萬壽菊葉黃素提取中瀝出液全量化綜合處理的工程實(shí)踐

摘要：在萬壽菊葉黃素提取過程中，其瀝出液存在高值藥用組分回收難、高濃度有機(jī)污染物降解難以及色度高等問題。針對這些問題，文章采用“壓榨氣浮二次回收花泥+水解厭氧去除難降解有機(jī)物+兩級(jí)AO（厭氧好氧工藝法）協(xié)同脫氮除磷+MBR（膜-生物反應(yīng)器）深度凈化”的組合處理工藝對瀝出液進(jìn)行處理。每處理100 m3瀝出液，可回收花泥800 kg，處理后的水質(zhì)指標(biāo)得到顯著優(yōu)化，其中CODCr、BOD5、NH3-N、SS（懸浮物）的平均濃度分別為71.30 mg/L、17.77 mg/L、12.88 mg/L、34.67 mg/L，符合《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2021）中對旱地作物用水的要求，出水可直接回用于萬壽菊種植基地灌溉，實(shí)現(xiàn)了水資源全量化循環(huán)利用的目標(biāo)。該工程示范效果穩(wěn)定，具備良好的市場推廣和應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：萬壽菊；葉黃素提取；瀝出液；高值藥用組分回收；全量資源化利用

中圖分類號(hào)：Q81" " " "文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" " " 文章編號(hào)：1674-0688（2024）07-0073-04

0 引言

萬壽菊花瓣中的葉黃素含量高達(dá)千分之二，因此成為提取這一重要天然色素的優(yōu)選原料。全國萬壽菊的種植面積達(dá)66 666.67 hm2（100余萬畝），其中云南的種植面積為33 333.33～40 000 hm2（50～60萬畝），占萬壽菊總種植面積的一半以上，并且云南盛產(chǎn)的萬壽菊的葉黃素含量高達(dá)12 g/kg［1-2］。

采摘后的萬壽菊花瓣被送往工廠，歷經(jīng)發(fā)酵池發(fā)酵、車間壓榨、烘干去水、壓制成顆粒等關(guān)鍵步驟后，通過提取技術(shù)制成葉黃素浸膏。這些浸膏經(jīng)過進(jìn)一步的高度提純，部分被制成葉黃素產(chǎn)品，應(yīng)用于保健品及藥品領(lǐng)域，剩余的大部分則直接作為飼料添加劑進(jìn)行銷售［3］。

本文以云南彌勒市某萬壽菊顆粒加工廠生態(tài)環(huán)境治理項(xiàng)目為例，介紹萬壽菊葉黃素提取中瀝出液實(shí)現(xiàn)全量化綜合處理的工程實(shí)踐。

1 項(xiàng)目概況

近年來，云南彌勒市充分發(fā)揮其獨(dú)特的高海拔高寒山區(qū)的資源優(yōu)勢。項(xiàng)目成功引進(jìn)了彌勒立達(dá)爾農(nóng)業(yè)開發(fā)有限公司共同發(fā)展萬壽菊產(chǎn)業(yè)。該項(xiàng)目集種植、加工及銷售于一體，新建了2座萬壽菊顆粒加工廠和1座萬壽菊油膏精深加工廠。萬壽菊鮮花采摘期對勞動(dòng)力的密集需求為當(dāng)?shù)剞r(nóng)村提供了大量就地就業(yè)的機(jī)會(huì)。本項(xiàng)目依托的萬壽菊顆粒加工基地位于彌勒，占地面積達(dá)19 000 m2，總投資為1 200萬元，設(shè)計(jì)產(chǎn)能為3 000 t/a。2016年9月建成投產(chǎn)時(shí)，雖然配有一套污水處理設(shè)施，但是已無法滿足新的排放要求。為了確保萬壽菊葉黃素提取中的瀝出液達(dá)標(biāo)排放，需設(shè)計(jì)并建設(shè)一套全新的污水處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)的污水處理能力要求達(dá)到100 m3/d，排水水質(zhì)需要達(dá)到《農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 5084—2021）（以下簡稱《水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》）的要求。

2 萬壽菊顆粒加工過程污染源分析

萬壽菊干花顆粒加工工藝流程見圖1。萬壽菊鮮花原料的初始含水率為92%左右，經(jīng)過青貯、壓榨、解塊、烘干、粉碎、制粒、冷卻等工序，最終得到含水率為12%左右的干花顆粒產(chǎn)品。這一過程中，青貯、壓榨及解塊環(huán)節(jié)會(huì)產(chǎn)生富含菊花黃色素、纖維、蛋白及多種有機(jī)成分的瀝出液。如果干花顆粒生產(chǎn)規(guī)模為3 000 t/a，基于鮮花含水率為92%、干花顆粒含水率為12%、年生產(chǎn)天數(shù)為200 d的假設(shè)進(jìn)行計(jì)算，則可得出萬壽菊干花顆粒加工過程中產(chǎn)生的瀝出液量為60 m3/d左右。

