参数。本发明的保护范围不限于此。

设备构成包括：自动频繁倒极电渗析器一台，配1.5m³储罐2个；冷却装置一台；过滤精度5μm、法兰口径40m的袋式过滤器一台，单机最大流量5/d；

XINPAI-ZFQ89多效蒸发器一台；上下分别设置进出口的5m³储罐一个用于脱渣原水周转；雷磁PHS-25型ph计一支；雷磁DDSJ-308F型电导率仪一台；截止阀、JQ-LLJ流量计；欧威YN-Y100压力表；MP-F-255SCV5磁力泵，设备结构布局如附图1所示。

频繁倒极电渗析器为三隔室结构，隔室由一对浙江蓝然的合金离子交换膜与带布水流道的隔板构成。膜堆尺寸400mm×800mm，膜对数100对；电极液采用1％Na₂SO₄溶液。

淡化液循环罐18为内设ph计传感器20的1.5m³储罐，中部设置两对循环液进口和出口(磁阀1、2、3、4)底部设置脱盐卤水排放阀9，通过阀门10与原水周转罐16相连；

浓缩液循环罐19为内设电导仪传感器21的1.5m³储罐，中部设置两对循环液进口和出口(磁阀5、6、7、8),上方设置注水口11，底部设置与多效蒸发器连接的盐卤排放阀12；

淡化液循环罐18和浓缩液循环罐19分别与自动频繁倒极电渗析器17的淡化室和浓缩室双回路并联连接，输入管路设置磁力泵和压力表，输出管路设置流量计，通过阀门调整形成两套方向相反的循环回路。

依次由下而上布局5m³脱渣原水周转罐、袋式过滤器和冷却装置，脱渣原水周转罐底部出口与淡化液循环罐通过阀门连接。

多效蒸发器与浓缩液循环罐连通，得到本发明涉及的自动频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水装置。

以传统豆腐制作工艺中排放的豆腐卤水为处理对象说明卤水的处理方法和技术效果。待处理豆腐卤水中大豆异黄酮含量3000mg/L，镁离子含量2150mg/L，氯离子含量4620mg/L。大豆异黄酮的含量采用高效液相色谱法测得。镁离子、氯离子含量采用离子色谱分析测得。

使用时，豆腐卤水自豆腐制作生产线上排出以后，首先通过冷却装置降温到40-45℃之间、通过袋式过滤器除渣后进入原水周转罐。

(2)根据电渗析过程中ph值和电导率的变化规律，倒极时间间隔设定为20min，启动自动频繁倒极电渗析系统，系统自动打开阀门10和11，分别将预处理的除渣原水1m³注入淡化液循环罐，1m³自来水注入浓缩液循环罐。

关闭阀门10、11，打开阀门2、3、6、7、，同时打开各回路中的磁力泵c，通过流量计a调节流速，控制管路内压力平衡，不超过0.4Bar。接通倒极直流电源，进行电渗析脱盐。

倒极时，阀门2、3、6、7关闭，阀门1、4、5、8开启，同时电源正负极倒极。

渗析处理过程中在淡化液循环罐取样，进行水质检测，当镁离子浓度降至100mg/L，氯离子浓度降至235mg/L时，停止电渗析，打开脱盐卤水出口9阀门，放出脱盐卤水，保存在脱盐卤水周转罐中，以备下一步加工。淡化液循环罐中料液降至0.5m³时，关闭脱盐卤水出口阀门9，阀门10打开，脱渣原水补入淡化液循环罐至1m³，重复电渗析脱盐过程。

当浓缩液循环罐中盐卤浓度达到12％时，电导率传感器自动发出命令，盐卤出口12阀门打开，12％的盐卤溶液进入多效蒸发装置。当浓缩液循环罐中料液降至0.2m³时，盐卤出口12阀门关闭，阀门11打开，向浓缩液循环罐补水至1m³。重复电渗析脱盐过程。

启动多效蒸发装置将排出的盐卤溶液浓缩至40％，输送到盐卤储罐，直接用于豆腐制作工艺中的点浆环节。

该套装置可对豆腐卤水进行连续处理，无污水排放，脱盐卤水中镁、氯离子含量低，在有效保持豆腐卤水中活性营养成分含量的同时，得到口感顺滑且营养丰富的豆制品饮料。盐卤回收率达到97％，浓缩室得到的盐卤溶液可以循环利用，实现有机成分和盐卤的回用，在节省了豆腐卤水处理费用的同时，减低材料消耗。

Claims

1.一种采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法，包括原水预处理、电渗析与盐卤浓缩过程，其特征在于：所述：

2)电渗析过程：采用频繁倒极电渗析工艺处理脱除不溶组分的卤水，以淡化液循环罐中镁离子浓度降至100mg/L，氯离子浓度降至235mg/L作为淡化液排出标准；浓缩液循环罐中盐卤浓度达到12％作为浓缩液排出标准，分别得到脱盐卤水和低浓度盐卤；

3)盐卤浓缩过程：低浓度盐卤脱水浓缩至点卤工艺浓度。

2.根据权利要求1所述的采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法，其特征在于：电渗析过程压力稳定并不超过0.4Bar。

3.根据权利要求1所述的采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法，其特征在于：所述电渗析过程为自动频繁倒极电渗析，倒极周期15～30min之间。

4.根据权利要求1～3任意一项所述的采用频繁倒极电渗析工艺处理豆腐卤水的方法，其特征在于：原水预处理过程先将原水降温至35～45℃之间。

5.根据权利要求1～3任意一项所述的频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水用装置，包括通过阀门依次连接的原水预处理系统、电渗析系统与盐卤浓缩系统，所述：

1)原水预处理系统：由依次连接的冷却装置(14)、袋式过滤器(15)和原水周转罐(16)组成；

2)电渗析系统：由频繁倒极电渗析器(17)、淡化液循环罐(18)和浓缩液循环罐(19)组成，淡化液循环罐底部设有pH传感器(20)，浓缩液循环罐底部设有电导率传感器(21)；

淡化液循环罐分别与原水周转罐、频繁倒极电渗析器和脱盐卤水储存罐通过阀门(10)连接；

浓缩液循环罐与频繁倒极电渗析连接器，顶部设置进水口(11)，底部设置盐卤出口(12)；

3)盐卤浓缩系统：为与盐卤出口连接的多效蒸发装置(13)。

6.根据权利要求5所述的频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水装置，其特征在于：频繁倒极电渗析器为三隔室结构，隔室由一对含氟合金离子交换膜与带布水流道的隔板构成。

7.根据权利要求5所述的频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水装置，其特征在于：频繁倒极电渗析器为包括控制系统在内的自动频繁倒极电渗析器。

8.根据权利要求6所述的频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水装置，其特征在于：所述频繁倒极电渗析器的膜堆尺寸400mm×800mm，膜对数为100对。

9.根据权利要求5所述的频繁倒极电渗析系统处理豆腐卤水装置，其特征在于：电渗析器所用电极液为Na₂SO₄。