1、第 7 卷 第 6 期2009 年 12 月南 水 北 调 与 水 利 科 技South2to2North Water Transfers and Water Science 废 水 处 理 ;技 术 进 展 ;水 质 安 全中 图 分 类 号 :X703 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :167221683 (2009) 0620036206Research Development on the Treatment Technologiesof Wastewater from Dioscorea Zingoberensis C. H. Wright Diosgenin Indust
2、ryCHEN G Peng ,ZHAO Hua2zhang ,FU Dong2kang ,NI Jin2ren( Department of Envi ronmental Engineering , Peking Universit y , Key L aboratory of W ater andSediment Sciences , Minist ry of Eduction , Bei j ing 100871 , China)Abstract : Tremendous amount of high2concentrated organic wastewater from Dioscor
3、ea zingiberensis C. H. Wright (DZW) 2processing industry isdrained into Danjiangkou Reservoir , which has severely t hreatened t he water safety of t he source of t he Middle Route of t he Sout h2to2Nort h Wa2ter Transfer Project . The characteristics of t he quality of t he wastewater from DZW2proc
4、essing industry are analyzed. Research development ontreat ment of t his kind of wastewater is summarized , as well as t heir strengt hs and weaknesses. The treat ment technology of t he wastewater fromDZW2processing industry in t he future should be focused on how to realize efficient removal of ni
5、trogen as well as organic pollutant s. A hybrid bi2ological process mainly consisting of Modified Two2Phase Anaerobic Digestion and BAF is recommended to treat t he wastewater from DZW2pro2cessing industry.Key words : wastewater from DZW2processing industry ; wastewater treat ment ; technology devel
6、opment ;water quality safety1 前 言黄 姜 ,学 名 “ 盾 叶 薯 蓣 ” ,英 文 名 为 Dioscorea ZingiberensisC. H. Wright ,是 我 国 一 种 特 有 的 药 用 植 物 1 。 利 用 其 根 状茎 提 取 具 有 药 理 活 性 的 薯 蓣 皂 素 ,可 用 于 合 成 300 多 种 甾 体激 素 类 药 物 ,世 界 各 国 生 产 的 甾 体 激 素 60 %以 上 以 黄 姜 为 原料 2 ,故 有 “ 激 素 之 母 ” 之 称 3 。 在 中 国 ,薯 蓣 皂 素 的 年 产 量 约3 000 t ,占
7、 世 界 总 产 量 的 60 % ,其 中 2/ 3 用 于 出 口 ,有 着 宽 松的 国 际 市 场 空 间 。黄 姜 在 加 工 过 程 中 会 产 生 大 量 的 高 浓 度 有 机 废 水 ,具 有含 酸 含 盐 高 、 胶 质 重 、 色 素 浓 、 泡 沫 多 等 特 点 ,采 用 普 通 污 水处 理 方 法 难 以 达 标 ,加 之 治 污 运 行 费 用 高 ,皂 素 生 产 厂 家 难以 承 受 。 黄 姜 种 植 加 工 业 主 要 集 中 于 鄂 西 北 、 陕 南 等 贫 困山 区 ,是 南 水 北 调 中 线 工 程 的 核 心 水 源 区 ,辖 区 内 多 为
