植物提取物的生产废水治理（常用废水治理工艺介绍）

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植物提取物是以植物为原料，按照对提取的最终产品的用途的需要，经过物理化学提取分离过程，定向获取和浓集植物中的某一种或多种有效成分，而不改变其有效成分结构而形成的产品。按照提取植物的成份不同，形成甙、酸、多酚、多糖、萜类、黄酮、生物碱等；按照性状不同，可分为植物油、浸膏、粉、晶状体等。植物提取物多用于医药行业、食品行业、美容行业以及其它行业。

1概述

1．1植物提取物生产过程中废水的来源及特点植物提取物(Plantsextract)是指以物理、化学和生物学等手段从以天然植物中提取的某种或某些具有特殊效果的物质,不改变其有效成分结构而形成的产品。其原料涵盖森林植物、草原植物、农业栽培植物和海洋植物等。其产品可分为生物碱、苷类、单宁、精油、树脂、毒性蛋白、酯类、酮类等多种类型的化合物,目前被广泛应用于植物药、食品添加剂、功能食品、日用化学品、植物源的农药和兽药等。

植物提取企业,以植物为原料,经粉碎、浸提、精制等工序而得到目标产物,其生产过程中产生大量含有天然有机污染物的废水,其主要含有纤维素、半纤维素、糖类和蛋白质等各种植物天然产物,以及分离纯化过程中的各种有机溶剂等。植物提取企业排放出的废水主要来源有以下几部分:前处理车间清洗原料废水,提取车间提取废水和部分提取液以及过滤后的污水,浓缩制剂车间废水,蒸汽冷凝水和处理离子交换树脂酸碱液的中和水,罐体清洗、管道及地面冲洗水。

植物提取物生产过程中的废水通常属于较难处理的高浓度有机废水之一,因提取物产品不同、生产工艺不同而差异较大,水质波动较大,COD可高达6000mg/L,BOD可达2500mg/L。

随着植物提取业的发展,其消耗的水资源越来越大,水污染问题日益突出。废水如果不治理,不仅它自身成为了一种不能再利用的被浪费了的资源,而且,不经治理直接排放,势必严重污染自然水体,使有限的可利用水资源更加匮乏。因此,对废水进行治理,达到排放标准后排放或是达到其工业用水标准后为其循环利用,既可降低其生产成本,增加收益,又能节约日趋减少的可利用水资源,是缓解日趋紧张的水资源问题的重要举措。

1.2植物提取物生产过程中废水的分类根据废水污染的程度,可分为净废水和浊废水两类,净废水是指各种工业设备间接冷却水和前处理车间清洗原料废水,它们或是水温升高,或含有泥沙和植物枝叶,污染轻微,可经某些简单治理后循环使用或排入水体;浊废水,主要有酸性或碱性无机废水,含有机溶剂、含植物提取物残渣的有机废水,以及无机有机混合型废水,它们则是污染严重,需要经过特殊的治理才能排放或是循环利用。

1.3植物提取物生产过程中废水的排放标准我国早在1973年就首次颁布了《工业“三废”排放试行标准(GBJ4-73)》，对排入地面水的工业废水中19项污染物或有害因素的排放标准进行了规定。1988年国家环境保护局重新修订颁布污水综合排放标准《GB8978-88)》,适用于排放污水和废水的一切企事业单位。现在执行的标准是1996年10月4日批准,并于1998年1月1日实施的《污水综合排放标准(GB8978-1996)》,按其规定,植物提取行业废水的排放依照该标准执行。标准规定的植物提取行业废水排放标准值见表1。

2植物提取物生产过程中的废水治理的基本方法

根据污染物在治理过程中的变化,可以分为分离治理和转化治理两大类。分离治理是指通过各种外力(物理或物理化学)的作用,使污染物从废水中分离出来,一般不改变污染物的化学本性;转化治理是通过化学或生物化学的作用,改变污染物的化学本性,使其转化为无害的物质或可分离的物质,后者再经分离予以去除。按照废水治理手段划分,主要有:化学法,传质法及生物处理法。化学法中,包括混凝、中和处理法、氧化法等;传质法主要有汽提、吹脱、吸附(离子交换)、膜分离等;生物处理法主要包括活性污泥法,生物膜法和厌氧生物处理法等。

