CN114702173B - 一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法 - Google Patents
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Abstract
一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，涉及一种甘蔗植物水臭氧预处理技术，甘蔗经压榨后得到甘蔗混合汁，甘蔗混合汁经过陶瓷膜过滤澄清后得到甘蔗清汁和甘蔗汁浓缩液，甘蔗清汁经过有机纳滤膜处理得到甘蔗植物水原水及纳滤浓缩液，经过臭氧预处理和活性炭吸附，得到甘蔗植物水二级水，用有机纳滤膜进行第二次处理得到甘蔗植物水三级水，最后用臭氧处理得到最终甘蔗植物水产品。本发明基于多级膜过程分离、浓缩、杀菌及吸附等水处理工艺的集成，适用于甘蔗植物水的深度纯化处理，处理方法简单、效率高，适合小规模化应用。
Description
技术领域
本发明属于甘蔗制糖技术领域，具体是一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法。
背景技术
甘蔗植物水来源于甘蔗，是一种天然植物水，采用多级膜集成工艺所制。甘蔗汁成分复杂，既有蔗糠、泥沙等颗粒物，也有淀粉、果胶、蛋白质等多种胶体和糖、多酚、氨基酸、有机酸及无机离子等。这些物质分子量、带电性、极性等及其分离特性差异显著，同时也随着甘蔗品种、成熟程度、种植环境及收获方式变化而变化。甘蔗汁经多级膜处理后，仍会保留一部分营养、活性及微量元素等成分，在多级膜物理过滤中会绝大部分保留在甘蔗汁中，可能会有部分进入甘蔗植物水，从而会使甘蔗植物水具有一定活性功能及独特风味。而当前多级膜对复杂蔗汁体系分离效能适应性有限，导致甘蔗植物水品质存在不稳定现象，会出现微生物生长、絮凝及沉淀等不良情况。因此，在甘蔗植物水生产过程中，须进行对甘蔗植物水进行深度纯化以保证其品质并延长货架期。因此，对常规甘蔗植物水生产工艺进行优化，进行深度纯化，减少水中溶解性有机物、矿物质等含量，延长货架期成为当前研究重点。
传统饮用水处理工艺包括混凝、沉淀、过滤和消毒，主要以去除水中的悬浮物、浊度、色度和细菌为主，但对溶解性的有机物去除相对不足。近年，高级氧化过程(AOP)逐渐兴起，其涉及羟基自由基(·OH)氧化，也被称为高级氧化技术(AOT)。AOP技术可将可生化性差、不同相对分子质量的、难处理的有机物直接矿化或通过氧化提高污染物的可生化性。因其具有的特殊优势，各种不同的AOP给水处理技术在水处理领域得到广泛研究，其中以臭氧为核心工艺的高级氧化技术的研究较多。因此，将臭氧氧化技术应用于甘蔗植物水生产过程中，以去除甘蔗汁中的有机物、无机物等物质，是保证甘蔗植物水品质稳定的一个有效解决办法。
发明内容
本发明的目的是提供一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，其采用臭氧氧化技术进行预处理并结合活性炭吸附技术，对甘蔗植物水进行深度纯化，以弥补多级膜效能不稳定的短板，从而保证甘蔗植物水品质稳定性，对甘蔗植物水的工业化生产具有重要指导意义。
本发明是采用以下技术方案实现的：一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，使用臭氧对甘蔗植物水原水进行预氧化。
所述预氧化后的甘蔗植物水原水再经活性炭吸附、有机纳滤膜处理及臭氧杀菌，得到甘蔗植物水。
所述臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法包括以下步骤：
E、臭氧预氧化：用臭氧发生器制备臭氧，将臭氧通入甘蔗植物水原水中；
F、活性炭吸附：用椰子壳为原料的活性炭对经步骤E得到的甘蔗植物水进行吸附，得到甘蔗植物水二级水；
G、有机纳滤膜处理：以膜孔径为以截留分子量为100Da的有机纳滤膜对经步骤F得到的甘蔗植物水二级水进行过滤得到甘蔗植物水三级水；
