电絮凝与上浮结合在糖浆脱色中的应用

文 毅，刘军杰，梁 晓，刘 健

（中国轻工业成都设计工程有限公司，四川成都 610015）

糖浆上浮（气浮清净）技术最早应用在炼糖厂处理原糖的回溶糖浆，糖浆上浮工艺原理简单，发展至今已经比较成熟，但是很多糖厂应用后没有取得预期的效果。现有传统糖浆上浮系统，除了浊度和硫化物残留量两项指标处理较好，其余指标处理结果不理想，存在脱色率不高、纯度降低、助剂消耗大等问题，导致部分糖厂时用时停，失去了投资的意义。本文将电絮凝技术和糖浆上浮技术两种技术相结合，对其工艺进行了初步研究，考察了其对糖浆的平均脱色率、纯度、浑浊度、糖浆SO2平均除去率和糖浆灰分去除率等指标的影响。综合分析了近年电化学技术在制糖工业应用研究现状，对电絮凝糖浆上浮脱色出现的问题进行了总结和讨论。

1 电絮凝脱色机理

电絮凝技术具有占地小，运行简单，脱色效果优良的特点，其脱色过程涉及到物理及多重电化学反应。①电荷凝聚功能。阳极溶解的金属离子，通过水解、聚合，形成吸附能力较强的多核氢氧化物，该氢氧化物具有较理想的絮凝作用，可与糖浆内的胶态杂质、悬浮杂质形成絮凝物，能使絮凝物快速形成团状。②气浮清除功能。电解过程中产生气体以微小气泡形式呈现，与糖浆中的胶体、硫化物、灰分等杂质粘附在一起，促使微粒间接触碰撞，体积变大，再通过机械制泡产生的大气泡推动，团状絮凝物会浮出糖浆上浮器表面，通过刮渣器推出回流至混合汁箱。③脱色功能。在强电场作用下，通过电化学产生具有强氧化性的自由基，自由基对阴极上的还原作用使氧化型色素还原。将发生反应的元素或者化合物变成稳定的状态，形成不溶或疏水的聚集体，从糖浆中分离。

2 电絮凝在糖浆脱色的应用研究

清汁经蒸发浓缩后，无机物变成饱和状态析出，部分有机物如胶体物质凝聚为悬浮物，使糖浆变浑浊，糖浆中的悬浮物为糖浆总固形物的0.03%～0.1%。糖浆中的无机物主要成分为硫酸钙，此外还有少量的钠、镁、铁、铝及锌等阳离子。有机物主要是蛋白质（4%～5%）、类脂物（2%～4%）和多糖类[1]。电絮凝通过强氧化与强还原，破坏发色团官能基，同时将糖浆中的胶体杂质、悬浮物、溶解物絮凝，产生新的聚集体，在上浮器内上浮，达到脱色分离除杂的目的。

将60～65 Bx粗糖浆泵送至糖浆高位箱，通入蒸汽加热到75～85 ℃，加热后粗糖浆进入一级反应箱，糖浆pH值在6.4～6.8，经电絮凝反应器进行反应，电絮凝反应时间10 min。采用搅拌机构使糖浆混合均匀，再流入二级反应箱，加入6～10 mg/L絮凝剂，充分絮凝与制得气泡混合后从上浮器底部进入上浮器，沿着上浮器中心筒分散进入上浮器池中，絮体气浮至上浮器顶部表面浓缩成黑色浮渣，用自动刮板机刮出回流至混合汁箱，浮清的清糖浆从池底经溢流箱溢流至煮糖清糖浆箱。粗糖浆、絮体浮渣、清糖浆互不干扰。按工艺流程进行实验室模拟实验，所得数据结果为采用电絮凝结合糖浆上浮脱色技术糖浆平均脱色率达13%，纯度平均提高0.36 AP，浑浊度平均降低49.62%，糖浆SO2平均除去率31%，电导灰分平均除灰分率55.74%。

3 电絮凝在糖浆脱色存在的问题

（1）电极棒钝化。电极钝化产生的钝化膜会影响电絮凝效果，电极反应器需要设计电极自动清洗功能，以清除极棒表面积垢，减缓电极钝化。

（2）可溶性电极消耗大，电极需要由铁、铝等材料向复合型材料方向选择，如钛、铂复合电极等。

（3）电絮凝电极采用金属材料铝或铁作为电极材料，电极析出变为氢氧化物后，存在于糖浆中，有可能造成白糖产品金属离子超标。

（4）粗糖浆经电絮凝糖浆上浮工艺，生产流程加长，物料停留时间延长，可能会导致蔗糖在酸性条件下的转化，降低煮炼收回率，这也是糖浆上浮系统争议之处。

4 电化学在制糖工业中的应用研究

蔗汁中除蔗糖外其余为电解质或带电体，在外电池作用下产生一系列电动现象。蔗汁中主要色素物质为酚类物质和含氨基化合物等大分子有机物，电解时这些物质移动到阳极表面与电极产生氧化反应从而被降解，韦艳君等[2]对DSA电极电解混合汁脱色进行了实验研究，针对电流密度、电解时间、温度、极间距和初始pH值等因素对混合汁的脱色影响，其研究结果为电解时间与电解温度均为影响混合汁脱色效果的重要因素，电解对混合汁具有显著脱色效果，一定条件下对16.5 Bx的混合汁脱色率可以达到70%以上。

韦艳君等[3]在单因素实验的基础上，以糖厂混合汁为原料，根据Box-Benhnken的设计原理对电解电压、电解时间、电解液初始pH值3因素进行响应面分析，实验结果表明，电解脱色混合汁工艺条件电压16 V，电解时间38 min，初始pH为6.9，电极间距1 cm时，混合汁脱色率为48%。

黄永春等[4]采用铝电极直流电对糖汁进行电絮凝脱色，发现电絮凝法处理糖汁的最佳工艺条件为电絮凝时间12 min、电流密度600 A/m2、温度50 ℃、电极间距15 mm，此条件下糖汁脱色率可达90%以上，该实验糖汁采用的是赤砂糖和蒸馏水进行制备。李存芝等[5]对原糖浆进行了电解脱色处理，研究了电解过程中添加澄清剂的脱色效果。实验结果表明，电解时间10 min，添加0.4%澄清剂，对原糖浆脱色率达85%以上。

糖蜜酒精废液经厌氧处理后出水有机物具有浓度高、色度大、可生化性差等特性，任云等[6]采用电Fenton工艺处理糖蜜酒精废液厌氧发酵出水，并研究了电Fenton反应中影响因子对废水COD去除速率和BOD5/COD（B/C）值的影响。实验结果表明，当初始pH调至3，电流密度0.6 mA/cm2、H2O2投加量20 mL/L、极间距2 cm、反应90 min后，废水COD去除率达75%，B/C由0.113增大为0.479，废水可生化性得到显著改善。

5 结语

电絮凝技术结合糖浆上浮系统，在运行过程中能够有效去除悬浮物、胶体颗粒、有机物等，清除糖浆中非糖杂质，降低糖浆色值、浊度和二氧化硫残余量，提高糖浆质量，最终提升白砂糖产品品质。同时能减少糖浆中的灰分，减少石灰和磷酸的消耗，运行成本降低。依照糖浆特点，结合现代科技的快速发展，合理地选择电极配置，组合电化学技术及电磁氧化技术或超声波技术，仍是需要重点研究的课题。