8、 国 家级 贫 困 县 市 ,在 黄 姜 产 业 发 展 过 程 中 ,集 中 暴 露 出 了 一 些 与丹 江 口 库 区 水 环 境 保 护 不 协 调 的 现 象 ,严 重 影 响 到 黄 姜 产业 可 持 续 性 发 展 以 及 南 水 北 调 水 源 地 的 水 质 安 全 。 汉 江 流域 密 布 着 为 数 众 多 的 黄 姜 加 工 企 业 ,尽 管 国 家 也 已 经 对 规模 小 、 产 能 低 的 企 业 实 施 关 停 ,但 为 了 保 证 这 些 地 区 农 民 的这 一 主 要 的 增 收 来 源 ,目 前 国 家 尚 不 能 将 废 水 治 理 没 有 达到 排
9、放 标 准 的 企 业 全 部 关 闭 。 南 水 北 调 中 线 工 程 将 在 “ 十二 五 ” 期 间 通 水 。 届 时 ,丹 江 口 库 区 的 水 资 源 将 被 直 接 调 入北 京 。 因 此 ,黄 姜 加 工 产 生 的 工 业 废 水 问 题 迄 今 已 成 为 制约 南 水 北 调 中 线 工 程 水 源 区 保 护 与 经 济 社 会 可 持 续 发 展 的63科 学 研 究亟 待 解 决 的 重 大 课 题 ,刻 不 容 缓 。2 废 水 水 质 和 排 放 标 准2. 1 废 水 水 质黄 姜 加 工 废 水 主 要 来 自 黄 姜 的 生 产 加 工 过 程 。
10、目 前 我 国对 黄 姜 的 加 工 利 用 还 停 留 在 粗 放 型 的 生 产 利 用 阶 段 ,该 过 程以 黄 姜 为 原 料 ,经 粉 碎 、 自 然 发 酵 、 无 机 酸 水 解 、 水 解 物 干 燥 、溶 剂 汽 油 提 取 后 获 得 产 品 皂 素 (图 1) 。 废 水 主 要 产 生 于 酸 解以 及 使 用 大 量 清 水 漂 洗 至 中 性 的 废 液 ,因 而 导 致 大 量 有 机 物 、酸 、 无 机 盐 类 随 漂 洗 废 水 排 出 。图 1 典 型 的 黄 姜 加 工 工 艺 流 程 图据 统 计 ,该 工 艺 生 产 1 t 皂 素 ,需 要 鲜
11、姜 130 150 t ,耗98 %的 硫 酸 7 8 t ,耗 标 煤 50 60 t ,排 放 废 水 逾 500 t 4 (不包 括 洗 姜 废 水 ) 。 我 国 黄 姜 皂 素 生 产 企 业 超 过 200 家 ,主 要 集中 在 汉 江 流 域 的 陕 西 省 和 湖 北 省 。 为 了 引 导 黄 姜 产 业 健 康 有序 发 展 ,国 家 重 新 制 定 了 黄 姜 产 业 政 策 ,黄 姜 加 工 企 业 的 最 小生 产 规 模 为 300 t 皂 素 / 年 ,如 果 每 家 生 产 企 业 按 每 年 排 放 污水 1. 5 105 t 计 算 ,则 总 污 水 排
12、放 量 就 超 过 3. 0 107 t ,对 生态 环 境 造 成 极 大 的 破 坏 。传 统 的 黄 姜 加 工 过 程 产 生 的 洗 姜 水 及 酸 性 废 水 各 项 技 术指 标 见 表 1 5 。表 1 传 统 黄 姜 加 工 废 水 技 术 指 标废 水 种 类 COD/ (mg L21) 吨 皂 素 产 生量 / t N H32N/ (mg L21) p H 色 度(倍 )洗 姜 废 水 300 400 800 900 6 7. 5 80 100头 道 液 120 000140 000 180 200 1 200 1 500 0.3 0.8 1 000 1200混 合 洗
13、水 55 00065 000 160 180 800 900 0. 8 1. 5 350 450酸 性 废 水 50 000100 000 340 380 500 650 2. 2 废 水 排 放 标 准黄 姜 加 工 废 水 具 有 酸 度 高 、 盐 分 高 、 污 染 物 浓 度 高 、 水 质水 量 变 化 大 、 成 分 复 杂 等 特 点 。 长 期 以 来 ,黄 姜 加 工 行 业 缺 乏专 门 的 污 水 排 放 标 准 。随 着 南 水 北 调 中 线 工 程 进 度 的 逐 步 加 快 和 中 国 水 污 染 问题 的 日 益 严 重 ,国 家 环 保 总 局 于 2007
14、 年 1 月 1 日 正 式 实 施 了 皂 素 工 业 水 污 染 物 排 放 标 准 ( GB 2042522006) ,对 黄 姜 皂 素工 业 废 水 中 的 污 染 物 排 放 加 以 专 门 限 定 。 按 照 新 标 准 的 要求 ,自 2009 年 1 月 1 日 起 ,皂 素 工 业 废 水 中 的 主 要 水 污 染 物COD 和 N H32N 应 分 别 低 于 300 mg/ L 和 80 mg/ L 。3 废 水 处 理 难 点3. 1 高 硫 酸 盐 条 件 下 有 机 物 的 去 除在 现 行 皂 素 生 产 工 艺 中 ,黄 姜 是 在 硫 酸 的 作 用 下
