處理食品生產(chǎn)廢水綜述

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【摘要】本文介紹食品生產(chǎn)廢水的來源、危害以及近幾年食品生產(chǎn)廢水的常規(guī)處理方法，然后介紹光催化技術(shù)機理及其在不同類型食品生產(chǎn)廢水處理中的應(yīng)用，最后展望光催化技術(shù)的未來。

【關(guān)鍵詞】食品生產(chǎn)廢水；常規(guī)處理方法；光催化處理技術(shù)

1食品生產(chǎn)廢水的特點

1.1來源。食品生產(chǎn)廢水主要來源于3個生產(chǎn)工段（如圖1高色度廢水的生產(chǎn)工段）。一是清洗工段，洗脫的不溶于水的物質(zhì)懸浮于廢水中。二是生產(chǎn)工段，原料不能充分利用，部分原料隨廢水排出，使廢水中含有大量的有機物。三是成型工段，為滿足市場需要，生產(chǎn)過程添加各種添加劑,染料以及其它成分，導致廢水的成分更加復雜[1]。1.2危害。食品工業(yè)廢水直接排入水體，會對周圍水域及生物造成嚴重影響。研究發(fā)現(xiàn)，味精廠每生產(chǎn)1t味精需要4-4.5t大米，只有60%的原料用于淀粉發(fā)酵生產(chǎn)味精，其余的蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素等排入水體，廢水COD可達1724±897mg/L[2]，如果在自然水體消解會消耗大量的氧，使水中的生物缺氧死亡。味精廢水的產(chǎn)生不但造成資源浪費，還引起了環(huán)境問題，破壞生態(tài)平衡。生產(chǎn)醬油產(chǎn)生的廢水是做成醬油總量的8倍左右，醬油廢水含有大量有機物和色素等，氮磷含量高，直接排放醬油廢水導致富營養(yǎng)化，藻類大量繁殖，水中生物缺氧而死，散發(fā)惡臭氣體[3]。因此，食品生產(chǎn)廢水得到國家的特別重視。1.3常規(guī)處理方法。1.3.1物理法。物理法有回旋式固液分離法，格柵阻攔法，氣浮法，絮凝法等，通常用于食品生產(chǎn)廢水的預處理階段。雞肉廠利用格柵阻攔廢水中的雞毛、碎肉等大量漂浮物和懸浮物。采用氣浮法，雞肉廠的廢水中大量油脂隨氣泡上浮，減少廢水中有機物的含量[4]。通過絮凝離心將大豆乳清廢水中的脂肪和懸浮物固體去除，避免影響后續(xù)生物膜處理廢水[5]。1.3.2生物法。生物法有厭氧生物處理法、光合細菌處理法、土地處理法、生物膜法等。蔡邦肖[6]等人用UF和MF膜法處理味精廢水和大豆中的乳清廢水，UF膜在操作溫度、運行壓力、濃縮倍數(shù)等較好的操作條件下，味精廢水中的菌體去除率達到99%。李鳳祥[7]等人用生物礫間接觸氧化法處理醬油廢水和生活污水，結(jié)果表明，生物礫間接觸氧化法適用于混合比為0.25∶1的醬油廢水和生活污水處理，COD去除率為95.59%，SS去除率為93.8%，氨氮已近乎100%的去除率，各項檢測指標達到一級排放標準。用稀釋的醬油模擬醬油廢水，取污水處理廠二沉池中的污泥，利用序批式活性污泥法（SBR工藝）處理醬油廢水中的COD和氨氮。實驗數(shù)據(jù)顯示pH為7時，最適合微生物生長，曝氣3h，COD去除率達到86.9%，時間延長，COD與氨氮的去除率分別達到94.9%、83.7%[3]。1.3.3化學法。化學法有氧化還原法、電化學法等。氧化還原法主要是利用一些還原劑如臭氧、過氧化物、次氯酸鹽，使有機物中的不飽和鍵斷裂，達到去除有機物的目的。孫凱[8]等報道了采用Fenton試劑對醬油生產(chǎn)廢水中焦糖色素進行處理，在pH=4的條件下，反應(yīng)40min去除率達到90%。電化學法利用電極材料構(gòu)成閉合電路，在電解槽中發(fā)生氧化還原反應(yīng)，從而將廢水中的一些有害物質(zhì)去除。電化學法無需加入化學藥品，處理簡單，操作方便，被稱為清潔處理法。光催化技術(shù)也是處理食品生產(chǎn)廢水的一種化學方法。當入射光的能量大于或者等于半導體材料的禁帶寬度，價帶上的電子就會被激發(fā)從而躍遷到導帶上，導致在價帶上產(chǎn)生相對應(yīng)的空穴，形成高氧化電位作氧化劑,導帶上有高活性的電子產(chǎn)生作還原劑，使得半導體材料具有很強的氧化還原性[9]。光催化劑有氧化物（如二氧化鈦）、硫化物（如硫化鋅）、氮化物（如石墨相氮化碳）、磷化物（如磷化鎵）、化合物（如磷酸銀）、分子篩、有機物（如雜多酸）等。

