马铃薯淀粉生产废水

马铃薯淀粉生产废水（共5篇）

马铃薯淀粉生产废水 篇1

在淀粉生产过程所排放的废水中含有大量有机污染物,主要是溶解性淀粉和少量的蛋白质。马铃薯淀粉废水属于中高浓度有机废水,其COD值通常为1 000～30 000 mg/L[1]。目前,马铃薯淀粉废水主要采用生化法处理。

Fenton试剂是H2O2与Fe2+组合形成的一种氧化剂,具有极强氧化能力的。本试验采用Fenton试剂氧化处理马铃薯淀粉废水,通过试验研究探索马铃薯淀粉生产废水采用物化法处理的可行性。

1 材料与方法

1.1 试验仪器与试剂

主要试验仪器: HI98128防水型pH测试笔、恒温振荡仪、80-2型台式低速离心机。

主要试验试剂: 稀释30% H2O2至H2O2 浓度为0.98 mol/L ;配制硫酸亚铁溶液至Fe2+浓度为0.98 mol/L。

废水来源:马铃薯淀粉废水取自某马铃薯淀粉加工企业。实测COD=5 500～6 000 mg/L,pH=6.8。

1.2 分析方法与测试

COD采用重铬酸钾法;pH采用HI98128防水型pH测试笔进行测定。

2 结果与讨论

2.1 H2O2/Fe2+对COD去除量的影响

取9份100 mL水样于锥形瓶中,投加Fenton试剂,其中H2O2和Fe2+溶液的体积比(mL∶mL)分别为5∶6、5∶5、5∶4、5∶3、5∶2、5∶1、6∶1、7∶1,8∶1,在振荡器上振荡30 min后用离心机离心10 min,取上清液测定反应后的指标。试验中COD去除量及反应后pH值随H2O2/Fe2+的变化关系如图1所示。

从图1可以看出,COD的去除量随H2O2/Fe2+(mL/mL)的变化规律是先增后减,Fenton试剂中H2O2/Fe2+(mL/mL)=5:2时COD的去除量最高,达到48.5gCOD/molH2O2。H2O2和Fe2+投加量对COD的去除量具有重要影响。这是因为H2O2 是·OH的捕捉剂, H2O2投加量过高会使最初产生的·OH消失;而Fe2+投加量过高也不利于·OH的产生[2]。

本试验淀粉废水pH等于6.80,从反应后水样的pH与H2O2/Fe2+的关系可知,不同H2O2/Fe2+条件下,反应后水样的pH均降至2～3之间,这和文献[3]报道的一致。

2.2 反应时间对COD去除率的影响

实测马铃薯淀粉废水的COD值为5 782.7 mg/L,按H2O2/Fe2+(mL/mL)=5∶2投加Fenton试剂,试验过程中COD去除率和pH随时间变化关系如图2所示。

由图2可见,在反应10 min后,COD去除率为66.4%;之后,随着反应时间的增加,COD去除率略微增加但不明显。废水的pH则降低至2～3。可见Fenton氧化的速率是很快的,在实际应用中反应时间确定为30 min即可满足要求。

2.3 pH对COD去除率的影响

取9份100 mL水样于锥形瓶中以稀硫酸和NaOH分别调节水样的pH值为1～9,按最佳配比, Fenton试剂投加量为H2O2=5 mL,FeSO4·7H2O=2 mL。试验中,不同pH下的COD去除率和反应后的pH如图3所示。

据罗刚等人研究,Fenton试剂的最佳氧化pH为3～5[3];而卢义程等在Fenton试剂处理乳化废水中发现,原水的pH 值9.35 时, Fenton 氧化的COD去除率最高[4]。本试验中,废水pH<7时,随着pH的增加COD去除率逐渐增加,在pH<6时尤为明显;pH>7时,随着pH的升高,COD的去除率略微下降,但趋势平缓;pH=7.02时COD的去除率达到最高,为75.7%。马铃薯淀粉废水为弱酸性废水,pH在6.8左右,接近最适pH值,因此采用Fenton氧化处理时可不进行pH调节。反应后,废水的pH均降至2～3。因此,pH值变化对Fenton试剂处理马铃薯淀粉废水的效果影响不大。这可能是因为反应体系中投加H2O2和Fe2 +后使得pH值下降至最佳pH值附近,导致pH值的影响不显著[4]。

2.4 温度对COD去除率的影响

取5份100 mL水样于锥形瓶中,分别控制反应温度为5、10、15、20、25 ℃,测得反应30 min后COD去除量与温度的关系如图4所示。

从图4可以看出,COD的去除量随温度升高而逐渐增加,但增加的量较小。但从5 ℃到25 ℃,COD的去除量从47.1 gCOD/mol H2O2增加到49.4 g COD/mol H2O2。温度对Fenton氧化处理马铃薯淀粉废水的影响较小,这可能是因为该反应为放热反应所致。因此,Fenton氧化较适用于北方温度较低的马铃薯淀粉废水的处理。

