超高速離心對甘薯淀粉廢水理化特性的影響

孫健++鈕福祥++岳瑞雪++張毅++徐飛++朱紅+王洪云

摘要：采用超高速離心技術，研究其對甘薯淀粉廢水的處理效果及理化特性的影響。結果表明，經超高速離心處理，甘薯淀粉廢水的pH值高于對照，而總固形物含量、化學需氧量（COD）低于對照；而隨著處理時間延長，甘薯淀粉廢水的pH值、總固形物含量和化學需氧量（COD）均呈現下降趨勢。相關性分析結果表明，離心組的總固形物含量與COD、總磷（TP）含量、pH值與COD的相關性顯著；而對照的總固形物含量與pH值、COD、總氮（TN）含量、pH值與COD、TN含量的相關性顯著。因此，超高速離心能夠有效去除甘薯淀粉廢水中部分可溶性淀粉、蛋白質、纖維素等固形物組分。

關鍵詞：甘薯；淀粉廢水；超高速離心；理化特性

中圖分類號： X703文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0455-02

收稿日期：2015-04-23

基金項目：國家現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-11-B-20）。

作者簡介：孫健（1979—），男，江蘇徐州人，碩士，副研究員，主要從事甘薯加工研究。E-mail：sjsg9902@126.com。

通信作者：鈕福祥，碩士，研究員，主要從事甘薯深加工和副產物綜合利用。E-mail：niufuxaing@sina.com。我國甘薯種植面積約為460萬hm2，鮮薯總產1.0億 t 左右[1]。淀粉加工是我國農戶從事甘薯產后加工的主要方式[2]，據測算，1 t淀粉需用水20 t左右[3]，由此產生大量的淀粉廢水，其主要成分為可溶性淀粉、蛋白質、纖維素、果膠、脂類等物質[4-5]，化學需氧量（CODCr）可達 8 000 ～10 000 mg/L，懸浮物為2 500 ～ 3 000 mg/L。在農戶規模的加工生產中，這些廢水大多未經任何處理直接排入自然水體中，導致環境污染問題突出，已成為影響我國甘薯淀粉加工業進一步發展的瓶頸。目前，甘薯淀粉廢水常用的處理方法有絮凝沉淀法、生物處理法及土地處理法等[6]，但這些處理方法存在二次污染、使用成本高、處理效率低等問題。超高速離心技術是一種物理分離方法，具有處理效率高、處理量大等特點，本試驗通過該技術對甘薯淀粉廢水理化性質變化的研究，探討農戶規模化處理甘薯淀粉廢水的可行性。

1材料與方法

1.1材料與試劑

甘薯淀粉廢水，自制，所用品種為徐薯22；重鉻酸鉀、硫酸銀、硫酸亞鐵銨、過硫酸鉀、鉬酸銨、硝酸鉀、氫氧化鈉等均為分析純試劑。

1.2儀器設備

GZX-1高速分離機中試成套設備，上海浦東天本離心機械有限公司；730 pH計，德國WTW公司；DHG-9246A電熱鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；2450紫外分光光度計，日本島津公司；LDZX-50KBS蒸汽滅菌鍋，北京陽光斯德生物技術發展公司；DK-S26電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實驗設備有限公司；SB-3200D超聲波清洗機，浙江省寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1甘薯淀粉廢水制備在模擬農戶甘薯淀粉加工水平上，以淀粉型甘薯品種徐薯22為原料，在料水比1 g ∶ 5 mL的條件下，利用多功能粉碎機破碎打漿，經雙層紗布過濾，淀粉乳濁液室溫靜置24 h，取上清液即為甘薯淀粉廢水。

1.3.2甘薯淀粉廢水超高速離心處理取25 L甘薯淀粉廢水經過轉速18 000 r/min的管式離心機處理后，置于室內，保持溫度在16～22 ℃，考察甘薯淀粉廢水在存放過程中理化指標的變化。同時，以未經超高速離心處理的甘薯淀粉廢水作為對照。

