多淀粉废水中提取蛋白饲料
摘要：淀粉废水中主要含有蛋白质、脂肪、纤维素等，采用气浮分离技术能够从1t淀粉废水中提取5kg蛋白饲料，同时废水中的防和 CODcr去除率分别达 80%和 30%以上，减轻了后续生物处理的有机负荷。
关键词：淀粉废水 废水处理 气浮 蛋白饲料
某味精厂以玉米为原料生产味精，味精产量为4×104t/a，每生产1t味精消耗玉米约2.7t，玉米制淀粉过程中要排出大量的淀粉废水(黄浆水)，每消耗1t玉米排出淀粉废水约5t，本厂淀粉废水的排放量为1520t/d，这些废水悬浮物和有机物浓度高，主要含有蛋白质、脂肪、纤维素等，对此有机废水进行预处理提取蛋白，能够获得营养丰富的蛋白饲料，而且减轻后续生物处理的负荷。采用沉淀法从淀粉废水中提取蛋白，沉淀性能差，特别是夏天，由于有机物腐败更不容易沉淀而且产品质量差。采用气浮法从淀粉废水中提取蛋白能够获得较好的效果，气浮法与沉淀法相比具有以下优点：可以实现连续化生产而且容易实现自动控制，得到的蛋白絮体含水量较小对后续的脱水与烘干有利，操作简单，运行稳定。
1 气浮分离机理
蛋白质为两性电解质，其等电点约为pH4.0-5.5，淀粉废水的pH值正好为蛋白质的等电点，因此淀粉废水中的蛋白具有自动凝聚的趋势，这种凝聚方式形成的絮粒很小，同时由于絮粒表面带有相同电荷及水化层的 影响 ，絮粒很不稳定。加入无机高分子凝聚剂中和絮粒上的电荷，使絮粒易于靠近凝聚成较大的絮粒，加入有机高分子絮凝剂，可使絮粒之间通过吸附架桥作用形成较稳定的大絮团;无机凝聚剂主要是依靠中和粒子的电荷凝聚成絮粒，有机絮凝剂则主要依靠吸附架桥作用使絮粒凝聚成絮团，先加无机凝聚剂中和电荷，然后再加有机絮凝剂生成絮团，两者联合使用絮凝效果好而且可大大降低絮凝剂的用量[1-2]。在加入无机高分子凝聚剂及有机高分子絮凝剂的同时，溶入适量的空气，使絮团附着大量的微气泡，絮团的比重小于水，即可实现气浮分离[3-4]。
2 提取蛋白工艺
气浮提取蛋白工艺见图1。无机高分子凝聚剂采用聚合氯化铝(PAC)，配制成浓度为5%-10%的水溶液，加入量为废水量的1%-2%;有机高分子絮凝剂采用聚丙烯酰胺(PAM)，配制成0.05%-0.1%的水溶液，加人量为废水量的2%-4%
淀粉废水从射流混合器中加入PAC进行混合凝聚，PAM从射流絮凝器中加人进行絮凝，反应混合液通过射流溶气器产生微气泡，流入气浮池进行气浮分离，气浮分离的湿蛋白采用板框压滤机进行脱水，脱水后的淀粉蛋白经管束烘干机制成蛋白饲料，气浮分离排出的清液进行后续生物处理。
3 主要构筑物及设备
该处理系统的主要构筑物及设备见表1。
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表１ 主要构筑物及设备 |
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序号 |
名称 |
设计参数 |
数量 |
备注 |
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1 |
集水池 |
HRT=6.0h |
1座 |
钢筋混凝土 |
|
2 |
潜水泵 |
Q=64.0m3/h |
2台 |
1用1备 |
|
3 |
射流混合器 |
Q=64.0m3/h |
1套 |
成套设备 |
|
4 |
射流絮凝器 |
Q=64.0m3/h |
1套 |
成套设备 |
|
5 |
射流溶气器 |
Q=64.0m3/h |
1套 |
成套设备 |
|
6 |
平流气浮池 |
HRT=1.0h |
2套 |
成套设备 |
4 工程运行效果
工程稳定运行期间进行了每天3次连续3d的监测，监测结果见表2。2001年4月～2001年9月本处理系统的运行效果见图2和图3。本废水处理系统在运行过程中每吨废水提取粗蛋白含量为35%左右的玉米蛋白饲料5.0kg，每天可以提取玉米蛋白饲料7.6t。
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表2 淀粉废水气浮处理监测结果 |
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监测时间 |
监测阶段 |
监测数据 |
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|
pH |
SS/(mg.L-1) |
CODcr/(mg.L-1) |
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|
2000.11.10 |
提蛋白前 |
4.39-4.65 |
6843 |
14467 |
|
|
提蛋白后 |
4.48-4.80 |
1235 |
9737 |
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|
去除率 |
82.0% |
32.7% |
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|
2000.11.11 |
提蛋白前 |
4.20-4.51 |
6476 |
13933 |
|
|
提蛋白后 |
4.26-4.76 |
1216 |
9392 |
||
|
去除率 |
81.2% |
32.6% |
|||
|
2000.11.12 |
提蛋白前 |
4.19-4.48 |
6862 |
14022 |
|
|
提蛋白后 |
4.50-4.87 |
1248 |
9421 |
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|
去除率 |
81.8% |
32.8% |
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5 经济 效益 分析
本废水处理系统工程总投资为126.0万元，处理水量为1520m3/d，工程运行成本和运行效益见表3，本废水处理系统运行费用为147.9万元/a，在处理过程中获得蛋白饲料的产值为441.6万元/a，去除运行成本每年可以获得293.7万元的经济效益，同时SS和CODcr的去除率分别达到80%和30%以上，减轻了后续生物处理的有机负荷。
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表3 工程运行成本和运行效果 |
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项目 |
数量 |
单价 |
金额/（万元.a-1) |
|
工资费 |
7人 |
750元/月 |
6.3 |
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电费 |
35kW |
0.50元/（kW.h） |
15.1 |
|
药剂费 |
1500元/d |
54.0 |
|
|
其它费 |
1700元/d |
61.2 |
|
|
维修费 |
总投资×2% |
2.5 |
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|
折旧费 |
总投资×7% |
8.8 |
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运行成本合计 |
147.9 |
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蛋白产值 |
2736t/a |
1600元/t |
441.6 |
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经济效益 |
293.7 |
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