利用低温等离子体技术降低柑橘罐头加工废水CODcr的研究

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柑橘罐头加工生产过程中会产生大量废水,其中含有大量糖类物质和果胶,成分复杂,化学需氧量(Chemical Oxygen Demand,CODcr)值高。这类废水若未经处理直接排放,会污染水体,造成水资源的破坏,对环境产生严重影响。低温等离子体技术是一种兼具高能电子辐射、臭氧氧化和光化学催化氧化等作用于一体的废水处理新技术。具有操作简单、降解速率快、处理范围广、无二次污染、可在常温常压下进行等优点,是有着较好前景的水处理技术。本研究利用低温等离子体技术处理柑橘罐头加工过程中产生的废水,对废水中糖类物质、果胶、β-胡萝卜素及水质方面开展研究,具体研究和内容如下:(1)利用低温等离子体技术处理柑橘罐头加工废水中的糖类物质,对比经低温等离子体不同处理时间后糖类物质含糖量的改变与CODcr的降解量,分析糖类物质CODcr值与C、H、O原子个数的关系。糖类物质溶液CODcr值与浓度都有较好的线性关系,1 mmol(CH2O)CODcr值为2.49±0.25 mg/L。12种糖类物质经低温等离子体处理后的糖含量和CODcr值都随处理时间的延长而降低。经低温等离子体处理后CODcr值下降42%-49%、糖含量下降49%-56%。由此表明低温等离子体处理柑橘罐头加工废水可通过降低废水中糖类物质含量从而降低水体中的CODcr值。(2)利用低温等离子体技术处理柑橘罐头加工废水中的果胶,通过测定废水中果胶经低温等离子体技术处理后CODcr值、pH、果胶含量、粘度、酯化度、糖含量及粒度7个指标分析低温等离子体技术对果胶的作用。溶液中果胶浓度与CODcr呈线性关系,不同浓度果胶溶液经低温等离子体处理后CODcr值下降45%-50%;pH值下降;半乳糖醛酸含量升高0%-22%;粘度下降20%±2%;酯化度下降17%-21%;总糖含量下降1%-15%;果胶粒径明显减小;低温等离子体使废水中果胶的长链分子变短,生成小分子糖及醛酸类物质,不仅可有效降低水体中CODcr值,而且有利于废水的进一步生化处理。(3)利用低温等离子体处理柑橘罐头加工废水中的类胡萝卜素,探究废水颜色改变的机理。β-胡萝卜素溶液经低温等离子体处理后含量下降89%-92%,溶液颜色由橘黄色变成近乎无色。低温等离子体处理可降解柑橘罐头加工废水中的色素,提高水体的透明度。(4)采集柑橘罐头加工企业生产过程中酸碱脱囊衣后的酸性废水、碱性废水和漂洗橘片后的回笼水,利用低温等离子体对这些废水进行处理。研究不同处理条件下废水色度、浊度、可溶性固形物、pH、CODcr、总糖等指标的变化。随着处理时间、处理功率和处理温度的增加,废水CODcr降低量增加,酸性废水CODcr可降低45%-60%、碱性废水CODcr降低37%-57%、回笼废水CODcr降低70%-79%;废水色度、浊度、可溶性固形物、总糖含量下降,水质明显改善。(5)采用低温等离子体对柑橘罐头加工过程中产生的废水处理条件进行优化,影响CODcr降低量及单位能耗CODcr降低量的因素顺序为:功率>时间>pH值,酸性废水和回笼废水处理的最优条件为pH值为7、88W功率、处理90min,在最优条件下经处理后CODcr降低量分别为684.75±11.34 mg/L和711.88±10.77mg/L,碱性废水处理的最优条件为pH值为9、88W功率、处理90 min,在最优条件下经处理后CODcr降低519.83±9.03mg/L。以单位能耗CODcr降低量为指标,酸废水、碱废水和回笼废水在pH值为9、18W功率,处理30min单位能耗CODcr降低量最大,在该条件下酸性废水单位能耗CODcr降低44.88±0.81 mg/w,回笼废水单位能耗CODcr降低54.33±0.51mg/w,碱性废水单位能耗CODcr降低38.21±0.56 mg/w。研究表明低温等离子体处理可显著降低柑橘罐头加工废水的CODcr值,改善废水水质,采用该技术对柑橘罐头加工废水的处理有一定的可行性。
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