15、发 生 水解 ,断 开 甙 键 ,释 放 出 皂 甙 元 ,因 而 在 出 水 中 仍 残 存 大 量 的 硫酸 盐 。 硫 酸 盐 是 厌 氧 消 化 中 生 成 的 硫 化 物 的 前 体 ,它 可 在 硫酸 盐 还 原 菌 (Sulfate2reducing Bacteria ,SRB) 的 作 用 下 还 原 为硫 化 物 。 当 硫 酸 盐 浓 度 为 2 000 3 000 mg/ L 时 ,对 厌 氧 消化 过 程 产 生 明 显 抑 制 作 用 。 硫 酸 盐 对 厌 氧 消 化 的 抑 制 作 用 是间 接 的 ,且 至 少 形 成 两 次 抑 制 :第 一 , SRB 还
16、原 SO2 -4 形 成H2 S 的 过 程 中 与 MPB 争 夺 分 子 氢 ,使 后 者 的 活 动 受 到 抑 制 ,甲 烷 产 量 减 少 ;第 二 , H2 S 对 厌 氧 细 菌 特 别 是 产 甲 烷 菌 将 产生 抑 制 作 用 ,其 机 理 被 认 为 主 要 是 体 系 中 游 离 的 H2 S 毒 性 所致 6 。 当 游 离 的 硫 化 物 浓 度 为 100 150 mg/ L 时 ,将 对 产 甲烷 过 程 产 生 抑 制 性 影 响 甚 至 导 致 厌 氧 反 应 器 运 行 失 败 。3. 2 高 浓 度 氨 氮 的 去 除黄 姜 加 工 综 合 废 水 中
17、的 氨 氮 约 为 500 650 mg/ L 。 在 生化 处 理 过 程 中 ,氨 氮 除 作 为 营 养 盐 消 耗 很 少 的 一 部 分 外 ,几 乎不 被 去 除 (非 硝 化 过 程 ) ,主 要 原 因 是 氨 氮 浓 度 太 高 ,而 黄 姜 加工 废 水 中 经 过 厌 氧 处 理 之 后 ,水 中 残 留 的 有 机 物 基 本 为 难 降解 物 质 ,难 以 作 为 微 生 物 可 以 直 接 利 用 的 碳 源 ,高 浓 度 的 氨 氮无 法 被 常 规 的 活 性 污 泥 法 去 除 7 。4 废 水 处 理 工 艺黄 姜 加 工 产 业 仅 存 在 于 中 国 和
18、 墨 西 哥 等 几 个 发 展 中 国家 ,目 前 各 国 均 未 有 成 功 治 理 黄 姜 加 工 废 水 的 经 验 和 报 道 。国 内 研 究 者 所 采 用 的 处 理 方 法 主 要 有 物 化 处 理 、 生 化 处 理 (厌氧 + 好 氧 ) 、 资 源 综 合 利 用 以 及 物 化 和 生 化 的 组 合 工 艺 等 ,其研 究 主 要 集 中 于 在 实 验 室 小 试 基 础 上 ,一 部 分 进 行 了 中 试 ,而实 现 废 水 达 标 排 放 的 工 程 实 例 较 少 。4. 1 物 理 化 学 处 理 工 艺由 于 黄 姜 加 工 废 水 具 有 低 p
19、H、 高 色 度 、 高 含 盐 的 特 点 ,物 理 化 学 法 通 常 用 在 黄 姜 加 工 废 水 处 理 的 预 处 理 和 深 度 处 理阶 段 ,用 来 去 除 废 水 中 部 分 的 果 胶 、 蛋 白 质 等 大 分 子 有 机 物 ,调 节 废 水 p H ,改 善 废 水 的 可 生 化 性 以 辅 助 生 物 处 理 ,减 轻 生物 处 理 负 荷 或 保 证 最 终 出 水 水 质 。对 黄 姜 加 工 废 水 的 物 化 处 理 工 艺 主 要 有 吸 附 法 829 、 化 学氧 化 法 10212 、 膜 分 离 法 13215 以 及 多 种 物 化 技 术
20、的 联 用 工艺 16222 。 研 究 表 明 ,物 理 化 学 处 理 工 艺 存 在 着 诸 多 缺 陷 。 例如 ,黄 姜 加 工 废 水 通 过 纳 滤 - 反 渗 透 处 理 ,其 COD 可 从25 000 50 000 mg/ L 降 至 200 mg/ L 以 下 ,达 到 国 家 废 水 综合 排 放 二 级 标 准 ,并 可 从 废 水 中 回 收 部 分 淀 粉 糖 用 作 工 业 碳源 15 ,但 若 单 独 使 用 来 处 理 黄 姜 加 工 废 水 ,成 本 较 为 昂 贵 ;化学 氧 化 技 术 虽 然 可 以 有 效 地 降 低 生 化 出 水 中 难 以 降
21、 解 的 污 染物 质 ,然 而 也 存 在 着 高 处 理 成 本 的 问 题 ,而 且 化 学 氧 化 剂 残 留以 及 多 种 有 毒 的 消 毒 副 产 物 将 随 出 水 排 入 外 部 水 体 ,造 成 二次 污 染 。4. 2 生 物 法 处 理 工 艺生 物 法 是 最 重 要 污 水 处 理 的 方 法 ,它 通 过 微 生 物 的 新 陈73程 鹏 等 黄 姜 加 工 废 水 处 理 技 术 研 究 进 展科 学 研 究代 谢 作 用 实 现 对 污 染 物 的 去 除 ,与 其 它 处 理 手 段 相 比 ,生 物 法具 有 效 率 高 、 成 本 低 等 特 点 。4.
