徐 忠，赵 丹

(哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150076)



高分子絮凝剂在大豆乳清废水处理中的应用

徐 忠，赵 丹

(哈尔滨商业大学 食品工程学院，哈尔滨 150076)

大豆乳清废水是一种有机物含量非常高的食品废水，如果直接排放会对环境产生严重的污染. 实验研究了聚合氯化铝、聚合氯化铁、聚丙烯酰胺这几种絮凝剂处理大豆乳清废水的工艺，以蛋白质去除率为主要指标，分析了pH值、投加量、反应温度、反应时间对絮凝工艺的影响，确定了最佳絮凝条件.

大豆乳清废水；絮凝；应用

近年来，随着现代高新技术的飞速发展，大豆制品的种类也日渐增多，大豆乳清是大豆分离蛋白制备过程中排放的含酸溶蛋白废水，以我国目前的技术水平，生产1 t大豆分离蛋白需要排放10 t大豆乳清.生产大豆制品的工厂如果将大豆乳清废水直接排放，将会对环境造成极大污染[1-4].

目前大豆乳清废水的处理方法主要是传统的厌氧、好氧、生物净化等工艺，这些技术的应用从一定程度上改善了大豆乳清废水的处理效果，并且在工业生产上得到应用，取得一定的环境效益[5-7].但是传统的处理方法仍存在很多问题，例如需要的设备较多，工序复杂，处理成本较高等[8-11].高分子絮凝剂广泛应用于纺织废水，制药废水等领域，而应用于食品废水处理报道较少，研究高分子絮凝剂对大豆乳清蛋白废水处理的影响因素，可以为企业处理大豆乳清废水提供理论参考.

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂

大豆乳清废水(哈高科)；牛血清蛋白(南京建成生物工程研究所)；聚合氯化铁、聚丙烯酰胺、聚合氯化铝均为实验室提供；硫酸亚铁铵、葡萄糖、氢氧化钡、硫酸锌、蒽酮、浓硫酸、硫脲、重铬酸钾、硫酸银、氯化钾等均为分析纯.

1.2 实验仪器

pHS-25数显pH计，上海精密科学仪器有限公司；752型紫外可见分光光度计， 上海光谱仪器有限公司；电热恒温干燥箱，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司；浊度仪，DHP-9162型电热恒温培养箱，上海一恒科技有限公司；磁力搅拌器，上海精密科学仪器有限公司；HZS-H水浴振荡器，哈尔滨市东联电子技术开发有限公司.

1.3 实验方法

1.3.1 蛋白质标准曲线的绘制方法

采用紫外吸收法.

1.3.2 大豆乳清废水指标的测定

1) 蛋白质的测定

取大豆乳清废水过滤，用1 mL移液管移取1 mL滤液，加入蒸馏水14 mL，即将原废水稀释15倍，根据蛋白质标准曲线计算出大豆乳清蛋白废水中含蛋白质的量.

2)COD的测定

(1)

C为硫酸亚铁铵标准溶液的浓度，mol/L；V0为滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，mL；V1为滴定水样时硫酸亚铁铵标准溶液的用量，mL；V为水样体积；8为氧(1/2O)摩尔质量，g/mol.

3)pH的测定

用pHS-25数显pH计测定.

1.3.3 絮凝剂的配制

1) 聚合氯化铝(PAC)溶液的配制(3%)

取7.5g聚合氯化铝粉末在250mL容量瓶中，加蒸馏水至刻度线，摇匀，待用.

2) 聚合氯化铁(PFC)溶液的配制(1%)

由已知体积分数为9%的聚合氯化铁溶液配制成体积分数为1%的聚合氯化铁溶液.准确取27.8mL体积分数为9%的聚合氯化铁溶液于250mL容量瓶中，加蒸馏水至刻度线，摇匀，待用.

