一種海洋納濾濃縮液的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種海水納濾濃縮液的制備方法。其采用海水或鹽鹵等高含鹽量的水源，進(jìn)入陶瓷膜超濾系統(tǒng)；陶瓷納濾過濾系統(tǒng)或卷式超濾過濾系統(tǒng)，去除海水中的溶解性有機(jī)物；多級納濾過濾系統(tǒng)，洗脫海水中的氯化鈉，根據(jù)不同的濃縮液礦物質(zhì)組分需求，不同的水源可采用不同的納濾膜組合工藝制備不同礦物質(zhì)組分的低濃度海洋濃縮液；納濾過濾系統(tǒng)得到的低濃度濃縮液經(jīng)過真空蒸發(fā)設(shè)備得到高濃度濃縮液，最終得到海洋濃縮液產(chǎn)品。所生產(chǎn)的納濾濃縮液富含鉀、鈣、鎂、鋅、鉬、鍶等礦物質(zhì)，可用安全飲用水勾兌成健康飲用水，亦可用于食品保健、美容保濕、健康食品的開發(fā)等多種目標(biāo)產(chǎn)業(yè)。
【專利說明】一種海洋納濾濃縮液的制備方法 【技術(shù)領(lǐng)域】
[〇〇〇1] 本發(fā)明是一種濃縮液的制備工藝，特別是一種通過組合納濾膜工藝生產(chǎn)海水濃縮 液的方法。 【背景技術(shù)】
[0002] 海水中含有許多種化學(xué)物質(zhì)，到目前為止，地球上100多種元素中，在海洋中已發(fā) 現(xiàn)并經(jīng)測定的有80多種。這些元素有的以離子、離子對、絡(luò)合物或分子狀態(tài)存在，有的則以 懸浮顆粒、膠體以及氣泡等形式存在于海洋中。根據(jù)各元素在海水中的含量不同，可分為常 量兀素（>50mmol · kg 1 或 0· 05 ?50mmol · kg 〇、微量兀素（0· 05 ?50 μ mol · kg 〇 和痕 量元素（0. 05?50nmol · kg4或<50pmol · kg4)。其中，常量元素包括：氯、鈉、鎂、硫、隹丐、 鉀、溴、碳、鍶、硼、硅、氟12種。常量元素的含量占海水全部元素的99. 8?99. 9%，其中氯 約占55%，鈉約占30%。海水中的常量元素含量高、性質(zhì)穩(wěn)定、具有恒比關(guān)系。然而微量元 素和痕量元素雖然含量少，卻參與了海洋中各種物理過程、化學(xué)過程和生物過程，在海底沉 積物、固體懸浮顆粒和海洋生物題中高度富集，廣泛地參與海洋的生物化學(xué)循環(huán)和地球化 學(xué)循環(huán)，并參與海洋環(huán)境各相界面的交換過程。
[0003] 醫(yī)學(xué)研究表明，常量元素的缺乏會(huì)引起人體機(jī)能失調(diào)，微量元素雖然在體內(nèi)含量 很少，但它們在生命過程中的作用不可估量。微量元素在人體中主要功能為：運(yùn)載常量元 素，把大量元素帶入到各組織中；充當(dāng)生物體內(nèi)各種酶的活性中心，促進(jìn)新陳代謝；參與體 內(nèi)各種激素作用。到目前為止，已被確認(rèn)與人體健康和生命有關(guān)的必需微量元素有18種， 即有鐵、銅、鋅、鈷、錳、鉻、硒、碘、鎳、氟、鑰、釩、錫、硅、鍶、硼、銣、砷等，其中每種微量元素 都有其特殊的生理功能。據(jù)近年的研究發(fā)現(xiàn)，人群中發(fā)病率最高、影響最廣泛的疾病是微量 元素缺乏癥，約30%的疾病直接是微量元素缺乏或不平衡所致，礦物質(zhì)的缺乏可增加慢性 疾病的易感性。
[0004] 將海水中的有益元素進(jìn)行富集濃縮制成海水濃縮液用于生命保健具有可觀的發(fā) 展前景。海水中所含化學(xué)元素對人體的化學(xué)效應(yīng)主要表現(xiàn)在三個(gè)方面：（1)通過皮膚進(jìn)入 體內(nèi)的元素，可作為酶、激素、維生素、核酸的成分，在生物化學(xué)過程中起關(guān)鍵性的作用。研 究表明，海水中的元素有的可附著于體表，通過對皮膚的刺激發(fā)揮作用，有的能通過皮膚進(jìn) 入體內(nèi)起到特殊的催化作用。（2)在特異性的組織中發(fā)揮特定的生理作用。海水的化學(xué)元 素進(jìn)入體內(nèi)后它們的分布、含量和作用各不相同，各有特定分布的組織和器官。（3)對多種 疾病具有治療康復(fù)作用。