22、 2. 1 活 性 污 泥 法黄 姜 加 工 废 水 的 有 机 物 浓 度 高 ,适 于 使 用 活 性 污 泥 法 进行 处 理 。 目 前 ,在 此 方 面 的 研 究 主 要 分 为 厌 氧 处 理 和 好 氧 处理 两 种 手 段 ,多 半 是 将 二 者 结 合 应 用 。 厌 氧 过 程 采 用 的 反 应器 主 要 是 UASB、 水 解 池 ,好 氧 过 程 主 要 有 SBR、 生 物 接 触 氧化 等 工 艺 形 式 。单 丽 伟 等 23 采 用 上 流 式 厌 氧 污 泥 床 (UASB)进 行 了 常 温条 件 下 皂 素 废 水 的 处 理 研 究 ,结 果 表
23、明 :UASB 处 理 工 艺 以 消化 污 泥 为 接 种 污 泥 , 进 水 化 学 需 氧 量 ( COD ) 浓 度 为4 000 6 000 mg/ L ,有 机 负 荷 为 13 25 kg/ ( m3 d) ,水 力停 留 时 间 ( HRT)为 5 7 h 时 ,COD 去 除 率 可 达 到 70 %以 上 ,同 时 产 气 率 为 0. 34 m3 / kg ,甲 烷 含 量 为 60 %左 右 ,取 得 了 较好 的 试 验 效 果 。 王 惠 丰 等 24 利 用 活 性 污 泥 对 单 糖 快 速 吸 收的 特 性 ,研 发 了 处 理 皂 素 废 水 的 吸 收 -
24、 消 化 工 艺 。 林 宏 伟等 23 采 用 AB 法 对 皂 素 废 水 进 行 了 处 理 实 验 ,废 水 的 B/ C 比由 0. 42 降 至 0. 18 ,低 可 生 化 性 的 出 水 需 要 谋 求 更 加 有 效 的后 续 处 理 工 艺 方 可 达 标 排 放 。许 多 研 究 者 选 用 特 异 的 优 势 菌 群 对 黄 姜 加 工 废 水 进 行 了处 理 ,在 实 验 室 规 模 下 取 得 了 令 人 满 意 的 结 果 。 刘 建 党 26 等用 富 集 培 养 和 逐 级 驯 化 的 白 腐 真 菌 ,对 皂 素 生 产 废 水 进 行 了好 氧 处 理
25、试 验 。 结 果 表 明 ,白 腐 真 菌 对 皂 素 生 产 废 水 的CODcr耐 受 负 荷 较 传 统 活 性 污 泥 微 生 物 的 CODcr耐 受 负 荷 高2 3 倍 ,可 作 为 皂 素 生 产 废 水 的 一 级 生 物 处 理 用 微 生 物 。 但该 研 究 仅 局 限 于 摇 床 实 验 ,实 验 室 规 模 的 反 应 器 连 续 流 和 中试 放 大 仍 需 探 索 。 王 永 科 等 27 采 用 正 交 试 验 方 法 ,对 有 效 微生 物 菌 群 ( Effective Micro2organisms , EM) 分 别 在 好 氧 和 厌氧 条 件 下
26、 处 理 皂 素 废 水 工 艺 条 件 进 行 了 优 选 ,试 验 结 果 表 明EM 菌 在 皂 素 废 水 处 理 上 好 氧 处 理 效 果 优 于 厌 氧 处 理 。 宋 凤敏 等 28 利 用 酵 母 菌 喜 在 含 糖 较 高 的 酸 性 水 生 环 境 中 生 长 的特 点 ,选 择 适 当 的 酵 母 菌 对 皂 素 废 水 进 行 生 化 预 处 理 ,CODcr去 除 率 可 达 70 % ,还 可 回 收 一 定 的 酵 母 蛋 白 。 宋 凤 敏 等 29 还以 酵 母 菌 作 为 特 定 微 生 物 ,采 用 生 物 接 触 氧 化 工 艺 处 理 皂 素生 产
27、废 水 ,确 定 了 最 佳 工 艺 参 数 。 凌 云 等 30 对 应 用 酵 母 菌 和光 合 细 菌 综 合 处 理 皂 素 废 水 进 行 了 初 步 研 究 ,结 果 表 明 ,第 一步 用 产 朊 假 丝 酵 母 处 理 后 ,CODcr去 除 率 为 34. 77 % ,出 水 p H为 6. 87 ;第 二 步 用 光 合 细 菌 处 理 后 ,CODcr去 除 率 为 87. 2 % ,总 去 除 率 达 91. 2 %(从 22 714 降 至 1 895 mg/ L) ,出 水 p H 为8. 6 ,N H +4 2N 总 去 除 率 达 96. 7 % (从 450
