調(diào)味品廢水處理工藝評價(jià)及應(yīng)用

孫　波

(天津現(xiàn)代職業(yè)技術(shù)學(xué)院，天津　300350)

飲食離不開調(diào)味品，伴隨著調(diào)味品需求的增加、生產(chǎn)的快速發(fā)展，導(dǎo)致相應(yīng)的高濃度有機(jī)廢水產(chǎn)生量也日益增多。由于該類廢水的水質(zhì)復(fù)雜、環(huán)境負(fù)荷較高，若直排必將超出容納水體的環(huán)境容量，對于自然水體的水源水質(zhì)環(huán)境影響嚴(yán)重，極易引發(fā)水體生態(tài)安全，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，對于人體健康危害也日益普遍和日趨嚴(yán)重，調(diào)味品廢水已成為當(dāng)前最難處理的工業(yè)廢水之一，對其實(shí)施合理處置，是調(diào)味品廠家及技術(shù)人員所面臨的重要課題。

1　調(diào)味品廢水

1.1　調(diào)味品廢水的來源

調(diào)味品種類繁多，由于生產(chǎn)工藝及所用原材料、輔助材料也各不相同，因此調(diào)味品廢水的成分復(fù)雜且差異性較大。調(diào)味品廢水主要源于以下幾個(gè)階段：首先是原材料預(yù)處理階段的清洗浸泡以及設(shè)備車間場地的清洗液(其中大量沙土、枝葉、原料碎屑和色素等進(jìn)入廢水中，導(dǎo)致懸浮物大量產(chǎn)生)；其次是實(shí)際生產(chǎn)過程中原料成分(如大米、豆類碎末、淀粉、麥麩皮、面粉、食鹽和糖等)溢入廢水，使得廢水含有高濃度的有機(jī)物成分；另外調(diào)味品添加的各種保鮮劑、著色劑等添加劑成分、高鹽分物質(zhì)以及調(diào)味品中違禁添加的非食用色素也在廢水中有所體現(xiàn)[1]，使得調(diào)味品廢水中化學(xué)成分復(fù)雜，對于水體生物毒害作用很大，具有嚴(yán)重的化學(xué)污染。

1.2　調(diào)味品廢水的特征及危害

調(diào)味品因?yàn)樵牧霞拜o料種類多，因此在制作加工過程中產(chǎn)生的廢水的污染指標(biāo)差異性較大。該類廢水污染指數(shù)主要表現(xiàn)在：BOD(生化需氧量)和COD(化學(xué)需氧量)數(shù)值嚴(yán)重超標(biāo)，SS(懸浮物)含量多、高含鹽量、色度超標(biāo)、pH值低、氨氮含量較高、可生化性較好以及廢水水量變化大、水質(zhì)穩(wěn)定性差等特點(diǎn)[2]。甚至個(gè)別企業(yè)排放廢水中含有一定量影響人類健康的有毒物質(zhì)(如某些添加劑、著色劑等)，并且該類廢水的排放因時(shí)、因地各不相同，也給該類廢水的治理增添了技術(shù)難度。調(diào)味品廢水特征指標(biāo)見表1。

表1　調(diào)味品廢水特征指標(biāo)

其危害主要表現(xiàn)在兩大方向：一是對于排放水體的危害，調(diào)味品廢水含有大量有機(jī)物成分，其中的耗氧有機(jī)物對于水體中的溶解氧大量消耗，易導(dǎo)致水生物缺氧乃至死亡，使得水體環(huán)境惡化。厭氧有機(jī)物成分在缺氧的因素下發(fā)生分解反應(yīng)，致使黑臭水質(zhì)出現(xiàn)；二是對于農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的影響，若利用該類廢水實(shí)施農(nóng)業(yè)灌溉，會造成其中的毒性物質(zhì)在農(nóng)產(chǎn)品中富集，從而影響農(nóng)業(yè)收成，并污染地下水源。上述兩個(gè)方向均會造成對于人體的直接性、間接性傷害。

2　調(diào)味品廢水處理工藝評價(jià)

2.1　調(diào)味品廢水常見處理工藝

調(diào)味品有機(jī)廢水處理技術(shù)發(fā)展快速，其廢水處理方法大體可分為：物理處理法、化學(xué)處理法、物化處理法、生物處理法及立足傳統(tǒng)處理技術(shù)的復(fù)合型工藝。

2.2　調(diào)味品廢水處理工藝評價(jià)

