马铃薯淀粉废水处理技术-科普123

马铃薯淀粉废水处理技术

安健环2023-02-11 23:01:44百科知识库

马铃薯淀粉废水处理技术

马铃薯淀粉废水是马铃薯淀粉以及相关淀粉化工产品生产过程中产生的废液，是食品工业中污染最严重的废水之一。该废水中含有大量有机物，如糖类、蛋白质等，因此造成了废水的COD、浊度和色度都很高[1]，如果直接将废水排入水体不仅是对水资源的浪费，而且会对环境造成严重污染。一方面，废水中的有机质会在自然发酵后释放出硫化氢、氨气等气体从而污染环境；另一方面，由于其有机质浓度过高，各种微生物生长繁殖迅速，其中有害微生物或者致病菌的大量生长繁殖，不仅直接侵害了水生动物，而且由于微生物的生长和有机质的氧化反应，水中的溶解氧被消耗殆尽，使水生动物因缺氧而死亡，从而对河流、水库及环境造成严重污染[2]。

针对马铃薯淀粉废水的处理，人们都在力求研究出一种合理、高效、低能耗的淀粉废水处理方法。目前，在废水预处理过程中作为助凝剂或初级絮凝剂的水溶性聚合物在水处理中已引起广泛的重视，其优点在于产生的沉淀絮块较大且稳定，污泥量少，需用的化学试剂量少。再结合马铃薯淀粉生产废水具有如下几个明显的特点：①马铃薯淀粉加工业具有明显的季节性，主要集中在每年的10 月份至翌年的1 月份，处于冬季气温低、水温低，十分不利于生物处理；②生产周期短，生物系统启动困难；③由于搓磨机生产时加入大量气体，浓、稀蛋白水中含有大量稳定的微气泡；④蛋白含量高，曝气时还会产生大量泡沫[3]。因此本文采用物理化学方法即用无机絮凝剂硫酸铝和有机絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM）处理马铃薯淀粉废水，并将无机和有机絮凝剂进行复配，研究在正常废水pH 下、各絮凝剂的投药量、助凝剂投加量以及沉降时间等对絮凝效果的影响，从而确定处理马铃薯淀粉废水的较佳絮凝剂及其较经济的投放方式，为工业应用提供理论依据。

1 试验部分

1.1 试验仪器和试剂

仪器：WZT-3A 型光电浊度计；pH 计；DRB200型消解仪；UV2000 型紫外分光光度计。

试剂：三级去离子水（简称去离子水）、阳离子型聚丙烯酰胺（Percol 175）、硫酸铝（化学纯，分子式Al2(SO4)3·18H2O）。马铃薯淀粉废水（为市售马铃薯粉碎过滤液）。

1.2 溶液配制

1.2.1马铃薯淀粉废水的配制

将新鲜马铃薯去皮后切成条状，称重，按体积比1：4 加入去离子水[4]，缓慢搅拌5 min 后，用单层纱布过滤，取滤液搅拌均匀即可。

1.2.2硫酸铝（Al2(SO4)3）溶液的配制

用精密天平准确称取一定量Al2(SO4)3·18H2O，用去离子水溶解使其质量分数为7.5%。

1.2.3 PAM 溶液的配制

用精密天平准确称取一定量聚丙烯酰胺Percol175，在均匀搅拌下，用去离子水慢慢溶解使其质量分数为7.5%，待溶液变得均匀、透明即可。

1.3 絮凝条件的确定

分别取150 g废水于编号为1、2、3 号烧杯中，均放在数字磁力搅拌器下。1 号烧杯加入2.5 mg/L的PAM 后开始计时，以240 r/min 搅拌5 min，测定静置30 min 和60 min 后上层清液浊度；2 号烧杯加入2.5 mg/L 的PAM 后开始计时，以240 r/min 搅拌10 min，测定静置60 min 和120 min 后上层清液浊度；3 号烧杯加入2.5 mg/L 的PAM 后开始计时，先以300 r/min 搅拌2 min，再以240 r/min 搅拌8 min，测定静置60 min 和120 min 后上层清液浊度。

1.3.1单独使用PAM 实施絮凝

取已编号的200 mL 烧杯，分别加入搅拌均匀的150 g一号废水。将烧杯放在搅拌器下，分别准确加入3、4、5、7、10、15、20 mg/L 的PAM 后，快搅（300 r/min）2 min，慢搅（240 r/min）8 min 后静置60 min，分别测定其浊度和COD。

1.3.2单独使用Al2(SO4)3实施絮凝

取已编号的200 mL 烧杯，分别加入搅拌均匀的150 g二号废水。将烧杯放在搅拌器下，分别准确加入100、200、300、400、500 mg/L，硫酸铝溶液后，快搅（300 r/min）2 min，慢搅（240 r/min）8 min 后静置60 min，分别测定其浊度和COD。

