馬鈴薯淀粉廢水處理技術(shù)

馬鈴薯淀粉廢水是馬鈴薯淀粉以及相關(guān)淀粉化工產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢液，是食品工業(yè)中污染最嚴重的廢水之一。該廢水中含有大量有機物，如糖類(lèi)、蛋白質(zhì)等，因此造成了廢水的COD、濁度和色度都很高[1]，如果直接將廢水排入水體不僅是對水資源的浪費，而且會(huì )對環(huán)境造成嚴重污染。一方面，廢水中的有機質(zhì)會(huì )在自然發(fā)酵后釋放出硫化氫、氨氣等氣體從而污染環(huán)境；另一方面，由于其有機質(zhì)濃度過(guò)高，各種微生物生長(cháng)繁殖迅速，其中有害微生物或者致病菌的大量生長(cháng)繁殖，不僅直接侵害了水生動(dòng)物，而且由于微生物的生長(cháng)和有機質(zhì)的氧化反應，水中的溶解氧被消耗殆盡，使水生動(dòng)物因缺氧而死亡，從而對河流、水庫及環(huán)境造成嚴重污染[2]。

針對馬鈴薯淀粉廢水的處理，人們都在力求研究出一種合理、高效、低能耗的淀粉廢水處理方法。目前，在廢水預處理過(guò)程中作為助凝劑或初級絮凝劑的水溶性聚合物在水處理中已引起廣泛的重視，其優(yōu)點(diǎn)在于產(chǎn)生的沉淀絮塊較大且穩定，污泥量少，需用的化學(xué)試劑量少。再結合馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水具有如下幾個(gè)明顯的特點(diǎn)：①馬鈴薯淀粉加工業(yè)具有明顯的季節性，主要集中在每年的10 月份至翌年的1 月份，處于冬季氣溫低、水溫低，十分不利于生物處理；②生產(chǎn)周期短，生物系統啟動(dòng)困難；③由于搓磨機生產(chǎn)時(shí)加入大量氣體，濃、稀蛋白水中含有大量穩定的微氣泡；④蛋白含量高，曝氣時(shí)還會(huì )產(chǎn)生大量泡沫[3]。因此本文采用物理化學(xué)方法即用無(wú)機絮凝劑硫酸鋁和有機絮凝劑聚丙烯酰胺（PAM）處理馬鈴薯淀粉廢水，并將無(wú)機和有機絮凝劑進(jìn)行復配，研究在正常廢水pH 下、各絮凝劑的投藥量、助凝劑投加量以及沉降時(shí)間等對絮凝效果的影響，從而確定處理馬鈴薯淀粉廢水的較佳絮凝劑及其較經(jīng)濟的投放方式，為工業(yè)應用提供理論依據。

1 試驗部分

1.1 試驗儀器和試劑

儀器：WZT-3A 型光電濁度計；pH 計；DRB200型消解儀；UV2000 型紫外分光光度計。

試劑：三級去離子水（簡(jiǎn)稱(chēng)去離子水）、陽(yáng)離子型聚丙烯酰胺（Percol 175）、硫酸鋁（化學(xué)純，分子式Al2(SO4)3·18H2O）。馬鈴薯淀粉廢水（為市售馬鈴薯粉碎過(guò)濾液）。

