電絮凝與上浮結合在糖漿脫色中的應用

文 毅，劉軍杰，梁 曉，劉 健

（中國輕工業成都設計工程有限公司，四川成都 610015）

糖漿上?。飧∏鍍簦┘夹g最早應用在煉糖廠處理原糖的回溶糖漿，糖漿上浮工藝原理簡單，發展至今已經比較成熟，但是很多糖廠應用后沒有取得預期的效果?，F有傳統糖漿上浮系統，除了濁度和硫化物殘留量兩項指標處理較好，其余指標處理結果不理想，存在脫色率不高、純度降低、助劑消耗大等問題，導致部分糖廠時用時停，失去了投資的意義。本文將電絮凝技術和糖漿上浮技術兩種技術相結合，對其工藝進行了初步研究，考察了其對糖漿的平均脫色率、純度、渾濁度、糖漿SO2平均除去率和糖漿灰分去除率等指標的影響。綜合分析了近年電化學技術在制糖工業應用研究現狀，對電絮凝糖漿上浮脫色出現的問題進行了總結和討論。

1 電絮凝脫色機理

電絮凝技術具有占地小，運行簡單，脫色效果優良的特點，其脫色過程涉及到物理及多重電化學反應。①電荷凝聚功能。陽極溶解的金屬離子，通過水解、聚合，形成吸附能力較強的多核氫氧化物，該氫氧化物具有較理想的絮凝作用，可與糖漿內的膠態雜質、懸浮雜質形成絮凝物，能使絮凝物快速形成團狀。②氣浮清除功能。電解過程中產生氣體以微小氣泡形式呈現，與糖漿中的膠體、硫化物、灰分等雜質粘附在一起，促使微粒間接觸碰撞，體積變大，再通過機械制泡產生的大氣泡推動，團狀絮凝物會浮出糖漿上浮器表面，通過刮渣器推出回流至混合汁箱。③脫色功能。在強電場作用下，通過電化學產生具有強氧化性的自由基，自由基對陰極上的還原作用使氧化型色素還原。將發生反應的元素或者化合物變成穩定的狀態，形成不溶或疏水的聚集體，從糖漿中分離。

2 電絮凝在糖漿脫色的應用研究

清汁經蒸發濃縮后，無機物變成飽和狀態析出，部分有機物如膠體物質凝聚為懸浮物，使糖漿變渾濁，糖漿中的懸浮物為糖漿總固形物的0.03%～0.1%。糖漿中的無機物主要成分為硫酸鈣，此外還有少量的鈉、鎂、鐵、鋁及鋅等陽離子。有機物主要是蛋白質（4%～5%）、類脂物（2%～4%）和多糖類[1]。電絮凝通過強氧化與強還原，破壞發色團官能基，同時將糖漿中的膠體雜質、懸浮物、溶解物絮凝，產生新的聚集體，在上浮器內上浮，達到脫色分離除雜的目的。

將60～65 Bx粗糖漿泵送至糖漿高位箱，通入蒸汽加熱到75～85 ℃，加熱后粗糖漿進入一級反應箱，糖漿pH值在6.4～6.8，經電絮凝反應器進行反應，電絮凝反應時間10 min。采用攪拌機構使糖漿混合均勻，再流入二級反應箱，加入6～10 mg/L絮凝劑，充分絮凝與制得氣泡混合后從上浮器底部進入上浮器，沿著上浮器中心筒分散進入上浮器池中，絮體氣浮至上浮器頂部表面濃縮成黑色浮渣，用自動刮板機刮出回流至混合汁箱，浮清的清糖漿從池底經溢流箱溢流至煮糖清糖漿箱。粗糖漿、絮體浮渣、清糖漿互不干擾。按工藝流程進行實驗室模擬實驗，所得數據結果為采用電絮凝結合糖漿上浮脫色技術糖漿平均脫色率達13%，純度平均提高0.36 AP，渾濁度平均降低49.62%，糖漿SO2平均除去率31%，電導灰分平均除灰分率55.74%。

3 電絮凝在糖漿脫色存在的問題

（1）電極棒鈍化。電極鈍化產生的鈍化膜會影響電絮凝效果，電極反應器需要設計電極自動清洗功能，以清除極棒表面積垢，減緩電極鈍化。

（2）可溶性電極消耗大，電極需要由鐵、鋁等材料向復合型材料方向選擇，如鈦、鉑復合電極等。

（3）電絮凝電極采用金屬材料鋁或鐵作為電極材料，電極析出變為氫氧化物后，存在于糖漿中，有可能造成白糖產品金屬離子超標。

（4）粗糖漿經電絮凝糖漿上浮工藝，生產流程加長，物料停留時間延長，可能會導致蔗糖在酸性條件下的轉化，降低煮煉收回率，這也是糖漿上浮系統爭議之處。

4 電化學在制糖工業中的應用研究

蔗汁中除蔗糖外其余為電解質或帶電體，在外電池作用下產生一系列電動現象。蔗汁中主要色素物質為酚類物質和含氨基化合物等大分子有機物，電解時這些物質移動到陽極表面與電極產生氧化反應從而被降解，韋艷君等[2]對DSA電極電解混合汁脫色進行了實驗研究，針對電流密度、電解時間、溫度、極間距和初始pH值等因素對混合汁的脫色影響，其研究結果為電解時間與電解溫度均為影響混合汁脫色效果的重要因素，電解對混合汁具有顯著脫色效果，一定條件下對16.5 Bx的混合汁脫色率可以達到70%以上。

韋艷君等[3]在單因素實驗的基礎上，以糖廠混合汁為原料，根據Box-Benhnken的設計原理對電解電壓、電解時間、電解液初始pH值3因素進行響應面分析，實驗結果表明，電解脫色混合汁工藝條件電壓16 V，電解時間38 min，初始pH為6.9，電極間距1 cm時，混合汁脫色率為48%。

黃永春等[4]采用鋁電極直流電對糖汁進行電絮凝脫色，發現電絮凝法處理糖汁的最佳工藝條件為電絮凝時間12 min、電流密度600 A/m2、溫度50 ℃、電極間距15 mm，此條件下糖汁脫色率可達90%以上，該實驗糖汁采用的是赤砂糖和蒸餾水進行制備。李存芝等[5]對原糖漿進行了電解脫色處理，研究了電解過程中添加澄清劑的脫色效果。實驗結果表明，電解時間10 min，添加0.4%澄清劑，對原糖漿脫色率達85%以上。

糖蜜酒精廢液經厭氧處理后出水有機物具有濃度高、色度大、可生化性差等特性，任云等[6]采用電Fenton工藝處理糖蜜酒精廢液厭氧發酵出水，并研究了電Fenton反應中影響因子對廢水COD去除速率和BOD5/COD（B/C）值的影響。實驗結果表明，當初始pH調至3，電流密度0.6 mA/cm2、H2O2投加量20 mL/L、極間距2 cm、反應90 min后，廢水COD去除率達75%，B/C由0.113增大為0.479，廢水可生化性得到顯著改善。

5 結語

電絮凝技術結合糖漿上浮系統，在運行過程中能夠有效去除懸浮物、膠體顆粒、有機物等，清除糖漿中非糖雜質，降低糖漿色值、濁度和二氧化硫殘余量，提高糖漿質量，最終提升白砂糖產品品質。同時能減少糖漿中的灰分，減少石灰和磷酸的消耗，運行成本降低。依照糖漿特點，結合現代科技的快速發展，合理地選擇電極配置，組合電化學技術及電磁氧化技術或超聲波技術，仍是需要重點研究的課題。