皂素生產中廢水處理技術的研究進展

摘要：分析了皂素生產中廢水的污染現狀及污染特點，對皂素廢水的預處理、生化處理、深度處理以及皂素的清潔生產和廢棄物資源化利用幾個方面的技術進行分析比較，得出皂素生產中廢水處理技術的發展趨勢以及廢水處理仍面臨的問題，提出了合理的建議。

關鍵詞：皂素生產；廢水處理技術；ＣＯＤ去除率；資源化利用；清潔生產

中圖分類號：Ｘ７０３文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）14－2908-06

Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ Ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

ＳＯＮＧ Ｆｅｎｇ－ｍｉｎ

（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ ａｎｄ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｓｈａａｎｘｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｚｈｏｎｇ ７２３００１，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Tｈｅ ｃｕｒｒｅｎｔ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｗａｓ ｃｏｍｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ the aspects of ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ， ｂｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ａｎｄ ｄｅｅｐ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ．Ｔｈｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｃｌｅａｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ａｎｄ ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｗａｓｔｅ ｆｒｏｍ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ｆａｃｉｎｇ ｐｒｏｂｌｅｍｓ． Tｈｅ ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ ｓｕｇｇｅｓｔｉｏｎｓ were gave．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ； ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ of ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ； ｔｈｅ ＣＯＤ ｒｅｍｏｖａｌ ｒａｔｅ； ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ； ｃｌｅａｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ

皂素又名皂甙元，是生產甾體激素類藥物的基礎原料。甾體激素類藥物是世界上僅次于抗生素類的第二大類藥物，具有很強的抗感染、抗過敏、抗病毒和抗休克的藥性［１，２］，該類藥物臨床應用廣泛，需求旺盛。目前主要從一些植物中提取皂素來生產甾體激素類藥物，故植物皂素有“激素之母”的稱謂。植物皂素主要有三大類即薯蕷皂素、劍麻皂素、番麻皂素，其中薯蕷皂素是生產甾體激素藥物最理想的基礎原料，世界上２/３以上的甾體激素藥物是以薯蕷皂素作基礎原料生產的，所以薯蕷皂素在甾體激素藥物生產中占有十分重要的地位。世界上薯蕷皂素含量較高的植物資源不多，主要分布在中國和墨西哥，所以我國和墨西哥是薯蕷皂素生產大國［３，４］。

我國自２０世紀５０年代末開始利用野生黃姜、穿地龍生產薯蕷皂素的甾體激素類藥物，但在７０年代前，我國甾體激素類藥物主要依賴進口。８０年代以后，我國皂素工業發展較快，產品不僅能滿足國內需要，而且還出口到美、德、法、日等１２０多個國家和地區。生產薯蕷皂素的原料黃姜、穿地龍在我國西南地區盛產，尤其以秦嶺南麓漢水以北及武當山系最適合黃姜生長，該地區所產黃姜皂素含量高、熔點好，符合生物醫藥工業的技術標準。這些地區皂素生產企業發展迅速，全國２００多家皂素生產企業，８０％以上集中在這些黃姜主產地，皂素生產成為當地的經濟支柱產業。但在初期的發展階段大部分企業的配套設施不完善，治污能力弱，使得皂素生產對當地的生態環境造成嚴重污染，到２０００年左右已引起了國家環保部門的高度重視，國家相繼出臺了相應的法規對企業的治污排污提出了嚴格要求，污染問題成了制約皂素生產企業健康發展的瓶頸。由此對于皂素生產中廢水處理的研究也相應得到發展并不斷地深入，以期找到更適用更經濟的方法使得皂素生產與環境保護相協調，達到經濟效益與社會、生態效益均豐收的可持續發展。經過１０多年的研究實踐，皂素生產中廢水的處理技術及應用均取得一定的成效，在企業發展的同時，當地環境也得到一定的改善。本文從皂素生產中廢水的來源特性出發分析廢水處理每個階段的技術方法、特點及適用性，提出皂素生產企業發展的合理建議。

１ 皂素生產中廢水的產生及特點

１．１皂素生產中廢水的產生

薯蕷皂素的加工提取有許多種方法，近年也發展了新的方法，但是目前一般的皂素生產廠家基本上還是采用硫酸或鹽酸對黃姜、穿地龍進行酸解，再油劑提取皂素。其傳統的基本工藝流程如圖１［５］。黃姜生產皂素工藝流程中，產生污水的生產環節主要為酸水解、過濾后以及中和、洗滌后，產生污水量約４００～５００ ｍ３／ｔ產品。

