电驱动膜分离技术在羊乳清液脱盐工艺中的应用

电驱动膜分离技术在羊乳清液脱盐工艺中的应用

倪庆伟

金华市金秋环保水处理有限公司

摘要：本文主要探讨了电驱动膜分离技术在羊乳清液脱盐工艺中的应用。详细介绍了其原理、特点以及在羊乳清液脱盐中的优势。通过项目数据，分析了分离过程中各种因素对脱盐效果的影响，并对工艺的优化进行了讨论。同时，对电驱动膜分离技术在羊乳清液脱盐工艺中面临的挑战和未来发展趋势进行了阐述。结果表明，电驱动膜分离是一种高效、可行的羊乳清液脱盐方法，具有广阔的应用前景。

关键词：电驱动膜分离  羊乳清液  脱盐工艺

一、引言

羊乳以其丰富的营养成分和独特的保健功能，受到越来越多消费者的青睐。然而，羊乳清液中含有较高的盐分，这不仅影响了羊乳的口感，也限制了其在某些领域的应用。羊乳清液是羊乳奶酪生产过程中排放的废液，平均每生产1吨新鲜羊乳奶酪大约有9吨的废液排出。羊乳清废液含有丰富 的蛋白质、脂肪、乳糖及矿物质等营养物质。无处理排放不仅造成营养物质的大量流失和浪费，同时也对自然环境造成严重的污染和破坏。传统的处理方法是直接作为废水进行生化处理后达标排放，不仅增加处理成本，还浪费掉了废水中的有用物质。因此，寻找一种高效、可靠的羊乳清液脱盐方法显得尤为重要。电驱动膜分离作为一种膜分离技术，在液体脱盐领域得到了广泛的应用。本文旨在探讨其在羊乳清液脱盐工艺中的应用，为相关研究和实践提供参考[1]。

二、电驱动膜分离技术的原理

电驱动膜分离过程是电化学过程和渗析扩散过程的结合；在外加直流电场的驱动下，利用离子交换膜的选择透过性(即阳离子可以透过阳离子交换膜，阴离子可以透过阴离子交换膜)，阴、阳离子分别向阳极和阴极移动。

离子迁移过程中，若膜的固定电荷与离子的电荷相反，则离子可以通过；如果它们的电荷相同，则离子被排斥，从而实现溶液淡化、浓缩、精制或纯化等目的。

三、电驱动膜分离在羊乳清液脱盐工艺中的优势

1、高效脱盐：能够较为快速地降低溶液中的以离子形式存在的盐分含量。

2、选择性好：对不同离子具有不同的选择透过性，可以有针对性地分离盐分和其他成分，能较大程度地保留羊乳清液中的营养成分，如蛋白质、维生素等。

3、连续运行能力：可长时间稳定地连续工作，便于实现工业化的连续生产，提高生产效率。

4、操作条件温和：通常在常温常压下进行，对羊乳清液的性质影响较小。

5、易于控制：通过调整电压、电流等参数，能够较为灵活地控制脱盐过程。

6、环境友好：产生的废弃物较少，减少了对环境的污染。

7、能耗相对较低：与其他一些脱盐技术相比，其在运行过程中通常消耗较少的能量。

8、成本效益较好：初期投资和运行成本较为合理，具有较好的经济效益。

四、项目情况

4.1基础数据

4.2处理要求

脱盐羊乳清指标：脱盐羊乳清，要求脱盐后灰分<1.5%（以干物质计），亚硝酸盐、硝酸盐、氯酸盐、高氯酸盐脱除率90%以上；维生素、蛋白质无明显损失。脱盐羊乳清液经过浓缩干燥后干物质要求满足D90乳清粉标准（电导率＜1200us/cm）[2]。

4.3工艺流程

根据羊乳清液的特性及相关经验，采用两级半循环工艺进行处理，这种脱盐方式更加合理高效、节约浓水用量、系统运行更加稳定等。详见工艺流程图：

4.4结果与分析

1. 脱盐效果

通过测定脱盐前后羊乳清液中盐分的含量，评估电驱动膜分离器的脱盐效果。

第一批物料（2吨干物配成8吨溶液，另计设备内及管道内残存量，实际溶液量约12444L）进料后淡水侧运行流量为6m3/h，运行压力为0.14MPa；运行一段时间后（约1小时19分）运行流量下降为4.5m3/h，运行压力为0.165MPa；第一批物料最终产水电导率为1.1ms/cm以下，用时1小时45分钟。

