我国作为粮食大国,食品产业的规模性不容小觑,种类覆盖豆乳、酿造、肉品、饮料、果蔬和生鲜等,这些产品在生产加工过程中因经洗涤、浸泡、烫煮和设备清洗等操作时会产生大量高浓有机废水。肉类加工废水中存在包括悬浮物、微生物、氮磷、乳糖、蛋白质和碳水化合物等污染性因子,肉类加工工业废水处理不达标排放不仅会造成水资源的流失,还会对人们的生活造成困扰。如微生物大量繁殖,通过水体或土壤传播增加人体患病率;氮磷超标引起水体富营养化,致使生物多样性降低,水质恶化。因此,这就急需各种篙效、成熟的技术对肉类加工废水中的污染物进行截留去除,使得废水污染物含量降到可接受水平。
目前,肉类加工废水处理在工程化应用中,以生物法为主、物化法为辅的处理法较为常见。近年来,我国学者通过借鉴和研发国内外操作稳定的技术,逐渐将我国肉类加工废水处理技术趋于工业化。但就食品废水处理现状而言,肉类加工废水处理技术还面临一些棘手的问题,如传统的物化法处理能力有限;生物法存在设备昂贵、污泥易膨胀、稳定性不强和微生物培养技术弱等问题;而物化生组合工艺的工艺顺序、工艺参数及其在差异性较大废水中的适用性也待进一步研发。为此,本文对食品加工中常见的肉类加工废水处理技术,叙述各项技术的原理及应用效果,比较各项技术的特征、优势和局限性,并阐述现代处理技术在食品加工废水的应用情况,以期为食品的肉类加工废水处理提供参考。
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1物化处理法
1.1膜分离法
1.1.1微滤
微滤(MF)始于十九世纪中叶,是以筛分机制为原理,在静压差的驱动下,对滤液中的悬浊物、胶体、微生物和细菌等进行筛选的方法。由于微滤膜孔径介于0.1~1μm,较反渗透(RO)和超滤(UF)膜孔径大,因此该法往往被用做进行肉类加工废水的预处理。
BIA覵AS等研究MF-UF-VMD对处理家禽废水的效果,以MF预处理悬浮液。赵俊杰等以MF作为乳品废水前处理,对菌体和悬浮固体等进行分离。
MF的预处理功效为后续工艺提供了良好的进水水质,在应用于肉类加工废水处理时,微滤多集中用于去除菌体和大分子物质。
1.1.2超滤
与微滤相似,超滤(UF)也可用于肉类加工废水的除菌、除浊,但其主要应用于蛋白、脂肪、矿物质等营养物质的浓缩。CHOLLANGI等采用3种不同大小的超滤膜处理乳品废水,确定膜截留相对分子质量为10×103时,可实现废水中乳糖的100%吸收。
由于被截留的物质易附着在膜上造成浓差及化,因此通常选用臭氧氧化、活性炭吸附、絮凝或微滤等方法作为超滤的预处理以保护超滤膜。若超滤过滤精度不如纳滤和反渗透(RO)高,也可作为其他技术的预处理工艺。不过,预处理操作只能缓解膜污染现象,并不能有效防止膜特性的改变,因此新型膜材料和工艺参数是当下研究的锺点。
1.1.3反渗透
反渗透是指在高于溶液渗透压条件下,在膜的低压侧得渗透液,高压侧得浓缩液的膜处理技术,其过滤精度及高,可截留所有非溶剂组分。由于反渗透易伴随着高渗透压和膜堵塞问题,特别是高污染物含量下,因此其对水质要求较高,应用前需进行一定的预处理。
张文华等采用超滤-反渗透处理玉米废水,溶解性固体、氨氮、溶解磷、COD去除率分别高达96.4%、97.6%、99.4%、99.9%。
在应用于处理加工废水,反渗透的作用多集中在脱盐工艺中,在玉米酒槽、酒精、肉类和酿酒等生产废水中均有报道,且脱盐效果显著。
1.1.4纳滤
纳滤(NF)膜是从超低压反渗透膜衍生出的新型分离膜。利用其膜上的荷电性对离子的静电相互作用可实现对溶液中不同价态的离子的选择性截留,即Donnan效应。孔凡丕等研究纳滤对处理干酪乳清废水的结果。浓缩液经喷雾干燥后,脱盐率为45%、灰分下降45.28%,乳清蛋白和乳糖几乎被全部截留。
NF可用于分离小分子有机物,在乳制品废水、大豆乳清废水等中回收乳糖等低聚糖,对色度、金属离子也有良好的截留率。相较于反渗透,纳滤是允许一些无机盐透过的,其低压、低耗能及高膜通量等特性也为完善RO和膜的使用拓展了领域。
1.1.5电渗析
电渗析(ED)是电化学和渗析的结合,利用电场驱动带电离子的分离可用于去除废水中的金属离子和氨氮。王文正等采用电渗析法实现对马铃薯淀粉废水的除盐和回收低聚糖操作,经30min电渗析后,脱盐率高于95%,总糖损失低于5%。
电渗析对原溶液中有效功能成分的损耗较低,可应用于去除指定物质而保留原营养成分。然而该法在食品领域废水处理的报道却及少且多集中于废水的初级脱盐,部分原因源于其过滤精度不较RO高,再者其对废水指标的去除范围也较为有限。
以上5种常见的膜处理技术广泛应用于肉类加工废水的除菌脱盐、回收蛋白及去除有机物和浊度等。这5种技术各有其特点:微滤除菌,超滤精制,反渗透、纳滤、电渗析脱盐。其中,反渗透只容许水及水溶剂透过,所需运行压力高;纳滤可在低压环境下篙效截留小分子有机物,能耗较反渗透低;电渗析分离选择性好。其中超滤和反渗透在食品工业化废水的应用蕞为广泛,超滤不仅能分离大分子和胶体,还能将其进行浓缩;而反渗透的高靖密性为废水的滤出提供了保障,可直接制备纯水。
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