１．２皂素生產中廢水的特點

由于皂素生產中產生污水的環節主要是酸水解，過濾后的皂素廢水的酸度很大，一般ｐＨ都在１．０左右，從黃姜中提取了皂素后，黃姜本身含有的淀粉、水溶性皂甙、黃姜色素、黃姜油等有機成分一并進入廢水，使得廢水有機物含量很高，且顏色很深。皂素廢水具有以下特點［６］：①可生化性差。ＢＯＤ∶ＣＯＤ約０．２７；②糖分含量高：綜合廢水總糖含量約２％，其中大部分為單糖；③污染負荷重。ＣＯＤＣｒ高達２０ ０００～３０ ０００ ｍｇ／Ｌ（綜合廢水），其中頭道液（約占廢水量２０％）ＣＯＤ高達９０ ０００～１１０ ０００ ｍｇ／Ｌ；④酸度高。ｐＨ值范圍為０．７～２．５；⑤鹽分高。在ｐＨ值１．０的廢水中，Ｃｌ－含量為９ ６００ ｍｇ／Ｌ（ＨＣｌ水解工藝），ＳＯ４２－含量為１１ ３００ ｍｇ／Ｌ（Ｈ２ＳＯ４水解工藝）；⑥色度高。色度可達到３ ５００倍。

２皂素生產中廢水的預處理

從皂素生產中廢水的特點可以看出皂素廢水酸度很大，有機物濃度高，但是其可生化性差ＢＯＤ∶ＣＯＤ小于０．３，Ｃｌ－或ＳＯ４２－離子濃度很高，這些特性給皂素廢水處理的主要工藝選擇帶來很大難度，因此就有學者專門研究了皂素廢水的預處理方法，不同的方法適合于不同的主要工藝，在降低廢水的酸度提高其可生化性上都有一定的效果，為后續的處理減輕一定負擔。目前對于皂素廢水的預處理技術主要有３個技術路線，分別為化學中和、化學氧化絮凝和吸附法。

２．１化學中和法

化學酸堿中和在多數的處理工藝流程中應用，由于廢水的酸度很大，一般企業廢水量也很大，從經濟的角度出發都采用便宜的生石灰作為中和藥劑，生石灰的使用既能調節廢水的酸度，而且反應生成的ＣａＳＯ４在下沉的過程中可通過挾裹作用去除廢水中的部分ＳＳ和ＣＯＤＣｒ。

２．２化學氧化絮凝

對于皂素廢水的化學氧化絮凝預處理主要是以內電解形成絮凝劑和直接用化學絮凝劑兩類技術。但錦鋒等［７］在２００３年首先提出內電解法預處理皂素廢水，將預處理過的鐵屑與活性炭作為混合填料在反應器中處理原廢水，向內電解出水中加堿后將生成Ｆｅ（ＯＨ）２，并被氧化成Ｆｅ（ＯＨ）３，因而不需再投加其他混凝劑，從而降低了處理成本，內電解可去除３０％的ＣＯＤＣｒ，并提高了廢水的可生化性。

徐朝暉等［８］提出將鐵碳內電解與臭氧結合預處理皂素廢水，實際試驗過程中由于內電解過程產生了大量的Ｆｅ２＋、Ｆｅ３＋與臭氧氧化過程中產生的羥基自由基（ＨＯ·）和［Ｏ］組成了另外一種優良的廢水處理試劑——Ｆｅｎｔｏｎ試劑，在適宜條件下廢水ＣＯＤＣｒ去除率可達到４８．６％、脫色率８０％，使廢水的可生化性得到提高，且利用廢鐵屑制成了優良的絮凝劑而處理皂素廢水。

柳婷等［９］提出利用鋅—銅內電解反應可以提高廢水的ｐＨ值，降低廢水的色度，提高廢水的可生化性，為黃姜皂素生產廢水的預處理開辟了一條新途徑。當廢水的ＣＯＤＣｒ去除率達到３２．３４％，色度去除率達到７２．２２％，廢水的ＢＯＤ／ＣＯＤ值提高到０．５時，為后續的生化處理創造了有利條件。

王西峰等［１０，１１］利用ＵＶ—Ｆｅｎｔｏｎ氧化技術和超臨界氧化技術處理皂素廢水，在紫外光的照射下和高溫／高壓的作用下，有機物和氧化劑的反應能力大大增強，加快了有機物的降解，廢水ＣＯＤＣｒ和色度去除率比單用Ｆｅｎｔｏｎ試劑處理的要高。

舒陳華［１２，１３］利用新型高分子無機絮凝劑含硼聚硅酸鹽（ＰＡＳＦＢ）預處理皂素廢水，試驗發現ＰＳＡＦＢ中硼、鋁及其水解產物、鐵及其水解產物、聚硅酸之間相互作用，形成了含Ｂ－Ｏ－Ｆｅ、Ｂ－Ｏ－Ａｌ、Ｂ－Ｏ－Ｓｉ等鍵的螯合物對廢水中有機物網撲絮凝和吸附架橋作用能力大大增強，經預處理后的廢水ＣＯＤＣｒ的去除率在５０％以上，減輕了后續處理的負擔，為其達標排放創造了條件。

２．３吸附法

吸附法皂素廢水處理工藝有用在預處理，也有用在后續的深度處理中。由于原廢水中含有黃姜色素類有機物而使廢水的色度很大，通過吸附這樣一些有機小分子物質不但可以使其色度降低，且對廢水中的有機物有一定的去除作用。

李澤唐等［１４］用水葫蘆氣囊作為吸附材料對皂素廢水進行吸附預處理，試驗結果表明，經水葫蘆氣囊吸附后的廢水中氯離子、色度、ＣＯＤＣｒ值均有不同程度降低，且廢水的ｐＨ值有所升高，廢水的可生化性明顯提高，用水葫蘆氣囊這種水體富營養化產物用來預處理皂素廢水，可達到以廢治廢的目的。

