大蒜加工废水处理研究进展

陈西良

(黄河水利职业技术学院，河南 开封 475004)

我国大蒜产量居世界首位，大蒜加工主要以蒜片为主，其程序包括挑选、清理、切片、漂洗、脱水等。其中在清理、漂洗和离心脱水过程中会产生大量的有机废水。据估算，每生产1 t的脱水蒜片，需消耗30～40 t的水。由于大蒜中含有蒜氨酸，在大蒜经受物理挤压或破碎时，蒜氨酸酶被激活从而形成大蒜素。大蒜素对细菌和真菌具有很强的抑制作用，因此传统的生物法水处理工艺难以降解大蒜加工废水。虽然大蒜生产废水本身没有毒性，但它含有大量可生物降解的有机物质，如果不经过处理直接排放将会消耗大量的溶解氧，废水中的悬浮颗粒沉入水底经过厌氧分解会使水质恶化，造成严重的污染。此外，大蒜废水有强烈的刺激性气味，影响人的嗅觉。

大蒜废水的成分很复杂，大蒜素是大蒜中活性成分的统称，它包含糖类、脂质类、氨基酸类等化合物。除了大蒜素外，大蒜废水中还含有大量的多糖、蛋白质、微生物和许多微量元素。这些活性物质使得大蒜具有杀菌消炎、增强免疫、抗氧化、降压降脂等功效[1-2]。

大蒜加工生产所产生的废水具有季节性强，高COD、BOD、氨氮等特征，另外由于大蒜素的影响，使得大蒜废水成为高浓度难降解废水。目前，处理工艺主要是通过生物、化学、物理等多种方法，破坏废水中的有机成分，最终使有机物得以矿化。虽然这些工艺能够在一定程度上使废水中的COD、BOD、氨氮等指标降低，但是要实现完全的达标排放依然很困难；而且，大蒜废水中的大蒜素、大蒜多糖、氨基酸等活性成分没有得到充分的利用，造成了很大的浪费。

1 生物法处理工艺

SBR工艺操作灵活，对氮磷的去除率较高。刘璨[3]等人在实验室模拟了SBR法处理大蒜加工废水的效果。研究了曝气时间、有机负荷、运行时间等参数对COD的去除情况，并在最佳条件下考察了对总磷和总氮的去除效果。实验结果虽然不能达到污水综合排放一级标准，但是可以实现COD的去除率75.8%，BOD的去除率86.1%，总氮去除率79.9%，总磷的去除率69.2%。傅源[4-5]则通过选用适当的活性污泥作为菌种进行培养，使COD的去除率达到98%以上，并使处理废水达到了国家一级排放标准。研究还发现污泥的培育温度对实验影响较为显著，随着温度的升高，废水的COD去除率也增加。

武江津[6]等通过实验发现UASB法由于普通的好氧工艺，但是在处理大蒜废水的过程中存在工序繁琐、预热时间太长等问题。冯露[7]等人的研究结果则显示预处理和活性污泥法的联用要优于单一的活性污泥法。

张献彬[8]等人采用气浮-混流式生物选择-加强SBR工艺处理大蒜加工废水，实现COD的去除率97.9%，BOD的去除率99.2%，而且运行稳定，操作灵活。出水指标可以达到《污水综合排放标准》中一级标准的要求。通过水解酸化池在厌氧环境下将大分子的蛋白质和多糖降解为小分子的氨基酸和羧酸，而且能水解部分污泥，减少污泥的排放量。水解酸化池的出水流入多级生物接触氧化池。最终实现水质达标排放。

2 膜处理工艺

膜技术用于大蒜废水的处理有两个独特的优势：(1)可以高效的处理大蒜废水，使大蒜加工废水最终达到排放标准；(2)可以回收大蒜废水中的活性成分，这些活性成分具有较高的附加值。

