反渗透膜于食品加工及生物工程领域的应用

邵令美

       反渗透膜在食品加工和生物工程中的应用 反渗透在食品加工和生物工程领域的应用包括工艺用水处理、产品有效成分回收、脱水浓缩以及物质分离等４个方面。选择膜法对食品和生物产品浓缩、分离和回收是由该技术固有的过程优势所决定的，如反渗透可在常温下闭合回路中操作，从而减少了空气中氧对料液的影响及蒸发过程的热降解问题；反渗透操作只是加压输送过程，工艺简单，无溶剂相变，大大节约了能源等；尤其在附加值高的稀溶液中微量成分的回收浓缩等方面，其他方法有很多困难，而反渗透是可行的。陶氏反渗透膜,陶氏膜,陶氏膜清洗 乳制品蛋白质、氨基酸及多糖的分离与浓缩是反渗透技术在本领域内主要的应用，采用反渗透直接或间接（对超滤后的渗透液）处理牛奶和乳清在欧美已经非常普遍，一套7000m2膜面积（管式为主）的反渗透工艺约需投资6000万美元其他应用包括在食品加工中糖、酸、碱等食品加工化学品的回收,果汁（番茄汁、橙汁、苹果汁、葡萄汁等）的浓缩，多糖与蛋白的分离，中药有效成分的提取，芳香物质的回收以及发酵中的醇水分离等，其中很多已工业化应用。 膜技术在食品加工和生物产品中的应用关键在于解决使用中的膜污染问题，一般通过膜组器设计、工艺匹配和清洗等渠道解决。值得注意的是分离应用中往往要求膜对盐的截留率较低，而对有机物截留，如糖、氨基酸与盐的适当分离以及染料与盐的分离等，此时，纳滤是一种很有发展前景的主流技术，这也是近年来纳滤膜研制日益成为重点的原因之一。一般而言，在工艺应用上单靠反渗透或纳滤技术一个单元来解决所有问题的想法是不现实的，多工艺的组合往往是工业化有效的思路，如反渗透/纳滤与薄膜蒸发、电渗析、结晶、渗透蒸发以及促进传递等方式的合理组合。 反渗透/纳滤技术已经成为现代工业中的主导技术之一。虽然世界上生产膜的厂商及研制单位很多，但现状是排在前列的四五个主要跨国公司拥有了世界上90%以上的产量和市场，而在1998年仅反渗透膜市场的销售量已达2亿美元（以膜计），发展前景是十分光明的。这一点从海水和苦咸水淡化及纯水和超纯水生产的市场依然十分强劲、废水处理及生物工程应用逐渐普及等方面可以清楚地看出。如何研究开发出耐氧化、抗污染、高选择性、可以广泛适用于给水和废水体系的更经济的膜产品，将是本世纪科学家以及工程技术人员的主要任务和目标。 ②加阻垢剂，现市场上正规厂商所供反渗透专用阻垢剂多为有机酸盐类和聚丙烯酸盐类阻垢剂，阻垢效果较好。海德能公司生产的阻垢剂可允许进水侧铁浓度达8.0ppm，浓水侧SiO2浓度可达290ppm。 ③加酸可以去除水体中的C032-与HC03-，以降低CaCO3的结垢。 ④采用传统的离子交换软化来脱除水体中的Sr、Ba、Si、Ca、Mg等离子，但对大水量的处理不经济。 软化法则在上述方法不能满足要求时才考虑。 对于一般天然水，采用加阻垢剂即可达到防止CaC03结垢的目的。通常阻垢剂加至保安过滤器前，加入量一般为2～5mg／L。对于高硬度水，同时使用加酸和阻垢剂比较经济，先加酸中和给水的部分碱度，将给水的LSI降至可以用阻垢剂控制的范围，通常至LSIKSP即时，根据沉淀生成与溶解理论，就有可能形成硫酸盐垢；当IP＜KSP时，则水中的硫酸盐是稳定的。通常采用添加阻垢剂法防止硫酸盐垢生成。如通过添加阻垢剂仍不能控制CaSO4垢，则可以考虑用石灰软化澄清法或离子交换法(弱酸或钠离子软化)除去部分的垢，然后再加入阻垢剂。 在实际生产中如需添加垢剂，则应根据选用的反渗透专用阻垢剂的阻垢性能进行控制。 三、Si02垢的控制在反渗透浓水中，Si02有可能达到过饱和状态，聚合生成不溶性胶态硅酸沉积在表面形成垢，Si02垢一旦生成将很难进行有效的清洗，因此对原水中的SiO2应格外重视。 当Si02与金属氢氧化物共存时，更易沉积。由于至今尚未开发出能有效防止Si02沉淀的阻垢剂或分散剂，为了防止Si02在膜的表面沉积，应控制反渗透浓水中的SiO2浓度小于其溶解度。在一定的温度及pH值的条件下，Si02的溶解度是一定的，因此反渗透装置的设计回收率与给水中的Si02浓度存在一定的制约关系。对于回收率为75％的反渗透装置，水温20℃和40℃时允许给水中Si02浓度分别约为18mg／L和42mg／L。 当给水中Si02浓度超过允许值时，可通过预处理沉淀法降低原水中的Si02浓度，也可采用提高给水温度、提高给水pH值、降低回收率等方法对Si02进行控制。 SiO2沉淀结垢的控制措施如下： ① 降低反渗透系统回收率； ②适当提高水温； ③适当调整pH值为7～8； ④以上三种方式综合应用； ⑤石灰软化可降低约50％的Si02含量。
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