3 结 语

通过Fenton试剂氧化处理马铃薯淀粉废水的试验,可得出以下几点结论。

(1)Fenton氧化可以有效地降低马铃薯淀粉废水的COD。在H2O2/Fe2+(mL/mL)=5:2时处理效果最佳,COD的去除量最高达到48.5 g COD/mol H2O2;

(2)Fenton氧化处理马铃薯淀粉废水的反应速率很快,反应10 min后,COD的变化就不太明显;

(3)废水pH值变化对Fenton试剂处理马铃薯淀粉废水的效果影响不大。pH=7.02时COD的去除率达到最高,故实际应用中可以不调节废水的pH直接进行处理。

(4)温度对Fenton氧化处理马铃薯淀粉废水的影响较小,这对处理北方低温马铃薯淀粉废水极其有利。

摘要：马铃薯淀粉废水属于中高浓度有机废水。采用Fenton试剂氧化处理马铃薯淀粉废水,试验结果表明:H2O2/Fe2+=5∶2时对马铃薯淀粉废水的氧化处理效果最佳,COD去除量最高达到48.5g COD/mol H2O2;废水pH值在7.02左右时COD去除量最高,因此实际马铃薯废水采用Fenton氧化处理时无需进行pH调节;Fenton氧化反应速率高,且受温度影响小,故该处理方法适用于北方低温马铃薯淀粉废水的处理。

关键词：Fenton,马铃薯淀粉废水,COD去除量,pH,温度

参考文献

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马铃薯淀粉生产废水 篇2

研究了厌氧膨胀颗粒(EGSB)反应器处理玉米生产废水的运行过程现象,结果表明,液体表面上升流速是影响EGSB反应器效能的重要参数,当进水CODCr为3 500～6 500 mg/L时,液体表面上升流速为1～3.5 m/h时,EGSB反应器处理始终保持在85%以上,污泥经过选择后能够适应EGSB反应器的运行条件.

作 者：石宪奎 倪文 王凯军  作者单位：石宪奎(北京科技大学土木与环境工程系,北京,100083;黑龙江科技学院资源与环境系,哈尔滨,150027)

倪文(北京科技大学土木与环境工程系,北京,100083)

马铃薯淀粉生产废水 篇3

1 马铃薯淀粉废水来源及其水质特征

1.1 马铃薯淀粉废水来源

马铃薯淀粉生产中产生的废水主要来自两个部分:一为清洗工段清洗马铃薯产生的废水。这部分废水主要成分为马铃薯表面的泥沙。通常可在生产过程中增添少许设备,经简单的沉淀处理后就可循环使用。二为提取工段的废水。这部分废水由两个生产阶段产生:一是淀粉乳提取产生的废水,主要是马铃薯自身的含水量,即细胞液,故该废水中的蛋白质含量较高。这部分废水不能循环使用,又因回收蛋白成本费用高,目前全部外排。二是淀粉提取产生的废水,生产过程中对水质的要求高,但用水量小,也称为工艺废水。该废水中主要含有淀粉、蛋白质[2]等有机物,COD(化学需氧量)、BOD(生物需氧量)浓度非常高。目前马铃薯淀粉企业排放的污水主要为细胞液和工艺废水。

1.2 马铃薯淀粉废水的水质特征

马铃薯淀粉废水中主要含有机物化合物,如蛋白质和糖类等,还含有一些淀粉颗粒、纤维等。水质成分如下[3]:

COD(化学需氧量)约为:20000~25000mg/l;

BOD(生化需氧量)约为:9000~12000mg/l;

SS(悬浮物)约为:18000mg/l。

2 马铃薯淀粉废水处理现状

目前,国内马铃薯淀粉废水处理方法有资料显示的有:化学絮凝、生物处理等方法。

2.1 化学絮凝法

絮凝沉淀法作为一种成本较低的水处理方法应用广泛。其水处理效果的好坏很大程度上取决于絮凝剂的性能,所以絮凝剂是絮凝法水处理技术的关键。絮凝剂可分为无机絮凝剂、合成有机高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂和复合型絮凝剂。追求高效、廉价、环保是絮凝剂研制者们的目标[4]。

莫日根等[5]用碱式聚合氯化铝为絮凝剂处理模拟马铃薯淀粉废水,结果表明,当10%碱式聚合氯化铝的投入量为1.00mL和1.20mL时,COD去除率最佳,可达到47%。若将经碱式聚合氯化铝处理后的淀粉废水再利用吸附柱进行吸附处理,其COD去除率可达到65%。

郑圣坤等[6]采用摸拟试验方法研究PAC、FeCl3和Al2(SO4)3混凝剂对马铃薯淀粉废水的混凝预处理效果。通过对废水处理前后各项指标及处理成本等各方面因素进行综合分析,结果得知,Al2(SO4)3作为马铃薯淀粉废水的混凝剂较为合适,此时Al2(SO4)3的最佳投药量为500mg/ L ,对废水的COD去除率可达到34%左右。

兰州交通大学[7]采用混凝法对处理马铃薯淀粉废水进行了研究。研究了混凝剂的种类、投加量、pH以及沉降时间对马铃薯淀粉废水COD去除率的影响。通过对废水处理前后各项指标及处理成本等各方面因素进行综合分析,结果得知,PFS作为马铃薯淀粉废水的混凝剂较为合适,此时马铃薯淀粉废水去除率可达到58%。