28、mg/ L 降 至 15 mg/L) ,但 该 方 法 对 SO2 -4 基 本 没 有 处 理 作 用 ,COD 排 放 不 达 标仍 需 进 行 进 一 步 生 物 或 物 化 处 理 。为 了 解 除 黄 姜 加 工 废 水 中 硫 酸 盐 对 于 厌 氧 反 应 的 抑 制 ,李 庆 新 等 31232 在 UASB 中 加 入 适 量 铁 屑 和 颗 粒 活 性 炭 解 除了 SO2 -4 的 二 次 抑 制 ,并 在 较 短 的 时 间 内 培 养 出 了 厌 氧 颗 粒污 泥 。 与 此 同 时 ,为 寻 找 合 适 的 微 生 物 、 营 养 条 件 及 环 境 影 响因 素
29、,诸 多 研 究 者 开 展 了 血 清 瓶 规 模 的 试 验 研 究 。 信 欣 等 33 从 皂 素 生 产 废 水 池 底 污 泥 中 分 离 出 2 株 耐 高 盐 (CaCl2 ) 皂 素废 水 降 解 菌 ,它 们 在 高 盐 条 件 下 的 具 有 很 强 等 耐 受 能 力 和 生长 能 力 ,为 皂 素 废 水 的 生 物 处 理 奠 定 了 基 础 。 朱 丹 等 34 研 究了 温 度 、 p H 和 Co2 + 、 Ni2 + 、 Mg2 + 、 Zn2 + 等 2 价 金 属 离 子 不 同组 合 对 厌 氧 颗 粒 污 泥 活 性 的 影 响 。 王 超 等 35
30、 以 黄 姜 废 水 为底 物 ,采 用 单 室 型 微 生 物 燃 料 电 池 ,验 证 了 MFC 处 理 黄 姜 废水 的 可 行 性 ,研 究 了 进 水 COD 和 SO2 -4 浓 度 对 产 电 性 能 的影 响 。以 活 性 污 泥 法 为 主 要 特 征 的 生 物 处 理 研 究 大 多 规 模 较小 ,实 验 室 规 模 的 反 应 器 连 续 流 试 验 和 中 试 放 大 试 验 仍 需 探索 ,且 多 数 生 物 法 处 理 工 艺 对 SO2 -4 基 本 没 有 处 理 作 用 ,COD排 放 不 达 标 ,仍 有 待 进 行 进 一 步 生 物 或 物 化 处
31、 理 。4. 2. 2 生 物 膜 法生 物 膜 法 是 通 过 向 反 应 体 系 中 加 入 填 料 ,提 高 了 反 应 器内 的 微 生 物 总 量 ,比 活 性 污 泥 法 具 有 更 强 的 吸 附 能 力 和 降 解能 力 ,具 有 速 度 快 、 效 率 高 、 抗 冲 击 力 强 、 处 理 负 荷 高 等 特 点 。信 欣 等 36 采 用 厌 氧 结 合 好 氧 工 艺 ,考 察 了 以 贝 壳 为 载 体固 定 化 微 生 物 与 游 离 污 泥 床 处 理 黄 姜 皂 素 废 水 的 启 动 运 行 特征 ,研 究 结 果 表 明 ,以 贝 壳 为 载 体 的 反 应
32、 器 中 CaCO3 溶 解 可为 反 应 提 供 碱 度 ,使 反 应 器 里 的 微 生 物 免 受 酸 性 抑 制 ,启 动 时间 缩 短 。 杨 雪 芬 等 37 采 用 PVA 和 少 量 的 海 藻 酸 钠 混 合 载 体包 埋 固 定 化 活 性 污 泥 处 理 皂 素 废 水 ,结 果 表 明 ,固 定 化 系 统 具有 良 好 的 COD 去 除 能 力 ,抗 毒 性 和 抗 负 荷 冲 击 能 力 较 强 。 但此 类 固 定 化 微 生 物 技 术 若 大 规 模 应 用 于 厌 氧 废 水 处 理 时 ,运行 后 期 载 体 上 仍 会 出 现 膨 胀 、 黏 连 等
