高分子絮凝劑在大豆乳清廢水處理中的應(yīng)用

徐 忠，趙 丹

(哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076)

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高分子絮凝劑在大豆乳清廢水處理中的應(yīng)用

徐 忠，趙 丹

(哈爾濱商業(yè)大學(xué) 食品工程學(xué)院，哈爾濱 150076)

大豆乳清廢水是一種有機(jī)物含量非常高的食品廢水，如果直接排放會對環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的污染. 實(shí)驗(yàn)研究了聚合氯化鋁、聚合氯化鐵、聚丙烯酰胺這幾種絮凝劑處理大豆乳清廢水的工藝，以蛋白質(zhì)去除率為主要指標(biāo)，分析了pH值、投加量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間對絮凝工藝的影響，確定了最佳絮凝條件.

大豆乳清廢水；絮凝；應(yīng)用

近年來，隨著現(xiàn)代高新技術(shù)的飛速發(fā)展，大豆制品的種類也日漸增多，大豆乳清是大豆分離蛋白制備過程中排放的含酸溶蛋白廢水，以我國目前的技術(shù)水平，生產(chǎn)1 t大豆分離蛋白需要排放10 t大豆乳清.生產(chǎn)大豆制品的工廠如果將大豆乳清廢水直接排放，將會對環(huán)境造成極大污染[1-4].

目前大豆乳清廢水的處理方法主要是傳統(tǒng)的厭氧、好氧、生物凈化等工藝，這些技術(shù)的應(yīng)用從一定程度上改善了大豆乳清廢水的處理效果，并且在工業(yè)生產(chǎn)上得到應(yīng)用，取得一定的環(huán)境效益[5-7].但是傳統(tǒng)的處理方法仍存在很多問題，例如需要的設(shè)備較多，工序復(fù)雜，處理成本較高等[8-11].高分子絮凝劑廣泛應(yīng)用于紡織廢水，制藥廢水等領(lǐng)域，而應(yīng)用于食品廢水處理報(bào)道較少，研究高分子絮凝劑對大豆乳清蛋白廢水處理的影響因素，可以為企業(yè)處理大豆乳清廢水提供理論參考.

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑

大豆乳清廢水(哈高科)；牛血清蛋白(南京建成生物工程研究所)；聚合氯化鐵、聚丙烯酰胺、聚合氯化鋁均為實(shí)驗(yàn)室提供；硫酸亞鐵銨、葡萄糖、氫氧化鋇、硫酸鋅、蒽酮、濃硫酸、硫脲、重鉻酸鉀、硫酸銀、氯化鉀等均為分析純.

1.2 實(shí)驗(yàn)儀器

pHS-25數(shù)顯pH計(jì)，上海精密科學(xué)儀器有限公司；752型紫外可見分光光度計(jì)， 上海光譜儀器有限公司；電熱恒溫干燥箱，哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司；濁度儀，DHP-9162型電熱恒溫培養(yǎng)箱，上海一恒科技有限公司；磁力攪拌器，上海精密科學(xué)儀器有限公司；HZS-H水浴振蕩器，哈爾濱市東聯(lián)電子技術(shù)開發(fā)有限公司.

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制方法

采用紫外吸收法.

1.3.2 大豆乳清廢水指標(biāo)的測定

1) 蛋白質(zhì)的測定

取大豆乳清廢水過濾，用1 mL移液管移取1 mL濾液，加入蒸餾水14 mL，即將原廢水稀釋15倍，根據(jù)蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出大豆乳清蛋白廢水中含蛋白質(zhì)的量.

2)COD的測定

(1)

C為硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度，mol/L；V0為滴定空白時(shí)硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，mL；V1為滴定水樣時(shí)硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液的用量，mL；V為水樣體積；8為氧(1/2O)摩爾質(zhì)量，g/mol.

3)pH的測定

用pHS-25數(shù)顯pH計(jì)測定.

1.3.3 絮凝劑的配制

1) 聚合氯化鋁(PAC)溶液的配制(3%)

取7.5g聚合氯化鋁粉末在250mL容量瓶中，加蒸餾水至刻度線，搖勻，待用.

2) 聚合氯化鐵(PFC)溶液的配制(1%)

由已知體積分?jǐn)?shù)為9%的聚合氯化鐵溶液配制成體積分?jǐn)?shù)為1%的聚合氯化鐵溶液.準(zhǔn)確取27.8mL體積分?jǐn)?shù)為9%的聚合氯化鐵溶液于250mL容量瓶中，加蒸餾水至刻度線，搖勻，待用.

