檸檬酸生產(chǎn)廢水處理技術(shù)

孫福新

（江蘇國(guó)信協(xié)聯(lián)能源有限公司，江蘇無錫 214203）

檸檬酸為一種有機(jī)酸，主要用于食品工業(yè)、醫(yī)藥、化學(xué)工業(yè)等，一般淀粉類的物質(zhì)為檸檬酸的主要來源。生產(chǎn)檸檬酸會(huì)產(chǎn)生大量的廢水，本文主要介紹了幾種處理檸檬酸廢水的方法，分別為生物法、光合細(xì)菌法、乳狀液膜法、綜合處理法。

1 檸檬酸廢水來源及水質(zhì)成分

1.1 檸檬酸廢水主要來源

通常情況下，淀粉類物質(zhì)為檸檬酸的主要來源。首先將淀粉質(zhì)的原料粉碎，然后給粉碎的原料加入適量的水并攪拌，將拌合料進(jìn)行發(fā)酵，發(fā)酵之后通過過濾得到濾液，在濾液中加入碳酸鈣發(fā)生中和反應(yīng)，過濾出檸檬酸鈣，使用硫酸對(duì)檸檬酸鈣進(jìn)行酸解并過濾，對(duì)濾液進(jìn)行離子交換脫色，之后濃縮、結(jié)晶，再干燥就得到了白色粉末狀的檸檬酸。

1.2 檸檬酸生產(chǎn)物廢水水質(zhì)成分

檸檬酸生產(chǎn)廢物主要來自發(fā)酵和提取工序中產(chǎn)生的廢中和液、濃糖水、洗糖水、洗罐水和洗濾布水，見表1。由表 1可知，洗罐水的濃度最高，但相對(duì)于濃糖水，其水量較小，濃糖水的水量最大，且濃度較高，剩余各項(xiàng)廢水的濃度以及水量都較低[1]。

2 檸檬酸生產(chǎn)廢水治理方法

2.1 生物法

處理檸檬酸生產(chǎn)廢水比較常見的處理方法為生物法，生物法又分為厭氧生物法和好氧生物法。

表1 檸檬酸生產(chǎn)廢水水量及水質(zhì)

在國(guó)外處理檸檬酸生產(chǎn)廢水的主要方法為上流式厭氧污泥床，其處理廢水的步驟如下。首先使廢水在經(jīng)過反應(yīng)器底部之后進(jìn)入到內(nèi)筒，然后廢水不斷上升直至達(dá)到反應(yīng)器最頂端的水分布器，再利用虹吸管將廢水導(dǎo)入馴化好的污泥中，不斷進(jìn)行混合，厭氧菌將廢水里的有機(jī)物分解成沼氣，利用三相分離器將沼氣、污泥與水分離并各自排出。此種方法的優(yōu)點(diǎn)為處理效果好、操作比較簡(jiǎn)單以及剩余的污泥較少等[2]，上流式厭氧污泥床處理檸檬酸廢水的工藝流程如圖1所示。

圖1 上流式厭氧污泥床處理檸檬酸廢水的工藝流程圖

好氧生物法主要為活性污泥法，此方法利用好氧類的微生物來分解有機(jī)廢水，而這種好氧微生物就稱為活性污泥。活性污泥中的微生物占有比例較大，其中細(xì)菌在分解過程中發(fā)揮凈化作用，其主要通過降解有機(jī)廢水中的可降解成分，從而達(dá)到凈化廢水的目的?；钚晕勰喾纸鈴U水中有機(jī)物的步驟：（1）將有機(jī)物吸附于污泥表面，完成初步凈化；（2）利用活性污泥中的微生物分解吸附于污泥表面的有機(jī)物；（3）將分解的廢水進(jìn)行凝聚并經(jīng)過沉淀作用，從而達(dá)到分解有機(jī)廢水的目的。

2.2 光合細(xì)菌法

光合細(xì)菌屬于一種微生物，在不同的水域都有分布。通常情況下，光合作用都會(huì)產(chǎn)生氧氣，而這種細(xì)菌在光合作用下能夠合成營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以滿足自身需求，并且在光合作用的過程中不產(chǎn)生氧氣。光合細(xì)菌在水中發(fā)揮的作用較大，對(duì)于碳、硫等物質(zhì)的循環(huán)有著至關(guān)重要的作用。光合細(xì)菌體內(nèi)含有較多的蛋白質(zhì)，其體內(nèi)也包含各種維生素，葉酸與酵母相比含量高出很多。除此之外，光合細(xì)菌中還含有抗病毒物質(zhì)，所以經(jīng)常在養(yǎng)殖動(dòng)物的食物中添加光合細(xì)菌，進(jìn)而提高動(dòng)物的抗病能力。光合細(xì)菌處理廢水的步驟較為簡(jiǎn)單，并且使用該方法能夠達(dá)到很好的效果，不會(huì)對(duì)水體產(chǎn)生二次污染，處理后的水不含有毒物質(zhì)，因此處理過的水可以發(fā)揮作用，從經(jīng)濟(jì)角度來看利用此種方法處理廢水產(chǎn)生的成本較低，便于管理。

