大蒜加工廢水處理研究進展

陳西良

(黃河水利職業技術學院，河南 開封 475004)

我國大蒜產量居世界首位，大蒜加工主要以蒜片為主，其程序包括挑選、清理、切片、漂洗、脫水等。其中在清理、漂洗和離心脫水過程中會產生大量的有機廢水。據估算，每生產1 t的脫水蒜片，需消耗30～40 t的水。由于大蒜中含有蒜氨酸，在大蒜經受物理擠壓或破碎時，蒜氨酸酶被激活從而形成大蒜素。大蒜素對細菌和真菌具有很強的抑制作用，因此傳統的生物法水處理工藝難以降解大蒜加工廢水。雖然大蒜生產廢水本身沒有毒性，但它含有大量可生物降解的有機物質，如果不經過處理直接排放將會消耗大量的溶解氧，廢水中的懸浮顆粒沉入水底經過厭氧分解會使水質惡化，造成嚴重的污染。此外，大蒜廢水有強烈的刺激性氣味，影響人的嗅覺。

大蒜廢水的成分很復雜，大蒜素是大蒜中活性成分的統稱，它包含糖類、脂質類、氨基酸類等化合物。除了大蒜素外，大蒜廢水中還含有大量的多糖、蛋白質、微生物和許多微量元素。這些活性物質使得大蒜具有殺菌消炎、增強免疫、抗氧化、降壓降脂等功效[1-2]。

大蒜加工生產所產生的廢水具有季節性強，高COD、BOD、氨氮等特征，另外由于大蒜素的影響，使得大蒜廢水成為高濃度難降解廢水。目前，處理工藝主要是通過生物、化學、物理等多種方法，破壞廢水中的有機成分，最終使有機物得以礦化。雖然這些工藝能夠在一定程度上使廢水中的COD、BOD、氨氮等指標降低，但是要實現完全的達標排放依然很困難；而且，大蒜廢水中的大蒜素、大蒜多糖、氨基酸等活性成分沒有得到充分的利用，造成了很大的浪費。

1 生物法處理工藝

SBR工藝操作靈活，對氮磷的去除率較高。劉璨[3]等人在實驗室模擬了SBR法處理大蒜加工廢水的效果。研究了曝氣時間、有機負荷、運行時間等參數對COD的去除情況，并在最佳條件下考察了對總磷和總氮的去除效果。實驗結果雖然不能達到污水綜合排放一級標準，但是可以實現COD的去除率75.8%，BOD的去除率86.1%，總氮去除率79.9%，總磷的去除率69.2%。傅源[4-5]則通過選用適當的活性污泥作為菌種進行培養，使COD的去除率達到98%以上，并使處理廢水達到了國家一級排放標準。研究還發現污泥的培育溫度對實驗影響較為顯著，隨著溫度的升高，廢水的COD去除率也增加。

武江津[6]等通過實驗發現UASB法由于普通的好氧工藝，但是在處理大蒜廢水的過程中存在工序繁瑣、預熱時間太長等問題。馮露[7]等人的研究結果則顯示預處理和活性污泥法的聯用要優于單一的活性污泥法。

張獻彬[8]等人采用氣浮-混流式生物選擇-加強SBR工藝處理大蒜加工廢水，實現COD的去除率97.9%，BOD的去除率99.2%，而且運行穩定，操作靈活。出水指標可以達到《污水綜合排放標準》中一級標準的要求。通過水解酸化池在厭氧環境下將大分子的蛋白質和多糖降解為小分子的氨基酸和羧酸，而且能水解部分污泥，減少污泥的排放量。水解酸化池的出水流入多級生物接觸氧化池。最終實現水質達標排放。

2 膜處理工藝

膜技術用于大蒜廢水的處理有兩個獨特的優勢：(1)可以高效的處理大蒜廢水，使大蒜加工廢水最終達到排放標準；(2)可以回收大蒜廢水中的活性成分，這些活性成分具有較高的附加值。

