食品工業(yè)高色度廢水處理的現(xiàn)狀和展望
發(fā)布日期：2020-07-17 點(diǎn)擊：599
摘要：概述了我國食品工業(yè)高色度廢水的近況及來源、特點(diǎn)及危害，分別從物理法、化學(xué)法和生物法3 個方面介紹了目前食品工業(yè)高色度廢水處理的現(xiàn)狀，并進(jìn)一步從可持續(xù)發(fā)展的角度對我國食品工業(yè)高色度廢水的處理進(jìn)行了展望。
隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，生活水平的提高，工業(yè)化程度加強(qiáng)，食品生產(chǎn)過程對環(huán)境的污染加劇，對人類健康的危害也日益普遍和嚴(yán)重，特別是生產(chǎn)過程排出的廢水，具有有機(jī)污染物濃度高、色度高、水質(zhì)和水量變化幅度大等特點(diǎn)，是最難處理的工業(yè)廢水之一。特別是色度在食品工業(yè)廢水處理中一直是難點(diǎn)和重點(diǎn)。
1、食品工業(yè)廢水的來源、特點(diǎn)及危害
1.1 食品工業(yè)廢水的來源
食品工業(yè)廢水的主要來源于3 個生產(chǎn)工段。一是原料清洗和生產(chǎn)設(shè)備的清洗：大量沙土雜物、葉、皮、鱗、肉、羽、毛和色素等進(jìn)入廢水中，使廢水中含大量的懸浮物。二是生產(chǎn)工段：原料中很多成分在加工過程中不能全部利用，未利用部分進(jìn)入廢水中，是廢水含大量有機(jī)物；三是成型工段：為增加的食品的色、香、味，延長保質(zhì)期，使用各種添加劑，一部分流失進(jìn)入廢水，如各種染料（焦糖色素、檸檬黃、姜黃、果綠、亮藍(lán)等），使廢水化學(xué)成分復(fù)雜[1]。另外，還有添加劑的生產(chǎn)（特別是食用色素的生產(chǎn)） 排除的大量廢物和廢水也形成化學(xué)污染。
1.2 食品工業(yè)廢水的特點(diǎn)
由于食品種類繁多，原料廣泛，所以食品工業(yè)廢水具有懸浮物、油脂含量高、色度高，COD（化學(xué)需氧量）和BOD（生化需氧量）值大，水質(zhì)和水量變化幅度大，氮、磷化合物含量高等特點(diǎn)。
1.3 食品工業(yè)廢水的危害
食品工業(yè)廢水本身無毒害，但含有大量可降解的有機(jī)物，廢水若不經(jīng)過處理排入水體會消耗水中大量的溶解氧，造成水體缺氧，使魚類和水生生物死亡。廢水中的懸浮物沉入河底，在厭氧條件下分解，產(chǎn)生臭水惡化水質(zhì)，污染環(huán)境。若將廢水引入農(nóng)田進(jìn)行灌溉，會影響農(nóng)產(chǎn)品的使用，并污染地下水源。廢水中夾帶的動物排泄物，含有蟲卵和致病菌，將導(dǎo)致疾病傳播，直接危害人畜的健康[2]。
2、食品工業(yè)高色度廢水處理現(xiàn)狀
高色度廢水的處理在食品工業(yè)廢水處理一直是難點(diǎn)。食品工業(yè)廢水的高色度的主要來源：第一，食品生產(chǎn)過程中，化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生色素，最后進(jìn)入廢水之中，如醬油發(fā)酵過程中葡萄糖氧化生成的類黑素等；第二，生產(chǎn)過程中，為了讓食品達(dá)到良好的色澤，添加的食用色素和染料等，如在醬油調(diào)配時人工加入的焦糖色素和青豆生產(chǎn)中加入的果綠等。
國內(nèi)外對高色度食品工業(yè)廢水的處理方法主要有：物理方法、化學(xué)方法和生物方法等。目前通常采用的方法有吸附、混凝、氧化、還原、電解、生化等。這些方法都有其自身難以克服的缺點(diǎn)，且一般只能處理色度較低的廢水，根本無法解決高色度廢水的脫色問題。