1.3.3甘薯淀粉廢水理化指標測定總固形物含量、COD、總氮（TN）含量分別采用GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》、GB 11914—1989《化學需氧量的測定》、HJ 636—2012《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》的方法測定。

2結果與分析

2.1超高速離心對甘薯淀粉廢水pH值的影響

由圖1可知，經超高速離心處理后的甘薯淀粉廢水初始pH值高于對照，隨著時間的延長，對照組略高于離心組；試驗期間，離心組與對照組淀粉廢水pH值均呈下降趨勢，而且前期（0～3 d）快速下降，之后變化平緩，這可能與產酸微生物的發酵作用有關。

2.2超高速離心對甘薯淀粉廢水總固形物含量的影響

經超高速離心處理后，甘薯淀粉廢水的可溶性淀粉、蛋白質、纖維素等組分部分被分離出去，其總固形物含量下降 17.26% 以上。與對照相比，離心組的甘薯淀粉廢水的總固形物含量較低（圖2）。隨著時間的延長，甘薯淀粉廢水的總固形物含量呈緩慢下降趨勢。

2.3超高速離心對甘薯淀粉廢水COD的影響

甘薯淀粉廢水含有蛋白、糖類等有機物，屬高污染廢水，其COD一般較高。由圖3可知，在試驗初期，對照組、離心組COD分別為10 047.0、9 805.6 mg/L，隨著時間的延長，COD均呈下降趨勢，而且對照組COD始終高于離心組，說明超高速離心處理能夠去除部分蛋白、多糖等有機物，從而降低甘薯淀粉廢水COD。

2.4超高速離心對甘薯淀粉廢水總氮含量的影響

氮富集是水體富營養化的主要原因和表現之一，一般將TN含量作為水體富營養化程度的指標之一[7]。由圖4可知，在試驗前期（0～6 d），對照組總氮含量高于離心組；而試驗后期（9～12 d），離心組總氮含量卻高于對照組。說明超高速離心能夠去除部分蛋白質，而后期變化可能與微生物大量繁殖有關。

2.5甘薯淀粉廢水理化特性相關性分析

對離心組和對照組的甘薯淀粉廢水理化特性進行相關性分析，結果如表1和表2所示。由表1可知，結果離心組的總固形物含量與COD呈顯著正相關（P<0.05）；pH值與COD呈顯著正相關（P<0.05）。而對照組（表2）的總固形物含量與pH值、COD、TN含量分別呈極顯著正相關（P<0.01）、顯著正相關（P<0.05）、顯著負相關（P<0.05）；pH值與COD、TN含量分別呈顯著正相關（P<0.05）、顯著負相關（P<0.05）。由此可見，超高速離心能夠有效去除甘薯淀粉廢水中部分可溶性淀粉、蛋白質、纖維素等組分。同時發現，甘薯淀粉廢水COD與總固形物含量、pH值關系密切。

3結論

經超高速離心處理，甘薯淀粉廢水的pH值升高，而總固形物含量、COD下降；而隨著處理時間延長，甘薯淀粉廢水的pH值、總固形物含量和COD均呈下降趨勢。

甘薯淀粉廢水理化特性相關性分析結果顯示，離心組的總固形物含量與COD分別呈顯著正相關，pH值與COD呈顯著正相關；而對照組的總固形物含量與pH值、COD、TN含量分別呈極顯著正相關、顯著正相關、顯著負相關；pH值與COD、TN含量分別呈顯著正相關、顯著負相關。超高速離心能夠有效去除甘薯淀粉廢水中部分可溶性淀粉、蛋白質、纖維素等組分，這為應用超高速離心技術規模化處理甘薯淀粉廢水提供了試驗依據。

參考文獻：

[1]馬代夫，李強，曹清河，等. 中國甘薯產業及產業技術的發展與展望[J]. 江蘇農業學報，2012，28（5）：969-973.

[2]鈕福祥，馬代夫，戴起偉，等. 我國甘薯產業發展概況及政策建議——基于全國627戶農戶問卷調查[J]. 江蘇農業科學，2012，40（11）：438-441.

