一种大米脱镉的方法与流程

1.本发明涉及化工技术领域，特别涉及一种大米脱镉的方法。


背景技术：

2.我国有三分之二的人口以大米为主食，因此大米的安全关系重大。据2014 年全国土壤调查，我国镉污染稻田超过28万公顷(420万亩)，超标率达7％。由于水稻本身对环境中的镉极易吸收且累积，因此容易导致米中镉金属超标 (gb/t 1354-2018大米，0.2mg/kg)。人们长期食用镉大米会引起痛痛病(即骨痛病)。现有公开文献报道的技术多是通过酸浸的方式脱镉的。目前的技术多是采用间歇浸出反应为主，浸出脱镉的效率显著偏低，不利于大规模、连续地实施大米脱镉。


技术实现要素：

3.基于此，有必要提供一种大米脱镉的方法，以解决现有技术中大米脱镉的效率显著偏低，不利于大规模、连续地实施大米脱镉的技术问题。
4.本发明提供一种大米脱镉的方法，包括如下步骤：
5.对镉大米进行粉碎研磨处理，以得到粉末状的镉大米；
6.将粉末状的所述镉大米和水混合，以得到悬浮浆料；
7.将所述悬浮浆料和酸溶液加入搅拌桶内，并对所述悬浮浆料和酸溶液进行搅拌，以得到脱镉的米粉悬浮液；
8.将所述米粉悬浮液输送至分离容器中，以将脱镉的米粉和第一含镉溶液进行分离。
9.进一步地，所述搅拌桶设置为多个，多个所述搅拌桶依次连通，所述悬浮浆料和酸溶液依次在多个所述搅拌筒内搅拌，以得到脱镉的米粉悬浮液。
10.进一步地，所述搅拌桶内的悬浮浆料和酸溶液的ph值为0.5～2。
11.进一步地，所述将所述米粉悬浮液输送至分离容器中，以将脱镉的米粉和第一含镉溶液进行分离的步骤还包括：
12.在所述第一含镉溶液中加入酸溶液，对第一含镉溶液进行酸浸处理，得到第二含镉溶液，所述第二含镉溶液的镉浓度大于1mg/l。
13.进一步地，所述在所述第一含镉溶液中加入酸溶液，对含镉溶液进行酸浸处理，得到第二含镉溶液，所述第二含镉溶液的镉浓度大于1mg/l的步骤还包括：
14.在所述第二含镉溶液中加入粉末状的所述镉大米，以使所述第二含镉溶液的ph值大于3，得到第三含镉溶液。
15.进一步地，所述在所述第二含镉溶液中加入粉末状的所述镉大米，以使所述第二含镉溶液的ph值大于3，得到第三含镉溶液的步骤还包括：
16.在所述第三含镉溶液中加入第一沉淀脱镉剂，以使所述第三含镉溶液的 ph值为8～10，对所述第三含镉溶液进行沉淀脱镉处理，以沉淀出含镉胶体。
17.进一步地，所述第一沉淀脱镉剂为碳酸氢钠或碳酸钠。
18.进一步地，所述在所述第二含镉溶液中加入粉末状的所述镉大米，以使所述第二含镉溶液的ph值大于3，得到第三含镉溶液的步骤还包括：
19.在所述第三含镉溶液中加入第二沉淀脱镉剂，对所述第三含镉溶液进行沉淀脱镉处理，以沉淀出含镉胶体。
20.进一步地，所述第二沉淀脱镉剂为硫化钠或硫化氢钠。
21.进一步地，所述大米脱镉的方法还包括以下步骤：
22.经过沉淀脱镉处理的所述第三含镉溶液，以沉淀出含镉胶体后，加入絮凝剂进行絮凝处理，以得到第四含镉溶液；
23.对所述第四含镉溶液进行过滤，将滤液加入所述搅拌桶内。
24.本发明提供的一种大米脱镉的方法，对镉大米进行粉碎研磨处理，以得到粉末状的镉大米，将粉末状的所述镉大米和水混合，以得到悬浮浆料。采用粉末状的镉大米来实现米蛋白在水介质中的稳定可悬浮性和流动性，以显著缩短浸出脱镉处理时间，通过将悬浮浆料加入搅拌桶内，提高搅拌桶内反应的效率，明显缩小浸出脱镉的工作空间。另外，通过搅拌桶对悬浮浆料和酸溶液进行搅拌，能够提高脱镉的效率，该方法能够大规模、连续化地应用于大米脱镉。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例中一种大米脱镉的方法的流程图；