33、现 象 。4. 2. 3 自 然 生 物 处 理 法废 水 的 自 然 生 物 处 理 是 利 用 在 自 然 条 件 下 生 长 、 繁 殖 的微 生 物 而 不 加 以 人 工 强 化 或 略 加 强 化 处 理 废 水 的 技 术 。 王 瑾等 38 种 植 当 地 植 物 水 淹 麦 ,对 经 过 前 期 两 相 厌 氧 工 艺 - 好 氧工 艺 组 合 工 艺 处 理 后 的 出 水 进 行 深 度 处 理 ,出 水 达 到 一 级 排放 标 准 ,且 对 氮 磷 有 较 好 的 去 除 效 果 。 由 于 黄 姜 加 工 产 业 发达 地 区 多 为 偏 远 地 区 ,土 地 资
34、源 较 为 丰 富 ,自 然 生 物 处 理 法 可作 为 一 种 深 度 处 理 的 方 式 ,但 在 应 用 时 也 应 考 虑 到 该 方 法 的诸 多 缺 陷 ,比 如 占 地 面 积 大 、 可 能 污 染 地 下 水 、 受 季 节 变 化 影响 大 ,易 滋 生 蚊 蝇 、 散 发 臭 气 等 。4. 3 污 染 减 量 和 资 源 综 合 利 用黄 姜 中 (以 干 姜 计 )含 有 50 %木 质 纤 维 ,40 %淀 粉 ,2 %左右 的 水 溶 性 皂 甙 ,2 %左 右 黄 姜 色 素 ,2 %左 右 植 物 香 精 (黄 姜油 ) 、 单 宁 酸 等 有 机 物 。
35、在 酸 性 水 解 生 产 过 程 中 ,只 有 2 %左右 是 水 溶 性 皂 甙 被 利 用 ,其 余 的 被 转 化 为 糖 类 等 有 机 污 染 物随 生 产 废 水 流 失 ,木 质 纤 维 则 完 全 没 有 被 利 用 。因 此 ,解 决 黄 姜 产 业 发 展 与 环 境 保 护 不 协 调 问 题 的 关 键就 在 于 ,应 该 从 循 环 经 济 的 理 念 出 发 ,真 正 能 够 从 根 本 上 解 决问 题 的 创 新 技 术 应 该 是 黄 姜 清 洁 生 产 、 污 染 减 量 、 资 源 综 合 利用 相 结 合 的 技 术 ,而 在 这 一 方 面 的 研
36、究 和 开 发 目 前 尚 未 系 统开 展 ,国 内 研 究 集 中 于 提 取 葡 萄 糖 、 酒 精 39244 , 制 复 合肥 45247 ,制 活 性 炭 48249 ,以 废 制 废 50 等 方 面 ,但 仅 是 进 行 了 初步 的 尝 试 ,未 见 有 工 业 化 的 报 道 。4. 3. 1 提 取 葡 萄 糖 、 酒 精由 于 黄 姜 加 工 废 水 中 还 原 糖 含 量 较 高 ,从 黄 姜 加 工 废 水83第 7 卷 总 第 45 期 南 水 北 调 与 水 利 科 技 2009 年 第 6 期 (卷 终 ) 科 学 研 究尤 其 是 酸 解 的 一 道 出 水
37、 和 二 道 出 水 中 提 取 酒 精 、 回 收 葡 萄 糖等 成 为 研 究 者 关 注 的 热 点 。 黄 进 等 39 研 究 出 从 黄 姜 水 解 滤液 回 收 葡 萄 糖 工 艺 ,即 将 中 和 后 水 解 滤 液 通 过 活 性 炭 脱 色 ,离子 交 换 脱 盐 、 浓 缩 结 晶 干 燥 后 得 到 高 品 质 葡 萄 糖 。 但 其 只 侧重 从 黄 姜 加 工 废 液 中 提 取 葡 萄 糖 ,尚 未 有 经 济 成 本 的 报 道 。此 技 术 还 须 进 一 步 扩 大 到 中 试 、 进 而 进 行 工 业 试 验 ,而 且 外 排废 水 的 末 端 处 理
38、尚 须 进 一 步 研 究 。樊 福 成 等 40 分 析 了 黄 姜 皂 素 生 产 过 程 中 存 在 的 问 题 及原 因 ,提 出 黄 姜 头 道 液 蒸 馏 制 酒 精 的 方 案 。 郑 一 新 等 41 利 用高 浓 度 皂 素 废 水 中 富 含 酸 和 淀 粉 水 解 后 转 变 为 糖 的 特 点 ,补充 一 定 量 的 淀 粉 质 原 料 ,在 强 酸 及 高 温 加 压 条 件 下 ,使 淀 粉 水解 为 还 原 糖 ,然 后 再 进 行 酒 精 发 酵 生 产 酒 精 。 每 耗 用 1 t 高浓 度 皂 素 废 水 ,可 去 除 COD 50 kg。 每 生 产 1