国内目前采用混凝沉淀法处理马铃薯淀粉废水的研究不多,大多集中在实验室研究阶段,试验结果显示;采用絮凝沉淀处理废水,虽然对有机物有一定的去除效果,但是处理后的废水仍然不能达标排放,加上于成本等原因,尚未见采用混凝法处理废水的马铃薯淀粉生产企业。

2.2 马铃薯淀粉废水的生物处理法

国内对淀粉废水的生物处理法研究较多,但是在马铃薯淀粉废水处理的生物法研究资料显示不多。

郭育鸿等[8]采用SBR工艺处理马铃薯加工废水,比其他工艺更具有优越性。在进水CODCr=2000~6 000m g/L时,CODCr平均去除率达到94%以上,出水水质为pH值=6~9,CODCr≤100mg/L,SS≤70mg/L,NH+4-N≤15mg/L,TP≤0.5mg/L。

洪永哲等[9,10]采用投菌活性污泥法间歇式处理马铃薯污水定性试验,阐述了七种细菌的功能并通过试验数据分析得出,采用投菌活性污泥法,不仅能提高马铃薯污水的处理效果而且还能增强生化过程的硝化作用,使污水的脱氮效果明显,产泥量也少这一结论。

荣宏伟等[11]采用厌氧-好氧法对马铃薯加工废水进行了处理研究,通过采用上流式厌氧污泥床和接触氧化进行了处理该废水的实验,研究结果表明,该组合工艺的处理效果良好,CODCr去除率可达95%~97% ,BOD5去除率为96%~99%,容积产气率1.733m3(m3·d)。

郑圣坤,唐文浩[12]采用模拟试验方法研究了UASB—曝气氧化塘组合工艺处理高浓度马铃薯淀粉有机废水的技术可行性。实验结果表明,UASB—曝气氧化塘组合工艺对废水中有机物的去除效果良好,COD去除率可达到95%左右,BOD5去除率为98%。

郭静[13]等在加拿大新布伦瑞克大学实验室利用上流式厌氧污泥床—厌氧滤柱系统,进行了低负荷条件下两级厌氧处理的研究。运行试验长达420d,结果表明:在常温条件下,该系统的有机负荷为0.19~0.55kgCOD/m3·d时,COD和SS的去除率分别是95%~98%和98%~99%,产气量为0.31~0.32m3CH4/kgCOD去除,运行期间出水水质始终良好,没有出现任何恶性变化的征兆。生物气中77%~80%是CH4,而17%~18%是CO2,两级厌氧处理系统运行可靠、便于管理。

国内大多数马铃薯淀粉生产企业集中在“三北”地区,生产季节9~11月份,气温低、有冰冻。特别是在10~11月,低温都在-5~15℃之间,而生物处理工艺无论是厌氧法,还是好氧法,均需25℃左右的工作温度,有些厌氧处理工艺水温需要控制在35℃左右,否则封锁处理效果。因此,虽然有人时行生物法处理马铃薯淀粉废水的研究,但是企业实际并无应用实例,而污水处理工程即使建成也无法保证正常运行。

3 科技创新回收马铃薯淀粉废水中的蛋白

3.1 膜法回收蛋白

甘肃省膜科学技术研究院[14]利用平板超滤膜设备对马铃薯淀粉废水进行了回收蛋白的中试实验,结果证明,超滤膜对马铃薯淀粉生产废水中的蛋白的截留率大于90%,COD去除率大于50%,天津大学[15]采用中空纤维超滤膜进行了回收马铃薯淀粉废水中蛋白质的小试,认为超滤前调整料液pH值3.5左右,超滤效果比较好,COD的去除率为55.8%。张泽俊等[16]采用自制的超滤实验室小试机对马铃薯淀粉废水进行回收蛋白小试,试验结果证明采用切割分子量为1.5万的醋酸纤维素膜,处理马铃薯淀粉工艺废水,可以截留85%的蛋白质,降低50%的COD。顾春雷[17]等采用膜技术处理马铃薯加工废水,用切割分子量10万和1.5万的超滤回收蛋白,再用纳滤膜回收马铃薯淀粉废水中的低聚糖,结果证明:利用膜集成技术可以回收马铃薯淀粉废水中蛋白质总量的97%和低聚糖总量的90%。最后反渗透液的化学耗氧量可以达到排放标准。

3.2 混凝沉淀法回收蛋白

陶德录等[18,19,20]人将马铃薯淀粉生产中的蛋白液通过蛋白提取和菌细胞提取技术,制成饲料蛋白,从而降低马铃薯淀粉生产废水中的有机物含量,减轻废水对环境的污染,且得到利用价值高的饲料蛋白,实现淀粉生产废水的循环利用。采用了能作饲料添加剂的钙盐物质,配制成了电解质,其絮凝、助凝和沉淀效果很好。每吨约3000元,按0.2%~0.3%添加 (根据蛋白液浓度可浮动用量),处理1 t蛋白液费用6~9元。赵萍等[21]利用酸调节等电点、发酵、热处理等方法处理马铃薯淀粉加工的废水,从中提取蛋白质及回收固形物,降低废水中的COD值和BOD值,使废水得到净化而减少对环境的污染,提高综合利用水平。

