采用加酸—PFS法處理馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水的實(shí)驗(yàn)研究

潘 亮，李樂(lè)卓

(1.上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院第十市政設(shè)計(jì)院有限公司，甘肅 蘭州 730030；2.蘭州交通大學(xué) 環(huán)境與市政工程學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

1 引言

馬鈴薯在我國(guó)許多地區(qū)廣泛種植[1]。馬鈴薯產(chǎn)業(yè)近年來(lái)發(fā)展迅速，但其工藝廢水含有大量的有機(jī)物，主要是溶解性的淀粉和少量蛋白質(zhì)，一般沒(méi)有毒性，但COD很高[2]，通常為10000～40000 mg/L，不加處理直接排放將造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[3]。由于，馬鈴薯產(chǎn)區(qū)主要集中在北方地區(qū)，而淀粉生產(chǎn)加工期100 d左右，且氣溫較低，采用生化法處理較困難。因此，采用物化法處理這類(lèi)廢水更有前景[4]。

2 實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及儀器

2.1 測(cè)試項(xiàng)目及方法

蛋白質(zhì)(考馬斯亮藍(lán)法)，COD(重鉻酸鉀法)。

2.2 實(shí)驗(yàn)儀器

JJ-2組織搗碎勻漿機(jī)；721分光光度計(jì)；JJ24六聯(lián)電動(dòng)攪拌器；pH-2F pH值計(jì)。

3 實(shí)驗(yàn)方法

3.1 淀粉廢水

按土豆與水3∶1的比例,經(jīng)過(guò)15 min粉碎磨漿后過(guò)濾并靜沉1 h，取上清液作為試驗(yàn)水樣?？刂扑畼拥牡鞍踪|(zhì)含量在6000～8000 mg/L左右，CODcr值在18000～24000 mg/L左右。此模擬廢水對(duì)應(yīng)于馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過(guò)程中排出的濃蛋白廢液。

3.2 蛋白分離

分取一定量水樣在相同攪拌條件下加入不同量的硫酸或聚合硫酸鐵，靜置45 min后分取上清液測(cè)定蛋白質(zhì)含量和CODcr值。

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 酸析法

用濃硫酸和蒸餾水按1∶1的體積比配置成(1+1)硫酸用于實(shí)驗(yàn)，向各燒杯中加入等量水樣，在不同加酸量下均先以120 r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌1 min，再以60 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌2 min。不同加酸量對(duì)蛋白質(zhì)及CODcr的去除結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同加酸量對(duì)蛋白質(zhì)及COD去除率的影響

圖1的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，隨著硫酸量的增加，蛋白質(zhì)和CODcr的去除率也均增大，但投加量大于4 ml/L(廢水)以后趨于平緩，去除率不再增加。 考慮到經(jīng)濟(jì)費(fèi)用問(wèn)題，因此(1+1)硫酸量在4 ml/L(廢水)時(shí)效果最好。同時(shí)，隨著蛋白質(zhì)去除率的提高CODcr去除率也在提高，二者去除率滿(mǎn)足2.5∶1左右的關(guān)系，其絕對(duì)值的比值約在1∶1.2左右，表明酸析法沉淀物中幾乎均為蛋白質(zhì)而其它有機(jī)物含量很少。

4.2 聚合硫酸鐵絮凝法

實(shí)驗(yàn)采用液體聚合硫酸鐵(GB)，由于馬鈴薯廢水原水樣的pH值為5.5～6，滿(mǎn)足聚合硫酸鐵作用范圍，因此直接投加。在不同投加量下均先以150 r/min的轉(zhuǎn)速快速攪拌1 min，再以60 r/min的轉(zhuǎn)速攪拌5 min。

圖2的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，PFS投加量為1.4 ml/L(廢水)時(shí)，蛋白質(zhì)和CODcr的去除率同時(shí)達(dá)到最高值，隨著蛋白質(zhì)去除率的提高CODcr的去除率也在提高，它們之間滿(mǎn)足2∶1左右的關(guān)系，其絕對(duì)值的比值約在1∶1.6左右，表明絮凝法沉淀物中既有蛋白質(zhì)也有其它有機(jī)物。PFS對(duì)廢水蛋白質(zhì)及CODcr的去除率是隨著投藥量的增大先增加后降低。當(dāng)聚鐵的投藥量不足時(shí)，則膠體顆粒的粘附、架橋、網(wǎng)捕作用都不充分，膠粒不能充分地發(fā)生凝聚；當(dāng)加入過(guò)量的聚鐵時(shí)，膠體顆粒過(guò)量的吸附帶正電荷的PFS,大量的高分子包圍了膠粒，阻止了膠粒之間互碰聚沉，產(chǎn)生了“膠體保護(hù)”作用。同時(shí)，聚合硫酸鐵投至適量后，再繼續(xù)增加其投量，則會(huì)增加廢水的色度，并且廢水中形成的絮體也難以下沉。

圖2 不同PFS量對(duì)蛋白質(zhì)及COD去除率的影響

4.3 酸析與PFS絮凝對(duì)去除廢水中蛋白質(zhì)及CODcr的比較

由圖3可以看出，采用加酸與加PFS對(duì)蛋白質(zhì)的去除率分別為48.48%和51.27%，對(duì)CODcr的去除率分別為20.97%和27.85%，因此加PFS比加酸對(duì)廢水蛋白質(zhì)及CODcr的去除率都稍高。從經(jīng)濟(jì)角度看，采用加(1+1)硫酸法處理噸廢水費(fèi)用為1.5元/t左右，采用加PFS法處理噸廢水費(fèi)用為2.3元/t左右，則采用加酸法較經(jīng)濟(jì)。從蛋白質(zhì)再利用方面考慮，加酸法沉淀出的蛋白較安全可靠。

5 結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)室模擬馬鈴薯淀粉廢水水樣，分別采用加(1+1)硫酸和聚合硫酸鐵的方法對(duì)廢水中蛋白質(zhì)及CODcr的去除效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明：加PFS對(duì)廢水蛋白質(zhì)及CODcr的去除率比加酸稍高，而從經(jīng)濟(jì)性和再利用角度看，加酸法更優(yōu)。加酸是使蛋白質(zhì)發(fā)生變性進(jìn)而沉淀，加PFS則既有其水解出的重金屬離子使蛋白質(zhì)變性沉淀，又有其網(wǎng)捕等作用使蛋白質(zhì)沉淀。但是，從結(jié)果來(lái)看，二者對(duì)廢水中蛋白質(zhì)的去除率相差無(wú)幾，蛋白質(zhì)的去除率都穩(wěn)定在50%左右而無(wú)法進(jìn)一步提高，究其原因，應(yīng)該從馬鈴薯廢水自身蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)等特點(diǎn)考慮，可能為兩大類(lèi)型，采用酸析及絮凝法均對(duì)一類(lèi)蛋白起作用。同時(shí)，由于馬鈴薯粉碎工藝不同，實(shí)驗(yàn)中模擬水樣可能與實(shí)際有所偏差。馬鈴薯淀粉廢水通過(guò)加酸或PFS處理后的水質(zhì)指標(biāo)均距排放標(biāo)準(zhǔn)相差甚遠(yuǎn)，水中有機(jī)物的含量仍然很高，必須再經(jīng)過(guò)后續(xù)處理達(dá)標(biāo)后才能排放。

圖3 加酸與加PFS對(duì)蛋白質(zhì)及COD去除率的比較