39、 t 工 业 酒 精 ,消耗 高 浓 度 皂 素 废 水 18 t ,可 去 除 COD 近 900 kg。 皂 素 废 水 经生 产 酒 精 后 ,大 量 糖 分 被 利 用 生 成 酒 精 ,但 其 余 有 机 物 含 量 仍然 较 高 ,COD 仍 然 在 20 000 mg/ L 左 右 。安 丽 平 等 42 以 皂 素 生 产 中 的 一 次 废 水 为 原 料 ,经 中 和 处理 后 进 行 酒 精 发 酵 ,使 废 水 资 源 化 。 结 果 表 明 ,采 用 工 业 氨 水为 中 和 剂 ,中 和 用 量 为 5. 20 % (体 积 分 数 ) ,发 酵 接 种 量 为10
40、 %(体 积 分 数 ) ,总 发 酵 时 间 为 60 h 时 ,4 L 废 水 可 生 产 出95 %的 工 业 酒 精 120 mL 。 一 次 废 水 COD 去 除 率 达 75 % ,后续 废 水 量 大 大 减 少 ,具 有 明 显 的 环 境 效 益 。 经 估 算 每 生 产 1 t工 业 酒 精 可 处 理 41 t 一 次 废 水 ,与 生 产 成 本 相 比 ,具 有 明 显的 经 济 效 益 。蔡 俊 43 对 黄 姜 提 取 皂 素 后 剩 下 的 废 液 进 行 柠 檬 酸 发 酵 ,研 究 了 发 酵 温 度 、 初 始 p H 值 、 可 发 酵 性 糖 浓
41、度 、 氮 源 、 氮 源 用量 及 发 酵 周 期 对 该 原 料 进 行 柠 檬 酸 发 酵 的 影 响 。王 湘 源 等 44 把 黄 姜 深 度 粉 碎 后 采 用 边 糖 化 边 发 酵 的 方法 ,充 分 利 用 了 淀 粉 定 向 产 生 酒 精 ,克 服 了 葡 萄 糖 液 过 滤 的 困难 ,并 且 对 黄 姜 皂 甙 起 到 了 分 离 预 处 理 作 用 ,黄 姜 中 的 皂 甙 同细 胞 壁 上 的 纤 维 素 能 更 好 地 分 离 开 ,排 除 了 淀 粉 的 干 扰 作 用 ,水 解 效 果 更 加 彻 底 ,耗 酸 量 降 低 到 传 统 法 的 55 % ,皂
42、 素 回 收率 提 高 20. 37 % ,废 水 COD 总 量 减 少 了 60. 25 %。4. 3. 2 制 复 合 肥钱 卫 国 45 在 黄 姜 皂 素 废 水 进 行 加 氨 水 中 和 处 理 后 ,酵 母发 酵 生 成 酒 精 ,蒸 馏 出 酒 精 ,浓 缩 物 添 加 无 机 肥 料 ,配 制 成 复合 肥 ,进 行 蔬 菜 培 养 ,肥 效 实 验 表 明 ,该 化 肥 肥 效 优 于 市 售 复合 肥 。缪 礼 鸿 等 46 以 黄 姜 皂 素 废 渣 和 高 浓 度 皂 素 废 水 作 为 主要 原 料 ,经 高 温 堆 肥 发 酵 制 备 成 有 机 肥 料 。 试
43、 验 结 果 表 明 ,高浓 度 皂 素 废 水 中 含 有 堆 肥 发 酵 所 需 要 的 营 养 ,与 皂 素 废 渣 和少 量 的 发 酵 辅 料 混 合 后 接 种 复 合 微 生 物 菌 剂 ,采 用 高 温 堆 肥发 酵 方 式 可 生 产 出 合 格 的 有 机 肥 料 。 经 小 麦 盆 栽 试 验 和 油 菜田 间 试 验 证 明 ,皂 素 渣 有 机 肥 料 具 有 显 著 肥 效 。 该 方 法 为 皂素 废 渣 和 高 浓 度 皂 素 废 水 的 治 理 和 资 源 化 利 用 提 供 了 一 种 有效 途 径 。张 勇 等 47 利 用 由 酵 母 菌 、 放 线 菌
44、 、 乳 酸 菌 、 光 合 细 菌 等 由10 个 属 80 多 种 微 生 物 复 合 而 成 的 多 功 能 微 生 物 群 EM 置 于水 解 池 之 后 ,可 实 现 91 %的 COD 去 除 率 ,最 佳 p H 范 围 是6. 0 7. 0 ,最 佳 温 度 32 ,最 佳 处 理 时 间 为 36 h ,此 工 艺 可 微滤 后 回 收 约 60 %的 菌 体 蛋 白 ,可 作 为 饵 料 、 饲 料 、 肥 料 添 加 剂等 各 种 资 源 进 行 综 合 利 用 。4. 3. 3 制 活 性 炭Zhang C. X. 48 、 钟 世 彬 等 49 将 黄 姜 提 取 皂