利用膜分离技术回收马铃薯淀粉废水中的蛋白,设备运行费用低,操作简单,回收蛋白较彻底,但设备一次性投资大,一般企业承受不起。混凝沉淀等方法运行成本高,蛋白质提取率低,提取质量差,因此推广应用难度大。现除甘肃省膜科学技术研究院进行了中试外,其余的仍处在实验室研究阶段。

4 科技创新开创水资源化新途径

利用马铃薯为原料生产淀粉,会产生大量的工业废水,里面含有大量的粗蛋白、粗淀粉、粗脂肪和粗纤维[22]。传统的真菌培养基为马铃薯蔗糖培养基,马铃薯煮汁中存在适应真菌生长的各种因素,因而淀粉加工废水可能可以作为真菌生长的原料。真菌对废水中营养物质的利用,一方面改善马铃薯废水,另一方面又能生产生物活性物质,如多不饱和脂肪酸[23]。王宏勋[24]等人以马铃薯淀粉废水为发酵基质,用刺孢小克银汉霉(Cunninghamella echinulata)发酵生产含γ-亚麻酸(GLA)的油脂。研究表明,刺孢小克银汉霉菌株能有效利用马铃薯淀粉废水合成GLA,最佳碳源为蔗糖,最佳氮源为(NH4)2SO4,最佳C/N为100∶1。在最佳条件下发酵培养7d,废水的COD去除率达到19.21%,生物量达到20.53g/L,菌丝体中粗油量为3.91g/L,产油率为19.03%,GLA产量为680.10 mg/L。初步说明通过微生物发酵可以达到处理废水和生产生物活性物质的双重目的。

有人还试图对马铃薯淀粉废液进行加工处理,将其用于食品工业,但因处理过的淀粉汁液具有马铃薯所特有的一种异味而裹足不前。为有效利用马铃薯的汁液,近年一种使用葡萄糖转化酶处理的新工艺面世,不仅有效去除了汁液中的不愉快口味,而且所得产品富含糖、氨基酸、有机酸与矿物质等营养成分,可作为食品添加剂广泛用于饼干、糕点、饮料、西式点心中,完全符合食品卫生要求[25]。由于马铃薯淀粉废水和废渣富含蛋白等营养成分,有人利用废水回收蛋白,利用废渣生产饲料、酒精、糊精、柠檬酸等产品[26]。内蒙古奈伦农业科技股份有限公司在1996年建设淀粉厂的同时进行工业废水的治理工作,通过大量的考察和论证,消化吸收了国外北欧和日本的先进经验,开展马铃薯淀粉生产汁水农田施肥技术研究,经过十几年的试验开发,取得了显著成效,原来的沙梁荒地变成了肥沃的农业基地,马铃薯亩产达到2500多kg(周边大田产量为800~1000kg),十多年来,年年保持丰产[27,28]。

马铃薯淀粉的综合利用研究,对马铃薯淀粉废水的处理具有理论上的指导意义,由于有些综合利用技术尚处在实验室研究阶段,并且存在技术条件苛刻、运行成本高等因素而不宜推广。采用马铃薯淀粉废水灌溉农田的综合利用技术,确是一项资源节约型、环境清洁型和实现农业的可持续发展的非常好的技术措施。同时解决了“三北”地区马铃薯淀粉废水处理难度大的问题。

5 科技创新深入研究的思路

1)由于马铃薯淀粉的生产企业,除西南地区有极少数企业,绝大部分都在“三北”地区,“三北”地区的企业生产期集中在9~11月份,气温低,有冰冻。特别是在10~11月,低温都在-5~15℃之间,而生物污水处理工艺无论是厌氧法、好氧法,均需25℃左右的工作温度,否则封锁处理效果。由于条件的限制,生物污水处理工程即使建成也无法正常运行。因此建议国家在马铃薯淀粉废水处理工艺的研究立项上,应尽量减少不必要的浪费,对马铃薯淀粉废水处理切实可行的研究项目增加投入力度。

2)中国目前进口马铃薯淀粉40万t左右[29],发展前景非常广阔。但是废水污染却相当严重,是困惑马铃薯淀粉生产发展的主要难点。由于马铃薯淀粉生产中未加入任何其他添加物,从理论上可以认为废水中所含物质为马铃薯本身物质,无毒、无害。因此建议通过政策指导,利用马铃薯加工废水适时、适量进行农田冬灌,在因地、因作物适宜情况下,既可解决废水排放污染问题,又可扩大灌溉农田面积。环保、农业、科研等相关部门应对废水及冬灌土壤、主要农作物做连续检测分析,并对这一治污方法进行跟踪调查和对比试验,掌握废水灌溉与农作物生长情况的科学规律,获取全面、详细、科学的数据,得出淀粉废水灌溉的有效结论及改良方法,以便合理利用推广之。