單麗偉等［１５］采用化學法合成的新生ＭｎＯ２作為吸附劑對皂素廢水進行處理，利用ＭｎＯ２表面的羥基化配體與水的相互作用強烈吸附有機化合物，尤其是廢水中色素類物質能夠被吸附，所以通過新生ＭｎＯ２預處理過的廢水色度去除率達８０％以上，ＣＯＤＣｒ去除率在４０％左右。

葛紅光等［１６］研究通過活性炭吸附和雙氧水氧化的化學法預處理皂素廢水，使廢水的ＣＯＤＣｒ有大幅下降，廢水的可生化性得到了提高。

３皂素廢水的生化處理技術

皂素廢水這種高濃度有機廢水僅通過一般的物化處理方法很難使其達到排放標準，而只有通過物化法預處理后再進行生化處理方可達到相應的排放標準。所以生化處理是皂素廢水處理的重要環節，也是決定性的環節，雖然也有報道完全用物化處理方法來處理皂素廢水并且試驗結果還達到了一定的要求，例如楊志華等［１７］在實驗室用ＮＦ（納濾）和ＲＯ（反滲透）過濾處理皂素廢水，廢水ＣＯＤＣｒ去除率達９０％，但是筆者認為在實際的企業生產中廢水量是較大的，納濾和反滲透膜的費用以及維護外加的動力費用會遠遠高于生化處理所需費用，所以在實際生產中皂素廢水處理的主要工藝仍應以生化工藝為主。

對于皂素廢水的生化處理工藝基本上是厭氧好氧工藝的組合。其中厭氧工藝以ＵＡＳＢ工藝多用，好氧以普通活性污泥、生物接觸氧化、ＳＢＲ等多用。另外用特定微生物固定化技術在適合的反應器中處理皂素廢水也取得了一定的成效。

３．１厭氧好氧組合工藝對皂素廢水的處理

上流式厭氧污泥床（ＵＡＳＢ）作為一種高效厭氧處理技術，在高濃度有機廢水處理中得到廣泛的應用。單麗偉等［１８］在２００３年進行了ＵＡＳＢ處理皂素廢水試驗，結果表明ＵＡＳＢ工藝處理皂素廢水是可行的，當進入反應器廢水ＣＯＤＣｒ在７ ０００ ｍｇ／Ｌ左右時，廢水ＣＯＤＣｒ去除率達７０％以上，產沼氣率為０．３４ ｍ３／ｋｇ。

張志揚等［１９］將ＵＡＳＢ與生物接觸氧化結合處理皂素廢水，由于工藝采用厭氧好氧結合，進入反應器的廢水ＣＯＤＣｒ濃度高達２４ ０００ ｍｇ／Ｌ，經過工藝處理后廢水ＣＯＤＣｒ降至１ ０００ ｍｇ／Ｌ左右，整個處理工藝相對單獨用ＵＡＳＢ工藝效率提高很多，且進水ＣＯＤＣｒ濃度有了大幅提高，更利于企業實際應用。

劉禮祥等［２０］采用水解酸化、激波厭氧、射流曝氣三段式生物處理工藝對皂素廢水進行處理，該組合工藝進水ＣＯＤＣｒ為５ ５００ ｍｇ／Ｌ，最終出水ＣＯＤＣｒ １４７ ｍｇ／Ｌ，總去除率達９１％，由于組合工藝較長，對各階段工藝條件控制是制約其處理效果穩定的一個主要因素。

李慶新等［２１］研究了將ＵＡＳＢ與ＳＢＲ工藝結合處理皂素廢水反應器快速啟動的影響因素，研究結果表明ＵＡＳＢ反應器中加入適量的鐵屑和活性炭，形成的Ｆｅ２＋與ＳＯ４２－在厭氧環境中被硫酸鹽還原菌還原生成Ｓ２－，結合形成ＦｅＳ顆粒，從而降低Ｈ２Ｓ的抑制作用，成功消除了ＳＯ４２－對生物處理系統的影響，使ＵＡＳＢ反應器中厭氧顆粒污泥在較短時間內培養出來，縮短了啟動時間，使其實際的運行效果得到改善。

解清杰等［２２］利用ＵＡＳＢ、激波厭氧、好氧組合工藝處理皂素廢水工程實踐研究，工程運行一年多證明系統對廢水的流量、有機負荷的抗擊能力強，各項指標的去除率穩定在９０％。但錦鋒等［２3］將ＵＡＳＢ、水解、厭氧、好氧工藝組合用在工程實踐中，為皂素企業設計了整套廢水處理工藝，實踐表明該組合工藝切實可行，廢水經過處理后可達國家一級水質標準，工藝運行成本較低，可以推廣應用。

張壽斗等［２４］利用厭氧折流板反應池（ＡＢＲ）、內電解池、ＩＣ反應器、生物接觸氧化池組合工藝處理黃姜皂素廢水效果明顯，雖然出水水質指標均達到國家排放標準，但只作為實驗室處理，工程實踐還需進一步研究。