[0005] 目前，海水濃縮液的制備還鮮有研究。如中國專利CN00100091. 8公開了一種多 元素礦物質(zhì)水的制備方法，通過添加有效量的人體必需的微量元素得到這種礦物水。如 中國專利CN103082372A采用深層海水，利用纖維過濾-超濾-反滲透系統(tǒng)過濾、蒸發(fā)濃 縮、高溫加熱等步驟得到不同組分的海水濃縮液，其硬度為385000-415000mg/L、鹽度為 380-430%。、鎂濃度為90000-105000mg/L及鈉濃度為7800-9500mg/L，包括鉀、鈣、鋅、鑰、 錳、鋰、鍶、銅或硅等礦物質(zhì)。國際專利W02009/075430A1采用深層海水，通過多次蒸發(fā)、濃 縮、過濾等步驟得到礦物質(zhì)濃縮液，與純水配置成口感好、礦物成分一定的礦物質(zhì)水。中國 專利CN1681402A利用不同價(jià)位的滲析膜處理海水得到的礦物成分的組合物，調(diào)配成硬度 100 (EDTA法）的水溶液，鈉濃度為6mg/L以下。
[0006] 上述發(fā)明以海水為基礎(chǔ)原料，制備富含特定礦物質(zhì)的飲用水或營養(yǎng)液，其濃縮液 也可應(yīng)用于食品保健、農(nóng)業(yè)發(fā)展、飲料生產(chǎn)等目標(biāo)產(chǎn)業(yè)。但蒸發(fā)濃縮、高溫加熱等步驟存在 能耗高、流程復(fù)雜等缺陷，采用反滲透工藝能耗要求大，且凈化后的產(chǎn)物為純凈水，再與濃 縮液進(jìn)行混合，造成工藝重復(fù)，增加了生產(chǎn)成本，應(yīng)用受到了局限性。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠高效、連續(xù)地制備不同礦物質(zhì)組分海水濃縮液的提 取方法。本發(fā)明的目的還在于提供一種膜組合工藝提取海水濃縮液的工藝。
[0008] 本發(fā)明是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0009] -種海洋納濾濃縮液的制備方法，包括如下步驟：
[0010] (1)采用海水或鹽鹵等高含鹽量的水源，進(jìn)入陶瓷膜超濾系統(tǒng)，去除海水中的 懸浮顆粒和部分膠體物質(zhì)，其中，陶瓷膜超濾的孔徑范圍為0.05-0. lum，其操作壓力為 0· 2-0. 3Mpa，過濾通量為 40-80LMH，回收率 90-95% ;
[0011] (2)陶瓷納濾過濾系統(tǒng)或卷式超濾過濾系統(tǒng)，去除海水中的溶解性有機(jī)物，其 中，陶瓷膜納濾的孔徑范圍為30-50nm，其過濾操作壓力為0. 1-0. 25Mpa，過濾通量為 50-100LMH，回收率為90-95% ;卷式超濾過濾系統(tǒng)孔徑范圍為3-20Kda，其過濾操作壓力為 0. 6-lMpa，過濾通量為 20-40LMH，回收率 85-90% ;
[0012] (3)多級納濾過濾系統(tǒng)，洗脫海水中的NaCl ;納濾孔徑范圍為150_700KDa，其過濾 操作壓力2-3Mpa，過濾通量為5-10LMH，回收率為60-70% ;
[0013] (4)納濾過濾系統(tǒng)得到的低濃度濃縮液經(jīng)過低溫真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，其溫度參數(shù) 為50-80°C，真空壓力參數(shù)為10_20kPa，此步驟進(jìn)一步去除海水中的氯化鈉，得到高濃度濃 縮液，采用離心機(jī)將濃縮出的氯化鈉去除。
[0014] 其中，高含鹽量的水源可取自海平面下200米以下的預(yù)定深海，也可采用鹽鹵等 高含鹽量的水源。
[0015] 其中，其中高含鹽量水源優(yōu)選條件為：硬度為5000-15000mg/L，鹽度為25-40%〇， 鎂濃度為 5000-20000mg/L，鈉濃度為 15000-20000mg/L。