3)利用马铃薯淀粉废水为原料进行种植和灌溉,使其能为农业生态建设服务,创造经济效益。由于该方法仅限于农业,所以不适合在城市推广使用。因此建在城市中的马铃薯淀粉生产企业应采用膜分离技术对废水进行处理,使废水实现达标排放,同时回收废水中的蛋白质、低聚糖用以抵消处理废水所产生的费用,实现变废为宝,变害为利。

4)马铃薯淀粉废水污染治理技术研究应坚持因地制宜、分类指导、突出重点、抓好试点、突出示范效应等原则。工作重点应突出节水、减排、减轻污染、废水废渣综合利用等。要强调从源头上控制污染,加快落后工艺流程的改造,淘汰落后的生产技术,积极探索和研发以蛋白提取、低聚糖回收、废水冬灌为重点的马铃薯淀粉加工废水的综合利用项目,从根本上解决废水污染问题。

马铃薯淀粉生产废水 篇4

1 淀粉废水处理技术的现状

去除废水中的污染物, 使被处理废水的各项指标符合排放标准是淀粉废水处理的主要目的。当前常用的处理方法主要有物理法、物理化学法、化学氧化法以及生物处理法。

1.1 物理法

(1) 吸附法。淀粉废水中含有淀粉颗粒和大量微纤维素, 其中纤维素是有许多直链纤维分子所组成的, 而且还有很多羟基, 他们能够形成许多氢键, 纤维素分子依靠他们胶结成束, 这些胶束定向排列为网状结构, 非常容易被吸附材料吸附, 所以这种方法也十分简便。在实验中, 我们可以用粉煤灰活化漂珠和活化煤矸石等作为吸附材料, 对淀粉废水进行有效处理, 而且通过验证, 能够达到十分可观的效果。

(2) 气浮分离法。这种方法是利用高压状态溶入大量气体水—容器水作为工作液体, 通过骤然减压而释放出大量的微细气泡, 这样废水中的絮凝物就会粘附其上, 随着气泡的不断上升, 絮凝物就会漂浮至液面, 这样就能达到液固分离的目的。

(3) 磁电效应法。以玉米淀粉废水处理为例子, 用磁电效应配合絮凝剂工艺技术对玉米废水中的蛋白质和淀粉进行絮凝, 玉米淀粉废水的一次絮凝吸出率将会达到56%以上。这种方法还能有效降低淀粉废水中的COD、BODS等, 使废水达到排放的正常标准。

1.2 物理化学法

淀粉废水中含有蛋白质、糖类及其悬浮物, 废水呈现比较稳定的高分散系胶体溶液, 治理淀粉废水的目标要首先集中到对胶体状态的破坏上来。化学絮凝法正是通过药剂物理化学作用, 对胶体进行破坏, 使淀粉废水中的有机物脱离后再凝聚, 最终从水分中分离出去。

絮凝沉淀法能够有效降低废水色度和浊度, 对多种高分子有机物都有很好的去除作用, 所以被广泛采用。目前, 絮凝剂已经发展到无机高分子、有机高分子絮凝剂, 而且关于微生物絮凝剂的研发也在进行中。

(1) 无机絮凝剂处理法。1960年, 无机絮凝剂研制成功并迅速在全世界范围内推广开来。传统的无机低分子絮凝剂腐蚀性强、稳定性差、运输和储存都十分不方便, 因此逐渐被高分子絮凝剂所替代。无机高分子絮凝剂主要是聚铝和聚铁类, 包含沉降速度快、除浊色效果佳, 所以用无机絮凝剂处理淀粉废水效果很好。

(2) 有机絮凝剂处理法。通常情况下, 有机絮凝剂可以分为有机高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂。有机絮凝剂是利用吸附架桥作用, 形成的絮体大且密实, 沉降性非常好。目前采用的有机高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺 (PAM) 及其衍生物。例如, 以工业废渣为混凝剂, 以PAM为絮凝剂, 对玉米淀粉废水进行处理, 经过处理后能够达到排放标准, 而且絮凝物经过压滤脱水后可以掺进煤中做燃料, 不仅达到了以废治废的目的, 而且对环境没有二次污染, 既节约成本又实用环保。

天然高分子絮凝剂包括纤维素、多糖和蛋白质等衍生物。与人工合成有机高分子絮凝剂相比, 改性后的天然高分子絮凝剂具有安全无毒、易生物降解等优点, 受到了更多人的青睐。

(3) 微生物絮凝剂。微生物絮凝剂是一种高效安全的新型絮凝剂, 是当前阶段絮凝剂研究的重要方向之一。此种方法在上世纪80年代, 由日本苍根隆首先试验提出, 但是目前来看淀粉废水处理微生物絮凝剂尚且不是特别多。这种絮凝剂是通过微生物发酵、奋力、提取而得出的一种新型的絮凝剂。微生物絮凝剂分子量较大, 一个分子可以同时与几个悬浮颗粒进行结合, 在适宜的环境下迅速形成网状结构而沉积, 絮凝能力比较强, 取得的效果也非常好。