1.2 溶液配制

1.2.1馬鈴薯淀粉廢水的配制

將新鮮馬鈴薯去皮后切成條狀，稱(chēng)重，按體積比1：4 加入去離子水[4]，緩慢攪拌5 min 后，用單層紗布過(guò)濾，取濾液攪拌均勻即可。

1.2.2硫酸鋁（Al2(SO4)3）溶液的配制

用精密天平準確稱(chēng)取一定量Al2(SO4)3·18H2O，用去離子水溶解使其質(zhì)量分數為7.5%。

1.2.3 PAM 溶液的配制

用精密天平準確稱(chēng)取一定量聚丙烯酰胺Percol175，在均勻攪拌下，用去離子水慢慢溶解使其質(zhì)量分數為7.5%，待溶液變得均勻、透明即可。

1.3 絮凝條件的確定

分別取150 g廢水于編號為1、2、3 號燒杯中，均放在數字磁力攪拌器下。1 號燒杯加入2.5 mg/L的PAM 后開(kāi)始計時(shí)，以240 r/min 攪拌5 min，測定靜置30 min 和60 min 后上層清液濁度；2 號燒杯加入2.5 mg/L 的PAM 后開(kāi)始計時(shí)，以240 r/min 攪拌10 min，測定靜置60 min 和120 min 后上層清液濁度；3 號燒杯加入2.5 mg/L 的PAM 后開(kāi)始計時(shí)，先以300 r/min 攪拌2 min，再以240 r/min 攪拌8 min，測定靜置60 min 和120 min 后上層清液濁度。

1.3.1單獨使用PAM 實(shí)施絮凝

取已編號的200 mL 燒杯，分別加入攪拌均勻的150 g一號廢水。將燒杯放在攪拌器下，分別準確加入3、4、5、7、10、15、20 mg/L 的PAM 后，快攪（300 r/min）2 min，慢攪（240 r/min）8 min 后靜置60 min，分別測定其濁度和COD。

1.3.2單獨使用Al2(SO4)3實(shí)施絮凝

取已編號的200 mL 燒杯，分別加入攪拌均勻的150 g二號廢水。將燒杯放在攪拌器下，分別準確加入100、200、300、400、500 mg/L，硫酸鋁溶液后，快攪（300 r/min）2 min，慢攪（240 r/min）8 min 后靜置60 min，分別測定其濁度和COD。

1.3.3混合使用PAM 與Al2(SO4)3實(shí)施絮凝

取已編號的200 mL 燒杯，分別加入攪拌均勻的150 g三號廢水。將2～6 號燒杯分別準確加入10 mg/L 的Al2(SO4)3溶液，快攪（300 r/min）2 min，然后分別加入2、3、4、5、6 mg/L 的PAM 慢攪拌（240r/min）8 min。靜置60min，分別測定其濁度和COD。將7、8、9 號燒杯分別加入20、20、30 mg/L 的硫酸鋁溶液，快攪（300 r/min）2 min，然后分別加入4、5、4mg/L 的PAM，慢攪拌（240 r/min）8 min，靜置60min 分別測定其濁度和COD。

1.4 COD 測定

采用微回流比色法[5]測定COD。

2 結果與討論

2.1 絮凝條件的確定

在不同試驗條件下處理馬鈴薯廢水，試驗結果如表1 所示。

表1 不同條件下的絮凝效果

Tab.1 The flocculation effect under different conditions

由表1 可以看出，比較1 號的濁度值可見(jiàn)靜置30 min 效果明顯沒(méi)有靜置60 min 的效果好，靜置時(shí)間不取30 min。比較燒杯2 的濁度值可見(jiàn)靜置120min 與靜置60 min 效果無(wú)明顯差別。因此靜置時(shí)間定為60 min。比較1 號和2 號，可見(jiàn)攪拌時(shí)間定為10 min 比較理想。因此攪拌時(shí)間定為10 min。根據燒杯2 和燒杯3 可見(jiàn)先快后慢，試驗效果比較理想。因此，攪拌轉速定為快攪（300 r/min），慢攪（240r/min）。

2.2 不同絮凝劑的單獨處理效果

為了更好的確定復配加入的方案，需要定量分析PAM 和Al2(SO4)3 的單獨處理效果。表2、表3 分別示出PAM 和Al2(SO4)3 單獨使用的處理效果。

表2 單一成分PAM 的處理效果

Tab.2 The effect of single ingredient PAM

表3 單一成分Al2(SO4)3 的處理效果

Tab.3 The effect of single ingredient Al2(SO4)3

由表2、表3 可以看出，PAM 具有很好的處理效果，PAM 投加量大于7 mg/L 時(shí)，處理效果出現波動(dòng)，且在7 mg/L 時(shí)達到第一個(gè)極大值，此時(shí)濁度去除率達到98%，效果理想�？紤]到處理的成本問(wèn)題，認為7 mg/L 是最佳投放量。Al2(SO4)3 具有較好的處理效果，濁度下降較大，并在投加量為300 mg/L 時(shí)濁度去除率出現最大值93.1%。故認為Al2(SO4)3 最佳投放量為300 mg/L。

