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微生物絮凝劑處理模擬乳品廢水及蛋白回收

發布時間:2022-11-23 14:26:16  中國污水處理工程網

乳品廢水的特點是具有很高的BODCOD含量,并且含大量蛋白質,常規的方法有采用厭氧酸化,但如果處理不當,可能容易氨化發臭并對處理系統產生毒害,出水的氨氮可能會超標帶來水體富營養化問題。另外常規的化學絮凝等手段存在污泥量大,污泥處理不容易等問題。

從資源化角度來說,乳品廢水富有很高的營養,如高含量的非溶液性物質(懸浮固體物)包括脂肪、油等;含有很高的營養素,如鈣、磷、鎂、乳糖等;并且不含EPA有毒物質排放清單的物質,所以具有很高的回收價值。目前對乳品廢水資源化的研究,主要集中于廢水的處理及回用,如單純采用無機混凝劑(如FeSO4)、生物絮凝劑(如殼聚糖、單寧酸類絮凝劑等)等絮凝的方法實現懸浮固體的去除,COD則需要后續進一步處理;如采用生物反應器結合納濾的技術,能達到較好的回用水標準;谌槠窂U水蛋白的回收,有采用低氧序批式反應器(micro-aerobic SBR)實現酸性條件下蛋白的沉淀及COD的降低,為蛋白質回收提供了可能。

目前并沒有一種技術可以實現乳品廢水的全面資源化,即蛋白、脂類回收及廢水的回用。微生物絮凝劑(microbial flocculant,MFB)是一種環境友好,資源可再生的絮凝劑。其主要成分為生物多糖,容易降解,污泥量少,并且污泥有再資源化的可能。本課題采用生物絮凝劑處理模擬乳品廢水,探討蛋白沉淀及回收的可能,未來可以把微生物絮凝劑沉淀的污泥制成飼料等,提升經濟效益并減少二次污染的可能。

1、實驗與方法

1.1 微生物絮凝劑

菌種HHE-A8,為半知菌類從梗孢科曲霉屬煙曲霉(Aspergillus fumigatus),來源于華南理工大學胡勇有教授課題組,所制成的微生物絮凝劑MBF8在使用前配制成1.0g/L的溶液。該微生物絮凝劑為淡黃色透明溶液,主要成分是酮多糖,含有很少量的核酸,相對分子量約為10.47×105,為陰離子型絮凝劑。

1.2 模擬乳品廢水的制作

牛奶稀釋液可用來模擬牛奶廠廢水,本實驗使用雀巢全脂奶粉制作成1g/L的模擬牛奶廠廢水。COD測定方法為重鉻酸鉀法;總糖測定方法為硫酸苯酚法;總氮測定方法為過硫酸鉀氧化紫外分光光度法。蛋白質含量由總氮含量乘以乳制品的蛋白質系數(6.38)。該廢水水質情況如表1。

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1.3 絮凝實驗體系

絮凝試驗在六聯攪拌機(JTZ-6型)上進行,取1L模擬牛奶廢水,快速攪拌3min,期間加入微生物絮凝劑(MBF)、助凝劑10%CaCl2溶液及0.1NNaOH溶液,而慢速攪拌則采取逐漸減慢的方式,先150rpm2min,然后50rpm10min,最后靜置15min。絮凝前后分別取上清液測試濁度(2100P型)并算出濁度去除率,把污泥用濾紙過濾干燥稱重得到污泥干重。

1.4 微生物絮凝劑處理模擬牛奶廢水效果因素

研究影響微生物絮凝劑處理效果的因素包括:攪拌程序、MBF投加量、CaCl2投加量、加堿量、加堿的順序。確定在最佳條件下的絮凝處理效果。

1)攪拌程序。

設計了快攪拌分別為400rpm200rpm兩組。(每升廢水中藥劑的投加量為:0.1NNaOH投加5mL,CaCl210%)投加3mL,MBF投加量6mL。)

2)加堿順序。

原水pH7.5,絮凝需要把pH調至所需的值(8.0或以上值),可以在投藥前調,也可以在投藥后調。設計兩組實驗,其中一組在投加MBFCaCl2前投加0.1NNaOH調pH,另外一組在投加MBFCaCl2后的快攪拌階段投加0.1NNaOH調pH。(每升廢水中藥劑的投加量為:0.1NNaOH投加5mL,CaCl210%)投加3mL,MBF投加量6mL。)

3MBF投加量。

分別研究MBF投加量為2、4、6、8、10mL時的絮凝效果。每升廢水中其它藥劑投加量為:0.1NNaOH投加5mLpH約為8),CaCl210%)投加3mL。

4CaCl2投加量。

分別研究CaCl2投加量為2、3、4、5、6mL時的絮凝效果。(每升廢水中其它藥劑的投加量為:0.1NNaOH投加5mLpH約為8),MBF投加6mL。)

5)加堿量(pH)。

別研究0.1NNaOH投加量為3、5、8、12、18mL時的絮凝效果。(每升廢水中其它藥劑的投加量為:CaCl210%)投加3mL,MBF投加量6mL。)