Ｚｈａｏ等［２５］用兩相厭氧消化和生物曝氣濾池的組合工藝處理皂素廢水，研究結果表明，控制進水ｐＨ在５．５兩相厭氧消化反應器具有較高的ＳＯ４２－離子去除率和ＣＯＤＣｒ去除率，再經過曝氣生物濾池處理出水能夠達到排放標準，且兩相厭氧消化動力消耗小，經濟適用宜推廣。

Ｌｉ等［２６］用生物燃料電池反應器（ＭＦＣ）工藝處理皂素廢水，組成電池正極和負極的就是兩個反應器，通入廢水后廢水在電活躍微生物群落的作用下分解有機物而產生能量，使整個電路暢通，反應器產生的電流越大，有機物降解率越高。通過質譜分析發現廢水中的不同有機物在正極和負極降解程度不一樣，總體上廢水ＣＯＤＣｒ去除率在正極反應器的去除率遠遠高于負極反應器的去除率，這可能和電活躍微生物群的適應環境有關。生物燃料反應器處理皂素廢水是一個全新的處理方法，其不但能耗小而且可以將廢水中有機物轉化為電能，實現了廢水的資源化利用，雖然目前還處于實驗室研究階段，但是通過不斷深入研究和完善也許在不久的將來會逐步推廣使用。

３．２特定微生物用于皂素廢水處理

廢水的生物處理反應器中微生物種群一般選用活性污泥通過馴化使微生物群體適應廢水而對廢水降解。在對皂素廢水的處理中研究者發現了一些特定微生物群體具有較高的降解能力，因此將這些特定微生物放入反應器，對廢水處理取得了較好的效果。

宋鳳敏等［２７］、凌云等［２8］提出將酵母菌接入生物接觸氧化池中進行皂素廢水處理，由于酵母菌具有抗酸耐鹽等特點，在皂素廢水中能夠利用有機碳源大量繁殖生長，使廢水有機物濃度大幅下降，生成的酵母干菌蛋白質、氨基酸含量高，可作為飼料蛋白，做到了資源回收利用。

馮仁濤等［２９］利用白腐菌處理皂素廢水與造紙廢液混合的廢水，由于皂素廢水酸度大而造紙廢液堿度大，兩種廢水混合后ｐＨ不需調節，白腐菌即可在廢水中生存，其能夠大量降解廢水中的糖類和木質素，ＣＯＤＣｒ去除率可達８４．５％。

李莉等［３０］采用光合細菌與活性污泥聯合在ＳＢＲ好氧反應器中處理皂素廢水，活性污泥里的異養微生物首先將廢水中高分子有機物轉化為低分子物質，當小分子脂肪酸的濃度達到一定程度后，活性污泥處理廢水受到一定的抑制，阻礙了有機物繼續降解，而此時光合細菌能以低分子物質作為營養基質，繼續降解有機物，表現出活性污泥和光合細菌的相互協同和強化作用，處理過程中產生的光合細菌體也可回收作為飼料使用。

訾靜等［３１］探討了厭氧光照條件下用光合細菌處理皂素廢水的影響因素，在優化的處理工藝條件下，皂素生產的廢水ＣＯＤＣｒ去除率達６８．９６％。目前對于特定微生物處理皂素廢水主要集中在真菌和光合細菌類，更多的特定微生物處理皂素廢水還在研究探索中。

３．３固定化技術在皂素廢水處理中的應用

一般生化處理中活性污泥隨水流出存在微生物流失的現象，固定化微生物技術具有保持高效菌種、生物濃度高、產泥量少、固液易分離、對有毒物質承受能力和降解能力強等優點，在廢水處理特別是對含有難降解有機物或有毒物的廢水處理中應用較多。

信欣等［３２］將貝殼作為固定微生物的載體在厭氧反應器中對皂素廢水處理，利用貝殼本身特有的三層層狀結構，使許多微生物聚居其中，同時也免受廢水中的有害抑制成分的毒害。主要成分ＣａＣＯ３會溶解為反應器提供堿度，有利于反應器的啟動，使反應器里的微生物免受酸性的抑制，生物膜在貝殼表面形成，提高整個反應器的生物量，反應器的處理能力得到很大的提高。

楊雪芬等［３３］采用聚乙烯醇（ＰＶＡ）凝膠包埋厭氧活性污泥制成小球接種到厭氧－好氧串聯工藝系統中進行皂素廢水生物處理，通過與沒有包埋的懸浮污泥比較其處理效果以及抗毒抗有機負荷的性能，結果顯示微生物經過固定化處理后，使固定化處理系統具有較強的抗毒性和抗負荷沖擊的能力，能提高系統的ＣＯＤＣｒ去除率。但是將包埋技術大規模應用于實踐中還有一些問題需要深入探討。

４皂素廢水的深度處理技術

皂素廢水由于其幾萬的ＣＯＤＣｒ濃度，通常情況下化學預處理、生化二次處理，出水ＣＯＤＣｒ濃度基本還維持在１ ０００ ｍｇ／Ｌ左右，且色度還很深，如果要達到直接排放的目標，必須通過深度處理。目前對于皂素廢水的深度處理方法集中在物化吸附、絮凝以及人工濕地處理等。