2.1 物理方法
2.1.1 吸附法
吸附法是利用多孔性固體物質(zhì)做吸附劑，以其表面吸附廢水中高色度物質(zhì)的方法[3]。常用的吸附劑有活性炭、硅藻土、焦粉以及大孔吸附樹脂等。
活性炭具有疏松多孔、堆積密度低、比表面積等特點(diǎn)能夠高效的吸附水溶性的色素和染料，但不能夠吸附懸浮固體和不溶性的染料。并且，活性炭的再生費(fèi)用昂貴，一般用于少量、濃度較低的廢水處理。鍋爐煤渣、鋼渣[4]、焦粉和農(nóng)產(chǎn)品廢棄物[（5] 如甘蔗渣、花生殼等）具有一定的吸附能力，可以替代活性炭。雒和明等人的實(shí)驗(yàn)表明以廢棄焦粉為原料，通過脫灰處理，采用過二硫酸銨化學(xué)改性，可有效吸附廢水中的亞甲基藍(lán)染料[6]。
大孔吸附樹脂是一種內(nèi)部具有三維空間立體孔結(jié)構(gòu)，孔徑與比表面積都比較大的高分子聚合物。其比表面積大，吸附效率高，洗脫再生容易，在高色度食品工業(yè)廢水中得到一定范圍的使用。呂建、熊春華報(bào)道，采用大孔樹脂對含有高色度果綠的食品廢水進(jìn)行吸附取得了良好的效果，吸附率可達(dá)93.4 %，大孔樹脂的二次洗脫率達(dá)89.3 %[7]。但大孔吸附樹脂處理量小，產(chǎn)能小，再生困難，設(shè)備投資大。
2.1.2 凝集法
凝集法利用金屬氫氧化物或有機(jī)金屬聚合物的吸附或離子橋作用進(jìn)行脫色，此法對于粒徑在10- 9 nm~10- 8 nm范圍內(nèi)的粒子最為有效。這種方法的原理是，加入帶電荷或者極性官能團(tuán)的凝聚劑，消除原系統(tǒng)粒子間的靜電斥力的作用，促使其凝集沉降，從而達(dá)到分離脫色的目的[8]。
常用的凝聚劑有無機(jī)凝聚劑和高分子凝聚劑。無機(jī)凝聚劑包括鋁系[大多為Al2O4 或（NH4）2SO4 的混合溶液]，鐵系[FeSO4、Fe2 （ SO4）3 或FeCI3 等]，以及用于改變pH，使某些物質(zhì)沉降的酸堿凝聚劑。無機(jī)凝聚劑對有色廢水處理效果較好，但對pH 過于敏感，只有在最合適的pH 條件下才會有滿意效果。高分子凝聚劑分子量較大，與粒子結(jié)合能力較強(qiáng)，用量少，凝集速度快，且對pH 的適應(yīng)性大于無機(jī)凝聚劑。此外，有專利表明，以泥土作為原材料，在無機(jī)酸中室溫活化可產(chǎn)生用作凝聚劑的產(chǎn)物，對多種染料具有脫色效果[9]。
2.2 化學(xué)方法
2.2.1 氧化還原法
氧化還原法主要是采用臭氧、過氧化物、連二硫酸鹽、次氯酸鹽等氧化還原劑處理高色度廢水，使有機(jī)分子中的雙鍵發(fā)生斷裂而達(dá)到脫色目的。
采用氧化還原法處理食品高色度廢水的報(bào)道較多，在許多方面有了新的進(jìn)展。孫凱等報(bào)道了采用Fenton 試劑對醬油生產(chǎn)廢水中焦糖色素進(jìn)行處理，在pH=4 的條件下，反應(yīng)40 min 去除率達(dá)到90 %[10]；龔宜等實(shí)驗(yàn)表明臭氧在20 min 內(nèi)可使嫩黃染料的脫色率達(dá)到96.7 %以上[11]；鄭志軍等在采用二氧化氯對活性染料廢水處理也取得了較為滿意的結(jié)果[12]；張文啟等發(fā)表論文闡明采用臭氧/ 納米氧化鐵可催化氧化廢水脫色，經(jīng)過6 min 氧化，色度去除率可達(dá)95 %以上[13]。
2.2.2 電化學(xué)法
電化學(xué)法處理廢水一般無需加入化學(xué)藥品，后處理簡單，占地面積小，管理方便，被稱為清潔處理法。隨著電力工業(yè)的發(fā)展，電化學(xué)法正逐步成為一種應(yīng)用廣泛的水處理技術(shù)。
