茶多酚生產(chǎn)廢水的處理
水解酸化對茶多酚廢水的COD去除率很低，停留24h去除率僅為9.5%，對茶多酚的去除率也很低，但水解酸化使廢水的可生化性提高。在水力停留時間為12h時，接觸氧化出水COD可降到161mg/L，COD的平均去除率可達到85%，再通過投加PAC混凝沉淀后可完全達到排放標(biāo)準(zhǔn)。
茶多酚(Tea Polyphenols)是存在于茶葉中的一類多酚物質(zhì)，具有明顯的抗菌、防衰老、消除體內(nèi)過剩的自由基和抑制癌細胞等作用，在食品加工、醫(yī)藥和日用化工等方面有廣泛的應(yīng)用前景。
茶多酚生產(chǎn)廢水中的有機物濃度高、色度大、多環(huán)大分子芳香類化合物含量高、處理難度大，目前在國內(nèi)外尚無成熟的處理工藝，作者通過試驗提出了一套可行的處理方案。
1 處理工藝的選擇
11 廢水水質(zhì)
某茶多酚生產(chǎn)廠廢水主要包括提取后的剩余母液和沖洗水。
由茶多酚的生產(chǎn)工藝可知，廢水的成分與茶葉中的水溶性成分基本相同，其中有機酸、糖分、氨基酸和果膠物質(zhì)可生化性較好，生物堿的可生化性還有待研究(但它的含量較少)。茶多酚在廢水中的含量最高，因而著重考察了對茶多酚的去除方法及廢水可生化性的變化。
茶多酚對細菌(包括厭氧、好氧及兼性細菌)有很強的抑制作用，茶多酚的抑菌能力與其濃度呈正比，且與立體結(jié)構(gòu)有關(guān)。一般脂型兒茶素(如EGCG、ECG等)抑菌效果強于其他組分。有資料表明，茶多酚對大腸桿菌的最低抑制濃度為1000mg/L，而ECG、EGCG等對金黃色葡萄球菌的最小抑制濃度分別為160、250mg/L，但茶多酚的抑菌作用有很強的選擇性，可抑制有害菌群的生長，但對霉菌、酵母菌等正常菌群則有維持菌群平衡的作用。因而，有關(guān)資料報道，兒茶素雖然對細菌有抑制作用，但在厭氧條件下也可使污泥馴化。
1.2 處理工藝的選擇
該廠廢水原采用活性污泥法處理，但處理裝置每運行10d左右就出現(xiàn)菌膠團解體的現(xiàn)象。在試驗中廢水不經(jīng)預(yù)處理而直接進行好氧生化處理時，在溫度為35℃的條件下一般5～9d也出現(xiàn)了菌膠團解體現(xiàn)象。由此可知，對該廢水直接進行好氧生化處理是不可行的，而實測該廢水BOD5/COD=0.55(可生化性較好)，與試驗現(xiàn)象不吻合。分析其原因主要是由于在測定BOD5時由于稀釋作用使得茶多酚的濃度和毒性降低，但這一點沒有反映到BOD5/COD中。
2 試驗方法
21 預(yù)處理
取800mL廢水進行燒杯試驗，投加Ca(OH)2調(diào)節(jié)pH值，然后投加一定量的混凝劑進行磁力攪拌，靜沉1h后取上清液進行分析。
22 生化處理
取沉淀后的上清液進行水解酸化—接觸氧化試驗。厭氧、好氧反應(yīng)器均采用80mm×500mm的有機玻璃柱(厭氧柱內(nèi)進行攪拌，好氧柱內(nèi)掛設(shè)軟性填料)。厭氧污泥取自某工業(yè)廢 水處理站水解酸化池，好氧污泥取自某城市污水處理廠的二沉池排泥，污泥在馴化一個多月后開始進行測試。為了考察廢水中污染物濃度的變化，進一步確定該廢水在實際工程應(yīng)用中所需的停留時間，采用間歇運行方式水解酸化24h后進入接觸氧化池(停留時間為24h)。
2.3 后處理
取缺氧24h、好氧12h的生化出水進行燒杯混凝沉淀試驗(與預(yù)處理相同)。
2.4 測定方法
COD：快速重鉻酸鉀法；BOD5：標(biāo)準(zhǔn)稀釋法；色度：稀釋倍數(shù)法；茶多酚：比色法。
3 結(jié)果與分析
3.1 預(yù)處理
廢水中的茶多酚在一定的pH值下會和金屬離子(如Al3+、Ca2+等)反應(yīng)生成難溶化合物，和某些過渡金屬離子會發(fā)生顯色反應(yīng)，如投加含F(xiàn)e2+、Fe3+的混凝劑時會生成有色絡(luò)合物，水的顏色會由黃色變成墨綠色，并且有酸臭味，反應(yīng)式如下：
6R-OH+FeCl3→H3［Fe(OR)6](綠色)+3HCl
為避免色度的產(chǎn)生，分別采用聚合氯化鋁(PAC)和Al2(SO4)3進行比較試驗，一方面這兩種物質(zhì)可與茶多酚生成難溶化合物，另一方面通過絮凝作用去除水中呈膠體和微小懸浮狀態(tài)的有機和無機物質(zhì)，減小了生化處理的負荷。由于廢水偏酸性，投加Ca(OH)2一方面可 調(diào)節(jié)廢水的pH值，另一方面Ca2+也和茶多酚反應(yīng)生成難溶化合物，進一步減少水中茶多酚的含量，為后續(xù)生化處理的順利進行提供了條件。茶多酚在堿性條件下很容易氧化變色，控制pH值在6～7。
