处理食品生产废水综述

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【摘要】本文介绍食品生产废水的来源、危害以及近几年食品生产废水的常规处理方法，然后介绍光催化技术机理及其在不同类型食品生产废水处理中的应用，最后展望光催化技术的未来。

【关键词】食品生产废水；常规处理方法；光催化处理技术

1食品生产废水的特点

1.1来源。食品生产废水主要来源于3个生产工段（如图1高色度废水的生产工段）。一是清洗工段，洗脱的不溶于水的物质悬浮于废水中。二是生产工段，原料不能充分利用，部分原料随废水排出，使废水中含有大量的有机物。三是成型工段，为满足市场需要，生产过程添加各种添加剂,染料以及其它成分，导致废水的成分更加复杂[1]。1.2危害。食品工业废水直接排入水体，会对周围水域及生物造成严重影响。研究发现，味精厂每生产1t味精需要4-4.5t大米，只有60%的原料用于淀粉发酵生产味精，其余的蛋白质、脂肪、纤维素等排入水体，废水COD可达1724±897mg/L[2]，如果在自然水体消解会消耗大量的氧，使水中的生物缺氧死亡。味精废水的产生不但造成资源浪费，还引起了环境问题，破坏生态平衡。生产酱油产生的废水是做成酱油总量的8倍左右，酱油废水含有大量有机物和色素等，氮磷含量高，直接排放酱油废水导致富营养化，藻类大量繁殖，水中生物缺氧而死，散发恶臭气体[3]。因此，食品生产废水得到国家的特别重视。1.3常规处理方法。1.3.1物理法。物理法有回旋式固液分离法，格栅阻拦法，气浮法，絮凝法等，通常用于食品生产废水的预处理阶段。鸡肉厂利用格栅阻拦废水中的鸡毛、碎肉等大量漂浮物和悬浮物。采用气浮法，鸡肉厂的废水中大量油脂随气泡上浮，减少废水中有机物的含量[4]。通过絮凝离心将大豆乳清废水中的脂肪和悬浮物固体去除，避免影响后续生物膜处理废水[5]。1.3.2生物法。生物法有厌氧生物处理法、光合细菌处理法、土地处理法、生物膜法等。蔡邦肖[6]等人用UF和MF膜法处理味精废水和大豆中的乳清废水，UF膜在操作温度、运行压力、浓缩倍数等较好的操作条件下，味精废水中的菌体去除率达到99%。李凤祥[7]等人用生物砾间接触氧化法处理酱油废水和生活污水，结果表明，生物砾间接触氧化法适用于混合比为0.25∶1的酱油废水和生活污水处理，COD去除率为95.59%，SS去除率为93.8%，氨氮已近乎100%的去除率，各项检测指标达到一级排放标准。用稀释的酱油模拟酱油废水，取污水处理厂二沉池中的污泥，利用序批式活性污泥法（SBR工艺）处理酱油废水中的COD和氨氮。实验数据显示pH为7时，最适合微生物生长，曝气3h，COD去除率达到86.9%，时间延长，COD与氨氮的去除率分别达到94.9%、83.7%[3]。1.3.3化学法。化学法有氧化还原法、电化学法等。氧化还原法主要是利用一些还原剂如臭氧、过氧化物、次氯酸盐，使有机物中的不饱和键断裂，达到去除有机物的目的。孙凯[8]等报道了采用Fenton试剂对酱油生产废水中焦糖色素进行处理，在pH=4的条件下，反应40min去除率达到90%。电化学法利用电极材料构成闭合电路，在电解槽中发生氧化还原反应，从而将废水中的一些有害物质去除。电化学法无需加入化学药品，处理简单，操作方便，被称为清洁处理法。光催化技术也是处理食品生产废水的一种化学方法。当入射光的能量大于或者等于半导体材料的禁带宽度，价带上的电子就会被激发从而跃迁到导带上，导致在价带上产生相对应的空穴，形成高氧化电位作氧化剂,导带上有高活性的电子产生作还原剂，使得半导体材料具有很强的氧化还原性[9]。光催化剂有氧化物（如二氧化钛）、硫化物（如硫化锌）、氮化物（如石墨相氮化碳）、磷化物（如磷化镓）、化合物（如磷酸银）、分子筛、有机物（如杂多酸）等。