2光催化技術(shù)在食品廢水中的應(yīng)用

2.1糖類加工廢水。制糖工業(yè)主要是以蔗糖、原糖為原料精煉加工成各種精制糖。制糖工業(yè)包括原料提汁、澄清、蒸發(fā)、煮糖與結(jié)晶、分蜜、干燥、篩分、包裝過程。（如圖2糖廠加工工藝流程及排污結(jié)點）制糖工業(yè)中所產(chǎn)生的廢水主要是以有機物和糖分為主，是一種高濃度的有機廢水，含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)，BOD、COD濃度高。糖蜜酒精廢液是制糖工業(yè)中最重要的污染源，是一種深褐色，高酸性，高濃度有機廢水。圖2糖廠的加工工藝流程及排污節(jié)點制糖工業(yè)中設(shè)計的流化床光催化氧化工藝能夠?qū)γ厶蔷凭珡U水中的焦糖色素起到降解的效果。張海霞[10]等應(yīng)用光催化氧化技術(shù)對糖蜜酒精廢水進行了處理，發(fā)現(xiàn)在TiO2光催化劑最佳用量為5g/L，并且隨著光照強度的增加廢水降解效果越好。Guo,Dong-Dong[11]等通過利用含高度分散的鈷納米粒子的二氧化鈦納米管陣列光催化降解糖類廢水，發(fā)現(xiàn)H2O2的最佳濃度為60mmol/L，且光催化降解糖類廢水的暴露時間越長，廢水的初始pH值越高，對Co-TiO2納米管陣列越有利。2.2農(nóng)產(chǎn)品（如：馬鈴薯淀粉）加工。馬鈴薯淀粉生產(chǎn)是一個純物理過程，馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程主要為馬鈴薯的洗滌，淀粉洗滌精制，烘干，包裝等過程。（如圖3馬鈴薯淀粉的生產(chǎn)過程）馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水污染負荷高，泡沫大，水量大，COD約為35000-50000mg/L，BOD約為15000-20000mg/L,SS約為18000mg/L，還含較高含量的粗纖維。光催化技術(shù)可用于處理馬鈴薯加工廢水。周添紅[12]等人為避免Ag3PO4光腐蝕分別探討了Ag3PO4@CuFe2O4、Ag3PO4@Mg-Fe2O4、Ag3PO4/GO/NiFe2O4三種復合催化劑對尾水的凈化效果。計算COD、TN、TOC的去除率，以此來比較三者深度凈化的效果。實驗表明，以Ag3PO4@CuFe2O4對廢水進行光降解，其尾水COD的去除率為49.1%、TN去除率達到8.8%、TOC去除率達到26.6%。而Ag3PO4@MgFe2O4，其尾水COD的去除率為47.9%、TN去除率達到8.5%、TOC去除率達到25.2%。Ag3PO4/GO/NiFe2O4對其尾水的COD的去除率為60.7%，TN去除率達到10.0%，TOC去除率達到35.1%。所以Ag3PO4和MgFe2O4、CuFe2O4、NiFe2O4助催化劑復合都提高了Ag3PO4催化劑的光的活性，提高對馬鈴薯加工尾水的處理效果。2.3干果類食品（如：堅果）加工。隨著生活水平的提高，干果類休閑食品越來越受人們青睞。干果類加工工藝包括原材料的選取、清洗、干燥、包裝等過程。（如圖4干果類食品加工流程圖）這些過程會產(chǎn)生含有農(nóng)藥，食品添加劑，漂白劑，干燥劑等有害成分的廢水，存在各種食品和環(huán)境安全隱患。有媒體報道，新疆干葡萄制品中檢出農(nóng)藥多菌靈，清洗過程多菌靈進入水體，有患肝癌的風險[13]。2015年北京市食藥監(jiān)局通報天津市寶春食品廠因其在加工過程中用二氧化硫漂白栗子，栗子罐頭二氧化硫超標35倍。二氧化硫過量攝入會造成腹部疼痛，惡心，嘔吐，呼吸困難，引發(fā)哮喘[14]。休閑食品推向國際化的同時，應(yīng)多注意食品安全和環(huán)境保護問題。光催化技術(shù)可應(yīng)用于處理干果類食品廢水。林正迎[15]以碘酸為分析純、硝酸銀等為化學純制備催化劑，利用不同含量銀修飾的碘摻雜二氧化鈦光催化劑處理廢水中COD，發(fā)現(xiàn)3%銀修飾的碘摻雜二氧化鈦光催化劑在廢水初始pH=6.12的條件下，光照240分鐘，廢水中COD去除率可達到45%的最佳效果，從而可以實現(xiàn)預處理山核桃加工廢水的目的。林正迎[16]以碘酸為分析純、鈦酸四丁酯為化學純制備催化劑，向廢水中投放不同量的碘摻雜二氧化鈦光催化劑，發(fā)現(xiàn)1.5g/L的催化劑投放量在3小時的光反應(yīng)條件下，廢水色度的去除率達86%的最優(yōu)結(jié)果，從而實現(xiàn)光催化脫色處理炒貨食品加工廢水的目的。

3總結(jié)與展望

民以食為天，食品工業(yè)的存在是必然的。隨著經(jīng)濟的發(fā)展和生活水平的提高，食品工業(yè)蓬勃發(fā)展，生產(chǎn)過程排出的廢水破壞環(huán)境，影響人類健康。近幾年光催化技術(shù)普遍應(yīng)用于處理食品生產(chǎn)廢水，我們應(yīng)不斷學習改進光催化技術(shù)，快速高效處理食品廢水。

作者:梁璇 于小秀 徐云峰 劉婧 李代強 李俊生 單位:哈爾濱商業(yè)大學食品工程學院