我國作為糧食大國,食品產(chǎn)業(yè)的規(guī)模性不容小覷,種類覆蓋豆乳、釀造、肉品、飲料、果蔬和生鮮等,這些產(chǎn)品在生產(chǎn)加工過程中因經(jīng)洗滌、浸泡、燙煮和設(shè)備清洗等操作時(shí)會產(chǎn)生大量高濃有機(jī)廢水。肉類加工廢水中存在包括懸浮物、微生物、氮磷、乳糖、蛋白質(zhì)和碳水化合物等污染性因子,肉類加工工業(yè)廢水處理不達(dá)標(biāo)排放不僅會造成水資源的流失,還會對人們的生活造成困擾。如微生物大量繁殖,通過水體或土壤傳播增加人體患病率;氮磷超標(biāo)引起水體富營養(yǎng)化,致使生物多樣性降低,水質(zhì)惡化。因此,這就急需各種篙效、成熟的技術(shù)對肉類加工廢水中的污染物進(jìn)行截留去除,使得廢水污染物含量降到可接受水平。

目前,肉類加工廢水處理在工程化應(yīng)用中,以生物法為主、物化法為輔的處理法較為常見。近年來,我國學(xué)者通過借鑒和研發(fā)國內(nèi)外操作穩(wěn)定的技術(shù),逐漸將我國肉類加工廢水處理技術(shù)趨于工業(yè)化。但就食品廢水處理現(xiàn)狀而言,肉類加工廢水處理技術(shù)還面臨一些棘手的問題,如傳統(tǒng)的物化法處理能力有限;生物法存在設(shè)備昂貴、污泥易膨脹、穩(wěn)定性不強(qiáng)和微生物培養(yǎng)技術(shù)弱等問題;而物化生組合工藝的工藝順序、工藝參數(shù)及其在差異性較大廢水中的適用性也待進(jìn)一步研發(fā)。為此,本文對食品加工中常見的肉類加工廢水處理技術(shù),敘述各項(xiàng)技術(shù)的原理及應(yīng)用效果,比較各項(xiàng)技術(shù)的特征、優(yōu)勢和局限性,并闡述現(xiàn)代處理技術(shù)在食品加工廢水的應(yīng)用情況,以期為食品的肉類加工廢水處理提供參考。

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1物化處理法

1.1膜分離法

1.1.1微濾

微濾(MF)始于十九世紀(jì)中葉,是以篩分機(jī)制為原理,在靜壓差的驅(qū)動下,對濾液中的懸濁物、膠體、微生物和細(xì)菌等進(jìn)行篩選的方法。由于微濾膜孔徑介于0.1~1μm,較反滲透(RO)和超濾(UF)膜孔徑大,因此該法往往被用做進(jìn)行肉類加工廢水的預(yù)處理。

BIA覵AS等研究MF-UF-VMD對處理家禽廢水的效果,以MF預(yù)處理懸浮液。趙俊杰等以MF作為乳品廢水前處理,對菌體和懸浮固體等進(jìn)行分離。

MF的預(yù)處理功效為后續(xù)工藝提供了良好的進(jìn)水水質(zhì),在應(yīng)用于肉類加工廢水處理時(shí),微濾多集中用于去除菌體和大分子物質(zhì)。

1.1.2超濾

與微濾相似,超濾(UF)也可用于肉類加工廢水的除菌、除濁,但其主要應(yīng)用于蛋白、脂肪、礦物質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)的濃縮。CHOLLANGI等采用3種不同大小的超濾膜處理乳品廢水,確定膜截留相對分子質(zhì)量為10×103時(shí),可實(shí)現(xiàn)廢水中乳糖的100%吸收。

由于被截留的物質(zhì)易附著在膜上造成濃差及化,因此通常選用臭氧氧化、活性炭吸附、絮凝或微濾等方法作為超濾的預(yù)處理以保護(hù)超濾膜。若超濾過濾精度不如納濾和反滲透(RO)高,也可作為其他技術(shù)的預(yù)處理工藝。不過,預(yù)處理操作只能緩解膜污染現(xiàn)象,并不能有效防止膜特性的改變,因此新型膜材料和工藝參數(shù)是當(dāng)下研究的鍾點(diǎn)。

1.1.3反滲透

反滲透是指在高于溶液滲透壓條件下,在膜的低壓側(cè)得滲透液,高壓側(cè)得濃縮液的膜處理技術(shù),其過濾精度及高,可截留所有非溶劑組分。由于反滲透易伴隨著高滲透壓和膜堵塞問題,特別是高污染物含量下,因此其對水質(zhì)要求較高,應(yīng)用前需進(jìn)行一定的預(yù)處理。

張文華等采用超濾-反滲透處理玉米廢水,溶解性固體、氨氮、溶解磷、COD去除率分別高達(dá)96.4%、97.6%、99.4%、99.9%。

在應(yīng)用于處理加工廢水,反滲透的作用多集中在脫鹽工藝中,在玉米酒槽、酒精、肉類和釀酒等生產(chǎn)廢水中均有報(bào)道,且脫鹽效果顯著。

1.1.4納濾

納濾(NF)膜是從超低壓反滲透膜衍生出的新型分離膜。利用其膜上的荷電性對離子的靜電相互作用可實(shí)現(xiàn)對溶液中不同價(jià)態(tài)的離子的選擇性截留,即Donnan效應(yīng)。孔凡丕等研究納濾對處理干酪乳清廢水的結(jié)果。濃縮液經(jīng)噴霧干燥后,脫鹽率為45%、灰分下降45.28%,乳清蛋白和乳糖幾乎被全部截留。

NF可用于分離小分子有機(jī)物,在乳制品廢水、大豆乳清廢水等中回收乳糖等低聚糖,對色度、金屬離子也有良好的截留率。相較于反滲透,納濾是允許一些無機(jī)鹽透過的,其低壓、低耗能及高膜通量等特性也為完善RO和膜的使用拓展了領(lǐng)域。

1.1.5電滲析

電滲析(ED)是電化學(xué)和滲析的結(jié)合,利用電場驅(qū)動帶電離子的分離可用于去除廢水中的金屬離子和氨氮。王文正等采用電滲析法實(shí)現(xiàn)對馬鈴薯淀粉廢水的除鹽和回收低聚糖操作,經(jīng)30min電滲析后,脫鹽率高于95%,總糖損失低于5%。

電滲析對原溶液中有效功能成分的損耗較低,可應(yīng)用于去除指定物質(zhì)而保留原營養(yǎng)成分。然而該法在食品領(lǐng)域廢水處理的報(bào)道卻及少且多集中于廢水的初級脫鹽,部分原因源于其過濾精度不較RO高,再者其對廢水指標(biāo)的去除范圍也較為有限。

以上5種常見的膜處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于肉類加工廢水的除菌脫鹽、回收蛋白及去除有機(jī)物和濁度等。這5種技術(shù)各有其特點(diǎn):微濾除菌,超濾精制,反滲透、納濾、電滲析脫鹽。其中,反滲透只容許水及水溶劑透過,所需運(yùn)行壓力高;納濾可在低壓環(huán)境下篙效截留小分子有機(jī)物,能耗較反滲透低;電滲析分離選擇性好。其中超濾和反滲透在食品工業(yè)化廢水的應(yīng)用蕞為廣泛,超濾不僅能分離大分子和膠體,還能將其進(jìn)行濃縮;而反滲透的高靖密性為廢水的濾出提供了保障,可直接制備純水。

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