王瑾等［３４］將生化處理過的皂素廢水通入人工濕地，濕地中種植當地植物水燕麥對出水進行深度處理，運行結果表明采用當地植物水燕麥作為人工濕地植被可實現良好的處理效果，水燕麥具有生長周期長、生長速度快等優點。廢水的ＣＯＤＣｒ平均去除率為４７．７９％，氨氮平均去除率為７５．６４％，總磷平均去除率為８８．８％，但由于有機物及不溶性無機物在人工濕地中積累，使濕地容易產生堵塞現象，人工濕地長效性保持方面還需要做進一步研究。

王西峰等［３５］用混凝沉淀－臭氧氧化組合工藝對皂素生物處理出水的凈化效果進行了研究，用季胺鹽型陽離子高分子絮凝劑ＹＪＤ，助凝劑選用ＰＡＭ，經混凝處理后廢水ＣＯＤＣｒ從１ ２００ ｍｇ／Ｌ下降到８９９ ｍｇ／Ｌ，但其色度變化不大仍高達４００ ｍｇ／Ｌ，再通過臭氧反應器后廢水的上色度和ＣＯＤＣｒ有了明顯的下降，均能滿足排放要求。

李莉等［３６］以殼聚糖為絮凝劑深度處理皂素廢水，殼聚糖作為吸附劑和絮凝劑，能夠通過分子中的氨基和羥基與有機物形成穩定的螯合物，有效地捕集溶液中的有機物，并可以抑制細菌生長，使污水變清，在適宜條件下ＣＯＤＣｒ去除率可達９２．９１％。

試驗中廢水脫色處理多采用活性炭作為吸附材料，龔美珍等［３７］用粉末活性炭吸附皂素廢水中的焦糖色素，通過吸附試驗處理后廢水色度脫除率高達９８．７５％，對水體中固形物也有一定的去除效果。活性炭吸附色素后，經熱堿液解析得到焦糖色素的同時，活性炭也得以再生循環使用。劉智峰等［３８］，宋鳳敏等［３9］利用粉煤灰聯合過氧化氫（Ｈ２Ｏ２）對皂素廢水進行深度處理研究，利用粉煤灰多孔的結構以及Ｈ２Ｏ２對有機物的氧化性，在適宜條件下，粉煤灰聯合過氧化氫對皂素廢水的色度去除率很高，ＣＯＤＣｒ去除率稍低，經過處理后可以達到排放標準。在實踐應用廢棄粉煤灰作吸附劑相對活性炭價格便宜很多，便于推廣使用。

５皂素廢水的資源化利用與清潔生產

５．１皂素廢水的資源化利用

皂素生產過程中產生了大量富含淀粉水解的糖類高濃度有機廢水，同時還有富含有機物的廢渣，通過合適的方法最大限度地利用廢液廢渣中的有機物使之成為可以直接使用的資源，這是近年來皂素廢水處理中新的發展。

Ｚｈａｎｇ等［４０］用皂素生產廢渣制備活性炭并且用這種活性炭來處理皂素廢水，結果表明用皂素廢渣制備的活性炭具有很好的物理和化學性質，處理皂素廢水比一般標準活性炭效果好且能適應較低的ｐＨ環境，用皂素廢渣制備活性炭處理皂素廢水，實現了以廢治廢的目的。

繆禮鴻等［４１］用皂素廢渣吸附皂素廢水后進行堆肥發酵，不僅堆肥效果明顯增強，而且節約了大量的堆肥用水，為皂素廢渣和高濃度皂素廢水的治理問題提供了一種經濟、有效的方法，實現了黃姜皂素生產過程中的主要污染物皂素廢渣和高濃度皂素廢水的資源化利用，將會使整個皂素廢水的治理難度和治污成本大大降低。

譚新敏等［４２］利用皂素廢水中的可用資源，與酒精生產工藝相結合，采用耐高溫活性干酵母對廢水進行發酵生產出工業酒精，不僅使廢水中的ＣＯＤＣｒ值得以降低，而且節約了資源，具有良好的環保效益和經濟效益。

Ｐｅｎｇ等［４３］利用兩步納濾技術（ＴＳＮＦ）從皂素廢水中回收糖和酸，經過膜處理的廢水可以回用在皂素生產中，廢水處理過程酸的回收率達４０％以上可以用于皂素提取的酸解階段，回收到的糖達６５％也能在其他方面使用，廢水的ＣＯＤＣｒ降低很多，ＴＳＮＦ技術做到資源利用的最大化，其在實際工程上的使用還有待進一步研究。

５．２皂素生產的清潔生產工藝

近年來人們在不斷改進皂素廢水處理工藝的同時，也在不斷地改進皂素生產的工藝，把清潔生產的理念貫徹進去，從皂素生產每個步驟去減少污染的產生，使資源利用達到最大化，通過這些措施減少廢液廢渣的產生。

