超高速离心对甘薯淀粉废水理化特性的影响

孙健++钮福祥++岳瑞雪++张毅++徐飞++朱红+王洪云

摘要：采用超高速离心技术，研究其对甘薯淀粉废水的处理效果及理化特性的影响。结果表明，经超高速离心处理，甘薯淀粉废水的pH值高于对照，而总固形物含量、化学需氧量（COD）低于对照；而随着处理时间延长，甘薯淀粉废水的pH值、总固形物含量和化学需氧量（COD）均呈现下降趋势。相关性分析结果表明，离心组的总固形物含量与COD、总磷（TP）含量、pH值与COD的相关性显著；而对照的总固形物含量与pH值、COD、总氮（TN）含量、pH值与COD、TN含量的相关性显著。因此，超高速离心能够有效去除甘薯淀粉废水中部分可溶性淀粉、蛋白质、纤维素等固形物组分。

关键词：甘薯；淀粉废水；超高速离心；理化特性

中图分类号： X703文献标志码： A文章编号：1002-1302（2016）06-0455-02

收稿日期：2015-04-23

基金项目：国家现代农业产业技术体系建设专项（编号：CARS-11-B-20）。

作者简介：孙健（1979—），男，江苏徐州人，硕士，副研究员，主要从事甘薯加工研究。E-mail：sjsg9902@126.com。

通信作者：钮福祥，硕士，研究员，主要从事甘薯深加工和副产物综合利用。E-mail：niufuxaing@sina.com。我国甘薯种植面积约为460万hm2，鲜薯总产1.0亿 t 左右[1]。淀粉加工是我国农户从事甘薯产后加工的主要方式[2]，据测算，1 t淀粉需用水20 t左右[3]，由此产生大量的淀粉废水，其主要成分为可溶性淀粉、蛋白质、纤维素、果胶、脂类等物质[4-5]，化学需氧量（CODCr）可达 8 000 ～10 000 mg/L，悬浮物为2 500 ～ 3 000 mg/L。在农户规模的加工生产中，这些废水大多未经任何处理直接排入自然水体中，导致环境污染问题突出，已成为影响我国甘薯淀粉加工业进一步发展的瓶颈。目前，甘薯淀粉废水常用的处理方法有絮凝沉淀法、生物处理法及土地处理法等[6]，但这些处理方法存在二次污染、使用成本高、处理效率低等问题。超高速离心技术是一种物理分离方法，具有处理效率高、处理量大等特点，本试验通过该技术对甘薯淀粉废水理化性质变化的研究，探讨农户规模化处理甘薯淀粉废水的可行性。

1材料与方法

1.1材料与试剂

甘薯淀粉废水，自制，所用品种为徐薯22；重铬酸钾、硫酸银、硫酸亚铁铵、过硫酸钾、钼酸铵、硝酸钾、氢氧化钠等均为分析纯试剂。

1.2仪器设备

GZX-1高速分离机中试成套设备，上海浦东天本离心机械有限公司；730 pH计，德国WTW公司；DHG-9246A电热鼓风干燥箱，上海精宏实验设备有限公司；2450紫外分光光度计，日本岛津公司；LDZX-50KBS蒸汽灭菌锅，北京阳光斯德生物技术发展公司；DK-S26电热恒温水浴锅，上海精宏实验设备有限公司；SB-3200D超声波清洗机，浙江省宁波新芝生物科技股份有限公司。

1.3试验方法

1.3.1甘薯淀粉废水制备在模拟农户甘薯淀粉加工水平上，以淀粉型甘薯品种徐薯22为原料，在料水比1 g ∶ 5 mL的条件下，利用多功能粉碎机破碎打浆，经双层纱布过滤，淀粉乳浊液室温静置24 h，取上清液即为甘薯淀粉废水。

1.3.2甘薯淀粉废水超高速离心处理取25 L甘薯淀粉废水经过转速18 000 r/min的管式离心机处理后，置于室内，保持温度在16～22 ℃，考察甘薯淀粉废水在存放过程中理化指标的变化。同时，以未经超高速离心处理的甘薯淀粉废水作为对照。

1.3.3甘薯淀粉废水理化指标测定总固形物含量、COD、总氮（TN）含量分别采用GB 5009.3—2010《食品中水分的测定》、GB 11914—1989《化学需氧量的测定》、HJ 636—2012《水质 总氮的测定 碱性过硫酸钾消解紫外分光光度法》的方法测定。

