食品工业高色度废水处理的现状和展望

摘要：概述了我国食品工业高色度废水的近况及来源、特点及危害，分别从物理法、化学法和生物法3 个方面介绍了目前食品工业高色度废水处理的现状，并进一步从可持续发展的角度对我国食品工业高色度废水的处理进行了展望。

关键词：食品工业；高色度废水；危害；现状；展望

随着经济的高速发展，生活水平的提高，工业化程度加强，食品生产过程对环境的污染加剧，对人类健康的危害也日益普遍和严重，特别是生产过程排出的废水，具有有机污染物浓度高、色度高、水质和水量变化幅度大等特点，是最难处理的工业废水之一。特别是色度在食品工业废水处理中一直是难点和重点。

1、食品工业废水的来源、特点及危害

1.1 食品工业废水的来源

食品工业废水的主要来源于3 个生产工段。一是原料清洗和生产设备的清洗：大量沙土杂物、叶、皮、鳞、肉、羽、毛和色素等进入废水中，使废水中含大量的悬浮物。二是生产工段：原料中很多成分在加工过程中不能全部利用，未利用部分进入废水中，是废水含大量有机物；三是成型工段：为增加的食品的色、香、味，延长保质期，使用各种添加剂，一部分流失进入废水，如各种染料（焦糖色素、柠檬黄、姜黄、果绿、亮蓝等），使废水化学成分复杂[1]。另外，还有添加剂的生产（特别是食用色素的生产） 排除的大量废物和废水也形成化学污染。

1.2 食品工业废水的特点

由于食品种类繁多，原料广泛，所以食品工业废水具有悬浮物、油脂含量高、色度高，COD（化学需氧量）和BOD（生化需氧量）值大，水质和水量变化幅度大，氮、磷化合物含量高等特点。

1.3 食品工业废水的危害

食品工业废水本身无毒害，但含有大量可降解的有机物，废水若不经过处理排入水体会消耗水中大量的溶解氧，造成水体缺氧，使鱼类和水生生物死亡。废水中的悬浮物沉入河底，在厌氧条件下分解，产生臭水恶化水质，污染环境。若将废水引入农田进行灌溉，会影响农产品的使用，并污染地下水源。废水中夹带的动物排泄物，含有虫卵和致病菌，将导致疾病传播，直接危害人畜的健康[2]。

2、食品工业高色度废水处理现状

高色度废水的处理在食品工业废水处理一直是难点。食品工业废水的高色度的主要来源：第一，食品生产过程中，化学反应产生色素，最后进入废水之中，如酱油发酵过程中葡萄糖氧化生成的类黑素等；第二，生产过程中，为了让食品达到良好的色泽，添加的食用色素和染料等，如在酱油调配时人工加入的焦糖色素和青豆生产中加入的果绿等。

国内外对高色度食品工业废水的处理方法主要有：物理方法、化学方法和生物方法等。目前通常采用的方法有吸附、混凝、氧化、还原、电解、生化等。这些方法都有其自身难以克服的缺点，且一般只能处理色度较低的废水，根本无法解决高色度废水的脱色问题。

2.1 物理方法

2.1.1 吸附法

吸附法是利用多孔性固体物质做吸附剂，以其表面吸附废水中高色度物质的方法[3]。常用的吸附剂有活性炭、硅藻土、焦粉以及大孔吸附树脂等。

活性炭具有疏松多孔、堆积密度低、比表面积等特点能够高效的吸附水溶性的色素和染料，但不能够吸附悬浮固体和不溶性的染料。并且，活性炭的再生费用昂贵，一般用于少量、浓度较低的废水处理。锅炉煤渣、钢渣[4]、焦粉和农产品废弃物[（5] 如甘蔗渣、花生壳等）具有一定的吸附能力，可以替代活性炭。雒和明等人的实验表明以废弃焦粉为原料，通过脱灰处理，采用过二硫酸铵化学改性，可有效吸附废水中的亚甲基蓝染料[6]。

大孔吸附树脂是一种内部具有三维空间立体孔结构，孔径与比表面积都比较大的高分子聚合物。其比表面积大，吸附效率高，洗脱再生容易，在高色度食品工业废水中得到一定范围的使用。吕建、熊春华报道，采用大孔树脂对含有高色度果绿的食品废水进行吸附取得了良好的效果，吸附率可达93.4 %，大孔树脂的二次洗脱率达89.3 %[7]。但大孔吸附树脂处理量小，产能小，再生困难，设备投资大。

2.1.2 凝集法

凝集法利用金属氢氧化物或有机金属聚合物的吸附或离子桥作用进行脱色，此法对于粒径在10- 9 nm~10- 8 nm范围内的粒子最为有效。这种方法的原理是，加入带电荷或者极性官能团的凝聚剂，消除原系统粒子间的静电斥力的作用，促使其凝集沉降，从而达到分离脱色的目的[8]。

