大蒜加工廢水處理研究進(jìn)展

陳西良

(黃河水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 開封 475004)

我國大蒜產(chǎn)量居世界首位，大蒜加工主要以蒜片為主，其程序包括挑選、清理、切片、漂洗、脫水等。其中在清理、漂洗和離心脫水過程中會產(chǎn)生大量的有機(jī)廢水。據(jù)估算，每生產(chǎn)1 t的脫水蒜片，需消耗30～40 t的水。由于大蒜中含有蒜氨酸，在大蒜經(jīng)受物理擠壓或破碎時(shí)，蒜氨酸酶被激活從而形成大蒜素。大蒜素對細(xì)菌和真菌具有很強(qiáng)的抑制作用，因此傳統(tǒng)的生物法水處理工藝難以降解大蒜加工廢水。雖然大蒜生產(chǎn)廢水本身沒有毒性，但它含有大量可生物降解的有機(jī)物質(zhì)，如果不經(jīng)過處理直接排放將會消耗大量的溶解氧，廢水中的懸浮顆粒沉入水底經(jīng)過厭氧分解會使水質(zhì)惡化，造成嚴(yán)重的污染。此外，大蒜廢水有強(qiáng)烈的刺激性氣味，影響人的嗅覺。

大蒜廢水的成分很復(fù)雜，大蒜素是大蒜中活性成分的統(tǒng)稱，它包含糖類、脂質(zhì)類、氨基酸類等化合物。除了大蒜素外，大蒜廢水中還含有大量的多糖、蛋白質(zhì)、微生物和許多微量元素。這些活性物質(zhì)使得大蒜具有殺菌消炎、增強(qiáng)免疫、抗氧化、降壓降脂等功效[1-2]。

大蒜加工生產(chǎn)所產(chǎn)生的廢水具有季節(jié)性強(qiáng)，高COD、BOD、氨氮等特征，另外由于大蒜素的影響，使得大蒜廢水成為高濃度難降解廢水。目前，處理工藝主要是通過生物、化學(xué)、物理等多種方法，破壞廢水中的有機(jī)成分，最終使有機(jī)物得以礦化。雖然這些工藝能夠在一定程度上使廢水中的COD、BOD、氨氮等指標(biāo)降低，但是要實(shí)現(xiàn)完全的達(dá)標(biāo)排放依然很困難；而且，大蒜廢水中的大蒜素、大蒜多糖、氨基酸等活性成分沒有得到充分的利用，造成了很大的浪費(fèi)。

1 生物法處理工藝

SBR工藝操作靈活，對氮磷的去除率較高。劉璨[3]等人在實(shí)驗(yàn)室模擬了SBR法處理大蒜加工廢水的效果。研究了曝氣時(shí)間、有機(jī)負(fù)荷、運(yùn)行時(shí)間等參數(shù)對COD的去除情況，并在最佳條件下考察了對總磷和總氮的去除效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果雖然不能達(dá)到污水綜合排放一級標(biāo)準(zhǔn)，但是可以實(shí)現(xiàn)COD的去除率75.8%，BOD的去除率86.1%，總氮去除率79.9%，總磷的去除率69.2%。傅源[4-5]則通過選用適當(dāng)?shù)幕钚晕勰嘧鳛榫N進(jìn)行培養(yǎng)，使COD的去除率達(dá)到98%以上，并使處理廢水達(dá)到了國家一級排放標(biāo)準(zhǔn)。研究還發(fā)現(xiàn)污泥的培育溫度對實(shí)驗(yàn)影響較為顯著，隨著溫度的升高，廢水的COD去除率也增加。

武江津[6]等通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)UASB法由于普通的好氧工藝，但是在處理大蒜廢水的過程中存在工序繁瑣、預(yù)熱時(shí)間太長等問題。馮露[7]等人的研究結(jié)果則顯示預(yù)處理和活性污泥法的聯(lián)用要優(yōu)于單一的活性污泥法。

張獻(xiàn)彬[8]等人采用氣浮-混流式生物選擇-加強(qiáng)SBR工藝處理大蒜加工廢水，實(shí)現(xiàn)COD的去除率97.9%，BOD的去除率99.2%，而且運(yùn)行穩(wěn)定，操作靈活。出水指標(biāo)可以達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中一級標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過水解酸化池在厭氧環(huán)境下將大分子的蛋白質(zhì)和多糖降解為小分子的氨基酸和羧酸，而且能水解部分污泥，減少污泥的排放量。水解酸化池的出水流入多級生物接觸氧化池。最終實(shí)現(xiàn)水質(zhì)達(dá)標(biāo)排放。

2 膜處理工藝

膜技術(shù)用于大蒜廢水的處理有兩個(gè)獨(dú)特的優(yōu)勢：(1)可以高效的處理大蒜廢水，使大蒜加工廢水最終達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)；(2)可以回收大蒜廢水中的活性成分，這些活性成分具有較高的附加值。