納濾膜的孔徑在納米量級，截留物質的分子量介于超濾和反滲透之間，其操作壓力遠遠小于反滲透，能夠有效的分離小分子有機物。熊濤[9]和吳劉健[10]等人分別采用納濾工藝分離提純了大蒜素，實驗發現當采用采用150u的納濾膜過濾時，依然有超過90%的大蒜素通過納濾膜，經過冷凍干燥可以得到大蒜素的干品。作者研究了不同膜通量、操作壓力、溫度等對結果的影響。王愷[11]和張黎明[12]等人的研究發現可以通過膜方法提取大蒜素等有效成分。鄭永軍[13]采用分子印跡分離技術和膜分離技術相結合，對廢水進行多級分離處理，并成功從廢水中提取大蒜素和大蒜多糖，實現了廢水的回收利用和零排放，達到了工業化生產的技術要求。

李易[14]在研究中設計了三種膜組合工藝進行大蒜廢水中有效成分的分離實驗：納濾+反滲透、超濾+反滲透和單級反滲透。實驗結果證實三種工藝流程均可實現對大蒜廢水的達標處理，納濾+反滲透在使產水達標的同時,可以更好地分離大蒜素與大蒜多糖。文章進一步對濃縮廢液添加聚合氯化鋁和聚酰亞胺進行了絮凝-壓濾處理。

3 物理和化學氧化法

物理方法和化學氧化方法經常配合使用，處理大蒜廢水。常見的如通過過濾的方法去除大蒜加工廢水中的蒜皮、蒜根、泥沙等固體物質。如果在廢水中加入聚合氯化鋁、聚酰亞胺、聚合硫酸鐵等絮凝劑，還能去除膠體物質，大大降低廢水的COD、BOD等。

氣浮法利用高濃度分散的微氣泡作為載體去除廢水中的懸浮物，可以從而實現固液分離。在處理大蒜加工廢水時通過微孔管直接將壓縮空氣通入廢水中，使懸浮顆粒物上浮達到處理效果[15]。

大蒜廢水經過絮凝處理后，加入鐵碳微電解填料，利用鐵和碳之間微電解產生H原子，與廢水中的有機物質發生氧化還原反應，將大分子物質分解為小分子無毒物質; 經過微電解處理后，投加氫氧化鈣調節pH值至中性，Fe2+進一步氧化成Fe3+，形成具有較高吸附絮凝活性的絮凝劑，最后通過絮凝沉淀去除廢水中的有機質[16]。

將微電解反應和芬頓氧化反應相結合，用于大蒜生產廢水的處理，能夠快速將大蒜廢水中的COD含量降低至50 mg/L以下，整體反應穩定性好，處理效率較高[17]。王愷也通過鐵炭微電解-芬頓試劑氧化聯用處理廢水。微電解反應產生的Fe2+可以作為芬頓試劑的催化劑，能夠有效降低廢水中的COD提高大蒜廢水的可生化性[11]，該反應受pH值、反應時間和H2O2的濃度等影響，在最佳條件下可以達到60%的去除率[18]。

臭氧有強氧化性，是比氧氣更強的氧化劑，可在較低溫度下發生氧化反應。通過將臭氧氧化和生物法處理相結合，在臭氧池中大分子的有機物被氧化分解進入后續的生物反應池，通過進一步的厭氧或好氧處理，最終使廢水得到處理并達標排放[19]。

4 總結與展望

大蒜加工廢水屬于典型的高濃度難降解有機廢水，目前已經開展的研究包括物理方法如過濾、絮凝、氣浮等，化學氧化法如芬頓試劑氧化、臭氧氧化、鐵炭微電解等，生物處理主要有SBR法、UASB、活性污泥法等。近年來，隨著膜處理工藝的快速發展，超濾、納濾、反滲透等技術用于大蒜加工廢水的處理，不但可以降低廢水的COD、BOD、氨氮等指標，而且可以實現大蒜活性成分的分離提取，為大蒜加工廢水的回收利用提供了新的選擇。由于大蒜加工廢水難降解，目前的研究趨于多種方法的聯合，通過工藝之間的相互彌補，相信未來大蒜加工廢水一定能夠得到完善的治理。