鮮花青貯瀝出液、壓榨機(jī)濾液及絞龍解塊過程中產(chǎn)生的少量瀝出液在廢水沉淀池中混合后，外觀呈紅色，液體渾濁且伴有惡臭，形成典型的高濃度、難降解的有機(jī)廢水。

萬壽菊葉黃素提取過程中排出青貯瀝出液與壓榨瀝出液時(shí)，不可避免地伴隨著高值藥用組分的流失，這些流失物與廢水中的纖維素、半纖維素、糖類、蛋白質(zhì)及有機(jī)溶劑等組分混合后，導(dǎo)致廢水中COD（化學(xué)需氧量）濃度高、氨氮含量高、磷含量超標(biāo)及色度顯著［4］。此外，殘留于瀝出液中的花泥形成大量的懸浮性固體污染物，進(jìn)一步增大了廢水處理的難度。萬壽菊生產(chǎn)的周期性特點(diǎn)直接影響了以厭氧反應(yīng)器為代表的水生化處理系統(tǒng)中的微生物聚集，表現(xiàn)為反應(yīng)器內(nèi)生物存量偏低，從而限制了廢水處理系統(tǒng)的運(yùn)行效率。同時(shí)，廢水中殘留的微量葉黃素導(dǎo)致處理后的水體略帶微黃色，對出水的感官指標(biāo)造成嚴(yán)重影響。

3 工藝設(shè)計(jì)

3.1 全量化綜合處理目標(biāo)

本項(xiàng)目針對萬壽菊葉黃素提取過程中瀝出液處理面臨的高值藥用組分回收難、生化處理效率低以及需要深度脫色的挑戰(zhàn)，開發(fā)了典型藥用植物瀝出液提取的高效處理技術(shù)。通過實(shí)施萬壽菊葉黃素提取中瀝出液的全量化綜合處理工程示范項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)對瀝出液中高值藥用組分的有效分離與回收，并解決了萬壽菊加工廢水成分復(fù)雜、污染物濃度高、色度顯著及難以生化降解等制約行業(yè)發(fā)展的瓶頸問題。結(jié)合當(dāng)?shù)馗珊等彼纳鷳B(tài)環(huán)境，綜合調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)參數(shù)，優(yōu)化處理工藝流程，確保瀝出液的出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)到《水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》的要求，使處理后的水能直接回用于萬壽菊種植基地的灌溉，實(shí)現(xiàn)瀝出液的全量化資源利用。

3.2 進(jìn)出水水質(zhì)

根據(jù)當(dāng)?shù)禺a(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃以及對萬壽菊顆粒加工過程的產(chǎn)污分析，本項(xiàng)目設(shè)計(jì)瀝出液處理規(guī)模為100 m3/d；處理后的出水水質(zhì)執(zhí)行《水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中對旱地作物水質(zhì)的控制限值。進(jìn)出水水質(zhì)設(shè)計(jì)見表1。

3.3 處理工藝流程

基于萬壽菊葉黃素提取中瀝出液的全量化綜合處理的目標(biāo)要求，本項(xiàng)目采用“壓榨氣浮二次回收花泥+水解厭氧去除難降解有機(jī)物+兩級(jí)AO協(xié)同脫氮除磷+MBR深度凈化”的組合處理工藝處理萬壽菊加工瀝出液。萬壽菊加工瀝出液處理工藝流程圖見圖2，關(guān)鍵步驟說明如下。

（1）設(shè)備選擇。為最大化地回收瀝出液中富含高值藥用組分葉黃素的花泥，通過反復(fù)試驗(yàn)，選用疊螺機(jī)和氣浮機(jī)分別對花泥進(jìn)行一次和二次回收。

（2）花泥回收。經(jīng)絞龍解塊處理的瀝出液進(jìn)入調(diào)節(jié)池，通過疊螺機(jī)初步回收富含高值藥用組分的花泥，隨后瀝出液與鮮花青貯瀝出液及壓榨機(jī)濾液混合于均質(zhì)池中，經(jīng)由泵提升至氣浮反應(yīng)池，通過氣浮處理進(jìn)一步回收花泥?；厥蘸蟮幕喾祷厝f壽菊加工系統(tǒng)。