H、臭氧杀菌：用臭氧发生器制备臭氧，将臭氧通入经步骤G得到的甘蔗植物水三级水中，得到甘蔗植物水。
所述甘蔗植物水原水按以下步骤制备：
A、甘蔗提汁：对甘蔗进行压榨，得到锤度为13～15°Bx的混合汁；
B、预灰：混合汁中加入蔗糖钙，调节pH值至6.8～7.2；
C、陶瓷膜过滤：将混合汁通过陶瓷膜进行物理分离，得到甘蔗清汁和甘蔗浓缩汁；
D、有机纳滤膜过滤：有机纳滤膜对甘蔗清汁进行过滤，得到含有少量有机物的甘蔗植物水原水。
进一步优选的，步骤A中所述的甘蔗取自广西大学甘蔗基地。
进一步优选的：步骤B所述的蔗糖钙由糖浆和石灰乳按6:1的体积比例混合制成，反应温度为55～58℃，糖浆的锤度为60～65°Bx，石灰乳的浓度为12～15°Bx。
进一步优选的：步骤C所述的陶瓷膜的过滤温度为80～88℃，操作压力为0.1～0.5MPa，膜面流速为3.0～5.0m/s。
进一步优选的：步骤D所述的有机纳滤膜过滤温度为50～56℃，操作压力为1～5.0MPa。
进一步优选的：步骤E所述的臭氧投加量为3～10mg/L。
进一步优选的：步骤F所述的活性炭使用的是颗粒状椰子壳活性炭，粒径为2～6mm。
进一步优选的：步骤G所述的有机纳滤膜过滤温度为50～56℃，操作压力为1～5.0MPa。
进一步优选的：步骤H所述的臭氧投加量为1～5mg/L。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)甘蔗混合汁经陶瓷膜物理分离后，经过有机纳滤膜处理后得到甘蔗植物水原水，先进行一次臭氧化预处理，能够氧化甘蔗植物水原水中有机物，使大分子量的有机物分解为小分子量的有机物，用活性炭进行吸附，能够减少后续有机纳滤膜处理量，缓解膜污染，减少膜设备的投资，降低生产成本。
(2)采用深度纯化技术生产甘蔗植物水，可延长甘蔗植物水保质期，保证产品的稳定性。
(3)基于一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法生产的甘蔗植物水，纯度高、生产成本低、设备投资少。
附图说明
图1为一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法的工艺流程图。
具体实施方式
下面结合实施例，对发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分，而不是全部的实施例。
实施例1
一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，包括如下步骤：
A、甘蔗提汁：使用常规榨机对甘蔗进行压榨，得到锤度为13°Bx的混合汁。
B、预灰：混合汁中加入蔗糖钙，调节pH值至6.8。
C、陶瓷膜过滤：将混合汁通过膜孔径为20nm的陶瓷膜进行物理分离，得到甘蔗清汁和甘蔗浓缩汁。
D、有机纳滤膜过滤：以膜孔径为以截留分子量为100Da的有机纳滤膜对甘蔗清汁进行过滤，得到含有少量有机物的甘蔗植物水原水。
E、臭氧预氧化：用臭氧发生器制备臭氧，将臭氧通入甘蔗植物水原水中。
F、活性炭吸附：用椰子壳为原料的活性炭对经步骤E得到的甘蔗植物水进行吸附，得到甘蔗植物水二级水。
G、有机纳滤膜处理：以膜孔径为以截留分子量为100Da的有机纳滤膜对经步骤F得到的甘蔗植物水二级水进行过滤得到甘蔗植物水三级水。
H、臭氧杀菌：用臭氧发生器制备臭氧，将臭氧通入经步骤G得到的甘蔗植物水三级水中，得到甘蔗植物水。
步骤A中所述的甘蔗取自广西大学甘蔗基地。
步骤B所述的蔗糖钙由糖浆和石灰乳按6:1的体积比例混合制成，反应温度为55℃，糖浆的锤度为62°Bx，石灰乳的浓度为12°Bx。
步骤C所述的陶瓷膜的过滤温度为80℃，操作压力为0.1MPa，膜面流速为3.0m/s。
步骤D所述的有机纳滤膜过滤温度为50℃，操作压力为1.0MPa。
步骤E所述的臭氧投加量为3mg/L。
步骤F所述的活性炭使用的是颗粒状椰子壳活性炭，粒径为2mm。
步骤G所述的有机纳滤膜过滤温度为50℃，操作压力为1.0MPa。
步骤H所述的臭氧投加量为1mg/L。
实施例2