27.图2为本发明实施例中第一反应槽、第二反应槽和第三反应槽的结构示意图；
28.图3为本发明实施例中从1mg/l的cd
2
溶液中加入小苏打或苏打沉淀脱镉的基本热力学平衡图；
29.图4为本发明实施例中从1mg/l的cd
2
溶液中加入硫化钠或硫化氢钠沉淀脱镉的基本热力学平衡图。
30.主要元件：
31.100、第一反应槽；110第一搅拌区；200、第二反应槽；210、第二搅拌区；300、第三反应槽；310、第三搅拌区；400、导流管。
32.本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
33.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
34.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用
于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
35.另外，在本发明中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，全文中的“和/或”包括三个方案，以a和/或b为例，包括a技术方案、b技术方案，以及a和b同时满足的技术方案；另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
36.如图1所示，在一些实施例中，一种大米脱镉的方法，包括如下步骤：
37.s100、对镉大米进行粉碎研磨处理，以得到粉末状的镉大米。
38.s200、将粉末状的镉大米和水混合，以得到悬浮浆料。
39.s300、将悬浮浆料和酸溶液加入搅拌桶内，并对悬浮浆料和酸溶液进行搅拌，以得到脱镉的米粉悬浮液。
40.s400、将米粉悬浮液输送至分离容器中，以将脱镉的米粉和第一含镉溶液进行分离。
41.采用粉末状的镉大米来实现米蛋白在水介质中的稳定可悬浮性和流动性，以显著缩短浸出脱镉处理时间，通过将悬浮浆料加入搅拌桶内，提高搅拌桶内反应的效率，明显缩小浸出脱镉的工作空间。另外，通过搅拌桶对悬浮浆料和酸溶液进行搅拌，能够提高脱镉的效率，该方法能够大规模的应用于大米脱镉。
42.具体地，酸溶液为食品级盐酸，优选为乳酸。乳酸可以是购买的现成乳酸，也可以是采用乳酸杆菌发酵时产生的乳酸，通过食品级盐酸对镉大米进行酸浸处理后，不会污染脱镉的米粉，能够放心食用。
43.更具体地，通过脱谷破碎机将受镉污染的稻谷破碎成米糠、谷壳和碎米，再将碎米研磨成粉末状，将粉末状的镉大米放置于搅拌桶内，按照粉末状的镉大米与水的质量比为1：1～5混合，调节成均匀的悬浮浆料。粉末状的镉大米利于在水介质中充分悬浮、流动以及快速浸出其中的镉。
44.进一步地，搅拌桶设置为多个，多个搅拌桶依次连通，悬浮浆料和酸溶液依次在多个搅拌筒内搅拌，以得到脱镉的米粉悬浮液。更进一步地，搅拌桶内的悬浮浆料和酸溶液的ph值为0.5～2。
45.具体地，多个搅拌桶可以设置成多级全混流釜式反应器，以使悬浮浆料和酸溶液在多个搅拌桶自然串级浸出，从而提高脱镉的效率。更具体地，多个搅拌桶分别具有第一反应槽100、第二反应槽200和第三反应槽300，第一反应槽100、第二反应槽200和第三反应槽300通过导流管400依次连通。在实际操作中，可以根据具体情况要求增加或减少反应槽的数量。具体地，第一反应槽100、第二反应槽200和第三反应槽300的材质可以但不限于为塑料、不锈钢、水泥、木材等。更具体地，第一反应槽100、第二反应槽200和第三反应槽300可以为方槽或者圆槽。通过泵送或者高位槽的方式，将悬浮浆料输送至第一反应槽100，第一反应槽100为浸出反应槽，第一反应槽100的底部设置有第一搅拌区110，第一搅拌区110对悬浮浆料进行搅拌。在第一反应槽100内设置有自动加酸装置，以使悬浮浆料的ph值为0.5～