1.3 生物处理方法

生物处理法利用微生物的新陈代谢, 通过对污染物的降解, 将其转化为游泳物质, 从而将废水进行净化。相比于物力和化学处理法, 生物处理法对有机物的讲解则比较彻底, 也越来越引起了人们的重视。目前比较常用的有好氧生物处理法和厌氧生物处理法。

2 淀粉废水处理技术存在的问题

当前, 虽然淀粉废水处理技术已经发展很完善了, 但是由于淀粉废水排放量大、污染严重且处理难度大, 以上列举的淀粉废水处理方法在实际应用中还存在一些需要解决的问题。

2.1 絮凝剂沉淀法处理效率低

絮凝沉淀法在应用过程中存在效率低下的问题, 尤其是对废水中小分子有机物的去除方面, 效率更低。这种方法一般不适合单独使用, 往往需要和其它的方法相结合才能达到良好的效果。

2.2 气浮法操作管理复杂

气浮法的处理效率受到进料位置、进气量、气浮剂用量和液面高度的影响, 所以操作管理比较复杂, 而且这种方法对处理设备的性能要求很高, 在使用过程中就无形中加大了成本费用。

2.3 生物处理法成本高

生物处理法虽然处理效果较好, 但是该方法占地面积较大, 而且能量消耗大, 投资费用和运营成本都很高, 而且这种方法受自然环境因素影响较大, 尤其是废水水温、有毒物质更是对生物处理法产生了很大影响。

3 淀粉废水处理方法的发展展望

针对淀粉废水的特点, 通过对当前现有处理方法的研究, 在未来的发展中, 应重点从以下几个方面开展, 推动淀粉废水处理方法的不断改进。

3.1 加大对絮凝剂的研究

淀粉废水处理中混凝剂的使用量比较大, 所以必须加大对絮凝剂的研究, 尤其是在无毒无害的微生物絮凝剂的研究。通过对絮凝剂种类、用量和沉淀时间的研究来提高淀粉废水的处理效果。

3.2 研究淀粉废水处理新方法

一方面, 需要进行生物新方法的探讨, 根据淀粉废水的特点研究出运行稳定、成本较低、处理效果明显的新方法;另一方面, 加强综合处理方法的研究, 将物理法、化学法和生物法有效结合, 使淀粉废水处理达到标准要求, 并对有用物质进行合理回收。

3.3 发展循环经济, 回收有用物质

在淀粉废水处理方法的运用中, 需要特别注意有用物质的回收利用。在物理方法中, 我们可以通过对废水中的悬浮物进行生产并合理有效利用来发展生态农业。在对废弃物质回收利用的同时也大大降低了废水处理的难度。

4 结语

当前, 淀粉废水污染十分严重, 所以淀粉废水处理是一项长期复杂的系统工作, 必须加强对综合处理方法的研究和应用。通过物力、化学和生物等方法的完美结合, 促进淀粉废水达到排放标准。同时, 通过有用物质的回收利用不仅能够减少处理后的废弃物对环境的二次污染, 更能变废为宝, 节约成本, 促进企业经济效益的提高。

摘要：作为一种重要的工业原料, 淀粉被广泛应用到食品、纺织、造纸等多个领域。但是, 目前国内淀粉加工企业分布较广, 而且废水COD具有很高的浓度, 淀粉废水处理工艺越来越受到人们的广泛重视。本文分析了淀粉废水处理技术的现状, 通过对现有处理工艺的介绍, 指出了当前阶段淀粉废水处理技术存在的问题, 并对淀粉生产废水处理工艺未来的发展方向进行了展望。

关键词：淀粉废水,处理技术,现状分析,发展展望

参考文献

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预发酵淀粉废水生产微生物絮凝剂 篇5

关键词：微生物絮凝剂,淀粉废水,培养条件,絮凝条件

微生物絮凝剂是一种新型的天然有机高分子絮凝剂[1], 它具有絮凝效率高, 易被微生物降解, 无毒无害, 安全性高, 无二次污染等特点[2]。目前, 微生物絮凝剂用于水处理领域的最大障碍是用量大、成本高[3]。因此, 寻找高效絮凝剂产生菌, 提高絮凝活性, 降低培养基的成本已成为絮凝剂能否在工业中得到推广应用的关键所在。

目前国内外对微生物絮凝剂廉价培养基作了大量的研究。大连理工大学的周旭[4]在培育假单胞菌时, 利用鱼粉废水生产出了性能良好的微生物絮凝剂PSD-1。李剑[5]利用乳品废水培养菌GL-3产生的生物絮凝剂对多种实际废水也有良好的净化效果。张志强的研究 (复合菌群产微生物絮凝剂的研究.南昌大学学位论文, 2005.) 表明, 啤酒废水完全可以取代葡萄糖作为其构建的絮凝剂产生菌群的碳源和能源。Fujita[6]以低分子量的挥发性脂肪酸如乙酸、丙酸作为碳源对絮凝剂产生菌Cirtobacterisp进行培养, 生产絮凝剂, 以降低生产成本, 因为这些物质可以很方便地从各种有机废水中得到。