2.3 乳狀液膜法

液膜分離技術(shù)在生物、重金屬工程分離中應(yīng)用較多，在進(jìn)行濃度比較高的廢水處理時(shí)此方法效率較高。液膜法處理廢水的第一步是把乳液和廢水放在一起，并進(jìn)行攪拌，使兩者充分融合，在攪拌的過程中廢水中檸檬酸通過液膜濃縮在膜內(nèi)，進(jìn)而將檸檬酸分解出來。乳狀液膜法的分離過程比較簡(jiǎn)單，并且分離效率高，對(duì)于工業(yè)應(yīng)用比較實(shí)用，乳液可以重復(fù)使用，且分離效果不變。

2.4 綜合處理法

2.4.1 厭氧-好氧生物組合法

上述的兩種生物法具有其相應(yīng)的優(yōu)點(diǎn)，但單一的處理方法都難以達(dá)到國(guó)家的排放要求，所以將這兩種方法組合后再對(duì)廢水進(jìn)行處理。對(duì)于濃度為5 000～50 000 mg/L的檸檬酸廢水進(jìn)行處理，將其混入低濃度的廢水中，再進(jìn)入生物接觸氧化池，使用以上方法處理廢水使其達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)[3]，在一定程度上增加了水資源的利用率，排放的水可以用于農(nóng)田灌溉、工業(yè)用水等。目前，厭氧-好氧生物組合法已經(jīng)應(yīng)用于檸檬酸的廢水處理中，圖2為其工藝流程。

圖2 厭氧-好氧生物組合法處理檸檬酸的廢水流程圖

2.4.2 厭氧-兼氧-好氧生物組合法

在厭氧-好氧生物組合處理廢水的過程中，好氧單元處理厭氧單元出水運(yùn)行效果較差的現(xiàn)象，使得廢水處理的效率大大降低。基于厭氧單元與好氧單元的相互影響，在兩者之間增加生物轉(zhuǎn)化器，將廢水進(jìn)行厭氧處理后，通過轉(zhuǎn)化器增加水中的含氧量，將水中的厭氧物質(zhì)除去，為好氧單元做好準(zhǔn)備，提高好氧單元的處理效率。此方法的廢水處理工藝流程如圖3所示。

圖3 厭氧-兼氧-好氧生物組合法處理檸檬酸的廢水流程圖

2.5 循環(huán)利用中和廢水技術(shù)

在檸檬酸生產(chǎn)的過程中排放的廢水種類較多，其中中和廢水的排放量最大，造成的污染也最為嚴(yán)重，因此對(duì)于中和廢水的處理至關(guān)重要，直接關(guān)系著生態(tài)環(huán)境。中和廢水技術(shù)的工藝流程為中和→催化氧化→沙濾→吸附，利用此方法CODCr能夠從16642 mg/L降至2308 mg/L，去除率可達(dá)86.1%，廢水經(jīng)過處理之后，可以用于農(nóng)田灌溉，既充分利用了工業(yè)廢水，又節(jié)約了水資源。

3 檸檬酸生產(chǎn)廢水處理應(yīng)用實(shí)例與效果

3.1 利用檸檬酸廢渣生產(chǎn)石膏

郭德光等[3]利用檸檬酸廢渣來生產(chǎn)石膏，其生產(chǎn)過程為：（1）把廢渣進(jìn)行脫水形成石膏，（2）將形成的石膏進(jìn)行加熱并烘干制成β型石膏，（3）將β型石膏蒸煮制成ɑ型石膏，（4）在低溫條件下制成緩凝劑。利用此方法處理廢渣不僅緩解了廢渣污染環(huán)境的問題，而且用較低的成本將廢渣回收利用，變廢為寶，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量等都符合要求。

3.2 利用廢渣培養(yǎng)食用菌

王平文等[3]研究了利用工業(yè)廢渣來培植猴頭菇以及平菇等菌類的方法。從環(huán)境保護(hù)角度來看，利用廢渣培植食用菌，減少了環(huán)境污染，從經(jīng)濟(jì)角度來看，利用工業(yè)廢渣培植的成本較低。在培植食用菌的過程中，根據(jù)食用菌的生長(zhǎng)需要對(duì)檸檬酸廢渣的酸度、含量等進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以滿足食用菌的生長(zhǎng)條件。除此之外，在進(jìn)行食用菌培植時(shí)，還應(yīng)調(diào)節(jié)光照、溫度以及濕度等影響食用菌生長(zhǎng)的各項(xiàng)條件。

4 結(jié)論

文章主要介紹了處理檸檬酸廢水的諸多方法，分別為生物法、光合細(xì)菌法、乳狀液膜法、綜合處理法等。最后列舉了檸檬酸生產(chǎn)廢水處理應(yīng)用實(shí)例，即利用檸檬酸廢渣生產(chǎn)石膏以及利用廢渣培養(yǎng)食用菌。檸檬酸廢水有機(jī)污染物濃度高，采用以生化處理為主的工藝可取得良好效果。根據(jù)廢水中有機(jī)物的特征，采用酵母菌法、光合細(xì)菌法對(duì)廢水中的有機(jī)物進(jìn)行處理，可實(shí)現(xiàn)廢物的資源化，減輕廢水達(dá)標(biāo)排放處理的負(fù)擔(dān)，是廢水處理實(shí)現(xiàn)環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益統(tǒng)一的先進(jìn)技術(shù)。因此，進(jìn)一步加強(qiáng)上述工藝技術(shù)的研發(fā)、菌種篩選培養(yǎng)技術(shù)的開發(fā)，將對(duì)檸檬酸或同類高濃度有機(jī)廢水的處理有著重要的意義，其應(yīng)用前景廣闊。