食品業廢水處理途徑論文
食品業廢水處理途徑論文
1食品工業廢水的來源、特點及危害
1.1食品工業廢水的來源
食品工業廢水的主要來源於3個生產工段。一是原料清洗和生產裝置的清洗：大量沙土雜物、葉、皮、鱗、肉、羽、毛和色素等進入廢水中，使廢水中含大量的懸浮物。二是生產工段：原料中很多成分在加工過程中不能全部利用，未利用部分進入廢水中，是廢水含大量有機物；三是成型工段：為增加的食品的色、香、味，延長保質期，使用各種新增劑，一部分流失進入廢水，如各種染料（焦糖色素、檸檬黃、薑黃、果綠、亮藍等），使廢水化學成分複雜[1]。另外，還有新增劑的生產（特別是食用色素的生產）排除的大量廢物和廢水也形成化學汙染。
1.2食品工業廢水的特點
由於食品種類繁多，原料廣泛，所以食品工業廢水具有懸浮物、油脂含量高、色度高，COD（化學需氧量）和BOD（生化需氧量）值大，水質和水量變化幅度大，氮、磷化合物含量高等特點。
1.3食品工業廢水的危害
食品工業廢水本身無毒害，但含有大量可降解的有機物，廢水若不經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，產生臭水惡化水質，汙染環境。若將廢水引入農田進行灌溉，會影響農產品的使用，並汙染地下水源。廢水中夾帶的動物排洩物，含有蟲卵和致病菌，將導致疾病傳播，直接危害人畜的健康[2]。
2食品工業高色度廢水處理現狀
高色度廢水的處理在食品工業廢水處理一直是難點。食品工業廢水的高色度的主要來源：第一，食品生產過程中，化學反應產生色素，最後進入廢水之中，如醬油發酵過程中葡萄糖氧化生成的類黑素等；第二，生產過程中，為了讓食品達到良好的色澤，新增的食用色素和染料等，如在醬油調配時人工加入的焦糖色素和青豆生產中加入的果綠等。國內外對高色度食品工業廢水的處理方法主要有：物理方法、化學方法和生物方法等。目前通常採用的方法有吸附、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，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做吸附劑，以其表面吸附廢水中高色度物質的方法[3]。常用的吸附劑有活性炭、矽藻土、焦粉以及大孔吸附樹脂等。活性炭具有疏鬆多孔、堆積密度低、比表面積等特點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。並且，活性炭的再生費用昂貴，一般用於少量、濃度較低的廢水處理。鍋爐煤渣、鋼渣[4]、焦粉和農產品廢棄物[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。雒和明等人的實驗表明以廢棄焦粉為原料，透過脫灰處理，採用過二硫酸銨化學改性，可有效吸附廢水中的亞甲基藍染料[6]。大孔吸附樹脂是一種內部具有三維空間立體孔結構，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，在高色度食品工業廢水中得到一定範圍的使用。呂建、熊春華報道，採用大孔樹脂對含有高色度果綠的食品廢水進行吸附取得了良好的效果，吸附率可達93.4%，大孔樹脂的二次洗脫率達89.3%[7]。但大孔吸附樹脂處理量小，產能小，再生困難，裝置投資大。
2.1.2凝集法
凝集法利用金屬氫氧化物或有機金屬聚合物的吸附或離子橋作用進行脫色，此法對於粒徑在10-9nm~10-8nm範圍內的粒子最為有效。這種方法的原理是，加入帶電荷或者極性官能團的凝聚劑，消除原系統粒子間的靜電斥力的作用，促使其凝集沉降，從而達到分離脫色的目的[8]。常用的凝聚劑有無機凝聚劑和高分子凝聚劑。無機凝聚劑包括鋁系[大多為Al2O4或（NH4）2SO4的混合溶液]，鐵系[FeSO4、Fe2（SO4）3或FeCI3等]，以及用於改變pH，使某些物質沉降的酸鹼凝聚劑。無機凝聚劑對有色廢水處理效果較好，但對pH過於敏感，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，與粒子結合能力較強，用量少，凝集速度快，且對pH的適應性大於無機凝聚劑。此外，有專利表明，以泥土作為原材料，在無機酸中室溫活化可產生用作凝聚劑的產物，對多種染料具有脫色效果[9]。