本研究利用淀粉废水生产微生物絮凝剂, 并对菌株NⅢ2的最佳培养条件和最佳絮凝条件进行了研究, 期为其工业化生产的实践提供依据。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 菌种

菌株NⅢ2, 从污水厂的活性污泥中分离得到。

1.1.2 培养基

牛肉膏蛋白胨培养基:牛肉膏3.0 g/L, 氯化钠5.0 g/L, 蛋白胨10.0 g/L, pH 7.2。

微生物絮凝剂发酵培养基:磷酸二氢钾0.2 g , 磷酸氢二钾0.5 g, 尿素0.59 g , NaCl 0.1 g, MgSO4 0.2 g, 淀粉废水1 000 mL, pH 7.0。

1.2 实验方法

1.2.1 菌悬液制作方法

取100 mL富集培养基于250 mL锥形瓶中, 用8层纱布封口, 112.3 ℃、110 kPa下水蒸气灭菌30 min。无菌条件下接入菌株NⅢ2, 于恒温振荡器中培养24 h。培养液离心, 倒去上清液并用缓冲溶液 (pH=7) 清洗沉淀3次, 再用相同缓冲溶液制成OD600 nm (光密度) 值为1.8的菌悬液。

1.2.2 絮凝剂发酵培养方法

取发酵培养基100 mL于250 mL锥形瓶中, 无菌操作条件下, 加入2 mL 菌株NⅢ2的菌悬液接种于其中, 30 ℃, 160恒温振荡器好氧培养24 h, 然后在10 000 r/min下离心10 min, 上清液即为微生物絮凝剂粗品。

1.2.3 絮凝剂活性测定

在100 mL含5 g/L的高岭土的悬浊液中, 加入定量1%的CaCl2 溶液作为助凝剂, 再加入微生物絮凝剂, 调节pH值, 然后快速搅拌1 min, 慢速搅拌5 min, 静置10 min, 用722型分光光度计在550 nm处测定静止后的上清液吸光度, 用下面的公式计算待测样品的絮凝率:

高岭土产生的SS的絮凝率undefined

式中: A——对照上清液的吸光度;

B——样品上清液的吸光度。

1.2.4 培养条件对微生物絮凝剂生产的影响

1.2.4.1 淀粉废水预发酵方法

(1) 25 ℃淀粉废水加酒粬预发酵 (碳源1) , 再加菌株NⅢ2菌悬液; (2) 淀粉废水不预处理 (碳源2) , 同时加酒曲和菌株NⅢ2的菌悬液; (3) 淀粉废水不预处理 (碳源2) , 直接加菌株NⅢ2的菌悬液; (4) 淀粉废水不预处理 (碳源2) , 直接加酒曲。

1.2.4.2 淀粉废水COD浓度对微生物絮凝剂生产的影响

在氮源为尿素的条件下, 分别将淀粉废水培养液的COD浓度调至8 000、10 000、12 000、15 000、17 000 mg/L, 培养24 h后, 取样测定其絮凝率。

1.2.4.3 不同氮源对微生物絮凝剂生产的影响

在淀粉废水COD浓度为12 000 mg/L的条件下, 分别以尿素、硫酸铵、硝酸铵、硝酸钾为氮源, 连续培养24 h后, 取样测定絮凝率。

1.2.5 絮凝条件对絮凝活性的影响

分别测定不同的絮凝条件 (pH值、絮凝剂投加量和氯化钙投加量) 在不同情况下培养液对高岭土悬浮液的絮凝值, 画出絮凝率的曲线图, 分析各个絮凝条件对培养液絮凝的影响。

2 结果与分析

2.1 培养条件对微生物絮凝剂生产的影响

2.1.1 淀粉废水预发酵方法的确定

按照实验方法中的淀粉废水的预发酵方法进行实验, 生产微生物絮凝剂, 培养液为液态絮凝剂粗品, 测定絮凝剂对水样中SS的去除率。

由图1可知, 用酒曲对淀粉废水进行预发酵, 之后再加入菌株NⅢ2的菌悬液生产微生物絮凝剂时, 絮凝率基本为85%～95%, 而且产生的矾花大, 絮体生长速度快, 短时间内使混浊液变清澈; 而其他三种发酵方法, 淀粉废水未预发酵作为碳源时, 絮凝率为70%～90%, 产生的矾花细小, 生长速度慢, 絮凝后的液体仍然混浊。 因此, 以淀粉废水作为碳源生产微生物絮凝剂应该进行适当的预发酵, 以使淀粉大分子转化为其他小分子糖类, 有利于微生物吸收利用。