基于調(diào)味品廢水所含污染物的種類、數(shù)量、廢水參數(shù)的差異，使得調(diào)味品廢水處理工藝眾多，但也存在各自的技術(shù)特點(diǎn)及工藝局限性。部分方法具有費(fèi)用高，耗能高、易產(chǎn)生二次污染等問題。利用比較法，分別從運(yùn)行成本、可操作性、基礎(chǔ)能耗、占地面積及去除率等方面進(jìn)行評價(jià)，見表2和表3。

表2　調(diào)味品廢水處理常用技術(shù)比較

上述技術(shù)方法的分析主要基于單一工藝的視角，每一種處理技術(shù)均有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，如物理法中稀釋法的應(yīng)用，源于被處理廢水濃度極高，一般的調(diào)節(jié)池和混凝處理達(dá)不到生化處理標(biāo)準(zhǔn), 采用稀釋廢水方法降低廢水濃度為后續(xù)處理做準(zhǔn)備，同時(shí)也造成廢水產(chǎn)生量激增，增加了經(jīng)濟(jì)成本，顯示稀釋法的制約性。目前關(guān)于調(diào)味品廢水的處理，主要基于水質(zhì)水量特征, 采取多工藝組合方法的應(yīng)用較多，單一的處理工藝均程度不一地存在技術(shù)上的限制性，因此單一技術(shù)多以預(yù)處理應(yīng)用為主。其中生物法的優(yōu)化組合應(yīng)用多見報(bào)道，不斷開發(fā)新工藝、新材料、追求低成本高效率的生態(tài)友好型模式，如新型活性污泥法、膜反應(yīng)器的組合應(yīng)用等。

表3　生物法調(diào)味品廢水處理工藝分析

3　調(diào)味品廢水資源化應(yīng)用

調(diào)味品廢水的水質(zhì)復(fù)雜、水量大，單純處理(減量、回用)不經(jīng)濟(jì)且存在有效成分的浪費(fèi)及污染問題，因此如何進(jìn)行調(diào)味品廢水資源化處置就顯得尤為必要。但研究成果多以實(shí)驗(yàn)室分析為主，具體工程應(yīng)用鮮見報(bào)道。從生態(tài)環(huán)?？沙掷m(xù)發(fā)展的視角來看，調(diào)味品廢水的資源化處置是必由之路。經(jīng)檢索查閱資料，資源化應(yīng)用方面研究多集中在絮凝劑制備、農(nóng)藥制造、飼料肥料生產(chǎn)、配制培養(yǎng)基等研究方向[3-7]。

3.1　制備絮凝劑

周喜新等[8]以醬油釀造廢水作為發(fā)酵生產(chǎn)絮凝劑的培養(yǎng)基，研究培養(yǎng)生物絮凝劑的參數(shù)條件，即在將實(shí)驗(yàn)原水稀釋4倍、蔗糖濃度C=10 g/L、pH為7.0、30 ℃的實(shí)驗(yàn)條件下，實(shí)現(xiàn)了微生物絮凝劑的產(chǎn)生，且產(chǎn)率n=1.68 g/L,絮凝效率μ≥95%。達(dá)到既消除廢水中豐富的營養(yǎng)物(糧食殘?jiān)鳛樯镄跄齽┊a(chǎn)生的碳源和氮源)，又實(shí)現(xiàn)目標(biāo)廢水污染物得以處理的雙重功效。李大鵬等[9]研究以味精廢水作為替代培養(yǎng)基制備絮凝劑,通過優(yōu)化味精廢水培養(yǎng)基、比較產(chǎn)絮菌在不同培養(yǎng)基中的生長產(chǎn)絮狀況以及溶解氧對產(chǎn)絮菌細(xì)胞生長和絮凝物合成的影響的分析，提出分階段控制供氧(8 h和21 h)、添加葡萄糖濃度C=6 g/L，在無需添加額外的氮源的情況下，20 h絮凝效率μ達(dá)到95.4%，實(shí)驗(yàn)效果顯著。