2。悬浮浆料和酸溶液在第一反应槽100内的容置时间为5～30min，然后悬浮浆料和酸溶液通过导流管400自然溢流到第二反应槽200内。
46.第二反应槽200为继续浸出长时间停留槽，第二反应槽200的底部设置有第二搅拌区210，第二搅拌区210对从第一反应槽100内流入第二反应槽 200内的悬浮浆料和酸溶液进行搅拌，悬浮浆料和酸溶液在第二反应槽200内的容置时间为10～60min，然后悬浮浆料和酸溶液通过导流管400自然溢流到第三反应槽300。
47.第三反应槽300为澄清分离槽，第三反应槽300的底部设置有第三搅拌区310，第三搅拌区310对从第二反应槽200内流入第三反应槽300内的悬浮浆料和酸溶液进行搅拌，悬浮浆料和酸溶液在第三反应槽300内的容置时间为30～120min。通过第一反应槽100、第二反应槽200和第三反应槽300的搅拌，能够快速高效地脱镉，以得到脱镉的米粉悬浮液。另外，采用第一反应槽100、第二反应槽200和第三反应槽300阶梯式串级连接的方式，实现各级浸出米浆的自然溢流，并通过导流管400输送到下一个反应槽的搅拌区，以保证米粉颗粒在各级反应槽内的容置时间内能够充分地脱镉达标。
48.进一步地，s400将米粉悬浮液输送至分离容器中，以将脱镉的米粉和第一含镉溶液进行分离。具体地，分离容器的容积是第一反应槽100、第二反应槽200和第三反应槽300的总容积的5～10倍。反应容器被隔板分割成2～4 个相对隔离的区域，以及构建斜板沉降区域，以避免脱镉的米粉悬浮液造成紊流波动，便于米粉颗粒的自然沉降、沉淀、浓缩、堆积在分离容器的底部，以使脱镉的米粉和第一含镉溶液进行分离，脱镉的米粉定时通过隔膜泵抽取，进入离心机或者板框压滤机进行脱水，得到米粉滤饼。米粉滤饼经过在先洗涤之后，输送至发酵槽进行发酵处理、生产米粉产品。
49.在一些实施例中，s400将米粉悬浮液输送至分离容器中，以将脱镉的米粉和第一含镉溶液进行分离的步骤还包括：
50.s500在第一含镉溶液中加入酸溶液，对第一含镉溶液进行酸浸处理，得到第二含镉溶液，第二含镉溶液的镉浓度大于1mg/l。
51.具体地，完成脱镉的米粉和第一含镉溶液的分离后，将第一含镉溶液和洗涤滤饼的洗水抽送到缓冲槽内，配酸后再次用于酸浸脱镉工序。当反复酸浸处理后，得到第二含镉溶液，第二含镉溶液的镉浓度大于1mg/l后，将第二含镉溶液抽送至中和沉淀槽中。
52.更具体地，s500在第一含镉溶液中加入酸溶液，对含镉溶液进行酸浸处理，得到第二含镉溶液，第二含镉溶液的镉浓度大于1mg/l的步骤还包括：
53.s600在第二含镉溶液中加入粉末状的镉大米，以使第二含镉溶液的ph 值大于3，得到第三含镉溶液，对第三含镉溶液进行离心或者压滤，将米粉颗粒返回至搅拌桶内。粉末状个镉大米是起到预先中和的效果，可以节省碱性试剂、沉淀脱镉剂和钠离子的引入量，并显著提高沉淀脱镉剂的利用效率，减少碱性试剂和沉淀脱镉剂的消耗，从而节省生产成本。
54.更进一步地，s600在第二含镉溶液中加入粉末状的镉大米，以使第二含镉溶液的ph值大于3，得到第三含镉溶液的步骤还包括：
55.s700在第三含镉溶液中加入第一沉淀脱镉剂，以使第三含镉溶液的ph 值为8～10，对第三含镉溶液进行沉淀脱镉处理，以沉淀出含镉胶体。具体地，第一沉淀脱镉剂为酸氢钠或碳酸钠。