投加PAC和Al2(SO4)3對茶多酚有較好的去除效果。PAC的最佳投量為250mg/L，對COD的去除率為29%左右，對茶多酚的去除率為85%左右。Al2(SO4)3的最佳投量為500mg/L，對COD的去除率為35%左右，對茶多酚的去除率為86%左右？紤]到Al2(SO4)3投量為500mg/L會導(dǎo)致水中硫酸鹽含量過高，影響后續(xù)厭氧生化處理的效果，所以建議在實際工程中采用PAC作混凝劑，但由于該反應(yīng)可逆，不能完全去除廢水中的茶多酚，試驗中發(fā)現(xiàn)如采用二次沉淀則可完全去除茶多酚，沉淀后的上 清液用Fe2+檢測時不出現(xiàn)顯色反應(yīng)。沉淀后上清液的BOD5/COD=0.57(與進水相差不大)，但因茶多酚的去除將大大改善廢水的可生化性。
3.2 生化處理
由于該廢水中所含大都為天然物質(zhì)，其分子質(zhì)量較大，而采用水解酸化可使水中的高分子物質(zhì)在產(chǎn)酸菌的作用下分解為小分子，減少好氧處理的負荷，同時在厭氧條件下也可使廢水中殘留的茶多酚得到部分降解。好氧采用接觸氧化，微生物附著在填料上不易流失，可適應(yīng)間歇生產(chǎn)的要求。
為此，試驗期間進行了多次降解過程的測試(原水水溫為15.2℃，進水COD為1166mg/L，茶多酚濃度為145mg/L，污泥濃度3560mg/L)，試驗結(jié)果表明，在水解酸化階段茶多酚的降解率很小，停留時間為24h時降解率僅為18%。有關(guān)資料表明，兒茶素在厭氧條件下停留3d酸化率僅為30%，由此可見茶多酚的可生化性很差。水解酸化階段COD的降解率也很低，停留時間為24h時對COD的去除率僅為9.5%，但水解酸化出水的BOD5/COD值從進水的0.57提高到0.68左右(提高了19.3%)，主要是由于水解酸化可將果膠、糖分等有機高分子降解為小分子，便于后續(xù)好氧處理。在厭氧出水進入好氧后，由于曝氣充氧使茶多酚在很短的時間內(nèi)全部被氧化。在好氧階段當(dāng)停留時間為12h，出水COD從1056mg/L降到161mg/L，去除率為85%，但出水呈紅色且色度＞50倍。
分析原因主要是由于水中一部分在預(yù)處理中尚未沉淀下來的茶多酚在生化處理時很難被降解，只能被空氣氧化，由酚類變成醌類、茶紅素而呈現(xiàn)紅色，因而在預(yù)處理階段對茶多酚的去除是否完全對于廢水處理的效果是至關(guān)重要的。由于在預(yù)處理階段很難將茶多酚去除完全，而好氧對茶多酚基本沒有降解作用，雖然水解酸化對茶多酚的降解率很低，但為了盡可能地降低茶多酚的濃度和減小出水的色度，水解酸化池應(yīng)采用較長的停留時間。
3.3 后處理
茶多酚廢水經(jīng)預(yù)處理和生化處理后水質(zhì)得到了明顯改善，但出水仍然不能達標(biāo)，尤其是色度較大。為此，分別采用化學(xué)氧化、活性炭吸附和混凝沉淀進行后處理試驗。
化學(xué)氧化采用的氧化劑為NaClO，活性炭試驗采用投加粉末活性炭，這兩者都存在投藥量過大、不經(jīng)濟的問題。
混凝沉淀試驗采用聚合鋁作混凝劑，試驗結(jié)果表明，對厭氧24h、好氧生化12h的出水進行混凝沉淀處理，最佳投藥量為80mg/L，沉淀1.0h后COD可降到80mg/L，出水色度＜50倍，出水清澈透明，完全達到該地區(qū)的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。
4 結(jié)論和建議
① 投加PAC和Ca(OH)2對茶多酚廢水進行預(yù)處理是一種經(jīng)濟可行的方法，COD的去除率也可達到29%，茶多酚的去除率可達到85%，茶多酚的去除提高了廢水的可生化性。
②水解酸化對茶多酚廢水的COD去除率很低，停留24h去除率僅為9.5%，對茶多酚的去除率也很低，但水解酸化使廢水的可生化性提高了19.3%。
③在水力停留時間為12h時，接觸氧化出水COD可降到161mg/L，COD的平均去除率可達到85%，再通過投加PAC混凝沉淀后可完全達到排放標(biāo)準(zhǔn)。
④根據(jù)茶多酚與某些金屬離子反應(yīng)的可逆性，預(yù)處理產(chǎn)生的沉淀物可通過加酸處理而使茶多酚游離出來，且茶多酚的經(jīng)濟價值又很高，故建議在實際工程中考慮對茶多酚的回收利用，這樣可減少污水處理的費用。
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