基于平板陶瓷膜的馬鈴薯淀粉廢水處理及工程應(yīng)用研究

發(fā)布時間：2020-05-07 01:37

【摘要】：隨著馬鈴薯主糧化戰(zhàn)略的啟動和淀粉需求量的增加,高黏度、高聚合度的馬鈴薯淀粉在中國市場的地位愈加重要。馬鈴薯淀粉的生產(chǎn)加工會產(chǎn)生大量馬鈴薯淀粉廢水,特別是由蛋白液和淀粉提取廢水組成的高濃度有機(jī)廢水,其COD濃度高,廢水主要成分為蛋白質(zhì)和溶解性淀粉,若未經(jīng)處理將其排放到自然水體中,會破壞生態(tài)平衡,造成水體污染。本文使用陶瓷膜分離高濃度廢水中有機(jī)物,一方面降低廢水污染物含量,另一方面將蛋白質(zhì)等有機(jī)物作為二次資源回收利用。(1)采用計算流體力學(xué)軟件FLUENT(FLUENT Inc.Version 19.0)中的多孔介質(zhì)模型對陶瓷膜反應(yīng)器進(jìn)行流場模擬,分析結(jié)果表明:0.6 m3/h曝氣強(qiáng)度下,曝氣過量導(dǎo)致沉積污泥的擾動;曝氣強(qiáng)度為0.2 m3/h時,反應(yīng)器具有較優(yōu)的水力學(xué)條件,氣液兩相的充分混合以及以陶瓷膜組件為中心形成的循環(huán)流動,有利于流體對陶瓷膜的沖洗和膜組件面積的有效利用;不同運(yùn)行工況下反應(yīng)器內(nèi)部流速普遍小于0.025 m/s,但在進(jìn)出水管、曝氣口附近流體流速較大。模擬結(jié)果能夠較為準(zhǔn)確的預(yù)判各種情況下的流場,以此為參考設(shè)計并制作陶瓷膜反應(yīng)器。(2)配置模擬馬鈴薯淀粉廢水并通過堿提酸沉法提取馬鈴薯淀粉廢水中的馬鈴薯蛋白,考察了p H值和溫度對蛋白質(zhì)溶解性、起泡性的影響。結(jié)果表明,在等電點p H 4.0附近,馬鈴薯蛋白表現(xiàn)出最低的溶解性和起泡性,但泡沫穩(wěn)定性較高。在5~65℃的范圍內(nèi),蛋白質(zhì)的溶解性溫度的升高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢,在50℃左右達(dá)到最佳。(3)通過相關(guān)試驗確定反應(yīng)器最佳運(yùn)行條件為溫度20℃,p H值5.8,曝氣強(qiáng)度0.2 m3/h。在此條件下運(yùn)行反應(yīng)器,過濾模擬馬鈴薯淀粉廢水,廢水COD濃度由14800 mg/L降至5200 mg/L左右,截留率約65%,蛋白質(zhì)濃度由6371.8mg/L的降至947.8 mg/L左右,截留率在83%~86%之間,濁度出水小于5 NTU,去除率高達(dá)99%以上。通過試驗對比了不同清洗方式對陶瓷膜的清洗效果,選擇最佳清洗劑為0.05%中性蛋白酶,在130 L/(m2/h)通量下反沖洗5 min,可使陶瓷膜的膜通量恢復(fù)系數(shù)達(dá)到98.18%。并通過對陶瓷膜污染現(xiàn)象的分析,確定了清洗周期為100 min,排污周期為300 min。(4)基于陶瓷膜反應(yīng)器制作思路,結(jié)合工程實際優(yōu)化并制作陶瓷膜分離設(shè)備,處理工業(yè)馬鈴薯淀粉廢水,在單排污周期內(nèi),蛋白質(zhì)濃度可濃縮近10倍,去除率達(dá)85%。結(jié)合150 m3/d的高濃度廢水排放量進(jìn)行工程經(jīng)濟(jì)分析,運(yùn)行成本約3.828元/m3,其中藥劑費占比53.03%;對出水及濃縮液資源化利用的收益為4.465元/m3。而使用“陶瓷膜分離設(shè)備+UASB+SBBR”方法達(dá)標(biāo)排放所需成本為4.728元/m3。本文的研究結(jié)果表明,陶瓷膜分離工藝對馬鈴薯淀粉廢水的處理具備優(yōu)秀工程應(yīng)用潛力。
【圖文】：

生產(chǎn)流程圖,馬鈴薯淀粉,生產(chǎn)流程

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工程碩士學(xué)位論文（2）銼磨階段：馬鈴薯經(jīng)去水力流動槽輸送至銼磨機(jī)進(jìn)行馬鈴薯的粉碎，使物料細(xì)胞破碎，釋放游離的淀粉顆粒。（3）篩分階段：粉碎后的物料通過篩分進(jìn)行漿渣分離，將淀粉和纖維分離開來，該階段直接影響著淀粉提取率和淀粉質(zhì)量。（4）濃縮分離蛋白：篩分系統(tǒng)分離出的淀粉乳通過濃縮旋流器除去粗淀粉乳中的大部分汁液、蛋白和細(xì)纖維。（5）洗滌淀粉：其底部流體進(jìn)入洗滌精制旋流器進(jìn)一步洗滌，，最終達(dá)到產(chǎn)品要求。（6）淀粉脫水：洗滌后的成品淀粉乳進(jìn)入真空吸濾機(jī)進(jìn)行脫水，將淀粉乳脫水至含水率 40%左右的濕淀粉，最終淀粉干燥后輸送至成品倉進(jìn)行最后的包裝工序。

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