2光催化技术在食品废水中的应用

2.1糖类加工废水。制糖工业主要是以蔗糖、原糖为原料精炼加工成各种精制糖。制糖工业包括原料提汁、澄清、蒸发、煮糖与结晶、分蜜、干燥、筛分、包装过程。（如图2糖厂加工工艺流程及排污结点）制糖工业中所产生的废水主要是以有机物和糖分为主，是一种高浓度的有机废水，含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质，BOD、COD浓度高。糖蜜酒精废液是制糖工业中最重要的污染源，是一种深褐色，高酸性，高浓度有机废水。图2糖厂的加工工艺流程及排污节点制糖工业中设计的流化床光催化氧化工艺能够对蜜糖酒精废水中的焦糖色素起到降解的效果。张海霞[10]等应用光催化氧化技术对糖蜜酒精废水进行了处理，发现在TiO2光催化剂最佳用量为5g/L，并且随着光照强度的增加废水降解效果越好。Guo,Dong-Dong[11]等通过利用含高度分散的钴纳米粒子的二氧化钛纳米管阵列光催化降解糖类废水，发现H2O2的最佳浓度为60mmol/L，且光催化降解糖类废水的暴露时间越长，废水的初始pH值越高，对Co-TiO2纳米管阵列越有利。2.2农产品（如：马铃薯淀粉）加工。马铃薯淀粉生产是一个纯物理过程，马铃薯淀粉生产过程主要为马铃薯的洗涤，淀粉洗涤精制，烘干，包装等过程。（如图3马铃薯淀粉的生产过程）马铃薯淀粉生产废水污染负荷高，泡沫大，水量大，COD约为35000-50000mg/L，BOD约为15000-20000mg/L,SS约为18000mg/L，还含较高含量的粗纤维。光催化技术可用于处理马铃薯加工废水。周添红[12]等人为避免Ag3PO4光腐蚀分别探讨了Ag3PO4@CuFe2O4、Ag3PO4@Mg-Fe2O4、Ag3PO4/GO/NiFe2O4三种复合催化剂对尾水的净化效果。计算COD、TN、TOC的去除率，以此来比较三者深度净化的效果。实验表明，以Ag3PO4@CuFe2O4对废水进行光降解，其尾水COD的去除率为49.1%、TN去除率达到8.8%、TOC去除率达到26.6%。而Ag3PO4@MgFe2O4，其尾水COD的去除率为47.9%、TN去除率达到8.5%、TOC去除率达到25.2%。Ag3PO4/GO/NiFe2O4对其尾水的COD的去除率为60.7%，TN去除率达到10.0%，TOC去除率达到35.1%。所以Ag3PO4和MgFe2O4、CuFe2O4、NiFe2O4助催化剂复合都提高了Ag3PO4催化剂的光的活性，提高对马铃薯加工尾水的处理效果。2.3干果类食品（如：坚果）加工。随着生活水平的提高，干果类休闲食品越来越受人们青睐。干果类加工工艺包括原材料的选取、清洗、干燥、包装等过程。（如图4干果类食品加工流程图）这些过程会产生含有农药，食品添加剂，漂白剂，干燥剂等有害成分的废水，存在各种食品和环境安全隐患。有媒体报道，新疆干葡萄制品中检出农药多菌灵，清洗过程多菌灵进入水体，有患肝癌的风险[13]。2015年北京市食药监局通报天津市宝春食品厂因其在加工过程中用二氧化硫漂白栗子，栗子罐头二氧化硫超标35倍。二氧化硫过量摄入会造成腹部疼痛，恶心，呕吐，呼吸困难，引发哮喘[14]。休闲食品推向国际化的同时，应多注意食品安全和环境保护问题。光催化技术可应用于处理干果类食品废水。林正迎[15]以碘酸为分析纯、硝酸银等为化学纯制备催化剂，利用不同含量银修饰的碘掺杂二氧化钛光催化剂处理废水中COD，发现3%银修饰的碘掺杂二氧化钛光催化剂在废水初始pH=6.12的条件下，光照240分钟，废水中COD去除率可达到45%的最佳效果，从而可以实现预处理山核桃加工废水的目的。林正迎[16]以碘酸为分析纯、钛酸四丁酯为化学纯制备催化剂，向废水中投放不同量的碘掺杂二氧化钛光催化剂，发现1.5g/L的催化剂投放量在3小时的光反应条件下，废水色度的去除率达86%的最优结果，从而实现光催化脱色处理炒货食品加工废水的目的。

3总结与展望

民以食为天，食品工业的存在是必然的。随着经济的发展和生活水平的提高，食品工业蓬勃发展，生产过程排出的废水破坏环境，影响人类健康。近几年光催化技术普遍应用于处理食品生产废水，我们应不断学习改进光催化技术，快速高效处理食品废水。

作者:梁璇 于小秀 徐云峰 刘婧 李代强 李俊生 单位:哈尔滨商业大学食品工程学院