第二批物料（2吨干物配成10吨溶液），进料后淡水侧运行流量为2m3/h，运行压力0.171MPa；运行一段时间后（约2小时10分）4.5m3/h；第二批物料最终产水电导率为1.1ms/cm以下，用时3小时45分钟。

第三批物料（4.5吨溶液），物料最终产水电导率为1.1ms/cm以下，用时2小时。

三批物料脱盐过程中二级物料流量始终能够达到9m3/h，运行压力稳定在0.16MPa；

三批综合处理物料26.5m3/h，脱盐用时7.5h，合计3.53m3/h；

2. 影响因素分析

电流密度：电流密度对羊乳清溶液脱盐效果有重要影响。增加电流密度，可以加快物料中离子的迁移速度，从而在一定程度上提高脱盐的效率。然而，电流密度过高也会产生一些不利影响：比如浓差极化、能耗增加、副反应增多（影响电驱动膜分离装置的稳定运行）。因此，在使用中，需要根据具体情况选择合适的电流密度，以达到最佳的脱盐效果和经济效益。

流速：流速对羊乳清溶液脱盐效果的影响主要体现在以下几个方面，首先，适当提高流速可以减少浓差极化现象。其次，较高的流速有利于溶液中离子的传递和交换，它能使离子更快地到达膜表面并通过膜，加快脱盐的速率。相反的，流速过低不但容易导致较为严重的浓差极化，离子在膜表面聚集，浓差极化层加厚，从而增大电阻，减低电流效率，进而影响脱盐效果，使脱盐效率降低。而且可能会造成离子在局部区域的积累和沉淀，这不仅影响离子的正常迁移，还可能堵塞膜孔或流道，进一步阻碍脱盐过程。另外，过低的流速可能使溶液中的杂质等不易被及时水流带走，长时间积累也会导致热量积累对设备正常使用产生不良影响[3]。

温度：温度对羊乳清溶液脱盐效果的影响主要在于温度适当升高时增加离子的活性，从而增加了离子的迁移速率，使脱盐过程加快，提高脱盐效率；同时，溶液的黏度降低，也有利于离子的传输和交换。温度过高则会加速膜的老化和损坏。

五、电驱动膜分离工艺的优化

电驱动膜分离技术用于羊乳清液脱盐的工艺优化，主要可以从以下几方面入手：

（一）膜的选择

选择合适性能的离子交换膜，提高脱盐效率和稳定性。

（二）操作参数的优化

通过实验确定最佳的电流密度、流速、温度等操作参数。

（三）工艺流程的改进

选择合理的前处理工艺可以大大的提高电驱动膜分离设备的稳定性，产品的品质以及设备的使用寿命。

六、电驱动膜分离技术在羊乳清液脱盐工艺中面临的挑战

（一）膜污染问题

羊乳清液中的蛋白质、脂肪、钙盐等物质容易导致膜污染，影响电驱动膜分离器的效率和使用寿命[4]。

（二）能耗问题

电驱动膜分离过程需要消耗一定的电能，如何降低能耗是一个需要解决的问题。

七、结束语：

电驱动膜分离技术作为一种高效、可行的羊乳清液脱盐方法，具有显著的优势和广阔的应用前景。通过实验研究和工艺优化，电驱动膜分离器的脱盐效果不断提高，同时也面临着一些挑战。未来，随着技术的不断进步和创新，电驱动膜分离技术将在羊乳清液脱盐工艺中发挥更加重要的作用，为羊乳产业的发展做出更大的贡献。

参考文献：

[1]郭雯,朱永明,郑冬梅等.脱盐乳清粉食品安全管理体系应用研究[J].食品工业,2014,35(04):140-144.

[2]苏德亮,崔广智,李亚萍等.脱盐乳清粉营养素的波动[J].食品工业,2020,41(03):317-319.

[3]郭雯,朱永明,郑冬梅等.脱盐乳清粉食品安全管理体系应用研究[J].食品工业,2014,35(04):140-144.

[4]刘大松;余韵;李珺珂;徐雨婷;王淼;周鹏;脱钙预处理对提高浓缩乳蛋白溶解性的影响[J];食品与发酵工业;2017年05期