電化學(xué)脫色法可分為二維電極法和多維電極法。二維電極法是采用兩溶解性或不溶性的極板作為電極，通入直流電，通過電解槽內(nèi)發(fā)生的電化學(xué)氧化還原反應(yīng)達(dá)到脫色目的；多維電極法是在傳統(tǒng)的二維電極間填充粒狀或其他碎屑狀工作電極材料，由主電極供給電流，是填充的工作電極材料表面帶電，成為新的電極，從而通過電化學(xué)反應(yīng)達(dá)到脫色的目的[14]。梁宏等實(shí)驗(yàn)表明在多維電極處理系統(tǒng)加入鐵屑能使對廢水的脫色率和CODCr 降解率得到顯著提高[15]；李士安等報(bào)道鐵床對高色度有機(jī)廢水具有良好的脫色效果，并可在一定范圍內(nèi)降低廢水的COD 值，提高廢水的可生化性[16]。
2.3 生物方法
2.3.1 活性污泥法
活性污泥法是利用含有大量微生物的活性污泥，對污水中的有機(jī)物或無機(jī)污染物進(jìn)行吸收和氧化分解，從而使污水得以凈化的方法。由于此法處理水的能力大、效率高，已被廣泛的用于各種廢水的處理[17]。包淑娟等實(shí)驗(yàn)表明活性污泥能夠較好的脫色[18]。
2.3.2 厭氧生物處理法
厭氧生物處理法是利用兼性厭氧菌和專性厭氧菌將污水中大分子有機(jī)物降解為低分子化合物，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳的有機(jī)污水處理方法。歐富初等報(bào)道采用A/PAC-MAS 工藝（厭氧/ 活性炭- 改良活性污泥法）處理醬油生產(chǎn)廢水，通過優(yōu)勢菌種脫色和PAC 脫色結(jié)合，可使色度高達(dá)200 多倍的醬油生產(chǎn)廢水得到有效處理，而出水色度能穩(wěn)定在40 倍以下[19]。
3、食品工業(yè)高色度廢水處理的展望
隨著國家對環(huán)境污染治理方式的發(fā)展和成熟，構(gòu)建可持續(xù)發(fā)展的工業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急。現(xiàn)在我國的環(huán)境保護(hù)已從事后治理轉(zhuǎn)向事前預(yù)防與控制，采用防治結(jié)合的原則。因此，在食品工業(yè)高色度廢水處理問題上也應(yīng)該遵循此原則，做到以下幾點(diǎn)：
1）改革工藝及對廢水進(jìn)行綜合利用，最大限度地減少廢水量，防止廢水的污染，將排出的廢水經(jīng)過處理再循環(huán)重復(fù)使用；
2）逐級用水，實(shí)現(xiàn)一水多用。可按照食品生產(chǎn)過程中各道工藝對水質(zhì)和水流的不同要求，把水分成幾個等級，串聯(lián)起來逐級使用，實(shí)現(xiàn)一水多用；
3）全面規(guī)劃、合理布局，充分利用水體的自凈能力，減少污染，在某一地區(qū)或區(qū)域建立污水處理廠；
4）充分利用企業(yè)原有的凈化設(shè)施，不僅能節(jié)約投資，更重要的是能減少占地，在舊設(shè)施上引進(jìn)具有強(qiáng)化凈化效果的新技術(shù)；
5）采用新技術(shù)、新工藝。工業(yè)廢水處理方法，正向設(shè)備化、自動化的方向發(fā)展。近年來廣泛發(fā)展起來的氣浮、高梯度電磁過濾、臭氧氧化及離子交換等，都為工業(yè)廢水處理提供了新工藝、新技術(shù)和新方法。在完善老廠水處理方法的同時應(yīng)考慮采用新技術(shù)。
隨著科學(xué)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，處理高色度廢水的技術(shù)和工藝將不斷發(fā)展，我們有充分的理由相信，更加先進(jìn)的高色度廢水處理技術(shù)將會向雨后春筍那樣迅速涌現(xiàn)，高色度廢水將會處理的更好
