專利名稱：馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑的制備及在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于廢水處理技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種馬鈴薯淀粉加工下腳料自循環(huán)利用技術(shù)，尤其涉及一種馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑的制備方法；本發(fā)明同時還涉及該馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
馬鈴薯由于其產(chǎn)量大，適應(yīng)性強，是一種全球廣泛種植的農(nóng)作物。馬鈴薯淀粉是重要的食品、農(nóng)業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)及工業(yè)原料。但是馬鈴薯淀粉在生產(chǎn)過程中，平均每生產(chǎn)I噸淀粉需要消耗6. 5噸左右的馬鈴薯，排放20噸左右的廢水，5噸左右的薯渣。據(jù)農(nóng)業(yè)部現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系馬鈴薯貯藏加工研究崗位專家調(diào)查，目前我國馬鈴薯種植面積已達500hm2， 產(chǎn)量超過8000萬噸，國內(nèi)與馬鈴薯相關(guān)的加工企業(yè)已有5000多家，同時，每年因馬鈴薯加工而排放的酸性高濃度有機廢水達2000多萬噸。已有研究表明，馬鈴薯淀粉加工廢水主要含有溶解性淀粉、各種蛋白質(zhì)和氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)，具有高濁度和高濃度的特點，如果不加處理直接排放會導(dǎo)致嚴重的環(huán)境污染和資源浪費。馬鈴薯渣是馬鈴薯淀粉生產(chǎn)過程中的膠體廢棄物。主要含有水、細胞碎片、殘余淀粉顆粒和薯皮細胞或細胞結(jié)合物。其化學(xué)成分主要包括淀粉、纖維素、半纖維素、果膠、游離氨基酸、寡肽、多肽和灰分等，其中的殘余淀粉含量高達37% (以干基計)，纖維素、果膠含量也較高，分別達到31%和17% (以干基計)。馬鈴薯鮮薯渣中含水量高達90%左右，其水分被嵌入在殘余完整細胞中，需要通過細胞膜交換到外界去，從而表現(xiàn)出典型膠體的理化特性，因此不具備液態(tài)流體性質(zhì)?？筛鶕?jù)膠體的一些化學(xué)特性實施有針對性的處理。凱氏定氮法顯示，馬鈴薯渣中含蛋白質(zhì)
0.83%，可為生物的生長繁殖提供豐富的氮源。對于薯渣的利用，國內(nèi)外許多學(xué)者做了多方面的嘗試，其中包括1、生產(chǎn)馬鈴薯渣高蛋白飼料；2、提取膳食纖維；3、提取果膠；4、發(fā)酵生產(chǎn)有機物(例如草酸)；5、生產(chǎn)可降解塑料可降解化工原料；6、沼氣開發(fā)。總體來說，目前對于馬鈴薯渣的開發(fā)主要包括發(fā)酵法、 理化法和混合法。發(fā)酵法是采用馬鈴薯渣作為培養(yǎng)基，引入微生物進行發(fā)酵，以獲得各種發(fā)酵產(chǎn)物；理化法是用物理、化學(xué)和酶法對薯渣進行處理或從薯渣中提取有效成分；混合法是把酶處理和發(fā)酵兩種方法綜合起來。目前國內(nèi)處理馬鈴薯加工廢水用的是生化處理法(活性去污法)，但這種辦法對水溫要求嚴格，一般要達到15°C以上，而一般馬鈴薯淀粉加工期在初冬才開始，水溫根本達不到要求；二是生產(chǎn)期短，企業(yè)配套處理設(shè)施不劃算；三是排放量大，污染物濃度高也是處理的一個難點。除了技術(shù)因素制約外，處理污水設(shè)備投資高也是讓生產(chǎn)者望而卻步的一個原因。 例如有淀粉生產(chǎn)廠家曾做過考察，建設(shè)一個日處理5000噸廢水的處理站，僅建設(shè)費用就在 1200萬元以上，處理I噸廢水的成本在I. 5元以上。由于建設(shè)成本和處理費用高，該淀粉廠放棄了投資。因此，開發(fā)一種成本低廉、能夠直接物理吸附且能夠運用到傳統(tǒng)污水處理設(shè)備上的馬鈴薯加工廢水吸附劑具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對馬鈴薯淀粉加工過程中產(chǎn)生的馬鈴薯廢渣的利用和廢水的處理中存在的問題，提供一種馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑的制備方法。本發(fā)明的另一目的是提供該馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑在在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應(yīng)用。(一)馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑的制備
本發(fā)明馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑的制備，是將坡縷石黏土粉末和馬鈴薯渣以 1:0. 5^1:5的質(zhì)量比，超聲分散于水中形成質(zhì)量濃度為59^20%的漿料；然后將漿料轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，于120°C 200°C，炭化反應(yīng)6 48h ;炭化反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物經(jīng)自然冷卻、洗滌， 于5(T70°C下烘干，粉碎，得到馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑。所述坡縷石黏土粉末的粒度不小于200目。下面通過紅外圖譜，XRD及掃描電鏡等對上述制備的復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)及形貌進行分析。(I)掃描電鏡分析