[0016] 其中，所述陶瓷超濾過濾系統(tǒng)包括儲(chǔ)水罐、原水泵、高壓泵、陶瓷膜超濾系統(tǒng)。原 水泵加壓后經(jīng)過陶瓷膜過濾系統(tǒng)除去原海水中的懸浮顆粒和部分膠體物質(zhì)；陶瓷超濾膜孔 徑為0. 05-0. lum，由于其耐污染高通量耐腐蝕的性質(zhì)，適合高鹽海水的過濾，其跨膜壓差為 0. 2-0. 3Mpa，過濾通量為40-80LMH，回收率95 %。
[0017] 其中，陶瓷膜超濾系統(tǒng)出液進(jìn)入陶瓷納濾膜過濾系統(tǒng)，主要去除海水中的蛋白質(zhì)、 腐植酸等溶解性有機(jī)物和色度，其溶液回收率為90-95%。此步驟也可采用卷式超濾膜系統(tǒng) (分子量3-20KDa)代替，其操作壓力為0· 6-lMpa，過濾通量為20-40LMH，回收率85-90%。
[0018] 其中，納濾系統(tǒng)主要目的為洗脫海水中的NaCl，由于海水中的常量元素組成一般 符合Marcet-Dittmar恒比規(guī)律，根據(jù)不同的濃縮液礦物質(zhì)組分需求，不同的水源（海水、深 層海水、鹽鹵等）可采用不同的納濾膜組合工藝制備不同礦物質(zhì)組分的低濃度濃縮液。其 過濾操作壓力2-3Mpa，過濾通量為5-10LMH，回收率為60-70%。
[0019] 其中，納濾過濾系統(tǒng)得到的低濃度濃縮液進(jìn)入低溫真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，其溫度參 數(shù)為50-80°C，真空壓力參數(shù)為10-20kPa，此步驟進(jìn)一步去除海水中的氯化鈉，得到高濃度 濃縮液，采用離心機(jī)將濃縮出的氯化鈉去除。
[0020] 由上述描述可知，本發(fā)明提供了一種膜組和工藝，包括陶瓷膜超濾系統(tǒng)，去除海水 中的懸浮顆粒和部分膠體物質(zhì)；陶瓷納濾過濾系統(tǒng)或卷式超濾過濾系統(tǒng)，去除海水中的溶 解性有機(jī)物；多級納濾過濾系統(tǒng)，洗脫海水中的氯化鈉；納濾過濾系統(tǒng)得到的低濃度濃縮 液進(jìn)入低溫真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，得到高濃度濃縮液，采用離心機(jī)將濃縮出的氯化鈉去除。經(jīng) 過蒸發(fā)設(shè)備得到高濃度濃縮液，最終得到海洋濃縮液產(chǎn)品。本發(fā)明方法可以洗脫海水中的 NaCl，保存海水中原有的礦物質(zhì)元素如Mg 2+、Ca2+、K+等，去除海水中的S042_，Cl_等影響最終 產(chǎn)品口感的離子。
[0021] 與【背景技術(shù)】相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0022] 1、本發(fā)明的海洋濃縮液預(yù)處理工藝，采用陶瓷膜超濾系統(tǒng)，可去除海水中的懸浮 顆粒和部分膠體物質(zhì)；陶瓷納濾過濾系統(tǒng)或卷式超濾過濾系統(tǒng)，可去除海水中的溶解性有 機(jī)物和微生物。此過程沒有添加任何化學(xué)物質(zhì)，保證海洋濃縮液提取過程的質(zhì)量。
[0023] 2、本發(fā)明的海洋濃縮液制備工藝采用了膜分離技術(shù)和真空蒸發(fā)技術(shù)相結(jié)合的分 離純化技術(shù)，避免了多重蒸發(fā)濃縮、高溫加熱等傳統(tǒng)制備工藝中存在的能耗高、流程復(fù)雜等 缺陷，且其工藝和設(shè)備易于標(biāo)準(zhǔn)化和自動(dòng)化，降低單位產(chǎn)品耗能。
[0024] 3、本發(fā)明的海洋濃縮液制備工藝中的納濾系統(tǒng)可根據(jù)不同的濃縮液礦物質(zhì)組分 需求，不同的水源（海水、深層海水、鹽鹵等），采用不同的納濾膜組合工藝制備不同礦物質(zhì) 組分的低濃度濃縮液，提高礦物質(zhì)的濃縮效率和海水中NaCl的洗脫效率，最大程度的保持 原海水中的微量元素成分。 【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1是本發(fā)明的方法工藝流程圖。 【具體實(shí)施方式】
