马铃薯淀粉厂工艺废水的综合处理及利用研究

2004,Vol.25.No.增刊 食品科学 ※工艺技术 134

马铃薯淀粉厂工艺废水的综合处理及

利用研究

张泽俊, 苏春元, 刘期成

（1 中国农业大学食品科学与营养工程学院，北京 100083）

(2 中国农业大学食品科学与营养工程学院) (3 蓬莱市质量技术监督局，蓬莱 265600)

摘 要：本文对马铃薯淀粉生产过程中工艺废水的主要指标：蛋白质、氨基酸组分、COD、等电点、电导率、固型物、容重、粘度进行了分析测定，为废水工业化处理提供了设计依据。研究了利用界面分离技术、超滤技术分离回收马铃薯蛋白质的工艺参数。

关键词：马铃薯; 废水; 蛋白质; COD; 界面分离; 超滤

马铃薯在我国许多地区广泛种植，马铃薯产业的发展已经列入当地政府农业产业化规划。马铃薯加工主要是生产马铃薯淀粉、马铃薯薯条、薯片、马铃薯全粉，其中马铃薯淀粉的加工是马铃薯的主导产业，我国现在年产优级淀粉10万吨左右，且年产量以12~15%的速度增长。每5.5~6.5吨鲜马铃薯生产一吨商品淀粉，加工过程需加入0.5~1.5倍的软化水洗涤淀粉，排出了大量的废水和废渣，这些工艺废水含有大量的有机物，是高污染的废水，不加处理直接排放将造成严重的环境污染。但是，马铃薯产区主要集中在北方地区，加工期100天左右，不适合使用常规的厌氧好氧生物发酵法处理。添加各种化学絮凝剂可以降低其中的COD、BOD，但投资和运转成本高，无任何经济效益。笔者长期从事马铃薯淀粉加工的工艺研究，经过大量的实验，本文提出了一种从工艺废水中分离回收高附加值的马铃薯蛋白粉和降低COD的工艺方法。 2 实验废水

取自围场双九淀粉有限公司卧螺分离机分离汁水、浓缩旋流站溢流水、甘肃临洮兴达淀粉公司旋流站溢流水

3 工艺废水主要参数的分析

3.1 实验方法

3.1.1 靛酚蓝分光光度法测定蛋白质含量〔1〕〔2〕〔3〕 用721型分光光度计(上海第三分析仪器厂),在640nm波长下,以NH3-N浓度5μg/ml为标

准液,绘制标准曲线,然后测定各样品。

3.1.2 废水COD用分光光度法测量〔4〕 用721型分光光度计，消解液重铬酸钾、浓硫酸、硫酸汞，催化剂硫酸银，标准溶液邻苯二甲酸氢钾。在600nm波长下，绘制标准曲线,然后测定各样品。 3.1.3 废水PI的测定，用分析纯NaOH和HCL调整废水的酸度，用PHS-3酸度计测量各酸度，用中速离心分离机分离，干燥后称重。

3.1.4 废水的电导率，用DDS-11A电导仪测定 3.1.5 废水固型物总量的测定 用CS101-1AB型鼓风干燥箱、AR1530型电子分析天平精度0.001g 3.1.6 废水容重的测定 用容积重量法测定

3.1.7 废水粘度的测定，用NPH-I型粘度仪测定 3.1.8 废水中蛋白质组分的测定 委托北京市营养源研究所测定

3.2 分析实验数据 (见表1、表2) 4 工艺废水的处理路线

工艺废水→精密过滤→调整PH → →泡沫分离→汁水→调整PH→膜超滤 ↓ ↓ 泡沫→破沫→粗浓缩蛋白液←截留物 ↓

精制生产马铃薯蛋白粉

4.1 实验仪器与设备 4.1.1 精密过滤器

※工艺技术 食品科学 2004,Vol.25.No.增刊

表1 三种废水的技术指标

名称 蛋白质 COD PI 总固形物含量 容重(g/L) 电导率（ms. cm-1） 粘度（cP）

表2 废水中马铃薯蛋白质的组分

卧螺分离机分离汁水

氨基酸组分

mg/100mg

ASP 天门冬氨酸 THR 苏氨酸 SER 丝氨酸 GLU 谷氨酸 GLY 甘氨酸 ALA 丙氨酸 VAL 颉氨酸 MET 蛋氨酸 ILE 异亮氨酸 LEU 亮氨酸 TYR 酪氨酸 PHE 苯丙氨酸 LYS 赖氨酸 NH3 氨 HIS 组氨酸 ARG 精氨酸 PRO 脯氨酸 RTP 色氨酸 CYS 光氨酸 总量