[3]王豐，靳艷玲，方揚，等. 清潔高效甘薯淀粉加工技術[J]. 農業工程技術·農產品加工業，2013（11）：38-40.

[4]王乾. 甘薯淀粉廢水處理工藝研究及設計[D]. 青島：中國海洋大學，2011.

[5]木泰華，陳井旺. 甘薯淀粉加工副產品綜合利用前景廣闊[J]. 農產品加工·綜合刊，2011（1）：10-11.

[6]肖繼波，趙委托，褚淑祎，等. 薯類淀粉廢水處理技術及資源化利用研究進展[J]. 浙江農林大學學報，2013，30（2）：292-298.

[7]梅長青，王心源，李文達. BP網絡模型在巢湖富營養化評價中的應用[J]. 能源與環境，2008（1）：9-11

孫健 鈕福祥 岳瑞雪 張毅 徐飛 朱紅 王洪云

摘要：采用超高速離心技術，研究其對甘薯淀粉廢水的處理效果及理化特性的影響。結果表明，經超高速離心處理，甘薯淀粉廢水的pH值高于對照，而總固形物含量、化學需氧量（COD）低于對照；而隨著處理時間延長，甘薯淀粉廢水的pH值、總固形物含量和化學需氧量（COD）均呈現下降趨勢。相關性分析結果表明，離心組的總固形物含量與COD、總磷（TP）含量、pH值與COD的相關性顯著；而對照的總固形物含量與pH值、COD、總氮（TN）含量、pH值與COD、TN含量的相關性顯著。因此，超高速離心能夠有效去除甘薯淀粉廢水中部分可溶性淀粉、蛋白質、纖維素等固形物組分。

關鍵詞：甘薯；淀粉廢水；超高速離心；理化特性

中圖分類號： X703文獻標志碼： A文章編號：1002-1302（2016）06-0455-02

收稿日期：2015-04-23

基金項目：國家現代農業產業技術體系建設專項（編號：CARS-11-B-20）。

作者簡介：孫健（1979—），男，江蘇徐州人，碩士，副研究員，主要從事甘薯加工研究。E-mail：sjsg9902@126.com。

通信作者：鈕福祥，碩士，研究員，主要從事甘薯深加工和副產物綜合利用。E-mail：niufuxaing@sina.com。我國甘薯種植面積約為460萬hm2，鮮薯總產1.0億 t 左右[1]。淀粉加工是我國農戶從事甘薯產后加工的主要方式[2]，據測算，1 t淀粉需用水20 t左右[3]，由此產生大量的淀粉廢水，其主要成分為可溶性淀粉、蛋白質、纖維素、果膠、脂類等物質[4-5]，化學需氧量（CODCr）可達 8 000 ～10 000 mg/L，懸浮物為2 500 ～ 3 000 mg/L。在農戶規模的加工生產中，這些廢水大多未經任何處理直接排入自然水體中，導致環境污染問題突出，已成為影響我國甘薯淀粉加工業進一步發展的瓶頸。目前，甘薯淀粉廢水常用的處理方法有絮凝沉淀法、生物處理法及土地處理法等[6]，但這些處理方法存在二次污染、使用成本高、處理效率低等問題。超高速離心技術是一種物理分離方法，具有處理效率高、處理量大等特點，本試驗通過該技術對甘薯淀粉廢水理化性質變化的研究，探討農戶規模化處理甘薯淀粉廢水的可行性。

1材料與方法

1.1材料與試劑

甘薯淀粉廢水，自制，所用品種為徐薯22；重鉻酸鉀、硫酸銀、硫酸亞鐵銨、過硫酸鉀、鉬酸銨、硝酸鉀、氫氧化鈉等均為分析純試劑。

1.2儀器設備

GZX-1高速分離機中試成套設備，上海浦東天本離心機械有限公司；730 pH計，德國WTW公司；DHG-9246A電熱鼓風干燥箱，上海精宏實驗設備有限公司；2450紫外分光光度計，日本島津公司；LDZX-50KBS蒸汽滅菌鍋，北京陽光斯德生物技術發展公司；DK-S26電熱恒溫水浴鍋，上海精宏實驗設備有限公司；SB-3200D超聲波清洗機，浙江省寧波新芝生物科技股份有限公司。