3)聚丙烯酰胺(PAM)溶液的配制(0.1%)

在燒杯中加一定量的水，放到磁力攪拌器上攪拌，將準(zhǔn)確稱重的0.25g聚丙烯酰胺粉末倒入并攪拌分散.加水至250mL，繼續(xù)攪拌1h到聚丙烯酰胺全部溶解.將溶液倒入250mL容量瓶，待用(現(xiàn)用現(xiàn)配).

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

見圖1.

圖1 蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 大豆乳清蛋白廢水指標(biāo)

根據(jù)蛋白質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算出大豆乳清廢水中蛋白質(zhì)的百分含量為1.15%，通過重鉻酸鉀法測定大豆乳清廢水的COD為12 269 mg/L.用pHS-25數(shù)顯pH計(jì)測定，大豆乳清廢水的pH值為3.35.

2.3 絮凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.3.1 聚合氯化鋁的絮凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1)pH對聚合氯化鋁絮凝效果的影響

由圖2可知，隨著pH值的增加，蛋白質(zhì)去除率呈增大趨勢，當(dāng)pH為7.5時(shí)，蛋白質(zhì)去除率最大，可達(dá)到50.69%.當(dāng)pH值繼續(xù)增大時(shí)，蛋白質(zhì)去除率沒有繼續(xù)增加.

圖2 pH對PAC絮凝效果的影響

2) 加入量對聚合氯化鋁絮凝效果的影響

由圖3可知，聚合氯化鋁的最佳投加量為3 000 mg/L，此時(shí)蛋白質(zhì)去除率可達(dá)到60.58%.若加入量較少，則不能很好地使膠體脫穩(wěn)，不足以將膠粒架橋聯(lián)接起來，導(dǎo)致形成的絮體不夠多與大，不能起到很好的吸附卷掃作用，絮凝效果不夠理想.若偏多，則會使膠體的吸附面被PAC高分子覆蓋，兩膠粒接近時(shí)，產(chǎn)生膠體保護(hù)作用，使絮凝效果下降.

圖3 加入量對PAC絮凝效果的影響

3)溫度對聚合氯化鋁絮凝效果的影響

由圖4可看出，隨著溫度的升高，蛋白質(zhì)去除率先升高，在20℃時(shí)蛋白質(zhì)去除率最大，達(dá)到54.51%，而當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，蛋白質(zhì)去除率呈降低趨勢.

圖4 溫度對PAC絮凝效果的影響

4) 時(shí)間對聚合氯化鋁絮凝效果的影響

由圖5可知，在30 min到60 min時(shí)，蛋白質(zhì)去除率呈現(xiàn)上升趨勢，在60 min蛋白質(zhì)去除率達(dá)到最大，可以達(dá)到60.35%，在60 min后，蛋白質(zhì)去除率逐漸下降 .

圖5 時(shí)間對PAC絮凝效果的影響

2.3.2 聚合氯化鐵絮凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1) pH對聚合氯化鐵絮凝效果的影響

由圖6可知,蛋白質(zhì)去除率隨著pH的增大而增大，當(dāng)pH為7時(shí)，蛋白質(zhì)去除率達(dá)到50.69%，而繼續(xù)增大pH值時(shí)，蛋白質(zhì)去除率沒有顯著增大.因此，聚合氯化鐵的最佳反應(yīng)pH為7.原因是在pH值在6～8范圍內(nèi),主要是PFC水解生成的低電荷絡(luò)離子或金屬氫氧化物凝膠物對脫穩(wěn)的微粒產(chǎn)生粘接架橋和卷掃沉淀作用使液體內(nèi)微粒聚沉，所以混凝效果最佳.

圖6 pH對PFC絮凝效果的影響

2) 加入量對聚合氯化鐵絮凝效果的影響

由圖7可看出，隨著加入量的增加，蛋白質(zhì)去除率先是增大，當(dāng)加入量為800 mg/L時(shí)，蛋白質(zhì)去除率達(dá)到最大，可達(dá)到50.69%，而繼續(xù)增加加入量時(shí)，蛋白質(zhì)去除率呈下降趨勢.PFC具有良好的絮凝效果，主要原因是PFC具有強(qiáng)烈的電中和凝聚能力及吸附架橋能力，顯著提高了絮凝效果.

圖7 加入量對PFC絮凝效果的影響

3)溫度對聚合氯化鐵絮凝效果的影響

由圖8可知，隨著溫度的升高，蛋白質(zhì)去除率先是增大，當(dāng)溫度為30 ℃時(shí)，蛋白質(zhì)去除率達(dá)到最大，可達(dá)57.43%，而當(dāng)溫度繼續(xù)升高時(shí)，蛋白質(zhì)去除率有下降的趨勢.