0.7025 0.1125 0.1012 0.4759 0.0766 0.1267 0.1579 0.0475 0.0859 0.1392 0.0833 0.0952 0.1072 0.1252 0.0425 0.1103 0.0699 0.0200 0.0100 2.6895

占百分比 26.12% 4.18% 3.76% 17.69% 2.85% 4.71% 5.87% 1.77% 3.19% 5.18% 3.10% 3.54% 3.99% 4.66% 1.58% 4.10% 2.60% 0.74% 0.37% 72.51%

mg/100mg 0.4400 0.0700 0.0700 0.4200 0.0500 0.0600 0.1100 0.0300 0.0700 0.1000 0.0600 0.0700 0.0900 0.0800 0.0300 0.0900 0.0500 0.0000 0.0300 1.9200

占百分比 22.92% 3.65% 3.65% 21.88% 2.60% 3.13% 5.73% 1.56% 3.65% 5.21% 3.13% 3.65% 4.69% 4.17% 1.56% 4.69% 2.60% 0.00% 1.56% 71.35%

浓缩站溢流水

卧螺分离机分离汁水

2.562% 11323.74 5.4 8.56% 1180.7 278.5 2.96

浓缩站溢流水 0.753% 7930.91 4.7 1.43% 1171.0 220.3 1.73

兴达公司溢流水

1.137% 9846.32 3.8 3.44% 1177.0 230.6 2.27

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容易堵塞超滤膜，另一方面降低产品中蛋白质含量。选用陶瓷过滤器，分别用80μm、100μm、120μm、150μm、180μm、200μm，在0.05～0.5MPa压力下做实验，分别测量废水中蛋白质的纯度。实验数据见图1、图2。实验证明在0.3～0.4MPa压力120～150μm过滤效果最好。 4.1.2 泡沫分离

泡沫分离是一种基于溶液中溶质组分间表面活性的差异进行分离的技术。在泡沫分离过程中,表面活性强的物质优先吸附和浓集在气液界面处,被泡沫带出连续相,从而达到浓缩和分离的目的。由于蛋白质具有极性和非极性基团,属于生物表面活性剂。而马铃薯废水中含有大量的蛋白质,有优良的起泡性。因此,本文利用蛋白质与糖类表面活性的差异,采用泡沫分离的方法初步将其中蛋白质分离。

在固定直径的泡沫分离塔，以不同的气流速度、时间、pH值，进行实验，分别测量蛋白质和COD的去除率。

不同的气流速度对蛋白质和COD的去除率有关键影响，实验数据见图3、图4，气流速度过小，形成的泡沫细小，上升困难；气流速度过大，形

成的泡沫过大，且夹带严重。

pH值对于蛋白质表面特性的影响很大,因此pH值成为影响蛋白质泡沫分离效果的重要因素。实验调整PH在各废水的等电点。

分离时间的长短,也影响分离效果,实验测定维持通气10~15分钟效果最理想。 4.1.3 超滤〔6〕

在自制的超滤实验台上，分别选择聚砜(ＰＳ)、聚丙烯腈(ＰＡＮ)、醋酸纤维素平面膜进行实验。

实验压力0.15MPa,流量30L/h,在相同的条件下,分别测量截留物中蛋白质的浓度,计算截留率。实验数据见表3：

通过实验，切割分子量1.5

万的醋酸纤维素

膜,适合处理马铃薯工艺废水。在此基础上，研究各种操作因素对超滤效果的影响。 4.1.4 操作压力

进料流量Ｑ=30Ｌ/ｈ,室温24℃,对截留液取样并分析,得到蛋白质、COD截留率与压力的关系见图4。由图4可见,初始压力增大时,使得有机分子变形而挤过膜孔,引起表观截留率降低,但当压力增大到一定程度,在膜表面形成稳定的凝胶层,因此截留率变化趋于平稳。

※工艺技术 食品科学 2004,Vol.25.No.增刊

表3 不同材料的膜、不同切割分子量对蛋白质的截留率 膜材料 切割分子量1.5万 切割分子量3万 切割分子量6万 切割分子量10万

聚砜膜 80.27% 77.49% 65.21% 64.15%

聚丙烯腈膜 78.27% 72.11% 63.46% 60.82%

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