Ｗａｎｇ等［４４］研究了利用糖化膜水解法制備皂素（ＳＭＲＨ）的清潔生產工藝，該工藝打破了傳統的化學強酸分解薯蕷前加了水解酶分解步驟，將皂素中的淀粉利用水解酶分解為糖并回收，且酸解后產生廢水用納濾滲透組合工藝處理，處理后的出水回用到打漿工藝中，回收的酸在酸解中繼續利用，這種工藝比傳統工藝使用的酸和水大大減少，排放的廢水廢渣也大幅下降，整個制取工藝不但排污減少而且費用也降低很多，該工藝經過２年的試驗研究，現已在湖北等省市推廣應用。

Ｚｈｕ等［４５］比較了用水解酶－微生物發酵工藝提取皂素與微生物發酵－酸解工藝提取皂素兩種工藝，結果表明水解酶－微生物發酵工藝提取皂素是可行的，在同樣條件下皂素的提取率較高，且廢水產生量小，廢水中的ＣＯＤＣｒ、ＴＯＣ、ＳＯ４２－分別減少了９９．４％、９９．２％、１００％。

Ｌｉｕ等［４６］研究用石油醚－乙醇－硫酸銨（ＴＬＰＳ）工藝從薯蕷發酵液中提取皂素，也是對傳統提取皂素方法的改進。Ｑｉｕ等［４７］將微波和發酵工藝結合作為皂素生產預處理方法，結果顯示用微波處理再發酵預處理過的薯蕷，皂素產量較沒預處理過的提高了４２．５％，廢水中ＣＯＤＣｒ減少了６９．７％，淀粉和纖維素回收率分別達８１．８％和５０．８％。

６結語與展望

縱觀以上研究結果，可以發現皂素廢水的處理工藝基本上是物化預處理＋生化處理＋物化（生物）深度處理的模式。整個廢水處理工藝流程如果簡單易操作，可能就存在處理效率不高，出水很難達標排放的情況；而工藝流程復雜，運行操作的要求較高，實際投資會比較大，廢水處理成本較高，難以推廣應用。當然通過10多年的發展各類技術在皂素廢水處理中發揮的作用也越來越完善，改進了各方面的不足。而近年來提出的皂素廢水的資源化利用和皂素生產的清潔生產工藝很好地彌補了傳統組合工藝處理廢水的不足，尤其是清潔生產工藝的開發，更是從源頭上減少了污染的排放，為后期處理減輕了負擔，廢水廢渣的資源化利用從根本上說也是清潔生產的方式，使資源的利用達到最大化，也就減少了污染向環境的排放。因此研究皂素的清潔生產工藝，同時對皂素生產的原料進行綜合利用，如生產酒精、生產沼氣及生物電池、回收糖類等都是今后皂素廢水處理技術發展的主要思路，皂素生產企業能夠可持續發展的主要途徑。

參考文獻：

［ｌ］ 江蘇新醫學院．中藥大辭典［Ｍ］．上海：上海科學技術出版社，１９８６．

［２］ 彭司勛．藥物化學［Ｍ］．北京：化學工業出版社，１９８８．

［３］ 李軍超，李向民，郭曉思，等．盾葉薯蕷研究進展［Ｊ］．西北植物學報，２００３，２３（１０）：１８４２－１８４８．

［４］ 康阿龍，孫文基，湯迎爽，等．盾葉薯蕷資源、成分及組培學研究進展［Ｊ］．中草藥，２００３，３４（８）：１７－１９．

［５］ 劉禮祥．預處理后皂素廢水生物生態凈化工藝研究［Ｄ］．武漢：華中科技大學，２００４．

［６］ 張勇，祁恩成，張守誠，等．黃姜—皂素廢水綜合處理技術的探討［Ｊ］．環境科學與技術，２００４，２７（增刊）：１２４－１２５．

［７］ 但錦鋒，祁璟，陸曉華．內電解法預處理皂素廢水［Ｊ］．中國給水排水，２００３，１９（１２）：４３－４４．

［８］ 徐朝輝，劉小玉，童蕾，等．曝氣內電解—臭氧法預處理皂素廢水的研究［Ｊ］． 工業水處理，２００６，２６（１０）：５２－５５.

