我國作為糧食大國,食品產業的規模性不容小覷,種類覆蓋豆乳、釀造、肉品、飲料、果蔬和生鮮等,這些產品在生產加工過程中因經洗滌、浸泡、燙煮和設備清洗等操作時會產生大量高濃有機廢水。肉類加工廢水中存在包括懸浮物、微生物、氮磷、乳糖、蛋白質和碳水化合物等污染性因子,肉類加工工業廢水處理不達標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;氮磷超標引起水體富營養化,致使生物多樣性降低,水質惡化。因此,這就急需各種篙效、成熟的技術對肉類加工廢水中的污染物進行截留去除,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,我國學者通過借鑒和研發國內外操作穩定的技術,逐漸將我國肉類加工廢水處理技術趨于工業化。但就食品廢水處理現狀而言,肉類加工廢水處理技術還面臨一些棘手的問題,如傳統的物化法處理能力有限;生物法存在設備昂貴、污泥易膨脹、穩定性不強和微生物培養技術弱等問題;而物化生組合工藝的工藝順序、工藝參數及其在差異性較大廢水中的適用性也待進一步研發。為此,本文對食品加工中常見的肉類加工廢水處理技術,敘述各項技術的原理及應用效果,比較各項技術的特征、優勢和局限性,并闡述現代處理技術在食品加工廢水的應用情況,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)始于十九世紀中葉,是以篩分機制為原理,在靜壓差的驅動下,對濾液中的懸濁物、膠體、微生物和細菌等進行篩選的方法。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行肉類加工廢水的預處理。

BIA覵AS等研究MF-UF-VMD對處理家禽廢水的效果,以MF預處理懸浮液。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行分離。

MF的預處理功效為后續工藝提供了良好的進水水質,在應用于肉類加工廢水處理時,微濾多集中用于去除菌體和大分子物質。

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,但其主要應用于蛋白、脂肪、礦物質等營養物質的濃縮。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量為10×103時,可實現廢水中乳糖的100%吸收。

由于被截留的物質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處理以保護超濾膜。若超濾過濾精度不如納濾和反滲透(RO)高,也可作為其他技術的預處理工藝。不過,預處理操作只能緩解膜污染現象,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是當下研究的鍾點。

1.1.3反滲透

反滲透是指在高于溶液滲透壓條件下,在膜的低壓側得滲透液,高壓側得濃縮液的膜處理技術,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,因此其對水質要求較高,應用前需進行一定的預處理。

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96.4%、97.6%、99.4%、99.9%。

在應用于處理加工廢水,反滲透的作用多集中在脫鹽工藝中,在玉米酒槽、酒精、肉類和釀酒等生產廢水中均有報道,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現對溶液中不同價態的離子的選擇性截留,即Donnan效應?？追藏У妊芯考{濾對處理干酪乳清廢水的結果。濃縮液經噴霧干燥后,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域。

1.1.5電滲析

電滲析(ED)是電化學和滲析的結合,利用電場驅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現對馬鈴薯淀粉廢水的除鹽和回收低聚糖操作,經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,可應用于去除指定物質而保留原營養成分。然而該法在食品領域廢水處理的報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,再者其對廢水指標的去除范圍也較為有限。

以上5種常見的膜處理技術廣泛應用于肉類加工廢水的除菌脫鹽、回收蛋白及去除有機物和濁度等。這5種技術各有其特點: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,所需運行壓力高;納濾可在低壓環境下篙效截留小分子有機物,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化廢水的應用蕞為廣泛,超濾不僅能分離大分子和膠體,還能將其進行濃縮;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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