2、結果與討論

2.1 最佳絮凝條件的確定

通過預實驗可以知道快攪拌程序、MBF投加量、CaCl2投加量、pH值、加堿順序對絮凝效果有明顯的影響。繼而通過確定每個項目的參數并確定在最佳條件下的絮凝處理效果。

1)攪拌程序、加堿順序及加堿量的影響,見圖1~3。

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1和圖2可看出,快攪拌速度采用400rpm,并采用在MBFCaCl2投放后再加堿為最佳。400rpm的快速攪拌有利于絮凝劑的快速分散,避免局部的過多消耗,提高絮凝效率。溶液體系中pH值會影響膠體顆粒表面電荷和微生物絮凝劑的性質,從而影響他們之間的靠近和吸附行為。研究表明,微生物絮凝劑在堿性條件下絮凝效果較好,通過堿性物質的加入,可以加速膠體顆粒的脫穩并增強微生物絮凝劑的橋聯吸附作用。從圖3看出,本實驗中0.1NNaOH投加量為5mL/L時能達到較好絮凝效果,增加堿的投放也能有小幅度提高,但考慮實際應用成本,所以采用5mL/L作為最佳投堿量,并且采用后投加的方式最佳。

2MBF投加量、CaCl2投加量,見圖4、圖5。

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微生物絮凝劑(MBF)是高分子物質,主要為胞外多糖,金屬離子可以加強微生物絮凝劑的橋聯作用和中和作用,Ca2+是一種良好的助凝劑。從圖4看出,當10%CaCl2投放量大于4mL/L時,雖然濁度去除率有進一步的提升,但污泥干重反而下降,說明過多的CaCl2會導致絮體密實程度下降。而從成本考慮,10%CaCl2投放量為3mL/L較為適宜。從圖5看出,MBF投加量的增多,絮凝效果先提升,然后出現逐步下降,其原因可能是由于MBF為負電荷的高分子物質,當投加量過大時,容易導致與蛋白質的電荷排斥反應而使絮凝效果下降。所以能看出,當MBF投加量為為4mL/L時,能達到最佳的絮凝效果。

所以綜合來說,最佳的絮凝條件如表2所示。

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2.2 最佳絮凝條件下的絮凝效果

在上述確定的最佳絮凝條件下,可從圖6看出在絮凝過程中,模擬乳品廢水能得到較好的絮凝效果,絮體清晰,容易自然沉降。

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通過對絮凝后的出水上清液以及污泥進行測試,可以評估出絮凝的效果,見表3數據;以及可以計算出通過絮凝過程后,原來模擬乳品廢水中的營養物質的流向,并制作出物流平衡示意圖,有助于評估包括蛋白質等營養物質回收的可行性,見圖7。

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從表3及圖7可以看出,微生物絮凝劑對模擬乳品廢水的濁度去除效率很高,達95.86%,說明絮凝的效果明顯。而絮凝方式對溶解性有機物一般去除不高,所以總糖去除量不大(14.8%),并導致COD去除率略低(71.3%)。在混凝后,其蛋白質及脂類大部分進入污泥中,其糖類大部分還留在出水中。暫時并沒有文獻應用微生物絮凝劑來絮凝沉淀乳品類廢水,本實驗首次應用了微生物絮凝劑有效處理乳品廢水,能把廢水中的膠體物質(蛋白質和脂類)有效的脫穩、絮凝、沉淀。并且此絮凝方法是首次應用生物類絮凝劑在若堿性(約8.2)的條件下實現乳品廢水的絮凝沉淀。已有的報道里,生物類絮凝劑,如殼聚糖、羧甲基纖維素等,絮凝乳品廢水的最佳pH在酸性條件下4~6。

2.3 廢水代表性討論

我們選擇模擬乳品廢水來作為處理對象。主要原因是現實廢水不容易取得、不易保存,且實際乳品廢水其水質波動很大,另外從研究絮凝條件及絮凝方式角度,模擬乳品廢水是更為適合。大多數的乳品廠廢水,是來自清洗設備及生產線和貯存容器的廢水,所以廢水中的成分與乳品成分基本相同,只是含量較低。一般來說,模擬乳品廢水可以用稀釋50倍的鮮奶作為模擬牛奶廠廢水,也可以用全脂奶粉配成模擬牛奶廠廢水。而本實驗使用雀巢全脂奶粉制作成1g/L的模擬牛奶廠廢水。該模擬廢水COD1260mg/L,含大量蛋白質、脂類和糖類,能很好模擬一般的乳品廢水。

2.4 資源化考慮

微生物絮凝劑成分天然,用于處理牛奶廠廢水,其出水含較多糖類,沉淀物主要為蛋白質和脂肪。出水及沉淀物可以實現資源化,比如出水回用于清洗用水或用于微生物絮凝劑生產用水,沉淀物經過添加其它物質制成飼料等。(來源:廣東順德工業設計研究院,廣東丁沃生醫療器械有限公司)

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