基于平板陶瓷膜的马铃薯淀粉废水处理及工程应用研究

发布时间：2020-05-07 01:37

【摘要】：随着马铃薯主粮化战略的启动和淀粉需求量的增加,高黏度、高聚合度的马铃薯淀粉在中国市场的地位愈加重要。马铃薯淀粉的生产加工会产生大量马铃薯淀粉废水,特别是由蛋白液和淀粉提取废水组成的高浓度有机废水,其COD浓度高,废水主要成分为蛋白质和溶解性淀粉,若未经处理将其排放到自然水体中,会破坏生态平衡,造成水体污染。本文使用陶瓷膜分离高浓度废水中有机物,一方面降低废水污染物含量,另一方面将蛋白质等有机物作为二次资源回收利用。(1)采用计算流体力学软件FLUENT(FLUENT Inc.Version 19.0)中的多孔介质模型对陶瓷膜反应器进行流场模拟,分析结果表明:0.6 m3/h曝气强度下,曝气过量导致沉积污泥的扰动;曝气强度为0.2 m3/h时,反应器具有较优的水力学条件,气液两相的充分混合以及以陶瓷膜组件为中心形成的循环流动,有利于流体对陶瓷膜的冲洗和膜组件面积的有效利用;不同运行工况下反应器内部流速普遍小于0.025 m/s,但在进出水管、曝气口附近流体流速较大。模拟结果能够较为准确的预判各种情况下的流场,以此为参考设计并制作陶瓷膜反应器。(2)配置模拟马铃薯淀粉废水并通过碱提酸沉法提取马铃薯淀粉废水中的马铃薯蛋白,考察了p H值和温度对蛋白质溶解性、起泡性的影响。结果表明,在等电点p H 4.0附近,马铃薯蛋白表现出最低的溶解性和起泡性,但泡沫稳定性较高。在5~65℃的范围内,蛋白质的溶解性温度的升高呈现先升高后降低的趋势,在50℃左右达到最佳。(3)通过相关试验确定反应器最佳运行条件为温度20℃,p H值5.8,曝气强度0.2 m3/h。在此条件下运行反应器,过滤模拟马铃薯淀粉废水,废水COD浓度由14800 mg/L降至5200 mg/L左右,截留率约65%,蛋白质浓度由6371.8mg/L的降至947.8 mg/L左右,截留率在83%~86%之间,浊度出水小于5 NTU,去除率高达99%以上。通过试验对比了不同清洗方式对陶瓷膜的清洗效果,选择最佳清洗剂为0.05%中性蛋白酶,在130 L/(m2/h)通量下反冲洗5 min,可使陶瓷膜的膜通量恢复系数达到98.18%。并通过对陶瓷膜污染现象的分析,确定了清洗周期为100 min,排污周期为300 min。(4)基于陶瓷膜反应器制作思路,结合工程实际优化并制作陶瓷膜分离设备,处理工业马铃薯淀粉废水,在单排污周期内,蛋白质浓度可浓缩近10倍,去除率达85%。结合150 m3/d的高浓度废水排放量进行工程经济分析,运行成本约3.828元/m3,其中药剂费占比53.03%;对出水及浓缩液资源化利用的收益为4.465元/m3。而使用“陶瓷膜分离设备+UASB+SBBR”方法达标排放所需成本为4.728元/m3。本文的研究结果表明,陶瓷膜分离工艺对马铃薯淀粉废水的处理具备优秀工程应用潜力。
【图文】：

生产流程图,马铃薯淀粉,生产流程

哈尔滨工业大学工程硕士学位论文（2）锉磨阶段：马铃薯经去水力流动槽输送至锉磨机进行马铃薯的粉碎，使物料细胞破碎，释放游离的淀粉颗粒。（3）筛分阶段：粉碎后的物料通过筛分进行浆渣分离，将淀粉和纤维分离开来，该阶段直接影响着淀粉提取率和淀粉质量。（4）浓缩分离蛋白：筛分系统分离出的淀粉乳通过浓缩旋流器除去粗淀粉乳中的大部分汁液、蛋白和细纤维。（5）洗涤淀粉：其底部流体进入洗涤精制旋流器进一步洗涤，，最终达到产品要求。（6）淀粉脱水：洗涤后的成品淀粉乳进入真空吸滤机进行脱水，将淀粉乳脱水至含水率 40%左右的湿淀粉，最终淀粉干燥后输送至成品仓进行最后的包装工序。

技术路线图

技术路线图
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：X792

【参考文献】