專利名稱：馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑的制備及在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應用的制作方法
技術領域：
本發明屬于廢水處理技術領域，涉及一種馬鈴薯淀粉加工下腳料自循環利用技術，尤其涉及一種馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑的制備方法；本發明同時還涉及該馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應用。
背景技術：
馬鈴薯由于其產量大，適應性強，是一種全球廣泛種植的農作物。馬鈴薯淀粉是重要的食品、農業、養殖業及工業原料。但是馬鈴薯淀粉在生產過程中，平均每生產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。據農業部現代農業產業技術體系馬鈴薯貯藏加工研究崗位專家調查，目前我國馬鈴薯種植面積已達500hm2， 產量超過8000萬噸，國內與馬鈴薯相關的加工企業已有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、各種蛋白質和氨基酸等營養物質，具有高濁度和高濃度的特點，如果不加處理直接排放會導致嚴重的環境污染和資源浪費。馬鈴薯渣是馬鈴薯淀粉生產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合物。其化學成分主要包括淀粉、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，從而表現出典型膠體的理化特性，因此不具備液態流體性質。可根據膠體的一些化學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
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，國內外許多學者做了多方面的嘗試，其中包括1、生產馬鈴薯渣高蛋白飼料；2、提取膳食纖維；3、提取果膠；4、發酵生產有機物(例如草酸)；5、生產可降解塑料可降解化工原料；6、沼氣開發。總體來說，目前對于馬鈴薯渣的開發主要包括發酵法、 理化法和混合法。發酵法是采用馬鈴薯渣作為培養基，引入微生物進行發酵，以獲得各種發酵產物；理化法是用物理、化學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酵兩種方法綜合起來。目前國內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；二是生產期短，企業配套處理設施不劃算；三是排放量大，污染物濃度高也是處理的一個難點。除了技術因素制約外，處理污水設備投資高也是讓生產者望而卻步的一個原因。 例如有淀粉生產廠家曾做過考察，建設一個日處理5000噸廢水的處理站，僅建設費用就在 1200萬元以上，處理I噸廢水的成本在I. 5元以上。由于建設成本和處理費用高，該淀粉廠放棄了投資。因此，開發一種成本低廉、能夠直接物理吸附且能夠運用到傳統污水處理設備上的馬鈴薯加工廢水吸附劑具有重要的現實意義。
發明內容
本發明的目的是針對馬鈴薯淀粉加工過程中產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/坡縷石復合吸附劑的制備方法。本發明的另一目的是提供該馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑在在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應用。(一)馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑的制備
本發明馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑的制備，是將坡縷石黏土粉末和馬鈴薯渣以 1:0. 5^1:5的質量比，超聲分散于水中形成質量濃度為59^20%的漿料；然后將漿料轉移至水熱反應釜中，于120°C 200°C，炭化反應6 48h ;炭化反應結束后，產物經自然冷卻、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合材料的結構及形貌進行分析。(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/坡縷石黏土復合吸附材料(30000倍)；C,馬鈴薯廢渣/坡縷石黏土復合吸附材料(5000倍)。通過比較A、B、C圖，我們發現復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合材料粉末的粒徑在20微米以下，說明復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，在復合材料中坡縷石黏土不是以“游離態”的形式單獨存在，從而證明該復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構在復合材料中完全消失，而坡縷石黏土的晶型在水熱后未發生變化，說明該復合材料就是坡縷石黏土與馬鈴薯廢渣形成活性炭的復合材料。(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。通過比較可以發現，復合材料在3500cm-l左右-OH的伸縮振動峰發生了解離，與混合物的峰位置較為相似，但復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過程中增加了復合材料中羥基處于“游離態”的含量，而且羥基含量的提高有利于復合材料對COD的吸附。復合材料在2513左右出現較強的吸收峰，可能原因是馬鈴薯廢渣在水熱反應過程中，由于坡縷石的催化作用，產生了少量羧基的原因。(二)利用馬鈴薯廢渣/坡縷石復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， 加入一定量的復合吸附劑，置于1(T25°C恒溫振蕩培養箱中，在100 130 r/min振蕩速率下振蕩廣5 h,用離心機在4000、000 r/min轉速下離心除去復合吸附材料后,測定C0D、池度、pH、氨氮。復合吸附劑處理廢水正交試驗實驗結果見表I。上述復合吸附劑中，坡縷石粘土粉末與馬鈴薯渣的質量比為I :1。表I復合材料處理馬鈴薯淀粉廢水正交試驗
權利要求
1.馬鈴薯廢渣/坡縷石復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的質量比，超聲分散于水中形成漿料；然后將漿料轉移至水熱反應釜中，于 1200C 200°C，炭化反應6 48h ;炭化反應結束后，產物經自然冷卻、洗滌，烘干，粉碎，得到馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑。
2.如權利要求I所述馬鈴薯廢渣/坡縷石復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.如權利要求I所述馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑的制備方法，其特征在于所述漿料的質量濃度為59^20%。
4.如權利要求I所述馬鈴薯廢渣/坡縷石復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.如權利要求I所述方法制備的馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應用。
6.如權利要求I所述馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應用，其特征在于在鈴薯淀粉加工工藝廢水，加入廢水質量f 3%的復合吸附劑，攪拌f 5 h，沉淀0. 5 2h。
7.如權利要求6所述馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑在處理馬鈴薯淀粉加工廢水中的應用，其特征在于所述攪拌速度為10(Tl30 r/min。
全文摘要
本發明提供了一種馬鈴薯淀粉加工下腳料的自循環利用技術將坡縷石黏土粉末和馬鈴薯渣以1:0.5~1:5的質量比超聲分散于水中形成漿料；然后將漿料轉移至水熱反應釜中，于120℃~200℃下，炭化反應6~48h；炭化反應結束后，產物經自然冷卻，洗滌，烘干，粉碎，得到馬鈴薯廢渣/坡縷石復合吸附劑。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定《淀粉工業水污染物排放標準》(GB25461-2010)。本發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 優先權日2012年4月9日
發明者崇雅麗, 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