圖8 溫度對PFC絮凝效果的影響

4)時(shí)間對聚合氯化鐵絮凝效果的影響

由圖9可看出，隨著時(shí)間的增加，蛋白質(zhì)去除率顯示增大，在180 min時(shí)，蛋白質(zhì)去除率達(dá)到最大，為59.00%，而在180 min后，蛋白質(zhì)去除率隨著時(shí)間的增加而變化不大.

圖9 時(shí)間對PFC絮凝效果的影響

2.3.3 聚丙烯酰胺絮凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1)pH對聚丙烯酰胺絮凝效果的影響

由圖10可知，隨著pH的增加，蛋白質(zhì)去除率先是增加，當(dāng)pH值為7時(shí)，蛋白質(zhì)去除率最大，可達(dá)到39.67%，當(dāng)pH值超過7時(shí)，蛋白質(zhì)去除率隨pH的增加而降低.

圖10 pH對PAM絮凝效果的影響

2)加入量對聚丙烯酰胺絮凝效果的影響

由圖11可看出，隨著加入量的增加，蛋白質(zhì)去除率先增加，當(dāng)加入量為20 mg/L時(shí)，蛋白質(zhì)去除率可達(dá)到40.79%，當(dāng)繼續(xù)增大加入量時(shí)，蛋白質(zhì)去除率隨著加入量的增加反而降低.因?yàn)楫?dāng)體系中的高分子絮凝劑過量時(shí)，架橋作用所必須的粒子表面吸附活性點(diǎn)少了，而使架橋變得困難，同時(shí)又可產(chǎn)生二次吸附而使之出現(xiàn)分散穩(wěn)定現(xiàn)象.

圖11 加入量對PAM絮凝效果的影響

3)溫度對聚丙烯酰胺絮凝效果的影響

由圖12可知，蛋白質(zhì)去除率先隨著溫度升高而升高，當(dāng)溫度為30 ℃時(shí)，蛋白質(zhì)去除率可達(dá)到35.18%，當(dāng)溫度超過30 ℃時(shí)，蛋白質(zhì)去除率有變化不大，有下降趨勢.

圖12 溫度對PAM絮凝效果的影響

4)時(shí)間對聚丙烯酰胺絮凝效果的影響

由圖13可看出，隨著時(shí)間的增加，蛋白質(zhì)去除率先是增加的，在360 min時(shí)，蛋白質(zhì)去除率達(dá)到54.51%，而超過360 min后，蛋白質(zhì)去除率有下降的趨勢.

圖13 時(shí)間對PAM絮凝效果的影響

2.3.4 通過絮凝處理后大豆乳清廢水指標(biāo)

由表1可知，在絮凝劑的最佳處理?xiàng)l件下，聚合氯化鋁的蛋白質(zhì)去除率為60.35%，COD去除率為58.15%；聚合氯化鐵的蛋白質(zhì)去除率為59.00%，COD去除率為42.68%；聚丙烯酰胺的蛋白質(zhì)去除率為54.51%，COD去除率為32.19%.

表1 絮凝處理后大豆乳清廢水指標(biāo)

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)研究了絮凝劑對大豆乳清廢水處理工藝的影響，通過測定蛋白質(zhì)去除率，考察了三種絮凝劑的最佳使用條件，并測定了最佳條件下COD的去除率，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下：

1)聚合氯化鋁(PAC)使用的最佳pH值為7.50，最佳投藥量為3 000 mg/L，最適溫度為20 ℃，最適絮凝時(shí)間1 h.在該條件下，蛋白質(zhì)的去除率為60.35%，COD去除率為58.15%.

2)聚合氯化鐵(PFC)使用的最佳pH值為7.0，最佳投藥量為800 mg/L，最適溫度為30 ℃，最適絮凝時(shí)間3 h.在該條件下，蛋白質(zhì)的去除率為59.00%，COD去除率為42.68%.

3)聚丙烯酰胺(PAM)使用的最佳pH值為7.5，最佳投藥量為20 mg/L，最適溫度為30 ℃，最適絮凝時(shí)間6 h.在該條件下，蛋白質(zhì)的去除率為54.51%，COD去除率為32.19%.

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Application of polymer flocculant in soy whey effluent treatment

XU Zhong, ZHAO Dan

(School of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076，China)

Soybean whey wastewater is a kind of food wastewater which contents very high organic concentration. It will damage the environment seriously if discharged directly. The treatment process of the soybean whey wastewater using three flocculants (PAC, PFC and PAM) was studied. The influence of pH, dosage, reaction temperature and reaction time on flocculate effect was analyzed with the protein removal rate as the main indicator to finally determine the optimum flocculation conditions.

soybean whey wastewater;flocculation ;application

2015-12-05.

徐 忠(1964-)，男，博士，教授，研究方向：食品化工技術(shù).

X792

A

1672-0946(2016)06-0668-04