56.进一步地，s600在第二含镉溶液中加入粉末状的镉大米，以使第二含镉溶液的ph
值大于3，得到第三含镉溶液的步骤还包括：
57.s800在第三含镉溶液中加入第二沉淀脱镉剂，对第三含镉溶液进行沉淀脱镉处理，以沉淀出含镉胶体。更具体地，第二沉淀脱镉剂为硫化钠或硫化氢钠。在第三含镉溶液中直接加入1～2倍化学计量比的硫化钠或硫化氢钠。
58.更进一步地，一种大米脱镉的方法还包括以下步骤：
59.s910经过沉淀脱镉处理的第三含镉溶液，以沉淀出含镉胶体后，加入絮凝剂进行絮凝处理，以得到第四含镉溶液；
60.s920对第四含镉溶液进行过滤，将滤液加入搅拌桶内。
61.具体地，加入絮凝剂进行絮凝处理后，得到回收得到碳酸镉初级产品或者硫化镉初级产品。对沉淀出的含镉胶体采用絮凝剂来回收，以避免含镉胶体造成的二次污染。另外，第四含镉溶液是多轮酸浸处理及沉淀后的浸出溶液，由于可溶性蛋白的累积浓度较高，可以采用发酵的方法，进行蛋白的分解，得到乳酸溶液，澄清之后，继续返回酸浸工序。
62.更具体地，絮凝剂为食品级pam(聚丙烯酰胺)絮凝剂。
63.如图3所示，从1mg/l的cd
2
溶液中加入小苏打或苏打沉淀脱镉的基本热力学平衡图。
64.如图4所示，从1mg/l的cd
2
溶液中加入硫化钠或硫化氢钠沉淀脱镉的基本热力学平衡图，总镉离子浓度＝1mg/l，总硫离子浓度＝0.0001mol/l。
65.通过以下实施例对本发明的技术方案进行具体说明。
66.实施例1
67.取出被镉金属污染的稻谷，去壳破碎分选获得粒度在1mm左右的粒度碎米，并进一步粉碎成0.5mm以下的粉末颗粒，并确认其含镉量。将1000kg 粉末状的镉大米放置入搅拌桶中，加入2000升水，以50升/min的速度泵送到第一反应槽底部的第一搅拌区，第一反应槽的工作空间为1m3，并配备食品级盐酸调节ph值为1左右。第一反应槽的悬浮浆料和酸溶液自然溢流经过导流管通入到第二反应槽的第二搅拌区，第二反应槽的工作空间为2m3。第二反应槽料液的悬浮浆料和酸溶液自然溢流经过导流管通入到第三反应槽的第三搅拌区，第三反应槽工作空间为3m3。第三反应槽料内的悬浮浆料和酸溶液自然溢流经过导流管通入到分离容器。分离容器的工作空间为30m3，分离容器配备有一块斜板，斜板的宽为2m，长为8米。该斜板在分离容器的输液口下部0.5米处放置。该斜板的水平倾角65
°
。分离容器的底部沉积的米粉颗粒每隔2小时通过隔膜泵抽出，离心分离出米粉颗粒，并喷水洗涤去粘附的残液，然后送往发酵罐制备米粉制品出售。
68.沉降的上清液及离心过滤液混合后输送至缓冲槽，配酸成ph为1之后，加入第一反应槽内继续浸出。浸出10次之后的溶液，则泵送专门至搅拌槽中，加入新一批粉末状的镉大米，搅拌中和使其ph值到5之后过滤，该米粉滤饼返回到第一反应槽中准备继续浸出，而滤液中则加入碳酸氢钠与碳酸钠质量比10：1，调节溶液的ph到8.5，继续搅拌20分钟后，并加入0.01％的食品级pam(聚丙烯酰胺)絮凝剂，继续搅拌1分钟后，过滤、洗涤滤饼，该滤饼即是含碳酸镉的初级制品，可以直接在市场上进行售卖。而滤液则返回第一反应槽中继续使用，一直循环使用30次后，可以进入专门发酵罐中，发酵分解其中的米蛋白，而清液则返回到第一反应槽继续补酸用于浸出。
69.实施例2
