摘要
马铃薯淀粉含有多种特性，在食品、医药、饲料、化工等领域都有广泛应用，但马铃薯淀粉废水有机物浓度高，对环境有重大影响，急需解决马铃薯淀粉废水排放这一环境难题。我国马铃薯淀粉生产主要集中于北方农村地区，且季节性强，生产集中于每年冬季，常规生化处理法难以有效开展，急需开发高效、资源化、绿色可持续的农村马铃薯淀粉废水物化处理技术。由此，本文针对马铃薯淀粉废水生产特征，研究壳聚糖絮凝-改性生物炭吸附-超滤三级综合处理技术，逐步回收废水中有用成分，最后通过超滤法进行深度处理，达到回用水标准，对马铃薯淀粉废水取得良好的处理效果，且实现废水资源化利用，成功补贴企业经济效益。主要研究内容和结论如下: 本论文首先针对壳聚糖水溶性差、正电性弱的不足，通过2,3-环氧丙基三甲基氯化铵（GTA）对壳聚糖（CS）进行改性，以絮凝马铃薯淀粉废水中颗粒态污染物。通过单因素实验及响应面优化试验，得出壳聚糖季铵盐（HTCC）的最佳制备工艺条件:反应物摩尔比为3.55、反应温度为87.34℃、pH为6.62、反应时间7.26h,由此可得取代度为98％的产物。并应用扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和核磁氢谱等表征手段，证明GTA分子与壳聚糖氨基中的氢原子进行亲核取代反应，成功改善壳聚糖水溶性与正电性。将制备的HTCC用来处理马铃薯淀粉废水，得到最佳絮凝条件:运用取代度为98％的HTCC,在保持凝聚期搅拌速度为350rpm、凝聚期搅拌时间为3min、絮凝期搅拌速度为75rpm、絮凝期搅拌时间为12min、HTCC投加量为1.0g/L、反应温度为40℃和反应pH为7。在此条件下，可使废水的COD去除率达43％,蛋白质去除率达72％,浊度去除率为98％,对应出水指标:COD为4560mg/L,蛋白质浓度为560mg/L,浊度为10NTU,氨氮为45mg/L,总磷为50mg/L。对絮凝产物成分分析，HTCC-马铃薯蛋白絮凝沉淀物富含高蛋白，是饲料的优质选择。 本论文成功将壳聚糖负载于生物炭（BC）,得到不同壳聚糖负载量的壳聚糖/生物炭（CBC）,以此针对马铃薯淀粉废水中溶解态污染物进行吸附。通过扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）、X射线衍射（XRD）和比表面积（BET）表征分析,CBC表面官能团增加，比表面积增加，吸附性能提高。再以COD、氨氮、总磷去除率为指标，吸附絮凝后上清液，得到最佳吸附条件:保持40wt％-CBC投加量为12g、反应pH为6、吸附时间为360min、吸附温度为40℃的条件下，可使废水的COD去除率达79.8％,氨氮去除率达93.3％,总磷去除率为91.2％,对应出水指标:COD为1200mg/L,氨氮为3mg/L,总磷为4.4mg/L。为探究CBC对COD、氨氮和总磷的吸附特征，进行吸附动力学及吸附等温线性模型拟合，研究发现:CBC吸附过程更符合准二级动力学模型,且拟合吸附容量与平衡吸附量更接近，吸附更多为化学吸附。此外，CBC对COD、氨氮和总磷的吸附拟合等温线性模型时，Langmuir吸附模型更适合描述CBC吸附过程，发生单层吸附，吸附反应进行时，吸附质之间没有相互作用。最后对吸附沉积物进行肥料成分表征，沉积物中含有机质72％,总养分含有5.2％,不含重金属离子，均符合我国农业部标准NY520-2012,是作为肥料的优质选择。 本论文最后用超滤法处理吸附后上清液，可得出水水质:COD为24mg/L,氨氮为0.2mg/L,总磷为0.25mg/L,浊度为2NTU,均符合GB/T19923-2005标准值，可回用至前端工艺，实现资源循环利用，达到清洁生产。
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