因为植物提取物生产过程中的废水,因提取物产品不同、生产工艺不同而差异较大,所以,在对某一特性废水治理的过程中,通常会用到几种不同的处理方法或是几种不同方法的组合。在以上方法中,应用最广泛的一种则是生物处理法,据统计,全世界生物法处理的废水量占处理水总量的65%。

2.1化学法

化学法包括混凝、中和处理、氧化等方法。

(1)混凝法。混凝是通过向水中投加一定化学药剂,使水中的细分散颗粒和胶体物质脱稳,并进一步形成粗大絮凝体的过程,通过混凝法可以降低废水的浊度和色度,去除多种高分子物质、有机物等,也可去除导致水体富营养化的可溶性有机物,还能改善污泥的脱水性能。所以,混凝法在植物提取业废水治理中广为使用,它既可以作为独立的处理方法,也可以和其他处理方法配合使用,作为废水的预处理、中间处理或终端处理。影响处理效果的因素有:混凝剂种类和投药量、废水水体的pH值、搅拌的速度和时间和沉降时间等。与其他处理方法相比较,混凝法设备简单,易于实施,操作维护简单,便于间歇运行,但处理效果一般,运行费用高,沉渣量大。

(2)中和法。中和法是利用化学酸碱中和的原理消除废水中过量的酸或碱,使其pH值达到中性左右的过程。酸性废水的中和方法有:利用工厂中的碱性废水或碱性废渣进行中和;投加碱性药剂;通过有中和性能的滤料过滤。

(3)氧化法。在处理一些高浓度、难生化降解的有机废水时候,可以利用它在化学反应过程中能被氧化的性质,将其直接矿化或提高污染物的可生化性。常用的方法有空气氧化、氯氧化、臭氧氧化和光氧化等,除此之外,1987年Glaze等人提出了高级氧化法(AdvancedOxidationProcesses/AOP),将其定义为:水处理过程中以羟基自由基作为主要氧化剂的氧化过程。根据产生自由基的方式和反应条件的不同,AOP又可分为Fenton类氧化法、臭氧类氧化法、超声声化学氧化法、湿式氧化法、超临界水氧化法和光催化氧化法等。

2.2传质法

传质法可分为汽提法、吹脱法、吸附(离子交换)法和膜分离法。

(1)汽提法。废水中可挥发性溶解物质,可以用汽提法从废水中分离出来。汽提过程一般是在密闭的塔内进行的。将废水加热后,由塔顶送入,塔底送入水蒸气。当水溶液(等于挥发性物质蒸汽压与水蒸气压的和)恰好超过外压力时,废水就开始沸腾,这样加速了挥发性物质由液相转入气相的过程。另一方面,当水蒸气以气泡状态穿过水层时,水和气泡表面之间形成了自由界面,这时候,液体就不断向气泡内蒸汽扩散,当气泡上升到液面时,就开始破裂而放出其中的挥发性物质。所以数量极多的水蒸气气泡显著地扩大了蒸发面,加强了传质过程的进行。

(2)吹脱法。将空气通入一定温度的废水中,空气与溶解状的挥发性物质可产生两种作用,一是化学氧化作用,氧化反应的程度与挥发性物质的性质、浓度、温度、pH值等有关;二是吹脱作用,使废水中溶解状态的挥发性物质有液相转为气相,扩散到大气中去,此过程属于传质过程。从废水中吹脱出来的挥发性物质,可用碱性溶液吸收,或是用活性炭吸附。影响吹脱效果的因素有温度、气液比、pH值和挥发性物质的性质等。

(3)吸附法(离子交换)。吸附法处理废水就是利用多空性固体(称为吸附剂)的表面吸附废水中一种或几种溶质(成为吸附质),以去除某种溶质的过程。吸附剂对吸附质的吸附,既有物理吸附又有化学吸附。在废水治理中常用的吸附剂有活性炭、磺化煤、木炭、焦碳、高岭土、硅藻土、硅胶和炉渣等。吸附剂的性质、吸附质的性质、温度、浓度、吸附接触时间和废水的pH值等,都是影响吸附效果的因素。离子交换,是一种特殊的吸附,其特点在于它主要吸附离子化的物质,而且吸附过程中伴随着等当量交换。