2.1.2 淀粉废水COD浓度对微生物絮凝剂生产的影响

菌株NⅢ2在不同浓度的发酵液中培养后, 对高岭土悬浊液的絮凝效果见图2。

由图2可知, 当培养液的COD浓度为12 000 mg/L和15 000 mg/L时, 生产出的微生物絮凝剂的絮凝效果比较稳定, 特别是当培养时间在24～28 h时, 絮凝率都在90%以上;当COD浓度为10 000 mg/L和8 000 mg/L时, 絮凝效果比较差, 而且到培养后期絮凝率明显呈下降趋势;当COD浓度为17 000 mg/L时, 絮凝效果也不稳定, 并且在实验中还发现, 当培养基中COD浓度过高, 随培养时间的增加, 培养基呈现黄色, 使处理后的水有颜色。这是因为碳源浓度对絮凝剂的产生有很大影响。碳源浓度过低, 不能提供足够的能量和物质来源;在培养基中加入过量碳源, 会使处于停止期的细胞获得活力, 细胞数量增殖上升结果降低了絮凝活性[7]。

所以在本实验条件下, 菌株NⅢ2适合利用COD浓度为12 000 mg/L和15 000 mg/L的淀粉废水为碳源生产微生物絮凝剂, 再从减少培养基用量能使絮凝效果达到最佳的角度考虑, 认为COD为12 000 mg/L是最适宜的。

2.1.3 不同氮源对微生物絮凝剂生产的影响

氮是构成微生物细胞蛋白和核酸的主要元素, 真菌对无机氮源和有机氮源有一定的选择性, 氮源的类型不同则真菌对其利用的程度也不同[8]。不同氮源对菌株NⅢ2絮凝性影响实验结果见图3。

由图3可知, 以尿素为氮源时, 絮体形成快、矾花大、沉降速度快、上清液清澈, 其絮凝率都在90%以上, 絮凝效果最好;当以硫酸铵为氮源时, 絮凝率大多都在80%～90%之间;以硝酸铵和硝酸钾为氮源时, 絮凝效果均不太理想。可见对于菌株NⅢ2来讲, 有机氮比无机氮更有利于絮凝剂的合成, 因此选择尿素为菌株NⅢ2生产微生物絮凝剂的最佳氮源。

2.2 絮凝条件对絮凝活性的影响

2.2.1 絮凝剂投加量对絮凝活性的影响

絮凝剂作为絮凝体系的主体, 其投加量的多少直接关系到最终的絮凝效果, 同时也是评价絮凝剂性能的重要指标[9]。在100 mL浓度为5 g/L的高岭土悬浊液中加入2 mL助凝剂 (含10%的CaCl2) 和不同体积的絮凝剂, 保持絮凝体系的pH值为7.0, 考察絮凝剂投加量对絮凝效果的影响, 结果见图4。

由图4可知, 絮凝剂投加量为0.5～3 mL时, 絮凝率先增大后减少, 为2 mL时絮凝率达到最大 (90.58%) , 再增加絮凝剂的投加量, 絮凝率都没有显著升高, 且絮凝剂的消耗加大, 成本相应提高。因此絮凝剂的最佳投加量不是越多越好, 在试验条件下, 絮凝剂的最佳投加量为2 mL。

2.2.2 CaCl2投加量对絮凝活性的影响

微生物絮凝剂是高分子物质, 金属离子可以加强微生物絮凝剂的桥联作用和中和作用[10]。Ca2+是一种良好的助凝剂, 本实验选用CaCl2的质量分数为10%, 菌株NⅢ2培养1天后的培养液2 mL, pH调至7.0, 测定高岭土悬浊液的絮凝率。

如图5所示, 在不投加CaCl2时, 高岭土悬浊液的絮凝率只有82%, 絮凝率最高值89%出现在CaCl2投加量为2 mL时, 此后CaCl2投加量继续加大, 絮凝剂的絮凝效果变化稳定, 絮凝率没有明显改善。由此可见, CaCl2对絮凝效果有促进作用, 最佳投加量为2 mL。

2.2.3 pH值对絮凝活性的影响

在100 mL浓度为5 g/L的高岭土悬浊液中加入2 mL絮凝剂和2 mL助凝剂 (含10%的CaCl2) , 改变絮凝体系的pH, 考察絮凝体系pH对絮凝率的影响, 结果见图6。

由图6可以看出当高岭土悬浊液的pH值为酸性时, 基本没有絮凝效果, pH值为碱性时, 絮凝率都在90%左右。这说明絮凝体系的pH值变化对絮凝剂的絮凝效果有很大的影响, pH值的变化影响絮凝剂的表面电荷性质, 形态结构, 从而影响到絮凝剂与悬浮颗粒之间的相互作用[11]。因此, 实验时选择合适的pH值, 既可以节省大量的絮凝剂, 还可以使絮凝效果达到最好。由图6可知, 絮凝体系pH值为7时, 絮凝效果最佳。

3 结论

(1) 利用淀粉废水生产微生物絮凝剂时, 淀粉废水要经过相应的预处理, 才有利于微生物吸收利用。本研究确定了淀粉废水的预发酵方法, 提高了微生物生产絮凝剂的效率。

(2) 菌株NⅢ2生产微生物絮凝剂的培养条件是:淀粉废水COD浓度12 000 mg/L, 尿素为最佳氮源。

(3) 微生物絮凝剂的最佳絮凝条件是:在pH值为7.0, 高岭土浓度为5 g/L的100 mL悬浊液中, 絮凝剂投加量为2.0 mL, CaCl2投加量为2.0 mL。此时, 絮凝效果最佳。

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