［９］ 柳婷，王永欣，李桂敏．內電解工藝預處理黃姜皂素生產廢水試驗研究［Ｊ］． 山西建筑，２００９，３５（５）：１８０－１８２．

［１０］ 王西峰，胡曉蓮． ＵＶ—Ｆｅｎｔｏｎ試劑處理皂素生產廢水試驗研究［Ｊ］．中國給水排水，２００８，２４（１３）：５８－６１．

［１１］ 王西峰，胡曉蓮．超臨界水氧化法處理皂素廢水［Ｊ］．環境科學學報，２００８，２８（６）：１１１３－１１１７．

［１２］ 舒陳華．含硼聚硅鋁鐵絮凝劑預處理皂素廢水［Ｊ］．水處理技術，２００９，３５（１２）：７５－７７．

［１３］ 舒陳華．含硼聚硅酸鋅鎂絮凝劑預處理皂素廢水［Ｊ］． 工業水處理，２０１１，３１（４）：５８－６１．

［１４］ 李澤唐，蔡彥青，馬騰，等．水葫蘆氣囊預處理黃姜皂素廢水的研究［Ｊ］． 安全與環境工程， ２００５，１２（４）：４２－４５．

［１５］ 單麗偉，馮貴穎，呼世斌，等．新生ＭｎＯ２處理皂素廢水的試驗研究［Ｊ］．環境科學與技術，２００６，２９（９）：７６－７７，１０８．

［１６］ 葛紅光，郭小華，李利華，等．皂素廢水化學預處理研究［Ｊ］． 化學工程師，２００６（４）：１７－１８．

［１７］ 楊志華，謝雄，王暉，等． 膜分離技術處理皂素酸性廢水的試驗研究［Ｊ］．地質科技情報，２００７，２６（１）：９１－９５．

［１８］ 單麗偉，馮貴穎，朱丹，等．上流式厭氧污泥床（ＵＡＳＢ）處理皂素廢水的研究［Ｊ］．西北農林科技大學學報（自然科學版），２００３，３１（增刊）：１０９－１１２．

［１９］ 張志揚，李江華，賈麗云，等．ＵＡＳＢ－生物接觸氧化－絮凝沉淀法處理皂素廢水［Ｊ］．城市環境與城市生態，２００３，１６（增刊）：３２－３４．

［２０］ 劉禮祥，解清杰，吳曉輝，等．水解－激波厭氧－好氧工藝處理皂素廢水研究［Ｊ］．化學與生物工程，２００４（１）：４９－５１.

［２１］ 李慶新，蔡鶴生，周君，等．ＵＡＳＢ＋ＳＢＲ工藝處理皂素生產廢水的快速啟動研究［Ｊ］． 安全與環境學報，２００５，５（５）：７８－８１.

［２２］ 解清杰，吳曉暉，陸曉華，等． 物化－生化組合工藝處理皂素廢水［Ｊ］． 環境工程，２００５，２３（３）：２６－２８．

［２３］ 但錦鋒，袁松虎，劉禮祥，等．皂素廢水處理工程的設計與調試運行［Ｊ］． 環境工程，２００６，２４（４）：２０－２１，２４．

［２４］ 張壽斗，畢亞凡，劉旋，等．黃姜皂素廢水處理工程實踐及分析［Ｊ］． 武漢工程大學學報，２００８，３０（３）：６５－６８．

［２５］ ＺＨＡＯ Ｈ Ｚ，ＣＨＥＮＧ Ｐ，ＺＨＡＯ Ｂ，ｅｔ ａｌ． Ｙｅｌｌｏｗ ｇｉｎｇｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｂｙ ａ ｈｙｂｒｉｄ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ［Ｊ］． Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２００８，４３（１２）：１４２７-１４３１．

［２６］ ＬＩ Ｈ， ＮＩ Ｊ Ｒ． Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｏｆ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ ｆｒｏｍ Ｄｉｏｓｃｏｒｅａ ｚｉｎｇｉｂｅｒｅｎｓｉｓ ｔｕｂｅｒｓ ｕｓｅｄ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ ｓｔｅｒｏｉｄ ｈｏｒｍｏｎｅｓ ｉｎ ａ ｍｉｃｒｏｂｉａｌ ｆｕｅｌ ｃｅｌｌ［Ｊ］． Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１，１０２ （３）： ２７３１-２７３５．