A、甘蔗提汁：使用常规榨机对甘蔗进行压榨，得到锤度为14°Bx的混合汁。
B、预灰：混合汁中加入蔗糖钙，调节pH值至7.0。
C、陶瓷膜过滤：将混合汁通过膜孔径为50nm的陶瓷膜进行物理分离，得到甘蔗清汁和甘蔗浓缩汁。
D、有机纳滤膜过滤：以膜孔径为以截留分子量为100Da的有机纳滤膜对甘蔗清汁进行过滤，得到含有少量有机物的甘蔗植物水原水。
E、臭氧预氧化：用臭氧发生器制备臭氧，将臭氧通入甘蔗植物水原水中。
F、活性炭吸附：用椰子壳为原料的活性炭对经步骤E得到的甘蔗植物水进行吸附，得到甘蔗植物水二级水。
G、有机纳滤膜处理：以膜孔径为以截留分子量为100Da的有机纳滤膜对经步骤F得到的甘蔗植物水二级水进行过滤得到甘蔗植物水三级水。
H、臭氧杀菌：用臭氧发生器制备臭氧，将臭氧通入经步骤G得到的甘蔗植物水三级水中，得到甘蔗植物水。
步骤A中所述的甘蔗取自广西大学甘蔗基地。
步骤B所述的蔗糖钙由糖浆和石灰乳按6:1的体积比例混合制成，反应温度为57℃，糖浆的锤度为63°Bx，石灰乳的浓度为13°Bx。
步骤C所述的陶瓷膜的过滤温度为85℃，操作压力为0.3MPa，膜面流速为4.0m/s。
步骤D所述的有机纳滤膜过滤温度为54℃，操作压力为3.0MPa。
步骤E所述的臭氧投加量为5mg/L。
步骤F所述的活性炭使用的是颗粒状椰子壳活性炭，粒径为4mm。
步骤G所述的有机纳滤膜过滤温度为51℃，操作压力为3.0MPa。
步骤H所述的臭氧投加量为3mg/L。
实施例3
A、甘蔗提汁：使用常规榨机对甘蔗进行压榨，得到锤度为15°Bx的混合汁。
B、预灰：混合汁中加入蔗糖钙，调节pH值至7.2。
C、陶瓷膜过滤：将混合汁通过膜孔径为100nm的陶瓷膜进行物理分离，得到甘蔗清汁和甘蔗浓缩汁。
D、有机纳滤膜过滤：以膜孔径为以截留分子量为100Da的有机纳滤膜对甘蔗清汁进行过滤，得到含有少量有机物的甘蔗植物水原水。
E、臭氧预氧化：用臭氧发生器制备臭氧，将臭氧通入甘蔗植物水原水中。
F、活性炭吸附：用椰子壳为原料的活性炭对经步骤E得到的甘蔗植物水进行吸附，得到甘蔗植物水二级水。
G、有机纳滤膜处理：以膜孔径为以截留分子量为100Da的有机纳滤膜对经步骤F得到的甘蔗植物水二级水进行过滤得到甘蔗植物水三级水。
H、臭氧杀菌：用臭氧发生器制备臭氧，将臭氧通入经步骤G得到的甘蔗植物水三级水中，得到甘蔗植物水。
步骤A中所述的甘蔗取自广西大学甘蔗基地。
步骤B所述的蔗糖钙由糖浆和石灰乳按6:1的体积比例混合制成，反应温度为58℃，糖浆的锤度为65°Bx，石灰乳的浓度为15°Bx。
步骤C所述的陶瓷膜的过滤温度为88℃，操作压力为0.5MPa，膜面流速为5.0m/s。
步骤D所述的有机纳滤膜过滤温度为56℃，操作压力为5.0MPa。
步骤E所述的臭氧投加量为10mg/L。
步骤F所述的活性炭使用的是颗粒状椰子壳活性炭，粒径为6mm。
步骤G所述的有机纳滤膜过滤温度为56℃，操作压力为5.0MPa。
步骤E所述的臭氧投加量为5mg/L。
对比例
目前，基于常规水处理方法，仅通过纳滤膜、反渗透膜对甘蔗混合汁进行处理生产甘蔗植物水，具体步骤如下：
A、甘蔗提汁：使用常规榨机对甘蔗进行压榨，得到锤度为15°Bx的混合汁。
B、预灰：混合汁中加入蔗糖钙，调节pH值至7.2。
C、陶瓷膜过滤：将混合汁通过膜孔径为100nm的陶瓷膜进行物理分离，得到甘蔗清汁和甘蔗浓缩汁。
D、有机纳滤膜过滤：以膜孔径为以截留分子量为100Da的有机纳滤膜对甘蔗清汁进行过滤，得到甘蔗植物水。
步骤A中所述的甘蔗取自广西大学甘蔗基地。
步骤B所述的蔗糖钙由糖浆和石灰乳按6:1的体积比例混合制成，反应温度为58℃，糖浆的锤度为65°Bx，石灰乳的浓度为15°Bx。
步骤C所述的陶瓷膜的过滤温度为88℃，操作压力为0.5MPa，膜面流速为5.0m/s。
步骤D所述的有机纳滤膜过滤温度为53℃，操作压力为5.0MPa。
使用实施例1、实施例2、实施例3及对比例获得的甘蔗植物水进行检测，室温下，通过PH计测定水样PH值，通过电导率仪测定水样电导率值，基于总有机碳分析仪测定水样总有机碳值，采用紫外分光光度法测定水样UV254的值。检测结果如下，其中表1为实施例1的检测结果，表2为实施例2的检测结果，表3为实施例3的检测结果，表4为对比例的检测结果。
