糖蜜酒精廢液的兩步脫色及色素的回收利用

    采用D-101大孔樹(shù)脂和活性炭?jī)刹轿椒▽?duì)糖蜜酒精廢液進(jìn)行脫色處理，實(shí)驗(yàn)表明，該法有明顯的脫色效果，脫色率達(dá)98.3%，脫色后CODCr去除率＞90%，色素可有效地回收利用。

    【關(guān)鍵詞】 糖蜜酒精廢液；脫色；色素回收

　　糖蜜酒精廢液是以甘蔗糖后的副產(chǎn)品糖蜜為原料，經(jīng)發(fā)酵生產(chǎn)酒精過(guò)程中，在蒸餾塔底部排出的濃度高、顏色深、酸度大的有機(jī)廢液。該廢液的主要成分是殘?zhí)�、色素、菌體殘骸、無(wú)機(jī)鹽、有機(jī)物及其他一些溶解性的營(yíng)養(yǎng)物，每生產(chǎn)1t酒精要排放13-5t這樣的廢水。糖蜜酒精廢液的色素主要來(lái)自兩個(gè)方面，一是甘蔗本身含有多酚類化合物和氨基氮化物。其中影響最嚴(yán)重的一種叫植物鞣質(zhì)的物質(zhì)，該物質(zhì)是一種高分子多元酚衍生物，極易被氧化，也是導(dǎo)致廢液CODCr高的原因之一；二是在煮糖濃縮等一系列生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的深咖啡色的、幾乎不等電荷的焦糖色素。糖蜜酒精廢液脫色的關(guān)鍵是主要色源物質(zhì)的脫除。馮冰凌等往糖蜜酒精廢液中加入造紙黑液和草酸對(duì)該廢液進(jìn)行脫色，但處理后的清液仍呈淡紅茶色；周桂等采用腐殖酸作吸附劑，盡管CODCr去除率達(dá)到80%，但脫色率最高才達(dá)60%，吳振強(qiáng)等采用粉狀活性炭作吸附劑，脫色效果較好，但CODCr去除率較低（56.4%），且沒(méi)有對(duì)活性炭的再生和色素的回收提出切實(shí)可行的方案。筆者從環(huán)保角度出發(fā)，采用大孔樹(shù)脂吸附和活性炭脫色吸附相結(jié)合的辦法對(duì)糖蜜酒精廢液進(jìn)行脫色處理，并用微波輻照對(duì)活性炭再生效果比較理想。

　　實(shí)驗(yàn)材料與儀器

　　主要實(shí)驗(yàn)材料
　　糖蜜酒精廢液：pH為4.2，CODCr為1.05x105mg/L，棕褐色；氧化鈣（廣東西隴化工廠）；氫氧化鈉（廣東汕頭新寧化工廠）；乙醇（廣州化學(xué)試劑廠）；粉末活性炭（廣東化學(xué)試劑廠），D-101大孔樹(shù)脂（天津農(nóng)藥股份公司樹(shù)脂分公司）；HWT-101 液體絮凝劑（天津華孚油田化學(xué)有限公司）。

　　主要實(shí)驗(yàn)儀器

　　721型分光光度計(jì)（上海儀器有限公司）；化學(xué)耗氧量測(cè)定儀（江蘇電分析儀器廠）；磁力加熱攪拌器（江蘇金壇儀器廠）；WD750B型微波爐（順德格蘭仕電器有限公司）。

　　實(shí)驗(yàn)方法

　　取100ml原糖蜜酒精廢液（pH為4 2，CODCr為105mg/L），加入一定量的飽和石灰水至中性，在室溫下攪拌3min后，加人質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的絮凝劑，攪拌5min直至混合均勻，轉(zhuǎn)移到100 ml量筒內(nèi)，靜置沉降0.5h，觀察沉降界面。將上述用石灰水中和沉降過(guò)的1OOml廢液過(guò)濾，濾液過(guò)柱，收集淋洗液20 mL，測(cè)定透光率，再用不同量的活性炭在不同的溫度和不同的攪拌時(shí)間下2次吸附色素，最后用質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的酒精洗脫樹(shù)脂富集的色素，減壓蒸發(fā)回收酒精，得到紅褐色的色素，將脫色后的廢液用蒸餾水稀釋到原來(lái)的10倍后，用化學(xué)耗氧量測(cè)試儀測(cè)定CODCr。將收集的已吸附色素的活性炭置于微波專用陶瓷皿內(nèi)，進(jìn)行微波輔照2min(每20s間歇1次），使其再生。

　　結(jié)果與討論

　　廢液的沉降預(yù)處理

　　廢液含有膠質(zhì)和懸浮物，以實(shí)惠水調(diào)至中性，溶液開(kāi)始有沉淀，加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的HWT-101液體絮凝劑，攪拌均勻后出現(xiàn)大量礬花，在前15 min內(nèi)沉降速度較快，之后沉降速度明硅下降0.5 h后絮凝基本完成，出現(xiàn)明顯界面．甘蔗色素中含有的部分溶于水的花色素在石灰水沉降過(guò)程中大部分可除去；廉價(jià)的石灰水對(duì)蒸發(fā)器結(jié)垢影響程度與其他堿比較沒(méi)有差異，以石灰水和質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.1%的絮凝劑沉降中和廢水進(jìn)行預(yù)處理，原料便宜，運(yùn)行費(fèi)用低。