（3）混凝沉淀。氣浮出水過程中投加混凝劑，目的是使水中的膠體和細(xì)微懸浮物凝聚成絮凝體，隨后在混凝沉淀池完成沉淀分離，去除大部分懸浮物及纖維顆粒等有機(jī)物。

（4）水解厭氧處理。混凝出水的pH值調(diào)整至6.5～7.5后進(jìn)入水解酸化池，部分難降解的大分子有機(jī)物被轉(zhuǎn)化成小分子易降解的揮發(fā)性脂肪酸，隨后進(jìn)入U(xiǎn)ASB厭氧反應(yīng)器，借助顆?；母呋钚詤捬蹙鷮U水中的高濃度有機(jī)物降解為低濃度有機(jī)物。通過厭氧污泥回流機(jī)制，維持反應(yīng)器內(nèi)的污泥濃度，確保厭氧菌數(shù)量。

（5）兩級(jí)AO脫氮除磷。厭氧出水進(jìn)入改造后的兩級(jí)AO工藝系統(tǒng)，通過增設(shè)二級(jí)缺氧反應(yīng)器（A池）和快速好氧反應(yīng)器（O池），顯著增強(qiáng)脫氮效果，氨氮和總氮去除率超過95%，確保出水的氨氮和總氮濃度穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。萬壽菊葉黃素提取過程中瀝出液的有機(jī)濃度高且含有氨氮，工程實(shí)踐表明，相比單級(jí)AO工藝，兩級(jí)AO工藝污染物去除率可提高10%～30%［5］。

（6）MBR深度凈化。兩級(jí)AO出水進(jìn)入MBR池，利用有機(jī)生物膜生物量大、生物相結(jié)構(gòu)簡單、生物活性高、抗沖擊等優(yōu)勢，提高水質(zhì)凈化效果。工程實(shí)踐表明，MBR系統(tǒng)在污泥體積負(fù)荷比較低（lt;50 m3/d）的情況下，脫氮率可達(dá)80%～95%，除磷效果較明顯且脫氮速度快，CODCr去除率可達(dá)80%以上［6］。MBR工藝憑借其膜分離的特性，能有效攔截懸浮固體和微生物，出水水質(zhì)通常遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)活性污泥法，SS和濁度接近于零，可直接回用或排放。

（7）出水。出水進(jìn)入清水池，可直接回用于萬壽菊花田的灌溉，實(shí)現(xiàn)水資源全量化利用。

（8）污泥資源化利用。瀝出液處理過程中產(chǎn)生的混凝沉淀污泥、水解剩余污泥、厭氧剩余污泥、好氧剩余污泥匯入污泥濃縮池，經(jīng)疊螺機(jī)脫水處理后，返回花田用作基肥。

3.4 主要處理設(shè)施及參數(shù)

主要處理單元構(gòu)筑物及工藝設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。

4 系統(tǒng)運(yùn)行效果評價(jià)

4.1 處理效果

萬壽菊葉黃素提取中瀝出液全量化綜合處理示范工程經(jīng)過調(diào)試、運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)了瀝出液高值藥用組分的有效分離和回收，并優(yōu)化與確定了最佳工藝設(shè)計(jì)及運(yùn)行參數(shù)，主要操作單元推薦工藝參數(shù)見表3。

萬壽菊葉黃素提取中瀝出液的處理效果見表4，表4中的數(shù)據(jù)為最佳運(yùn)行條件下系統(tǒng)正常運(yùn)行1個(gè)月后的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。從表4可以看到，CODCr、BOD5、NH3-N和SS等主要污染指標(biāo)的平均去除率分別為99.64%、98.65%、95.23%和99.37%，出水水質(zhì)平均值均低于《水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中的旱地作物水質(zhì)控制限值，可直接回用于萬壽菊種植基地的灌溉，以緩解當(dāng)?shù)馗珊等彼臓顩r，最終實(shí)現(xiàn)水資源的全量化利用。

4.2 經(jīng)濟(jì)效益

萬壽菊葉黃素提取中瀝出液的處理示范工程系統(tǒng)在持續(xù)運(yùn)行中，驗(yàn)證了“壓榨氣浮二次回收花泥+水解厭氧去除難降解有機(jī)物+兩級(jí)AO協(xié)同脫氮除磷+MBR深度凈化”組合處理工藝的實(shí)效性。該工藝每處理100 m3瀝出液，通過離心及氣浮技術(shù)可回收含水率90%的花泥800 kg，相當(dāng)于回收了64 kg的萬壽菊顆粒原料，這些顆粒原料可直接返用于萬壽菊顆粒的生產(chǎn)中。若按瀝出液年處理量1.2萬噸（即生產(chǎn)線年開工200 d）計(jì)，年花泥回收量可達(dá)100 000 kg，回收萬壽菊顆粒原料8 000 kg。該工藝每年可實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益80 000～160 000元。

