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超滤技术处理甘薯淀粉生产废水的应用效果

发表时间：2021/4/21 来源：《基层建设》2020年第33期作者：孙成君

[导读] 摘要：甘薯淀粉作为甘薯加工的主要产品，从原料的清洗、破碎到淀粉浆的沉降，整个加工过程产生大量的有机废水。

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        摘要：甘薯淀粉作为甘薯加工的主要产品，从原料的清洗、破碎到淀粉浆的沉降，整个加工过程产生大量的有机废水。相关数据显示每生产1吨甘薯淀粉会产生15~20m3废液。该废水一般无毒，可生化性好，但其排放量大，且化学需氧量高，其化学需氧量约在10000~30000mg/L，处理难度大；pH值通常在5以下，有较强的酸臭味，若直接排放，不仅对水体造成严重的污染，也是一种资源的浪费。基于此，本文章对超滤技术处理甘薯淀粉生产废水的应用效果进行探讨，以供相关从业人员参考。
        关键词：超滤技术；甘薯淀粉；生产废水；应用
        引言
        目前，我国作为世界上第一淀粉生产大国，10万吨级以下中小型淀粉厂占比多，生产单位产品所消耗的水及蒸汽量大，淀粉流失严重，产率低。分析其原因可能为工艺落后不具备废水处理能力；投资和运行成本过大等。淀粉生产废水中含大量有机污染物，如果废水直接进行排放的话，在造成资源浪费的同时也会造成二次污染，使得环境遭到严重破坏。
        1超滤膜技术机理概述
        超滤技术也就是我们所说的超滤膜技术。超滤即是指在溶液压力控制范围下使溶剂和一些低分子量溶质透过膜上微孔到达膜另一侧的过程，在这一过程中，高分子溶质以及相关乳化胶束团则会截留下来，这样也可实现透过溶液进行分离。对于截留过程而言，其实际上是借助筛分的作用，然而由于受到膜的静电效用影响，截留功效也能得到全面的发挥。在开展超滤分离工作的过程中，料液在一定程度上会受到外部压力的作用，使得膜表面及微孔可吸纳胶体物质及高分子物质，而孔内由于受到阻塞也会出现截留的现象，再加上膜表层筛分作用的发挥，也会使超滤膜技术全面发挥阻止作用，而水分、低分子物质以及无机盐等则会透过膜。通常情况下，超滤膜技术截留分子量的定义域控制在500～500000范围内，而孔径数值则是在0.002～0.100μm之间，在开展工作的过程中，操作静压差为0.1～0.5MPa，至于被分离组分的直径则在0.005～10.000μm之间。
        2超滤膜技术的优势分析
        首先，超滤膜技术与传统的过滤技术有着极大的改变，分离效果好，精度高，将传统分离技术无法截留的胶体、细菌等有害物质也能过滤掉，整个分离过程细致完整，无需第二次分离；其次，超滤膜技术可以实现全面自动化，其建立在高科技技术的设备上，设备智能化程度较高，完全可以将整个水处理过程梳理的既简洁又成熟；第三，超滤膜可以重复利用，在完全自动化的设备中，每一次超滤膜的使用之后，都会将其放入高温蒸汽和环氧乙烷中做消毒杀菌，并且由于超滤膜上面的化学物质稳定性高、耐高温、耐酸耐碱，使得超滤膜在消毒后也无需重新填充化学物质，二次利用极为方便；最后，超滤膜技术造就了水资源的循环，生活污水或工业污水在超滤膜技术的处理下，可以将其中的良好水质做循环利用，节约了水资源。
        3超滤膜技术在食品工业废水回收工作中的应用
        相较于生活污水与海水的净化处理，工业废水的处理工作存在很大的差异。因为工业污水的种类极多，所以工作人员在应用超滤膜技术进行工业污水的过滤处理时，需要按照工业废水的具体类型从而开展工作。工业废水包含了食品以及电镀、含油废水等，食品产业在进行食品加工的过程中，会产生极大的工业废水，其中就包括了淀粉以及乳糖等有机物质，由于这些物质的分子直径较大，工作人员在对超滤膜技术进行应用的过程中，也需对这些物质进行高度关注，同时也要将有机物质的回收工作做好，只有这样，食品工业废水的净化效果才能得到有效的保障。
        4超滤膜技术存在的问题
        由于我国的环境工程目前对水资源处理的经验不足，超滤膜技术的应用还出现了一些问题：首先是膜污染问题。