70.取出被镉金属污染的稻谷，去壳破碎分选获得粒度在1mm左右的粒度碎米，并进一步粉碎成0.5mm以下的粉末颗粒，并确认其含镉量。将1000kg 粉末状的镉大米放置入搅拌桶中，加入2000升水，以50升/min的速度泵送到第一反应槽底部的第一搅拌区。第一反应槽工作空间为1m3，并配备食品级盐酸调节ph值为1左右。第一反应槽的悬浮浆料和酸溶液自然溢流到第二反应槽。第二反应槽工作空间为2m3。第二反应槽的悬浮浆料和酸溶液自然溢流到第三反应槽。第三反应槽工作空间为3m3。第三反应槽的悬浮浆料和酸溶液自然溢流到分离容器。分离容器的工作空间为30m3。分离容器配备有一块斜板，斜板的宽为2m，长为8m。该斜板在分离容器的输液口下部0.5米处放置。该斜板的水平倾角65
°
。分离容器的底部沉积的米粉颗粒每隔2小时通过隔膜泵抽出，离心分离出米粉颗粒，并喷水洗涤去粘附的残液，然后送往发酵罐制备米粉制品出售。
71.沉降的上清液及离心过滤液混合后输送至缓冲槽，配酸成ph为1之后，加入第一反应槽继续浸出。浸出10次之后的溶液，则泵送至专门的搅拌槽中，加入新一批粉末状的镉大米，搅拌中和使其ph值到2.5之后过滤，该米粉滤饼返回到第一反应槽中准备继续浸出，而滤液中则加入同镉总含量沉淀化学计量比系数1.2量的硫化氢钠，继续搅拌20分钟后，并加入0.005％的食品级 pam(聚丙烯酰胺)絮凝剂，继续搅拌1分钟后，过滤、洗涤滤饼，该滤饼即是含硫化镉的初级制品，可以直接在市场上进行售卖。而滤液则返回第一反应槽中继续使用，一直循环使用30次后，可以进入专门发酵罐中，发酵分解其中的米蛋白，而清液则返回到第一反应槽继续补酸用于浸出。
72.实施例3
73.取出被镉金属污染的稻谷，去壳破碎分选获得粒度在1mm左右的粒度碎米，并进一步粉碎成0.5mm以下的粉末状的镉大米，并确认其含镉量。将1000kg粉末状的镉大米置入搅拌桶中，加入2000升水，以50升/min的速度泵送到第一反应槽底部的第一搅拌区。第一反应槽工作空间为1m3，并配备食品级乳酸调节ph值在1左右。第一反应槽的悬浮浆料和酸溶液自然溢流到第二反应槽的第二搅拌区内。第二反应槽的工作空间为2m3。第二反应槽的悬浮浆料和酸溶液自然溢流到第三反应槽的第三搅拌区。第三反应槽的工作空间为3m3。第三反应槽料的悬浮浆料和酸溶液自然溢流到分离容器内。分离容器的工作空间为30m3。分离容器配备有一块斜板，该斜板的宽为2m，长为8m。该斜板在分离容器的输液口下部0.5米处放置。该斜板的水平倾角75
°
。分离容器的底部沉积的米粉颗粒每隔2小时通过隔膜泵抽出，离心分离出米粉颗粒，并喷水洗涤去粘附的残液，然后送往发酵罐制备米粉制品出售。
74.沉降的上清液及离心过滤液混合后送往缓冲槽，配乳酸成ph为1之后，加入第一反应槽继续浸出。浸出10次之后的溶液，则泵送至专门的搅拌槽中，加入新一批粉末状的镉大米，搅拌中和使其ph值到2.5之后过滤，该米粉滤饼返回到第一反应槽中准备继续浸出，而滤液中则加入同镉总含量沉淀化学计量比系数1.2量的硫化氢钠，继续搅拌20分钟后，并加入0.01％的食品级 pam(聚丙烯酰胺)絮凝剂，继续搅拌1分钟后，过滤、洗涤滤饼，该滤饼即是含硫化镉的初级制品，可以直接在市场上进行售卖。而滤液则返回第一反应槽中继续使用，一直循环使用30次后，可以进入专门发酵罐中，发酵分解其中的米蛋白，而酸性清液则返回到第一反应槽内继续补充乳酸用于浸出。
75.以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用
在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
76.具体的，各实施例脱镉效果如表1。
77.表1项目实施例1实施例2实施例3处理前大米镉含量0.86mg/kg1.02mg/kg0.94mg/kg处理后大米镉含量0.09mg/kg0.15mg/kg0.11mg/kg除镉率89.53％85.29％88.30％