纳滤膜的孔径在纳米量级，截留物质的分子量介于超滤和反渗透之间，其操作压力远远小于反渗透，能够有效的分离小分子有机物。熊涛[9]和吴刘健[10]等人分别采用纳滤工艺分离提纯了大蒜素，实验发现当采用采用150u的纳滤膜过滤时，依然有超过90%的大蒜素通过纳滤膜，经过冷冻干燥可以得到大蒜素的干品。作者研究了不同膜通量、操作压力、温度等对结果的影响。王恺[11]和张黎明[12]等人的研究发现可以通过膜方法提取大蒜素等有效成分。郑永军[13]采用分子印迹分离技术和膜分离技术相结合，对废水进行多级分离处理，并成功从废水中提取大蒜素和大蒜多糖，实现了废水的回收利用和零排放，达到了工业化生产的技术要求。

李易[14]在研究中设计了三种膜组合工艺进行大蒜废水中有效成分的分离实验：纳滤+反渗透、超滤+反渗透和单级反渗透。实验结果证实三种工艺流程均可实现对大蒜废水的达标处理，纳滤+反渗透在使产水达标的同时,可以更好地分离大蒜素与大蒜多糖。文章进一步对浓缩废液添加聚合氯化铝和聚酰亚胺进行了絮凝-压滤处理。

3 物理和化学氧化法

物理方法和化学氧化方法经常配合使用，处理大蒜废水。常见的如通过过滤的方法去除大蒜加工废水中的蒜皮、蒜根、泥沙等固体物质。如果在废水中加入聚合氯化铝、聚酰亚胺、聚合硫酸铁等絮凝剂，还能去除胶体物质，大大降低废水的COD、BOD等。

气浮法利用高浓度分散的微气泡作为载体去除废水中的悬浮物，可以从而实现固液分离。在处理大蒜加工废水时通过微孔管直接将压缩空气通入废水中，使悬浮颗粒物上浮达到处理效果[15]。

大蒜废水经过絮凝处理后，加入铁碳微电解填料，利用铁和碳之间微电解产生H原子，与废水中的有机物质发生氧化还原反应，将大分子物质分解为小分子无毒物质; 经过微电解处理后，投加氢氧化钙调节pH值至中性，Fe2+进一步氧化成Fe3+，形成具有较高吸附絮凝活性的絮凝剂，最后通过絮凝沉淀去除废水中的有机质[16]。

将微电解反应和芬顿氧化反应相结合，用于大蒜生产废水的处理，能够快速将大蒜废水中的COD含量降低至50 mg/L以下，整体反应稳定性好，处理效率较高[17]。王恺也通过铁炭微电解-芬顿试剂氧化联用处理废水。微电解反应产生的Fe2+可以作为芬顿试剂的催化剂，能够有效降低废水中的COD提高大蒜废水的可生化性[11]，该反应受pH值、反应时间和H2O2的浓度等影响，在最佳条件下可以达到60%的去除率[18]。

臭氧有强氧化性，是比氧气更强的氧化剂，可在较低温度下发生氧化反应。通过将臭氧氧化和生物法处理相结合，在臭氧池中大分子的有机物被氧化分解进入后续的生物反应池，通过进一步的厌氧或好氧处理，最终使废水得到处理并达标排放[19]。

4 总结与展望

大蒜加工废水属于典型的高浓度难降解有机废水，目前已经开展的研究包括物理方法如过滤、絮凝、气浮等，化学氧化法如芬顿试剂氧化、臭氧氧化、铁炭微电解等，生物处理主要有SBR法、UASB、活性污泥法等。近年来，随着膜处理工艺的快速发展，超滤、纳滤、反渗透等技术用于大蒜加工废水的处理，不但可以降低废水的COD、BOD、氨氮等指标，而且可以实现大蒜活性成分的分离提取，为大蒜加工废水的回收利用提供了新的选择。由于大蒜加工废水难降解，目前的研究趋于多种方法的联合，通过工艺之间的相互弥补，相信未来大蒜加工废水一定能够得到完善的治理。