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由于超滤膜应用在高压环境下，一些体积不大，但是正好可以通过的颗粒往往会有一些被高压吸附在膜表面，造成了吸附污染，虽然说理想环境下超滤膜可以二次应用，但是现实使用过程中，超滤膜往往会出现各种意外的污染，导致在不断重复使用时，过滤效果越来越差，增加了水过滤的次数和难度，并且被过滤的水还会受到超滤膜的二次污染。其次是工艺制作问题。前文介绍到超滤膜的使用往往会和其他技术相结合，才能使得净水效果更佳明显，可是由于技术上的复杂性，侵入式和压入式超滤膜技术需要外力驱动，导致应用难度加大，限制了超滤膜的广泛使用。最后是使用成本问题。技术的诞生需要不断地研发和迭代，超滤膜应该在多次的实验中得到更加低廉的使用材料，目前成本问题导致超滤膜在净水工程的应用中受到了限制。
        5甘薯淀粉废水生产来源
        目前甘薯淀粉提取方法主要有马廷法、全旋流法等。从甘薯淀粉的生产工艺流程从其生产过程来看，淀粉乳和副产品谷朊粉是在分离、洗涤及烘干等过程中产生的，因此，生产废水主要由两部分构成，分别是沉降池里的上清液及离心后产生的黄浆水。上清液的有机物含量较低，黄浆水的有机物含量较高，在两者混合之后进行排放就形成了甘薯淀粉生产废水。
        6超滤技术处理甘薯淀粉生产废水的应用效果
        滤膜过滤甘薯淀粉废水时，前15min膜通量较高，15～25min膜通量下降明显，之后则基本保持稳定。孔径相同（50nm）的不同膜材料的膜通量存在差异，其中PES和PVDF2种有机膜处理废水的膜通量明显低于陶瓷膜N50处理的膜通量。膜孔径大小对膜通量存在影响，其中孔径100nm的陶瓷膜N100的稳定膜通量小于N200（膜孔径200nm）与N50（膜孔径50nm）。滤膜材料及孔径大小对于超滤过程中的膜通量具有显著影响[26]。本试验中甘薯淀粉废水COD均在10000mg/L以上，属于强有机性废水，其中蛋白质含量高，物料疏水性强，使用同样疏水性强的PES和PVDF滤膜进行超滤处理，其稳定膜通量低。材料相同的3种陶瓷膜膜通量也存在明显差异，其中N100的膜通量较N200与N50低，这可能是甘薯淀粉废水中含有较多直径接近100nm的颗粒，导致N100在工作中更容易发生孔内堵塞。除了膜孔径和膜材料，过滤物料的性质、原料中颗粒的大小等对膜通量均存在影响。同一滤膜处理不同淀粉废水，其膜通量变化也存在差异，其中陶瓷膜在处理沉降池上层液时的稳定膜通量明显高于其它两组处理，其原因可能在于沉降池上层废水经40h的自然沉降后，废水中粒度较大的杂志沉降率高，因此不易造成小孔径膜的堵塞。而同为沉降后废水的甘薯黄浆池上层液，因在生产过程中持续灌入新的废水废浆，其物质复杂性更高，处理过程中更易造成小孔径膜的堵塞。
        结束语
        综上所述，我国目前对于甘薯淀粉废水的处理和回收有了很大进展，由于高浓度无毒的废水主要是回收蛋白和戊聚糖，因此，生化法及絮凝沉淀法是首选方法。随着科学技术的不断进步，甘薯淀粉的生产污水资源化处理一定会更上一层楼，并最终实现可持续化生产、实现可再生能源的利用。
        参考文献
        [1]于群.超滤技术在蛋白质分离纯化中的应用研究[J].当代化工研究,2020(22):137-138.
        [2]赵刚.水净化处理中超滤膜技术的运用[A].中国环境科学学会.2020中国环境科学学会科学技术年会论文集（第二卷）[C].中国环境科学学会:中国环境科学学会,2020:5.
        [3]赵伟伟.超滤膜技术在环境工程水处理中的运用探究[J].化工管理,2020(12):147-148.
        [4]陈孝正,程广平.环保工程水处理的超滤膜技术应用研究[J].农家参谋,2020(08):197.
        [5]崔锁文.环境工程水处理中超滤膜技术的应用研究[J].科学技术创新,2020(11):194-195.