項(xiàng)目工程總投資約為150萬元，運(yùn)行成本包括電費(fèi)2.81元/m3、藥劑費(fèi)1.50元/m3、人工費(fèi)2.33元/m3及維修保養(yǎng)0.10元/m3，綜合計(jì)算得出瀝出液的處理成本為6.74元/m3左右。

自工程建成并穩(wěn)定運(yùn)行4年以來，已累計(jì)處理瀝出液40 000 m3，新增年產(chǎn)值183萬元，實(shí)現(xiàn)利稅27萬元。此外，相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用為藥用植物及其深加工行業(yè)提供了支持，幫助相關(guān)企業(yè)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)值共計(jì)1.6億元。

5 結(jié)論

本項(xiàng)目工程采用壓榨氣浮法進(jìn)行花泥的二次回收，提高了葉黃素的提取率，同時(shí)采用水解酸化高效厭氧技術(shù)，解決了瀝出液中膠體態(tài)污染物水解慢、降解難度大的問題。通過兩級(jí)AO工藝協(xié)同作用，解決了瀝出液脫氮除磷的難題，并利用MBR膜分離工藝的深度凈化能力，確保出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。研究結(jié)論及取得的成果如下。

（1）經(jīng)過全面處理的萬壽菊提取物瀝出液的出水質(zhì)量優(yōu)良，其中SS濃度低于100 mg/L，BOD5低于100 mg/L，CODCr低于200 mg/L，達(dá)到《水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》中對旱地作物的水質(zhì)控制限值要求。因此，該處理后的水可直接回用于萬壽菊種植基地的灌溉，實(shí)現(xiàn)了水資源的全量化利用。

（2）在瀝出液處理過程中產(chǎn)生的各類污泥，包括混凝沉淀污泥、水解剩余污泥、厭氧剩余污泥及好氧剩余污泥，均被統(tǒng)一收集至污泥濃縮池中。這些污泥經(jīng)過疊螺機(jī)脫水后，返回至花田作為基肥使用。

（3）本項(xiàng)目工程總投資為150萬元左右，其綜合運(yùn)行成本控制在6.74元/m3。在項(xiàng)目投運(yùn)的4年中，新增年產(chǎn)值183萬元，并實(shí)現(xiàn)了27萬元的利稅收入。

6 參考文獻(xiàn)

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［2］劉瑞，鄭澤婭.萬壽菊助農(nóng)增收！央視《新聞聯(lián)播》關(guān)注文山［N/OL］．（2024-07-17）［2024-07-25］.https：//mp.weixin.qq.com/s/fj57RNcyVFNKUxxABanAPQ．

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［6］龐家勝，楊淵.MBR工藝在制藥工業(yè)廢水處理中的設(shè)計(jì)及應(yīng)用［J］.化工設(shè)計(jì)，2012，22（2）：38-42，28，1-2.

*2023年梧州市科技計(jì)劃項(xiàng)目“典型藥用植物加工廢水處理關(guān)鍵技術(shù)開發(fā)與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用示范”（202302018）。

【作者簡介】覃霞，女，廣西貴港人，碩士，工程師，研究方向：環(huán)境工程治理與咨詢、水污染處理技術(shù)；陳浩（通信作者），男，廣西南寧人，本科，工程師，研究方向：環(huán)境工程治理與咨詢、水污染處理技術(shù)；吳智華，男，廣西梧州人，本科，助理工程師，研究方向：水污染處理技術(shù)；祁莘月，女，廣西南寧人，本科，助理工程師，研究方向：環(huán)境工程治理與咨詢；張健，男，廣西南寧人，博士，講師，研究方向：水污染處理技術(shù)；陳達(dá)超，男，廣西梧州人，本科，助理工程師，研究方向：水污染處理技術(shù)研究；廉宇萍，女，廣西玉林人，本科，助理工程師，研究方向：環(huán)境工程治理與咨詢；郭潔貞，女，廣西梧州人，大專，助理工程師，研究方向：水污染處理技術(shù)；何少媚，女，廣西貴港人，本科，工程師，研究方向：環(huán)境工程治理與咨詢。

【引用本文】覃霞，陳浩，吳智華，等.萬壽菊葉黃素提取中瀝出液全量化綜合處理的工程實(shí)踐［J］.企業(yè)科技與發(fā)展，2024（7）：73-76.