2.3 混合絮凝的處理效果

混合絮凝的處理效果如表4 所示。試驗方法為先加入Al2 (SO4)3快速攪拌2 min 再加入PAM 慢速攪拌8 min[6]。

表4 混合使用PAM 與硫酸鋁的絮凝效果

Tab.4 The flocculation effect of mixing use PAM with aluminum sulfate

由表4 可知，混合使用對馬鈴薯廢水有很好的處理效果，并且投加量為10 mg/L 的Al2(SO4)3 及4mg/L 的PAM 復合使用時(shí)處理效果最佳，濁度去除率高達98%。Al2(SO4)3 和PAM 的復合使用處理效果顯著(zhù)提高。

以上結果表明，不同絮凝劑PAM 和Al2(SO4)3之間存在協(xié)同作用。無(wú)機混凝劑硫酸鋁帶正電荷，使廢水中膠體脫穩，有機絮凝劑PAM 使脫穩后的膠體顆粒通過(guò)架橋作用和網(wǎng)捕作用迅速長(cháng)大。

這是由于PAM 的分子鏈較大，且分子鏈上分布著(zhù)大量胺基，胺基對硫酸鋁溶液中的懸浮顆粒和膠體有很強的親和力和吸附效應，可使溶液中的懸浮物和膠體或進(jìn)行特性吸附，或形成分子間氫鍵，或改變膠體的電性電位，從而使它們被牢固地吸附在PAM 分子中的胺基基團的表面上，而后通過(guò)大分子鏈的交聯(lián)，把分散狀態(tài)的懸浮微粒和膠體網(wǎng)絡(luò )起來(lái)，形成容易沉淀的大聚集體絮團而迅速沉降。因此Al2(SO4)3與PAM 的復配絮凝能更好地實(shí)現絮凝物的沉降分離，從而達到凈化溶液的目的[7-9]。

結合工業(yè)應用的實(shí)際情況，定性討論了處理廢水的成本問(wèn)題。由于PAM 的價(jià)格遠高于硫酸鋁，考察了PAM 用量對處理效果的影響如圖1 所示。

圖1 表明，Al2(SO4)3 和PAM 的復合使用可以減少PAM 的用量。根據市場(chǎng)調查，使用的PAM（Percol 175）的單價(jià)大約是Al2(SO4)3 的10 倍。本試驗單獨使用7 mg/L 劑量的PAM 和復合使用10mg/L Al2(SO4)3 及4 mg/L 的PAM 處理效果最佳，在達到最佳絮凝效果時(shí)，PAM 和Al2 (SO4)3 復合使用的成本比單獨使用PAM 節約大約3 成。

2.4 COD 驗證

由于濁度并不能直接反映廢水中有機物的含量，為此又測定了代表性樣品的COD 以驗證試驗效果。試驗結果見(jiàn)表5。

表5 代表性試樣上清液的COD

Tab.5 The COD value of representative sample

從表5 可見(jiàn)，無(wú)論是PAM 單獨作用，還是PAM與Al2(SO4)3 的復合使用，都能對馬鈴薯廢水的COD有較理想的處理效果，并且在濁度下降率最大時(shí)，COD 下降率相同約為83.5%。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

3 結論

無(wú)論是PAM 單獨作用，還是PAM 與Al2(SO4)3的復配使用，都能對馬鈴薯淀粉廢水產(chǎn)生比較理想的處理效果，使其濁度大幅度的下降即很大程度上減少了廢水中有機物的含量，可為廢水的下一步處理以及最終的排放奠定良好的基礎。

Al2(SO4)3 和PAM 能有很好的協(xié)同作用，復合使用能實(shí)現更好的沉降和分離。

混合使用絮凝劑能減少PAM 的投加量，從而降低廢水的處理成本。