2结果与分析

2.1超高速离心对甘薯淀粉废水pH值的影响

由图1可知，经超高速离心处理后的甘薯淀粉废水初始pH值高于对照，随着时间的延长，对照组略高于离心组；试验期间，离心组与对照组淀粉废水pH值均呈下降趋势，而且前期（0～3 d）快速下降，之后变化平缓，这可能与产酸微生物的发酵作用有关。

2.2超高速离心对甘薯淀粉废水总固形物含量的影响

经超高速离心处理后，甘薯淀粉废水的可溶性淀粉、蛋白质、纤维素等组分部分被分离出去，其总固形物含量下降 17.26% 以上。与对照相比，离心组的甘薯淀粉废水的总固形物含量较低（图2）。随着时间的延长，甘薯淀粉废水的总固形物含量呈缓慢下降趋势。

2.3超高速离心对甘薯淀粉废水COD的影响

甘薯淀粉废水含有蛋白、糖类等有机物，属高污染废水，其COD一般较高。由图3可知，在试验初期，对照组、离心组COD分别为10 047.0、9 805.6 mg/L，随着时间的延长，COD均呈下降趋势，而且对照组COD始终高于离心组，说明超高速离心处理能够去除部分蛋白、多糖等有机物，从而降低甘薯淀粉废水COD。

2.4超高速离心对甘薯淀粉废水总氮含量的影响

氮富集是水体富营养化的主要原因和表现之一，一般将TN含量作为水体富营养化程度的指标之一[7]。由图4可知，在试验前期（0～6 d），对照组总氮含量高于离心组；而试验后期（9～12 d），离心组总氮含量却高于对照组。说明超高速离心能够去除部分蛋白质，而后期变化可能与微生物大量繁殖有关。

2.5甘薯淀粉废水理化特性相关性分析

对离心组和对照组的甘薯淀粉废水理化特性进行相关性分析，结果如表1和表2所示。由表1可知，结果离心组的总固形物含量与COD呈显著正相关（P<0.05）；pH值与COD呈显著正相关（P<0.05）。而对照组（表2）的总固形物含量与pH值、COD、TN含量分别呈极显著正相关（P<0.01）、显著正相关（P<0.05）、显著负相关（P<0.05）；pH值与COD、TN含量分别呈显著正相关（P<0.05）、显著负相关（P<0.05）。由此可见，超高速离心能够有效去除甘薯淀粉废水中部分可溶性淀粉、蛋白质、纤维素等组分。同时发现，甘薯淀粉废水COD与总固形物含量、pH值关系密切。

3结论

经超高速离心处理，甘薯淀粉废水的pH值升高，而总固形物含量、COD下降；而随着处理时间延长，甘薯淀粉废水的pH值、总固形物含量和COD均呈下降趋势。

甘薯淀粉废水理化特性相关性分析结果显示，离心组的总固形物含量与COD分别呈显著正相关，pH值与COD呈显著正相关；而对照组的总固形物含量与pH值、COD、TN含量分别呈极显著正相关、显著正相关、显著负相关；pH值与COD、TN含量分别呈显著正相关、显著负相关。超高速离心能够有效去除甘薯淀粉废水中部分可溶性淀粉、蛋白质、纤维素等组分，这为应用超高速离心技术规模化处理甘薯淀粉废水提供了试验依据。

参考文献：

[1]马代夫，李强，曹清河，等. 中国甘薯产业及产业技术的发展与展望[J]. 江苏农业学报，2012，28（5）：969-973.

[2]钮福祥，马代夫，戴起伟，等. 我国甘薯产业发展概况及政策建议——基于全国627户农户问卷调查[J]. 江苏农业科学，2012，40（11）：438-441.

[3]王丰，靳艳玲，方扬，等. 清洁高效甘薯淀粉加工技术[J]. 农业工程技术·农产品加工业，2013（11）：38-40.

[4]王乾. 甘薯淀粉废水处理工艺研究及设计[D]. 青岛：中国海洋大学，2011.

[5]木泰华，陈井旺. 甘薯淀粉加工副产品综合利用前景广阔[J]. 农产品加工·综合刊，2011（1）：10-11.

[6]肖继波，赵委托，褚淑祎，等. 薯类淀粉废水处理技术及资源化利用研究进展[J]. 浙江农林大学学报，2013，30（2）：292-298.

[7]梅长青，王心源，李文达. BP网络模型在巢湖富营养化评价中的应用[J]. 能源与环境，2008（1）：9-11