[0026] 下述實(shí)施例結(jié)合附圖非限制性地說明本發(fā)明。
[0027] 實(shí)施例1 :本發(fā)明的海水濃縮液的工藝流程
[0028] 參見流程圖1，本發(fā)明的一種海洋濃縮液的制備工藝包括陶瓷膜超濾系統(tǒng)、陶瓷納 濾過濾系統(tǒng)或卷式超濾過濾系統(tǒng)、納濾系統(tǒng)、低溫真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)等步驟。
[0029] 根據(jù)粒徑區(qū)分，海水中包含了顆粒物質(zhì)（顆粒粒徑SO.lum)、膠體（顆粒粒徑 0. 001-0. lum)、氣體和真正溶解物質(zhì)（顆粒粒徑< 0. OOlum)。針對海水的成分特點(diǎn)，本發(fā)明 的濃縮液制備工藝如下：
[0030] (1)利用陶瓷膜超濾系統(tǒng)，包括儲(chǔ)水罐、原水泵、高壓泵、陶瓷膜超濾系統(tǒng)，其陶瓷 超濾膜孔徑為0. 05-0. lum，過濾原海水中的懸浮顆粒和部分膠體物質(zhì)；
[0031] (2)利用陶瓷納濾過濾系統(tǒng)或卷式超濾過濾（分子量3_20KDa)系統(tǒng)主要去除海水 中的蛋白質(zhì)、腐植酸等溶解性有機(jī)物和色度；
[0032] (3)利用納濾系統(tǒng)洗脫海水中的氯化鈉，納濾膜孔徑為150-1000KDa得到的低濃 度濃縮液；
[0033] (4)上一步驟得到的低濃度濃縮液進(jìn)入低溫真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，其溫度參數(shù)為 50-80°C，真空壓力參數(shù)為10_20kPa，此步驟進(jìn)一步去除海水中的氯化鈉，得到高濃度濃縮 液，采用離心機(jī)將濃縮出的氯化鈉去除。
[〇〇34] 每一步驟所得濃縮液的硬度、鹽度、鎂濃度和氯化鈉濃度都不相同。其中高含鹽 量水源的硬度為5000-15000mg/L，鹽度為25-40%。，鎂濃度為5000-20000mg/L，鈉濃度為 15000-20000mg/L。最終海水濃縮液的硬度為355000-425000mg/L，鹽度為320-410%。，鎂濃 度為50000-100000mg/L，鈉濃度為2000-3500mg/L。且本發(fā)明的海洋濃縮液含多種礦物質(zhì)， 包括鈉、鉀、鐵、銅、鋅、硅等。因此，根據(jù)本發(fā)明工藝所制備的海洋納濾濃縮液可應(yīng)用于食品 加工、生物制藥、生命保健、功能性食品飲料、美容化妝用品等多重目標(biāo)產(chǎn)業(yè)上。
[0035] 實(shí)施例2 :較佳實(shí)施例
[0036] 水源情況：水源采用鹽鹵，其總硬度為9000mg/L，鎂濃度為10950mg/L，鈉濃度為 37500g/L，采用10L鹽鹵試驗(yàn)。
[0037] (1)陶瓷膜超濾：采用T19/33/255型號(hào)的陶瓷膜，該陶瓷超濾膜孔徑為0. lum，其 操作壓力為〇· 25Mpa，過濾通量為53LMH，回收率95%。
[0038] (2)卷式超濾過濾系統(tǒng)，采用GE公司型號(hào)為GM1812C超濾復(fù)合膜，截留分子量為 8KDa，其過濾操作壓力為0. 6Mpa，過濾通量為32LMH，回收率85%。
[0039] (3)納濾過濾系統(tǒng)：采用型號(hào)DK372的納濾膜組件，其孔徑為150_700KDa，其操作 壓力為2. 5Mpa，過濾通量為15LMH，Na離子洗脫效率為93%。
[0040] (4)蒸發(fā)系統(tǒng)：其溫度參數(shù)為50-80°C，真空壓力參數(shù)為10-20kPa。
[0041] 最終海水濃縮液的硬度為365000mg/L，鹽度為385%。，鎂濃度為95000mg/L，鈉濃 度為2200mg/L，見表1。