3.2　生物制藥

從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益雙贏的角度，楊建州等[10]在富含高濃度有機(jī)廢水——味精廢水中馴化蘇云金芽孢桿菌生產(chǎn)制備生物農(nóng)藥。探索了適宜的工藝條件，經(jīng)各實(shí)驗(yàn)指標(biāo)檢測結(jié)果表明：在滿足V=5 L廢水、攪拌轉(zhuǎn)速n=180 r/min的發(fā)酵罐(1.2 m3自動旋轉(zhuǎn))中，發(fā)酵菌數(shù)量達(dá)到 68.7×108個(gè)/mL，其毒力效價(jià)相當(dāng)于標(biāo)準(zhǔn)品。谷豐[11]基于味精廢水制備蘇云金芽孢桿菌生物農(nóng)藥進(jìn)行了深入系統(tǒng)研究，通過對實(shí)驗(yàn)廢水中培養(yǎng)基組分、培養(yǎng)條件、深層培養(yǎng)過程參數(shù)的小試和中試規(guī)模研究分析，獲得了最佳工藝條件，表明經(jīng)過長期馴化培養(yǎng)的蘇云金芽孢桿菌菌株具有高毒力，毒力效價(jià)與標(biāo)準(zhǔn)品相當(dāng)，具有較好的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境及社會綜合效益。上述研究成果為后續(xù)相關(guān)工業(yè)化生產(chǎn)提供了技術(shù)參考。

3.3　制備益生菌

吳丹[12]以味精廢水為原材料生產(chǎn)益生菌，通過接種酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌復(fù)合發(fā)酵液，利用味精廢水中富含的有機(jī)物、無機(jī)物作為微生物營養(yǎng)源，通過優(yōu)化實(shí)驗(yàn)參數(shù)制備了3種益生菌劑，經(jīng)應(yīng)用于動物、植物生長以及土壤肥力增幅檢測，研究表明上述益生菌劑利于動物、植物的疾病防治和生長促進(jìn)，以及有效改進(jìn)了土壤結(jié)構(gòu)，使得實(shí)驗(yàn)土壤的肥力(有機(jī)質(zhì)含量及團(tuán)粒結(jié)構(gòu))增強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)了味精廢水的資源化，開拓了味精廢水的利用途徑，該實(shí)驗(yàn)研究解決了調(diào)味品企業(yè)生產(chǎn)潛在的環(huán)境負(fù)荷問題，且實(shí)現(xiàn)廢物資源化，符合中國生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，為相關(guān)企業(yè)清潔生產(chǎn)、污染零排放提供了技術(shù)新思路。

3.4　生產(chǎn)沼氣

王志等[13]利用味精廢水在厭氧發(fā)酵條件下生產(chǎn)沼氣進(jìn)行了研究。通過對比性研究結(jié)果顯示：基于厭氧、t=37 ℃和n=120 r/min的實(shí)驗(yàn)條件下?lián)]發(fā)性脂肪酸向沼氣轉(zhuǎn)化過程中，獲得了沼氣生產(chǎn)和添加乳酸鹽(終濃度C=0.05 g/L)參照對照組提高了48.8%，12.5%。揮發(fā)性乙酸鹽殘留則降低了62%的影響參數(shù)，分析了乳酸鹽功能性促進(jìn)沼氣產(chǎn)氣量的機(jī)理，該研究成果對于實(shí)驗(yàn)廢水生產(chǎn)沼氣(甲烷)具有生產(chǎn)實(shí)踐指導(dǎo)價(jià)值。

3.5　油脂的培養(yǎng)基

經(jīng)中國知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫資料檢索顯示：科研人員對于以味精廢水作為培養(yǎng)基，培養(yǎng)粘紅酵母生產(chǎn)油脂并同時(shí)去除培養(yǎng)基中污染物進(jìn)行了研究[14，15]。其中，邢旭研究團(tuán)隊(duì)以濃縮味精廢水為培養(yǎng)基，開展了生產(chǎn)油脂降低廢水化學(xué)需氧量的研究[16]。研究結(jié)果顯示：通過馴化優(yōu)良粘紅酵母菌株，考察影響因子廢水pH值、葡萄糖母液、營養(yǎng)因素等對該馴化菌株的生長狀態(tài)、產(chǎn)油率和化學(xué)需氧量的去除效果，獲得優(yōu)化研究參數(shù)，即味精廢水稀釋到原反應(yīng)水量的4倍、pH為5.5時(shí)，該馴化菌株生長較好；添加葡萄糖母液、酵母粉及磷酸二氫鉀等營養(yǎng)因子都利于馴化菌株長勢、產(chǎn)油率及化學(xué)需氧量的去除，取得較好的實(shí)驗(yàn)預(yù)期效果。對于高濃度味精廢水的資源化處置，顯示其具有良好的社會生態(tài)效應(yīng)。

