膜分离技术处理小麦麸膳食纤维废水的研究

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近年来,现代营养学的研究成果和流行病学临床调查已确定,严重威胁人类健康的心血管疾病、糖尿病、胆结石及某些癌症的发病率,与人类膳食中食物纤维的摄入量呈负相关。强化膳食纤维的功能食品在欧美和日本等发达国家盛行。因此提倡每日补充一定量的膳食纤维,均衡膳食结构势在必行。大力开发小麦麸膳食纤维及其他膳食纤维产品已显得十分重要。小麦麸制备膳食纤维工艺所产生的废水中,含有大量溶解有机物。通过对小麦麸膳食纤维生产工艺废水的分析确定了采用膜分离技术处理小麦麸膳食纤维废水,并通过采用活性炭吸附、混凝吸附等方法与膜分离技术的比较,认为膜分离技术在废水处理及有用资源回收等方面都很优越。根据小麦麸膳食纤维废水的特点,分析了水样中主要污染物蛋白质、淀粉、还原糖等成分的含量,并分析测定了化学需氧量(CODcr)、生化需氧量(BOD5)、浊度、色度、pH植等各项指标。用不同截馏分子量的聚砜中空纤维超滤膜对小麦麸膳食纤维废水进行处理,根据处理结果,我们选用截馏分子量为5000的聚砜中空纤维超滤膜来处理小麦麸膳食纤维废水,当压力为0.04MPa、温度为30℃、进料液流量为35.568L/h、pH为6时处理效果最佳。化学需氧量CODcr的去除率最大达到69.63%,浊度去除率为92.22%,色度去除率为87.5%。将超滤透过液用4040-UHA-ESNA卷式钠滤膜元件在压力为0.11MPa、浓缩液流量流量为700L/h,透过液流量40L/h,温度26℃时,纳滤透过液CODcr的去除率为98.57%,浊度去除率为99.14%,色度去除率为100%。此时的出水水质达到了国家一类污染物的一级排放标准。在超滤过程中,对废水中的蛋白质,淀粉,还原糖,水溶性膳食纤维进行了截留。结果表明:蛋白质的截留率可达100%,淀粉的截留率为99.2%,糖类的截留率为98%,水溶性膳食纤维的截留率为92%。在超滤过程中还考察了压力、温度、流量、pH等因素对膜通量的影响,结果表明:当压力为0.11MPa、温度为35℃,流量为35.568L/h,pH为11.55时膜通量最大,达到77.46L/h·m2。在超滤结束后,对膜元件进行清洗,分别使用NaOH碱洗法,三聚磷酸钠+十二烷基苯磺酸钠+氢氧化钠+去离子水,乙二胺四乙酸钠+去离子水,柠檬酸+去离子水这四种洗涤方法清洗膜元件,结果表明膜元件在超滤2小时后,用NaOH+三聚磷酸钠+十二烷基苯磺酸钠+去离子水洗涤1个小时膜通量恢复90%,用0.5%NaOH洗膜1个小时膜通量恢复82%,而用三聚磷酸钠+乙二胺四乙酸钠+去离子水,或柠檬酸+去离子水这两种洗涤方法清洗膜反而造成膜的污染。因此选用NaOH+三聚磷酸钠+十二烷基苯磺酸钠+去离子水为最高效的洗涤方法。另外,我们也采用聚合硫酸铝铁为混凝剂,阳离子型聚丙烯酰胺为助凝剂以及用活性炭吸附的方法处理小麦麸膳食纤维废水。结果表明当聚合硫酸铝铁(PAFS)为500mg/l、聚丙烯酰胺(PAM)为10mg/l,pH为4.21时,混凝处理后的废水CODcr去除率最大。絮凝后水样用活性炭吸附,当活性炭的投加量为50g/l、吸附温度为55℃,接触时间为20min,水样pH<5的条件CODcr去除率可达85.82%,色度去除率为100%,浊度去除率为93.03%。此时的出水水质达到了国家一类污染物的三级排放标准。当单独使用活性炭吸附来处理小麦麸膳食纤维废水时,活性炭的投加量为160g/l,温度55℃,接触时间为20min,pH小于5时,搅拌5min,静置。废水的CODcr去除率最大可达96.89%,BOD5的去除率最大可达96.61%达到国家所要求的第一类污染物三级排放标准。最后,我们还使用了超滤与活性炭吸附联合处理小麦麸膳食纤维废水,实验结果表明:当超滤操作压力差为0.04MPa,温度为25℃,流量为35.586L/(?)下,活性炭的投加量为30g/l,CODcr的去除率为90.59%,BOD5的去除率为90.44%,色度为0,浊度为1.7。达到国家所要求的第一类污染物三级排放标准。对上述四种小麦麸膳食纤维废水的处理方法成本进行粗略经济估算,通过列比,我们认为膜分离技术处理法是既经济又有效的处理方法。
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