1.3.3混合使用PAM 与Al2(SO4)3实施絮凝

取已编号的200 mL 烧杯，分别加入搅拌均匀的150 g三号废水。将2～6 号烧杯分别准确加入10 mg/L 的Al2(SO4)3溶液，快搅（300 r/min）2 min，然后分别加入2、3、4、5、6 mg/L 的PAM 慢搅拌（240r/min）8 min。静置60min，分别测定其浊度和COD。将7、8、9 号烧杯分别加入20、20、30 mg/L 的硫酸铝溶液，快搅（300 r/min）2 min，然后分别加入4、5、4mg/L 的PAM，慢搅拌（240 r/min）8 min，静置60min 分别测定其浊度和COD。

1.4 COD 测定

采用微回流比色法[5]测定COD。

2 结果与讨论

2.1 絮凝条件的确定

在不同试验条件下处理马铃薯废水，试验结果如表1 所示。

表1 不同条件下的絮凝效果

Tab.1 The flocculation effect under different conditions

由表1 可以看出，比较1 号的浊度值可见静置30 min 效果明显没有静置60 min 的效果好，静置时间不取30 min。比较烧杯2 的浊度值可见静置120min 与静置60 min 效果无明显差别。因此静置时间定为60 min。比较1 号和2 号，可见搅拌时间定为10 min 比较理想。因此搅拌时间定为10 min。根据烧杯2 和烧杯3 可见先快后慢，试验效果比较理想。因此，搅拌转速定为快搅（300 r/min），慢搅（240r/min）。

2.2 不同絮凝剂的单独处理效果

为了更好的确定复配加入的方案，需要定量分析PAM 和Al2(SO4)3 的单独处理效果。表2、表3 分别示出PAM 和Al2(SO4)3 单独使用的处理效果。

表2 单一成分PAM 的处理效果

Tab.2 The effect of single ingredient PAM

表3 单一成分Al2(SO4)3 的处理效果

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

由表2、表3 可以看出，PAM 具有很好的处理效果，PAM 投加量大于7 mg/L 时，处理效果出现波动，且在7 mg/L 时达到第一个极大值，此时浊度去除率达到98%，效果理想。考虑到处理的成本问题，认为7 mg/L 是最佳投放量。Al2(SO4)3 具有较好的处理效果，浊度下降较大，并在投加量为300 mg/L 时浊度去除率出现最大值93.1%。故认为Al2(SO4)3 最佳投放量为300 mg/L。

2.3 混合絮凝的处理效果

混合絮凝的处理效果如表4 所示。试验方法为先加入Al2 (SO4)3快速搅拌2 min 再加入PAM 慢速搅拌8 min[6]。

表4 混合使用PAM 与硫酸铝的絮凝效果

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

由表4 可知，混合使用对马铃薯废水有很好的处理效果，并且投加量为10 mg/L 的Al2(SO4)3 及4mg/L 的PAM 复合使用时处理效果最佳，浊度去除率高达98%。Al2(SO4)3 和PAM 的复合使用处理效果显著提高。

以上结果表明，不同絮凝剂PAM 和Al2(SO4)3之间存在协同作用。无机混凝剂硫酸铝带正电荷，使废水中胶体脱稳，有机絮凝剂PAM 使脱稳后的胶体颗粒通过架桥作用和网捕作用迅速长大。

这是由于PAM 的分子链较大，且分子链上分布着大量胺基，胺基对硫酸铝溶液中的悬浮颗粒和胶体有很强的亲和力和吸附效应，可使溶液中的悬浮物和胶体或进行特性吸附，或形成分子间氢键，或改变胶体的电性电位，从而使它们被牢固地吸附在PAM 分子中的胺基基团的表面上，而后通过大分子链的交联，把分散状态的悬浮微粒和胶体网络起来，形成容易沉淀的大聚集体絮团而迅速沉降。因此Al2(SO4)3与PAM 的复配絮凝能更好地实现絮凝物的沉降分离，从而达到净化溶液的目的[7-9]。

结合工业应用的实际情况，定性讨论了处理废水的成本问题。由于PAM 的价格远高于硫酸铝，考察了PAM 用量对处理效果的影响如图1 所示。

图1 表明，Al2(SO4)3 和PAM 的复合使用可以减少PAM 的用量。根据市场调查，使用的PAM（Percol 175）的单价大约是Al2(SO4)3 的10 倍。本试验单独使用7 mg/L 剂量的PAM 和复合使用10mg/L Al2(SO4)3 及4 mg/L 的PAM 处理效果最佳，在达到最佳絮凝效果时，PAM 和Al2 (SO4)3 复合使用的成本比单独使用PAM 节约大约3 成。