45、 素 后 剩 余 的残 渣 制 成 活 性 炭 ,并 与 市 售 活 性 炭 对 比 ,对 苯 酚 、 甲 基 蓝 和 黄姜 加 工 废 水 进 行 了 不 同 的 吸 附 时 间 、 p H、 温 度 、 初 始 浓 度 、 吸附 剂 量 的 吸 附 实 验 ,结 果 表 明 ,该 活 性 炭 对 稀 释 后 的 黄 姜 皂 素废 水 的 饱 和 吸 附 量 为 92. 46 mg/ g ,对 色 度 的 去 除 率 达 88 %。该 方 法 基 于 “ 清 洁 生 产 ” 的 思 想 ,若 对 活 性 炭 的 再 生 和 吸 附 后废 水 的 达 标 处 理 进 行 深 入 研 究 ,则
46、可 作 为 黄 姜 废 水 处 理 的 一种 有 效 技 术 手 段 。4. 3. 4 以 废 制 废冯 仁 涛 等 50 利 用 白 腐 菌 联 合 处 理 皂 素 废 水 与 造 纸 黑 液 ,两 种 废 水 一 酸 一 碱 ,联 合 处 理 可 以 废 制 废 。 结 果 表 明 ,两 种 废水 混 合 可 以 有 效 的 消 除 皂 素 废 水 的 强 酸 性 和 造 纸 黑 液 的 强 碱性 ,经 过 白 腐 菌 处 理 ,混 合 废 水 体 系 的 CODCr、 色 度 和 木 质 素去 除 率 分 别 为 88. 43 %、 86. 0 %、 70. 1 % ,p H 由 弱 酸
47、 性 降 低 到p H 3. 7 左 右 。 但 该 工 艺 出 水 的 进 一 步 处 理 方 案 未 加 确 定 ,研究 者 推 荐 出 水 进 入 造 纸 厂 其 他 废 水 处 理 系 统 进 一 步 处 理 。4. 4 集 成 工 艺 处 理 黄 姜 加 工 废 水清 洁 生 产 、 资 源 综 合 利 用 是 黄 姜 产 业 未 来 的 发 展 方 向 ,因此 ,只 有 集 成 清 洁 生 产 、 资 源 综 合 利 用 的 皂 素 生 产 工 艺 于 一 体的 黄 姜 废 水 处 理 ,才 能 成 为 真 正 实 用 、 有 发 展 前 景 的 废 水 处 理工 艺 。 刘 大
48、银 51 、 张 勇 52 、 张 列 宇 等 53 将 皂 素 废 水 的 综 合 利用 与 末 端 治 理 结 合 起 来 ,先 对 水 解 浓 废 液 发 酵 蒸 馏 得 到 酒 精 ,使 得 整 个 皂 素 废 水 COD 的 污 染 负 荷 大 幅 降 低 ,再 对 其 它 废 水采 用 生 物 或 物 化 的 技 术 进 行 处 理 。 此 技 术 还 需 进 一 步 扩 大 到中 试 ,并 对 经 济 成 本 进 行 核 算 。刘 大 银 等 51 提 出 了 皂 素 废 水 的 综 合 利 用 与 高 效 末 端 治理 组 合 工 艺 ,先 对 水 解 浓 废 液 采 用 萃
49、取 除 盐 酸 ,发 酵 蒸 馏 工 艺得 到 体 积 比 80 % 95 %的 酒 精 ,并 使 得 整 个 皂 素 废 水 COD的 污 染 负 荷 去 除 70 % 80 % ,再 对 包 括 醪 液 在 内 的 皂 素 综 合废 水 除 酸 脱 盐 后 用 ABR 厌 氧 - SBR 好 氧 工 艺 进 行 处 理 ,COD 去 除 率 达 90 %左 右 ,出 水 COD 约 200 mg/ L ,最 好 水 平达 114 mg/ L 。 此 技 术 还 需 进 一 步 扩 大 到 中 试 ,并 对 经 济 成 本进 行 核 算 。张 勇 等 52 对 黄 姜 生 产 皂 素 所 产 生 的 废 水 通 过 发 酵 - 蒸馏 等 方 法 进 行 综 合 利 用 生 产 酒 精 ,降 低 废 水 的 COD 值 ,减 轻后 续 处 理 工 艺 的 负 荷 ,然 后