3)聚丙烯酰胺(PAM)溶液的配制(0.1%)

在烧杯中加一定量的水，放到磁力搅拌器上搅拌，将准确称重的0.25g聚丙烯酰胺粉末倒入并搅拌分散.加水至250mL，继续搅拌1h到聚丙烯酰胺全部溶解.将溶液倒入250mL容量瓶，待用(现用现配).

2 结果与分析

2.1 标准曲线的绘制

见图1.

图1 蛋白质标准曲线

2.2 大豆乳清蛋白废水指标

根据蛋白质标准曲线计算出大豆乳清废水中蛋白质的百分含量为1.15%，通过重铬酸钾法测定大豆乳清废水的COD为12 269 mg/L.用pHS-25数显pH计测定，大豆乳清废水的pH值为3.35.

2.3 絮凝实验结果

2.3.1 聚合氯化铝的絮凝实验结果

1)pH对聚合氯化铝絮凝效果的影响

由图2可知，随着pH值的增加，蛋白质去除率呈增大趋势，当pH为7.5时，蛋白质去除率最大，可达到50.69%.当pH值继续增大时，蛋白质去除率没有继续增加.

图2 pH对PAC絮凝效果的影响

2) 加入量对聚合氯化铝絮凝效果的影响

由图3可知，聚合氯化铝的最佳投加量为3 000 mg/L，此时蛋白质去除率可达到60.58%.若加入量较少，则不能很好地使胶体脱稳，不足以将胶粒架桥联接起来，导致形成的絮体不够多与大，不能起到很好的吸附卷扫作用，絮凝效果不够理想.若偏多，则会使胶体的吸附面被PAC高分子覆盖，两胶粒接近时，产生胶体保护作用，使絮凝效果下降.

图3 加入量对PAC絮凝效果的影响

3)温度对聚合氯化铝絮凝效果的影响

由图4可看出，随着温度的升高，蛋白质去除率先升高，在20℃时蛋白质去除率最大，达到54.51%，而当温度继续升高时，蛋白质去除率呈降低趋势.

图4 温度对PAC絮凝效果的影响

4) 时间对聚合氯化铝絮凝效果的影响

由图5可知，在30 min到60 min时，蛋白质去除率呈现上升趋势，在60 min蛋白质去除率达到最大，可以达到60.35%，在60 min后，蛋白质去除率逐渐下降 .

图5 时间对PAC絮凝效果的影响

2.3.2 聚合氯化铁絮凝实验结果

1) pH对聚合氯化铁絮凝效果的影响

由图6可知,蛋白质去除率随着pH的增大而增大，当pH为7时，蛋白质去除率达到50.69%，而继续增大pH值时，蛋白质去除率没有显著增大.因此，聚合氯化铁的最佳反应pH为7.原因是在pH值在6～8范围内,主要是PFC水解生成的低电荷络离子或金属氢氧化物凝胶物对脱稳的微粒产生粘接架桥和卷扫沉淀作用使液体内微粒聚沉，所以混凝效果最佳.

图6 pH对PFC絮凝效果的影响

2) 加入量对聚合氯化铁絮凝效果的影响

由图7可看出，随着加入量的增加，蛋白质去除率先是增大，当加入量为800 mg/L时，蛋白质去除率达到最大，可达到50.69%，而继续增加加入量时，蛋白质去除率呈下降趋势.PFC具有良好的絮凝效果，主要原因是PFC具有强烈的电中和凝聚能力及吸附架桥能力，显著提高了絮凝效果.

图7 加入量对PFC絮凝效果的影响

3)温度对聚合氯化铁絮凝效果的影响

由图8可知，随着温度的升高，蛋白质去除率先是增大，当温度为30 ℃时，蛋白质去除率达到最大，可达57.43%，而当温度继续升高时，蛋白质去除率有下降的趋势.

图8 温度对PFC絮凝效果的影响

4)时间对聚合氯化铁絮凝效果的影响

由图9可看出，随着时间的增加，蛋白质去除率显示增大，在180 min时，蛋白质去除率达到最大，为59.00%，而在180 min后，蛋白质去除率随着时间的增加而变化不大.