2.2化學方法
2.2.1氧化還原法
氧化還原法主要是採用臭氧、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，使有機分子中的雙鍵發生斷裂而達到脫色目的。採用氧化還原法處理食品高色度廢水的報道較多，在許多方面有了新的進展。孫凱等報道了採用Fenton試劑對醬油生產廢水中焦糖色素進行處理，在pH=4的條件下，反應40min去除率達到90%[10]；龔宜等實驗表明臭氧在20min內可使嫩黃染料的脫色率達到96.7%以上[11]；鄭志軍等在採用二氧化氯對活性染料廢水處理也取得了較為滿意的結果[12]；張文啟等發表論文闡明採用臭氧/奈米氧化鐵可催化氧化廢水脫色，經過6min氧化，色度去除率可達95%以上[13]。
2.2.2電化學法
電化學法處理廢水一般無需加入化學藥品，後處理簡單，佔地面積小，管理方便，被稱為清潔處理法。隨著電力工業的發展，電化學法正逐步成為一種應用廣泛的水處理技術。電化學脫色法可分為二維電極法和多維電極法。二維電極法是採用兩溶解性或不溶性的極板作為電極，通入直流電，透過電解槽內發生的電化學氧化還原反應達到脫色目的；多維電極法是在傳統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，從而透過電化學反應達到脫色的目的[14]。梁宏等實驗表明在多維電極處理系統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]；李士安等報道鐵床對高色度有機廢水具有良好的脫色效果，並可在一定範圍內降低廢水的COD值，提高廢水的可生化性[16]。2.3生物方法2.3.1活性汙泥法活性汙泥法是利用含有大量微生物的活性汙泥，對汙水中的有機物或無機汙染物進行吸收和氧化分解，從而使汙水得以淨化的方法。由於此法處理水的能力大、效率高，已被廣泛的用於各種廢水的處理[17]。包淑娟等實驗表明活性汙泥能夠較好的脫色[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汙水中大分子有機物降解為低分子化合物，進而轉化為甲烷、二氧化碳的有機汙水處理方法。歐富初等報道採用A/PAC-MAS工藝（厭氧/活性炭-改良活性汙泥法）處理醬油生產廢水，透過優勢菌種脫色和PAC脫色結合，可使色度高達200多倍的醬油生產廢水得到有效處理，而出水色度能穩定在40倍以下[19]。
3食品工業高色度廢水處理的展望
隨著國家對環境汙染治理方式的發展和成熟，構建可持續發展的工業已經成為當務之急。現在我國的環境保護已從事後治理轉向事前預防與控制，採用防治結合的原則。因此，在食品工業高色度廢水處理問題上也應該遵循此原則，做到以下幾點：
1）改革工藝及對廢水進行綜合利用，最大限度地減少廢水量，防止廢水的汙染，將排出的廢水經過處理再迴圈重複使用；
2）逐級用水，實現一水多用。可按照食品生產過程中各道工藝對水質和水流的不同要求，把水分成幾個等級，串聯起來逐級使用，實現一水多用；
3）全面規劃、合理佈局，充分利用水體的自淨能力，減少汙染，在某一地區或區域建立汙水處理廠；
4）充分利用企業原有的淨化設施，不僅能節約投資，更重要的是能減少佔地，在舊設施上引進具有強化淨化效果的新技術；
5）採用新技術、新工藝。工業廢水處理方法，正向裝置化、自動化的方向發展。近年來廣泛發展起來的氣浮、高梯度電磁過濾、臭氧氧化及離子交換等，都為工業廢水處理提供了新工藝、新技術和新方法。在完善老廠水處理方法的同時應考慮採用新技術。隨著科學技術的突飛猛進，處理高色度廢水的技術和工藝將不斷髮展，我們有充分的理由相信，更加先進的高色度廢水處理技術將會向雨後春筍那樣迅速湧現，高色度廢水將會處理的更好。