表1
表2
表3
表4
实施例和对比例实验结果表明，采用本发明的方法制备出的甘蔗植物水电导率、总有机碳值均低于对比例中基于常规水处理方法所制备的甘蔗植物水水样，说明本发明方法能够降低甘蔗植物水中有机物和矿物质含量，从而有利于延长货架期，对比例所制备的甘蔗植物水货架期为3个月，实施例所制备的甘蔗植物水货架期为1年，保证了甘蔗植物水品质稳定性；实施例和对比例所制备的甘蔗植物水的口味基本一致。三个实施例的甘蔗植物水水样检测结果表明，臭氧投加量和活性炭颗粒大小对甘蔗植物水水样有一定影响。
上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不限于上述实例，本技术领域的普通技术人员，在本发明的实质范围内，作出的变化、改型、添加或替换，都应属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，其特征在于，使用臭氧对甘蔗植物水原水进行预氧化，预氧化后的甘蔗植物水原水再经活性炭吸附、有机纳滤膜处理及臭氧杀菌，得到甘蔗植物水；具体步骤如下：
A、甘蔗提汁：对甘蔗进行压榨，得到锤度为13～15oBx的混合汁；
B、预灰：混合汁中加入蔗糖钙，调节pH值至6.8～7.2；
C、陶瓷膜过滤：将混合汁通过陶瓷膜进行物理分离，得到甘蔗清汁和甘蔗浓缩汁；
D、有机纳滤膜过滤：有机纳滤膜对甘蔗清汁进行过滤，得到含有少量有机物的甘蔗植物水原水；
E、臭氧预氧化：用臭氧发生器制备臭氧，将臭氧通入甘蔗植物水原水中；
F、活性炭吸附：用活性炭对经步骤E得到的甘蔗植物水进行吸附，得到甘蔗植物水二级水；
G、有机纳滤膜处理：以有机纳滤膜对经步骤F得到的甘蔗植物水二级水进行过滤得到甘蔗植物水三级水；
H、臭氧杀菌：将臭氧通入经步骤G得到的甘蔗植物水三级水中，得到甘蔗植物水；
步骤B所述的蔗糖钙由糖浆和石灰乳按6:1的体积比例混合制成，反应温度为55～58℃，糖浆的锤度为60～65oBx，石灰乳的浓度为12～15oBx。
2.根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，其特征在于，步骤C所述的陶瓷膜的过滤温度为80～88℃，操作压力为0.1～0.5MPa，膜面流速为3.0～5.0m/s，陶瓷膜膜孔径为20～100nm。
3.根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，其特征在于，步骤D所述的有机纳滤膜过滤温度为50～56℃，操作压力为1～5.0MPa，有机纳滤膜膜孔径为以截留分子量为100Da。
4.根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，其特征在于，步骤E所述的臭氧投加量为3～10mg/L。
5.根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，其特征在于，步骤F所述的活性炭使用的是颗粒状椰子壳活性炭，粒径为2～6mm。
6.根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，其特征在于，步骤G所述的有机纳滤膜过滤温度为50～56℃，操作压力为1～5.0MPa，有机纳滤膜膜孔径为以截留分子量为100Da。
7.根据权利要求1所述的一种臭氧预氧化处理甘蔗植物水的深度纯化方法，其特征在于，步骤H所述的臭氧投加量为1～5mg/L。
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2022
- 2022-05-05 CN CN202210494104.7A patent/CN114702173B/zh active Active
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