图9 时间对PFC絮凝效果的影响

2.3.3 聚丙烯酰胺絮凝实验结果

1)pH对聚丙烯酰胺絮凝效果的影响

由图10可知，随着pH的增加，蛋白质去除率先是增加，当pH值为7时，蛋白质去除率最大，可达到39.67%，当pH值超过7时，蛋白质去除率随pH的增加而降低.

图10 pH对PAM絮凝效果的影响

2)加入量对聚丙烯酰胺絮凝效果的影响

由图11可看出，随着加入量的增加，蛋白质去除率先增加，当加入量为20 mg/L时，蛋白质去除率可达到40.79%，当继续增大加入量时，蛋白质去除率随着加入量的增加反而降低.因为当体系中的高分子絮凝剂过量时，架桥作用所必须的粒子表面吸附活性点少了，而使架桥变得困难，同时又可产生二次吸附而使之出现分散稳定现象.

图11 加入量对PAM絮凝效果的影响

3)温度对聚丙烯酰胺絮凝效果的影响

由图12可知，蛋白质去除率先随着温度升高而升高，当温度为30 ℃时，蛋白质去除率可达到35.18%，当温度超过30 ℃时，蛋白质去除率有变化不大，有下降趋势.

图12 温度对PAM絮凝效果的影响

4)时间对聚丙烯酰胺絮凝效果的影响

由图13可看出，随着时间的增加，蛋白质去除率先是增加的，在360 min时，蛋白质去除率达到54.51%，而超过360 min后，蛋白质去除率有下降的趋势.

图13 时间对PAM絮凝效果的影响

2.3.4 通过絮凝处理后大豆乳清废水指标

由表1可知，在絮凝剂的最佳处理条件下，聚合氯化铝的蛋白质去除率为60.35%，COD去除率为58.15%；聚合氯化铁的蛋白质去除率为59.00%，COD去除率为42.68%；聚丙烯酰胺的蛋白质去除率为54.51%，COD去除率为32.19%.

表1 絮凝处理后大豆乳清废水指标

3 结 论

实验研究了絮凝剂对大豆乳清废水处理工艺的影响，通过测定蛋白质去除率，考察了三种絮凝剂的最佳使用条件，并测定了最佳条件下COD的去除率，实验结果如下：

1)聚合氯化铝(PAC)使用的最佳pH值为7.50，最佳投药量为3 000 mg/L，最适温度为20 ℃，最适絮凝时间1 h.在该条件下，蛋白质的去除率为60.35%，COD去除率为58.15%.

2)聚合氯化铁(PFC)使用的最佳pH值为7.0，最佳投药量为800 mg/L，最适温度为30 ℃，最适絮凝时间3 h.在该条件下，蛋白质的去除率为59.00%，COD去除率为42.68%.

3)聚丙烯酰胺(PAM)使用的最佳pH值为7.5，最佳投药量为20 mg/L，最适温度为30 ℃，最适絮凝时间6 h.在该条件下，蛋白质的去除率为54.51%，COD去除率为32.19%.

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Application of polymer flocculant in soy whey effluent treatment

XU Zhong, ZHAO Dan

(School of Food Engineering, Harbin University of Commerce, Harbin 150076，China)

Soybean whey wastewater is a kind of food wastewater which contents very high organic concentration. It will damage the environment seriously if discharged directly. The treatment process of the soybean whey wastewater using three flocculants (PAC, PFC and PAM) was studied. The influence of pH, dosage, reaction temperature and reaction time on flocculate effect was analyzed with the protein removal rate as the main indicator to finally determine the optimum flocculation conditions.

soybean whey wastewater;flocculation ;application

2015-12-05.

徐 忠(1964-)，男，博士，教授，研究方向：食品化工技术.

X792

A

1672-0946(2016)06-0668-04