納濾膜的孔徑在納米量級，截留物質(zhì)的分子量介于超濾和反滲透之間，其操作壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于反滲透，能夠有效的分離小分子有機(jī)物。熊濤[9]和吳劉健[10]等人分別采用納濾工藝分離提純了大蒜素，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)采用采用150u的納濾膜過濾時(shí)，依然有超過90%的大蒜素通過納濾膜，經(jīng)過冷凍干燥可以得到大蒜素的干品。作者研究了不同膜通量、操作壓力、溫度等對結(jié)果的影響。王愷[11]和張黎明[12]等人的研究發(fā)現(xiàn)可以通過膜方法提取大蒜素等有效成分。鄭永軍[13]采用分子印跡分離技術(shù)和膜分離技術(shù)相結(jié)合，對廢水進(jìn)行多級分離處理，并成功從廢水中提取大蒜素和大蒜多糖，實(shí)現(xiàn)了廢水的回收利用和零排放，達(dá)到了工業(yè)化生產(chǎn)的技術(shù)要求。

李易[14]在研究中設(shè)計(jì)了三種膜組合工藝進(jìn)行大蒜廢水中有效成分的分離實(shí)驗(yàn)：納濾+反滲透、超濾+反滲透和單級反滲透。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí)三種工藝流程均可實(shí)現(xiàn)對大蒜廢水的達(dá)標(biāo)處理，納濾+反滲透在使產(chǎn)水達(dá)標(biāo)的同時(shí),可以更好地分離大蒜素與大蒜多糖。文章進(jìn)一步對濃縮廢液添加聚合氯化鋁和聚酰亞胺進(jìn)行了絮凝-壓濾處理。

3 物理和化學(xué)氧化法

物理方法和化學(xué)氧化方法經(jīng)常配合使用，處理大蒜廢水。常見的如通過過濾的方法去除大蒜加工廢水中的蒜皮、蒜根、泥沙等固體物質(zhì)。如果在廢水中加入聚合氯化鋁、聚酰亞胺、聚合硫酸鐵等絮凝劑，還能去除膠體物質(zhì)，大大降低廢水的COD、BOD等。

氣浮法利用高濃度分散的微氣泡作為載體去除廢水中的懸浮物，可以從而實(shí)現(xiàn)固液分離。在處理大蒜加工廢水時(shí)通過微孔管直接將壓縮空氣通入廢水中，使懸浮顆粒物上浮達(dá)到處理效果[15]。

大蒜廢水經(jīng)過絮凝處理后，加入鐵碳微電解填料，利用鐵和碳之間微電解產(chǎn)生H原子，與廢水中的有機(jī)物質(zhì)發(fā)生氧化還原反應(yīng)，將大分子物質(zhì)分解為小分子無毒物質(zhì); 經(jīng)過微電解處理后，投加氫氧化鈣調(diào)節(jié)pH值至中性，F(xiàn)e2+進(jìn)一步氧化成Fe3+，形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑，最后通過絮凝沉淀去除廢水中的有機(jī)質(zhì)[16]。

將微電解反應(yīng)和芬頓氧化反應(yīng)相結(jié)合，用于大蒜生產(chǎn)廢水的處理，能夠快速將大蒜廢水中的COD含量降低至50 mg/L以下，整體反應(yīng)穩(wěn)定性好，處理效率較高[17]。王愷也通過鐵炭微電解-芬頓試劑氧化聯(lián)用處理廢水。微電解反應(yīng)產(chǎn)生的Fe2+可以作為芬頓試劑的催化劑，能夠有效降低廢水中的COD提高大蒜廢水的可生化性[11]，該反應(yīng)受pH值、反應(yīng)時(shí)間和H2O2的濃度等影響，在最佳條件下可以達(dá)到60%的去除率[18]。

臭氧有強(qiáng)氧化性，是比氧氣更強(qiáng)的氧化劑，可在較低溫度下發(fā)生氧化反應(yīng)。通過將臭氧氧化和生物法處理相結(jié)合，在臭氧池中大分子的有機(jī)物被氧化分解進(jìn)入后續(xù)的生物反應(yīng)池，通過進(jìn)一步的厭氧或好氧處理，最終使廢水得到處理并達(dá)標(biāo)排放[19]。

4 總結(jié)與展望

大蒜加工廢水屬于典型的高濃度難降解有機(jī)廢水，目前已經(jīng)開展的研究包括物理方法如過濾、絮凝、氣浮等，化學(xué)氧化法如芬頓試劑氧化、臭氧氧化、鐵炭微電解等，生物處理主要有SBR法、UASB、活性污泥法等。近年來，隨著膜處理工藝的快速發(fā)展，超濾、納濾、反滲透等技術(shù)用于大蒜加工廢水的處理，不但可以降低廢水的COD、BOD、氨氮等指標(biāo)，而且可以實(shí)現(xiàn)大蒜活性成分的分離提取，為大蒜加工廢水的回收利用提供了新的選擇。由于大蒜加工廢水難降解，目前的研究趨于多種方法的聯(lián)合，通過工藝之間的相互彌補(bǔ)，相信未來大蒜加工廢水一定能夠得到完善的治理。