圖I為坡縷石黏土及馬鈴薯廢渣/坡縷石黏土復(fù)合吸附材料的掃描電鏡照片，其中 (A)，坡縷石黏土(30000倍)；B,馬鈴薯廢渣/坡縷石黏土復(fù)合吸附材料(30000倍)；C,馬鈴薯廢渣/坡縷石黏土復(fù)合吸附材料(5000倍)。通過比較A、B、C圖，我們發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料中坡縷石黏土棒的直徑有所變大，說明馬鈴薯廢渣在水熱反應(yīng)形成活性炭的過程中，包覆在黏土棒表面。通過C圖的標尺可以看出復(fù)合材料粉末的粒徑在20微米以下，說明復(fù)合材料粉末的單個微粒是由馬鈴薯廢渣所形成活性炭與坡縷石黏土組成的，在復(fù)合材料中坡縷石黏土不是以“游離態(tài)”的形式單獨存在，從而證明該復(fù)合材料不是普通的物理混合。(2) XRD 分析
圖2、圖3、圖4分別為馬鈴薯淀粉廢渣、坡縷石黏土、馬鈴薯淀粉廢渣/坡縷石黏土復(fù)合吸附材料的XRD曲線。由圖2、圖3、圖4的比較可以看出，馬鈴薯廢渣在水熱后完全形成無定型活性炭，馬鈴薯廢渣的晶型結(jié)構(gòu)在復(fù)合材料中完全消失，而坡縷石黏土的晶型在水熱后未發(fā)生變化，說明該復(fù)合材料就是坡縷石黏土與馬鈴薯廢渣形成活性炭的復(fù)合材料。(3)紅外光譜分析
圖5為紅外光譜曲線，馬鈴薯淀粉廢渣(a)、馬鈴薯淀粉廢渣/坡縷石黏土復(fù)合吸附材料(b)、馬鈴薯淀粉廢渣于坡縷石黏土物理混合物(C)的紅外光譜曲線。通過比較可以發(fā)現(xiàn)，復(fù)合材料在3500cm-l左右-OH的伸縮振動峰發(fā)生了解離，與混合物的峰位置較為相似，但復(fù)合材料的羥基峰強度明顯大于混合物的羥基峰強度，說明馬鈴薯廢渣在水熱反應(yīng)過程中增加了復(fù)合材料中羥基處于“游離態(tài)”的含量，而且羥基含量的提高有利于復(fù)合材料對COD的吸附。復(fù)合材料在2513左右出現(xiàn)較強的吸收峰，可能原因是馬鈴薯廢渣在水熱反應(yīng)過程中，由于坡縷石的催化作用，產(chǎn)生了少量羧基的原因。(二)利用馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑處理馬鈴薯淀粉廢水
實驗廢水取自甘肅會寧某公司馬鈴薯淀粉加工工藝廢水，其水質(zhì)指標為COD 40000 45000mg/L ；SS 3000 20000 mg/L ;氨氮1500 2500 mg/L ;濁度: 500 1500 NTU ；pH=5. 5±0. 5。實驗方法采用靜態(tài)實驗法處理馬鈴薯淀粉加工廢水取IOOmL廢水于錐形瓶中， 加入一定量的復(fù)合吸附劑，置于1(T25°C恒溫振蕩培養(yǎng)箱中，在100 130 r/min振蕩速率下振蕩廣5 h,用離心機在4000、000 r/min轉(zhuǎn)速下離心除去復(fù)合吸附材料后,測定C0D、池度、pH、氨氮。復(fù)合吸附劑處理廢水正交試驗實驗結(jié)果見表I。上述復(fù)合吸附劑中，坡縷石粘土粉末與馬鈴薯渣的質(zhì)量比為I :1。表I復(fù)合材料處理馬鈴薯淀粉廢水正交試驗
權(quán)利要求
1.馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑的制備方法，是將坡縷石黏土粉末和馬鈴薯渣以1:0. 5^1:5的質(zhì)量比，超聲分散于水中形成漿料；然后將漿料轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，于 1200C 200°C，炭化反應(yīng)6 48h ;炭化反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物經(jīng)自然冷卻、洗滌，烘干，粉碎，得到馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑。
2.如權(quán)利要求I所述馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于所述坡縷石黏土粉末的粒度為200目以上。
3.如權(quán)利要求I所述馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于所述漿料的質(zhì)量濃度為59^20%。
4.如權(quán)利要求I所述馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑的制備方法，其特征在于所述烘干是在5(T70°C下烘干。
5.如權(quán)利要求I所述方法制備的馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應(yīng)用。
6.如權(quán)利要求I所述馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應(yīng)用，其特征在于在鈴薯淀粉加工工藝廢水，加入廢水質(zhì)量f 3%的復(fù)合吸附劑，攪拌f 5 h，沉淀0. 5 2h。
7.如權(quán)利要求6所述馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應(yīng)用，其特征在于所述攪拌速度為10(Tl30 r/min。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種馬鈴薯淀粉加工下腳料的自循環(huán)利用技術(shù)將坡縷石黏土粉末和馬鈴薯渣以1:0.5~1:5的質(zhì)量比超聲分散于水中形成漿料；然后將漿料轉(zhuǎn)移至水熱反應(yīng)釜中，于120℃~200℃下，炭化反應(yīng)6~48h；炭化反應(yīng)結(jié)束后，產(chǎn)物經(jīng)自然冷卻，洗滌，烘干，粉碎，得到馬鈴薯廢渣/坡縷石復(fù)合吸附劑。運用該吸附劑處理的馬鈴薯淀粉加工廢水，完全能夠達到國家規(guī)定《淀粉工業(yè)水污染物排放標準》(GB25461-2010)。本發(fā)明既充分利用馬鈴薯廢渣，又解決了目前馬鈴薯加工廢水處理中最難解決的問題，實現(xiàn)了馬鈴薯淀粉加工后廢棄物的互相無害化處理，具有很好地推廣價值。
文檔編號C02F1/28GK102600801SQ20121010067
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者崇雅麗, 張哲 , 張惠怡, 李芳紅, 楊志旺, 楊翠玲, 雷自強, 高淑玲 申請人:西北師范大學(xué)