(4)膜分离法。膜分离是利用特殊制造的多孔材料的拦截能力,以物理截留的方式去除废水中一定颗粒大小的杂质。在压力驱动下,颗粒较小的物质可通过纤维壁上的微孔到达膜的另一侧,而颗粒较大的物质则不能透过纤维壁而被截留,从而达到筛分废水中不同大小组分的目的。其过滤的精度和滤膜本身的孔径大小有关,根据孔径的大小可分为微滤、超滤、纳滤、和反渗透。膜分离技术和膜分离产品最近受到了市场的高度关注,因为它具有下优点:对杂质的去除效率高,产水水质大大好于传统方法;彻底消除或是大大减少化学药剂的使用,避免二次污染;系统易于自动化,可靠性高,运行简易;占地面积要求小。

2.3生物处理法

生物处理法是通过自然界广泛存在的巨量微生物的新陈代谢作用,将废水中的有机物氧化分解为稳定的无机物的过程。主要的处理方法有活性污泥法,生物膜法和厌氧生物处理法。生物处理法是当今废水治理最常用的方法,据统计,全世界生物法处理的废水量占处理水总量的65%。

(1)活性污泥法。活性污泥法就是以呈悬浮状的活性污泥为主体,利用活性污泥的吸附凝聚和氧化分解作用来净化废水中的有机物。活性污泥对有机物的降解包括絮凝、吸附,分解、氧化,沉淀与浓缩几个过程。溶解氧、水温、营养物质、pH值、有毒物质等都能影响其处理效果。

(2)生物膜法。生物膜法与活性污泥法的主要区别在于生物膜法是微生物以膜的形式或固定、或附着生长于固体填料(或称载体)的表面,而活性污泥法则是活性污泥以絮体方式悬浮生长于处理构筑物中。与传统活性污泥法相比,生物膜法的运行稳定、抗冲击能力强、更为经济节能、无污泥膨胀问题、能够处理低浓度废水等优点。生物滤池、生物转盘、接触氧化法和生物流化床等都属于生物膜法。

(3)厌氧处理法。厌氧生物处理法适合于对于高浓度有机废水的处理,它是在断绝与空气接触的条件下,依赖兼性厌氧菌和专性厌氧菌来降解有机物,将大分子的有机物首先水解成低分子化合物,然后再转化成甲烷和二氧化碳等的过程。厌氧生物处理过程又称为厌氧消化。分为水解、发酵,产氢、产乙酸,产甲烷等三个阶段,由不同的微生物种群交替完成的。温度、pH值、氧化还原电位、营养、有机负荷、有毒物质等都是影响厌氧消化处理效果的因素。厌氧生物处理有厌氧接触法、厌氧生物滤池和厌氧生物转盘、上流式厌氧污泥床反应器(UASB)、厌氧流化床反应器、两相厌氧消化系统等方法。

3植物提取物生产过程中废水的治理的流程

植物提取物生产过程中的废水,不仅因为目的产物不同、工艺不同而水质不同,而且,在同一企业用同一工艺生产同一目的产物的不同工段中,其水质也差异甚大。比较先进的废水治理方法,应是不同性质废水分类收集,分类处理。对于植物提取业清洗原料的废水和各种工业设备的冷却水,可以采用相对比较简单的冷却、过滤、沉降等物理方法处理,降低水温,除去其中的植物原料枝叶及泥沙后即可循环使用;提取车间、制剂车间的废水及罐体、管道的冲洗水,可根据其废水的特性(含酸含碱、含植物提取残渣、含有机溶剂、含难生化降解有机物或是含对微生物有抑制作用的植物天然产物)而采用中和、混凝、氧化、生物处理等相应的行之有效的方法。植物提取物生产过程中废水治理的大体流程可用图1来表示。