　　大孔樹(shù)脂吸附及洗脫

　　根據(jù)廢水中色素的性質(zhì)，分別對(duì)聚酰胺NKA-9、D-101等多種吸附材料進(jìn)行色素吸附性能比較，目的在于選擇一種能最大量吸附色素而最小量吸附其他物質(zhì)的樹(shù)脂，從而達(dá)到分離雜質(zhì)、吸附色素的目的。從吸附后的相同體積的洗脫液的顏色判斷，我們選用了D-101犬孔椒樹(shù)脂。經(jīng)其吸附處理后的出水顏色呈橙黃色，pH為6 5。以蒸餾水作為參照基準(zhǔn)，在波長(zhǎng)650 mn下用721分光光度計(jì)測(cè)定透光率，并測(cè)定COD�？紤]體積變化，脫色率達(dá)81.16%，CODCr去除率達(dá)71.6%。吸附后的椒脂用水洗去糖分直至只有糖蜜色素處于吸附狀態(tài)后，再用質(zhì)量分?jǐn)?shù)20%的酒精洗脫樹(shù)脂富集的色素，減壓蒸發(fā)回收酒精，再濃縮干燥，每100mL糖蜜酒精廢液可得到紅褐色素5.86g。

　　粉末活性炭脫色及其影響因素

　　經(jīng)石灰水和大孔樹(shù)脂處理后的廢液已經(jīng)除去了大部分的膠質(zhì)和懸浮物，粘度及色度大大降低，剩下的仍使廢液呈橙黃色的估計(jì)是濃度較低的還未除凈的焦糖色素，為此我們又選用了粉末活性炭對(duì)廢液進(jìn)行二次吸附。最后測(cè)定結(jié)果表明：脫色率高達(dá)98.3%，CODCr去除率為91%。

　　時(shí)間對(duì)脫色效果的影響。色素的吸附要經(jīng)過(guò)一定的時(shí)間．顯然，脫色效果和吸附時(shí)間及活性炭的吸附飽和度有關(guān)．磁力攪拌條件下時(shí)間與脫色率關(guān)系的試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示．由圖1可以看出，前20min內(nèi)，由于活性炭的飽和度很低，廢液與活性炭表面的色素濃度差較大，所以脫色速度較快，之后，活性炭慢慢達(dá)到飽和，同時(shí)廢液中色素濃度漸低，超過(guò)45min脫色率慢慢趨于穩(wěn)定。因此，在應(yīng)用中可采用50min的接觸時(shí)問(wèn)。

　　溫度對(duì)脫色效果的影響．由于廢液中的色素耐溫性能很好，因此我們要選擇較高的溫度，攪拌過(guò)程中適當(dāng)加熱，但又因吸附為放熱反應(yīng)，超過(guò)一定溫度脫色率并不一定高，從實(shí)驗(yàn)結(jié)果（見(jiàn)圖2）來(lái)看，在30- 60%范圍內(nèi)，脫色率隨溫度的升高而升高，但超過(guò)60℃，脫色率上升幅度較小，考慮到能耗問(wèn)題，我們采用較低溫度為宜。

圖1 攪拌時(shí)間與脫色率的關(guān)系


圖2 溫度與脫色率的關(guān)系

　　加炭量對(duì)脫色效果的影響活性炭對(duì)色素的吸附有一定的容量，因此，必須加入足夠的活性炭才能將色素全部脫除、從圖3可看出：當(dāng)加炭質(zhì)量濃度達(dá)到100 mg/L時(shí)，一次脫色率達(dá)到98.3%，當(dāng)加炭質(zhì)量濃度為120m/L時(shí)，脫色率幾乎達(dá)100%�？紤]到經(jīng)濟(jì)效益，選用80~100mg/L為宜。


圖3 加炭量與脫色率的關(guān)系

　　活性炭再生

　　將收集的已吸附色素的活性炭置于微波專用皿內(nèi)，進(jìn)行微波輻射使其再生，結(jié)果發(fā)現(xiàn)經(jīng)微波輻照再生的活性炭顆粒循環(huán)使用吸附效果很好、其原因主要因?yàn)榛钚蕴繒r(shí)微波有很強(qiáng)的吸收能力，已吸附色素的活性炭于表面的不均勻性，微波輻射時(shí)其表面會(huì)產(chǎn)生許多“熱點(diǎn)”。這些“熱點(diǎn)”的溫度比其他部位高得多，很易將吸附的色素及雜質(zhì)炭化。

　　結(jié)論
    1、采用石灰水和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%的絮凝劑沉降中和廢水的預(yù)處理工藝，價(jià)格便宜。運(yùn)行費(fèi)用低。
    2、采用大孔樹(shù)脂吸附色素和酒精洗脫，色素可去掉80%，且富集的色素易于同收。
    3、粉末活性炭作最后脫色處理，可使脫色率達(dá)到98.3%，CODCr去除率>90%。
    4、已吸附色素的活性炭，經(jīng)微波輻照再生，其顆粒度比原來(lái)更小，吸附能力更強(qiáng)，循環(huán)使用效果更佳。（本文搜集整理于網(wǎng)絡(luò)，如有侵權(quán)之處，請(qǐng)聯(lián)系我們刪除。）