常用的凝聚剂有无机凝聚剂和高分子凝聚剂。无机凝聚剂包括铝系[大多为Al2O4 或（NH4）2SO4 的混合溶液]，铁系[FeSO4、Fe2 （ SO4）3 或FeCI3 等]，以及用于改变pH，使某些物质沉降的酸碱凝聚剂。无机凝聚剂对有色废水处理效果较好，但对pH 过于敏感，只有在最合适的pH 条件下才会有满意效果。高分子凝聚剂分子量较大，与粒子结合能力较强，用量少，凝集速度快，且对pH 的适应性大于无机凝聚剂。此外，有专利表明，以泥土作为原材料，在无机酸中室温活化可产生用作凝聚剂的产物，对多种染料具有脱色效果[9]。

2.2 化学方法

2.2.1 氧化还原法

氧化还原法主要是采用臭氧、过氧化物、连二硫酸盐、次氯酸盐等氧化还原剂处理高色度废水，使有机分子中的双键发生断裂而达到脱色目的。

采用氧化还原法处理食品高色度废水的报道较多，在许多方面有了新的进展。孙凯等报道了采用Fenton 试剂对酱油生产废水中焦糖色素进行处理，在pH=4 的条件下，反应40 min 去除率达到90 %[10]；龚宜等实验表明臭氧在20 min 内可使嫩黄染料的脱色率达到96.7 %以上[11]；郑志军等在采用二氧化氯对活性染料废水处理也取得了较为满意的结果[12]；张文启等发表论文阐明采用臭氧/ 纳米氧化铁可催化氧化废水脱色，经过6 min 氧化，色度去除率可达95 %以上[13]。

2.2.2 电化学法

电化学法处理废水一般无需加入化学药品，后处理简单，占地面积小，管理方便，被称为清洁处理法。随着电力工业的发展，电化学法正逐步成为一种应用广泛的水处理技术。

电化学脱色法可分为二维电极法和多维电极法。二维电极法是采用两溶解性或不溶性的极板作为电极，通入直流电，通过电解槽内发生的电化学氧化还原反应达到脱色目的；多维电极法是在传统的二维电极间填充粒状或其他碎屑状工作电极材料，由主电极供给电流，是填充的工作电极材料表面带电，成为新的电极，从而通过电化学反应达到脱色的目的[14]。梁宏等实验表明在多维电极处理系统加入铁屑能使对废水的脱色率和CODCr 降解率得到显著提高[15]；李士安等报道铁床对高色度有机废水具有良好的脱色效果，并可在一定范围内降低废水的COD 值，提高废水的可生化性[16]。

2.3 生物方法

2.3.1 活性污泥法

活性污泥法是利用含有大量微生物的活性污泥，对污水中的有机物或无机污染物进行吸收和氧化分解，从而使污水得以净化的方法。由于此法处理水的能力大、效率高，已被广泛的用于各种废水的处理[17]。包淑娟等实验表明活性污泥能够较好的脱色[18]。

2.3.2 厌氧生物处理法

厌氧生物处理法是利用兼性厌氧菌和专性厌氧菌将污水中大分子有机物降解为低分子化合物，进而转化为甲烷、二氧化碳的有机污水处理方法。欧富初等报道采用A/PAC-MAS 工艺（厌氧/ 活性炭- 改良活性污泥法）处理酱油生产废水，通过优势菌种脱色和PAC 脱色结合，可使色度高达200 多倍的酱油生产废水得到有效处理，而出水色度能稳定在40 倍以下[19]。

3、食品工业高色度废水处理的展望

随着国家对环境污染治理方式的发展和成熟，构建可持续发展的工业已经成为当务之急。现在我国的环境保护已从事后治理转向事前预防与控制，采用防治结合的原则。因此，在食品工业高色度废水处理问题上也应该遵循此原则，做到以下几点：

1）改革工艺及对废水进行综合利用，最大限度地减少废水量，防止废水的污染，将排出的废水经过处理再循环重复使用；

2）逐级用水，实现一水多用。可按照食品生产过程中各道工艺对水质和水流的不同要求，把水分成几个等级，串联起来逐级使用，实现一水多用；

3）全面规划、合理布局，充分利用水体的自净能力，减少污染，在某一地区或区域建立污水处理厂；

4）充分利用企业原有的净化设施，不仅能节约投资，更重要的是能减少占地，在旧设施上引进具有强化净化效果的新技术；

5）采用新技术、新工艺。工业废水处理方法，正向设备化、自动化的方向发展。近年来广泛发展起来的气浮、高梯度电磁过滤、臭氧氧化及离子交换等，都为工业废水处理提供了新工艺、新技术和新方法。在完善老厂水处理方法的同时应考虑采用新技术。

随着科学技术的突飞猛进，处理高色度废水的技术和工艺将不断发展，我们有充分的理由相信，更加先进的高色度废水处理技术将会向雨后春笋那样迅速涌现，高色度废水将会处理的更好。