3.6　以廢治廢

從綜合治理的層面，楊莉等[17]開發(fā)了調(diào)味品生產(chǎn)廢水與鍋爐煙塵煙氣耦合治理技術(shù)，對于某食品企業(yè)的醬油、食醋、焦糖色等調(diào)味品生產(chǎn)廢水與鍋爐煙塵煙氣的處理技術(shù)工藝有機(jī)融合，將改性預(yù)處理后的調(diào)味品廢水(加入脫硫劑)作為鍋爐脫硫噴淋塔的除塵用水，研究表明上述“組合”工藝使得廢水和廢氣均能達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。實(shí)現(xiàn)了節(jié)約水資源(除塵用自來水)、雙廢盡除的環(huán)保目標(biāo)。且該技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了企業(yè)應(yīng)用，具有積極的實(shí)踐推廣意義。

4　結(jié)論

伴隨調(diào)味品需求市場的擴(kuò)大、工業(yè)化進(jìn)程的發(fā)展以及對于高濃度有機(jī)物調(diào)味品廢水國家排放標(biāo)準(zhǔn)日趨嚴(yán)苛，我國對于廢水有機(jī)物約束已成為水污染控制的硬性指標(biāo)，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展清潔調(diào)味品工業(yè)已成當(dāng)務(wù)之急。針對水質(zhì)水量多變的各類調(diào)味品廢水處理工藝的技術(shù)分析，目前該領(lǐng)域的控制治理技術(shù)尚存在改進(jìn)上升空間，研究人員及相關(guān)企業(yè)立足于節(jié)能減排、生態(tài)環(huán)保、循環(huán)經(jīng)濟(jì)的原則基礎(chǔ)上挖掘資源化處置方向，其中以廢治廢、綜合利用型的資源化治理道路將成為調(diào)味品廢水處理行業(yè)工藝改革的探索途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]汪敏,江生,毛慶,等.調(diào)味品中違禁添加的非食用色素檢測技術(shù)綜述[J].中國調(diào)味品,2016,41(11):152-154.

[2]劉哲俊,張少源.調(diào)味品公司廢水處理站改造工程設(shè)計(jì)[J].廣東化工,2011,38(4)：178-179.

[3]李文鋒,崔兆杰,韓峰.味精行業(yè)廢水資源化利用研究現(xiàn)狀及展望[J].再生資源與循環(huán)經(jīng)濟(jì),2014,7(12):34-37.

[4]閻靈均，李大鵬，馬放.谷氨酸發(fā)酵廢水的處理及資源化利用[J].遼寧石油化工大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，28(2):28-34.

[5]成應(yīng)向.味精廢水的治理技術(shù)及其發(fā)展趨勢[J].工業(yè)水處理,2003，23(2):6-9.

[6]楊小姣,馮雪榮,孫金斗,等.谷氨酸發(fā)酵廢水中提取菌體蛋白研究進(jìn)展[J].中國釀造，2009，28(8):20-24.

[7]陳寶玉,李小風(fēng).味精生產(chǎn)廢水處理技術(shù)的研究進(jìn)展[J].環(huán)境保護(hù)工程,2013,31(5):135-137.

[8]周喜新,楊華,張濱.利用醬油釀造廢水生產(chǎn)微生物絮凝劑的研究[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011(19):20-22.

[9]李大鵬,馬放,侯寧,等.味精廢水資源化制備復(fù)合型生物絮凝劑[J].湖南大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2009,36(9):78-81.

[10]楊建州,張松鵬.利用味精廢水發(fā)酵生產(chǎn)蘇云金芽孢桿菌的發(fā)酵條件研究[J].食品與發(fā)酵工業(yè),2002,28(4):28-31.

[11]谷豐.利用味精廢水制備生物農(nóng)藥的嘗試[J].發(fā)酵科技通訊,2014,41(2):1-3.

[12]吳丹.利用味精廢水生產(chǎn)益生菌劑的方法[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,40(6):357-358．

[13]王志,許櫻,陳雄,等.味精廢水厭氧發(fā)酵產(chǎn)沼氣的研究[J].可再生能源,2009,27(4):25-27.

[14]趙宗保.加快微生物油脂研究為生物柴油產(chǎn)業(yè)提供廉價(jià)原料[J].中國生物工程雜志,2005,25(2):8-11.

[15]張志紅,薛飛燕,譚天偉.粘紅酵母處理味精廢水的研究[J].北京化工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2007,34(1):95-97.

[16]邢旭,薛飛燕,譚天偉,等.粘紅酵母在味精廢水中發(fā)酵生產(chǎn)油脂[J].生物加工過程,2010,8(1):7-10.

[17]楊莉,伍學(xué)明,樊君,等.高色度、高氨氮調(diào)味品生產(chǎn)廢水與鍋爐煙塵煙氣耦合治理技術(shù)探究[J].中國調(diào)味品,2013,38(4):84-86.