[0042] 表 1
[0043]
【權(quán)利要求】
1. 一種海洋納濾濃縮液的制備方法，包括如下步驟： (1) 采用海水或鹽鹵等高含鹽量的水源，進(jìn)入陶瓷膜超濾系統(tǒng)，去除海水中的懸浮顆粒 和部分膠體物質(zhì)，其中，陶瓷膜超濾的孔徑范圍為0. 05-0. lum，其操作壓力為0. 2-0. 3Mpa， 過濾通量為40-80LMH，回收率90-95% ; (2) 陶瓷納濾過濾系統(tǒng)或卷式超濾過濾系統(tǒng)，去除海水中的溶解性有機(jī)物，其中，陶瓷 膜納濾的孔徑范圍為30-50nm，其過濾操作壓力為0. 1-0. 25Mpa，過濾通量為50-100LMH，回 收率為90-95% ;卷式超濾過濾系統(tǒng)孔徑范圍為3-20Kda，其過濾操作壓力為0. 6-lMpa，過 濾通量為20-40LMH，回收率85-90% ; (3) 多級納濾過濾系統(tǒng)，洗脫海水中的NaCl ;納濾孔徑范圍為150-700KDa，其過濾操作 壓力2-3Mpa，過濾通量為5-10LMH，回收率為60-70% ; (4) 納濾過濾系統(tǒng)得到的低濃度濃縮液經(jīng)過低溫真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，其溫度參數(shù)為 50-80°C，真空壓力參數(shù)為10_20kPa，此步驟進(jìn)一步去除海水中的氯化鈉，得到高濃度濃縮 液，采用離心機(jī)將濃縮出的氯化鈉去除。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種海洋納濾濃縮液的制備方法，其特征在于：步驟（1)所 述陶瓷超濾過濾系統(tǒng)包括儲(chǔ)水罐、原水泵、高壓泵、陶瓷膜超濾系統(tǒng)，陶瓷超濾膜孔徑為 0. 05-0. lum，其跨膜壓差為0. 2-0. 3Mpa，過濾通量為40-80LMH，回收率95 %。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋納濾濃縮液的制備方法，其特征在于，其陶瓷納 濾膜過濾系統(tǒng)，主要去除海水中的蛋白質(zhì)、腐植酸等溶解性有機(jī)物和色度，其溶液回收 率為90-95 %，此步驟也可采用分子量3-20KDa的卷式超濾膜系統(tǒng)代替，其操作壓力為 0. 6-lMpa，過濾通量為 20-40LMH，回收率 85-90 %。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋納濾濃縮液的制備方法，其特征在于，步驟（3) 多級納濾系統(tǒng)采用納濾膜孔徑范圍為250-600KDa，其操作壓力為2-3Mpa，過濾通量為 10-15LMH，Na離子洗脫效率為90-95%。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋納濾濃縮液的制備方法，其特征在于，步驟（4)納濾 過濾系統(tǒng)得到的低濃度濃縮液進(jìn)入低溫真空蒸發(fā)濃縮系統(tǒng)，其溫度參數(shù)為50-80°C，真空壓 力參數(shù)為10_20kPa，此步驟進(jìn)一步去除海水中的氯化鈉，得到高濃度濃縮液，采用離心機(jī)將 濃縮出的氯化鈉去除。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海洋納濾濃縮液的制備方法，其特征在于，高含鹽量的 水源取自海平面下200米以下的預(yù)定深海。
【文檔編號(hào)】C02F103/08GK104085956SQ201410221975
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年5月23日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月23日
【發(fā)明者】姚萌, 洪昱斌, 藍(lán)偉光 申請人:三達(dá)膜科技（廈門）有限公司