［２７］ 宋鳳敏，呼世斌．酵母菌生物接觸氧化工藝處理皂素生產廢水研究［Ｊ］．西北農林科技大學學報（自然科學版），２００５，３３（１２）：１１２－１１４．

［２８］ 凌云，馮貴穎，李曉斌，等．產朊假絲酵母菌處理皂素廢水的研究［Ｊ］．中國給水排水，２００８，２４（３）：８５－８７，９１．

［２９］ 馮仁濤，王宏勛，張曉昱． 白腐菌聯合處理皂素廢水與造紙黑液［Ｊ］．工業水處理，２００６，２６（８）：４５－４８．

［３０］ 李莉，惠云珍．光合細菌－活性污泥聯合處理皂素廢水的實驗研究［Ｊ］．廣州環境科學，２００９，２４（４）：１０－１２，４０．

［３１］ 訾靜，郭瑛，姜軍平，等．不同因素對光合細菌處理皂素生產廢水的影響［Ｊ］．西北農林科技大學學報（自然科學版），２０１１，３９（６）：１２９－１３４．

［３２］ 信欣，王焰新，楊雪芬． 貝殼固定化微生物處理黃姜皂素廢水［Ｊ］．水處理技術，２００６，３２（１２）：３６－３９．

［３３］ 楊雪芬，羅澤嬌，信 欣．ＰＶＡ固定化厭氧污泥處理皂素廢水試驗研究［Ｊ］．環境科學與技術，２００７，３０（２）：９３－９６．

［３４］ 王瑾，章北平，劉禮祥．人工濕地處理皂素廢水生產性試驗研究［Ｊ］．安全與環境工程，２００５，１２（１）：３５－３７．

［３５］ 王西峰，胡曉蓮．混凝沉淀－臭氧氧化深度處理皂素廢水的實驗研究［Ｊ］．應用化工，２００８，３７（３）：２５０－２５２．

［３６］ 李莉，劉光東，張衛東．天然絮凝劑殼聚糖對皂素廢水的深度處理實驗［Ｊ］．三峽環境與生態，２０１０，３（２）：１１－１３．

［３７］ 龔美珍，涂志英．從黃姜生產皂素廢水中提取焦糖色素的工藝研究［Ｊ］．食品科技，２００９，３４（９）：２１０－２１３．

［３８］ 劉智峰，宋鳳敏，劉瑾．粉煤灰在皂素廢水處理中的應用［Ｊ］．陜西理工學院學報（自然科學版），２０１０，２６（３）：７８－８０，８５．

［３９］ 宋鳳敏．改性粉煤灰與過氧化氫聯合作用深度處理皂素生產廢水的研究［Ｊ］．環境污染與防治，２０１１，３３（９）：３８－４１．

［４０］ ＺＨＡＮＧ Ｃ Ｘ，ＷＡＮＧ Ｙ Ｘ，ＹＡＮ Ｘ Ｆ． Ｌｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ： ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ ｕｓｅ ｏｆ ａｃｔｉｖａｔｅｄ ｃａｒｂｏｎ ｐｒｅｐａｒｅｄ ｆｒｏｍ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｒｅｓｉｄｕｅ［Ｊ］． Ｃｏｌｌｏｉｄｓ ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ Ａ： Ｐｈｙｓｉｏｃｈｅｍｉｃａｌ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ａｓｐｅｃｔｓ，２００６，２８０（１－３）：９－１６．

［４１］ 繆禮鴻，毛義華，朱薇玲．黃姜皂素廢渣廢水制備有機肥的研究與應用［Ｊ］． 湖北農業科學，２００７，４６（２）：２１８－２２１．

［４２］ 譚新敏，呂嘉櫪． 耐高溫活性干酵母處理皂素生產廢水的研究［Ｊ］．化學與生物工程，２００８，２５（１）：５２－５４．

［４３］ ＰＥＮＧ Ｙ，ＷＡＮＧ Ｙ Ｘ，ＹＡＮＧ Ｚ Ｈ，ｅｔ ａｌ． Ａ ｔｗｏ－ｓｔａｇｅ ｎａｎｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｒｅｃｌａｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ｗａｓｔｅｗａｔｅｒ［Ｊ］． Ｄｅｓａｌｉｎａｔｉｏｎ，２０１０，２５７（１－３）：５３-５７．

［４４］ ＷＡＮＧ Ｙ Ｘ， ＬＩＵ Ｈ， ＢＡＯ Ｊ Ｇ， ｅｔ ａｌ． Ｔｈｅ ｓａｃｃｈａｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｍｅｍｂｒａｎｅ ｒｅｔｒｉｅｖａｌ－ｈｙｄｒｏｌｙｓｉｓ （ＳＭＲＨ） ｐｒｏｃｅｓｓ： ａ ｎｏｖｅｌ ａｐｐｒｏａｃｈ ｆｏｒ ｃｌｅａｎｅｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ｄｅｒｉｖｅｄ ｆｒｏｍ Ｄｉｏｓｃｏｒｅａ ｚｉｎｇｉｂｅｒｅｎｓｉｓ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｌｅａｎｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，２００８，１６（１０）：１１３３-１１３７．

［４５］ ＺＨＵ Ｙ Ｌ，ＨＵＡＮＧ Ｗ，ＮＩ Ｊ Ｒ．Ａ ｐｒｏｍｉｓｉｎｇ ｃｌｅａｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ｆｏｒ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ｆｒｏｍ Ｄｉｏｓｃｏｒｅａ ｚｉｎｇｉｂｅｒｅｎｓｉｓ Ｃ． Ｈ． Ｗｒｉｇｈｔ［Ｊ］． Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｌｅａｎｅｒ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ，２０１０，１８（３）：２４２－２４７．

［４６］ ＬＩＵ Ｌ，ＤＯＮＧ Ｙ Ｓ，ＸＩＵ Ｚ Ｌ． Ｔｈｒｅｅ－ｌｉｑｕｉｄ－ｐｈａｓｅ ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ａｎｄ ｓｔｅｒｏｉｄａｌ ｓａｐｏｎｉｎｓ ｆｒｏｍ ｆｅｒｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｄｉｏｓｃｏｒｅａ ｚｉｎｇｉｂｅｒｎｓｉｓ Ｃ． Ｈ． Ｗｒｉｇｈｔ ［Ｊ］．Ｐｒｏｃｅｓｓ Ｂｉｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，２０１０，４５（５）：７５２－７５６．

［４７］ ＱＩＵ Ｌ Ｌ，ＮＩＵ Ｈ， ＨＵＡＮＧ Ｗ．Ｕｌｔｒａｓｏｎｉｃ ａｎｄ ｆｅｒｍｅｎｔｅｄ ｐｒｅｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ｄｉｏｓｇｅｎｉｎ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｆｒｏｍ Ｄｉｏｓｏｒｅａ ｚｉｎｇｉｂｅｒｅｎｓｉｓ Ｃ．Ｈ． Ｗｒｉｇｈｔ ［Ｊ］． Ｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ｄｅｓｉｇｎ，２０１１，８９（２）：２３９－２４７．