1.3試驗方法

1.3.1甘薯淀粉廢水制備在模擬農戶甘薯淀粉加工水平上，以淀粉型甘薯品種徐薯22為原料，在料水比1 g ∶ 5 mL的條件下，利用多功能粉碎機破碎打漿，經雙層紗布過濾，淀粉乳濁液室溫靜置24 h，取上清液即為甘薯淀粉廢水。

1.3.2甘薯淀粉廢水超高速離心處理取25 L甘薯淀粉廢水經過轉速18 000 r/min的管式離心機處理后，置于室內，保持溫度在16～22 ℃，考察甘薯淀粉廢水在存放過程中理化指標的變化。同時，以未經超高速離心處理的甘薯淀粉廢水作為對照。

1.3.3甘薯淀粉廢水理化指標測定總固形物含量、COD、總氮（TN）含量分別采用GB 5009.3—2010《食品中水分的測定》、GB 11914—1989《化學需氧量的測定》、HJ 636—2012《水質 總氮的測定 堿性過硫酸鉀消解紫外分光光度法》的方法測定。

2結果與分析

2.1超高速離心對甘薯淀粉廢水pH值的影響

由圖1可知，經超高速離心處理后的甘薯淀粉廢水初始pH值高于對照，隨著時間的延長，對照組略高于離心組；試驗期間，離心組與對照組淀粉廢水pH值均呈下降趨勢，而且前期（0～3 d）快速下降，之后變化平緩，這可能與產酸微生物的發酵作用有關。

2.2超高速離心對甘薯淀粉廢水總固形物含量的影響

經超高速離心處理后，甘薯淀粉廢水的可溶性淀粉、蛋白質、纖維素等組分部分被分離出去，其總固形物含量下降 17.26% 以上。與對照相比，離心組的甘薯淀粉廢水的總固形物含量較低（圖2）。隨著時間的延長，甘薯淀粉廢水的總固形物含量呈緩慢下降趨勢。

2.3超高速離心對甘薯淀粉廢水COD的影響

甘薯淀粉廢水含有蛋白、糖類等有機物，屬高污染廢水，其COD一般較高。由圖3可知，在試驗初期，對照組、離心組COD分別為10 047.0、9 805.6 mg/L，隨著時間的延長，COD均呈下降趨勢，而且對照組COD始終高于離心組，說明超高速離心處理能夠去除部分蛋白、多糖等有機物，從而降低甘薯淀粉廢水COD。

2.4超高速離心對甘薯淀粉廢水總氮含量的影響

氮富集是水體富營養化的主要原因和表現之一，一般將TN含量作為水體富營養化程度的指標之一[7]。由圖4可知，在試驗前期（0～6 d），對照組總氮含量高于離心組；而試驗后期（9～12 d），離心組總氮含量卻高于對照組。說明超高速離心能夠去除部分蛋白質，而后期變化可能與微生物大量繁殖有關。

2.5甘薯淀粉廢水理化特性相關性分析

對離心組和對照組的甘薯淀粉廢水理化特性進行相關性分析，結果如表1和表2所示。由表1可知，結果離心組的總固形物含量與COD呈顯著正相關（P<0.05）；pH值與COD呈顯著正相關（P<0.05）。而對照組（表2）的總固形物含量與pH值、COD、TN含量分別呈極顯著正相關（P<0.01）、顯著正相關（P<0.05）、顯著負相關（P<0.05）；pH值與COD、TN含量分別呈顯著正相關（P<0.05）、顯著負相關（P<0.05）。由此可見，超高速離心能夠有效去除甘薯淀粉廢水中部分可溶性淀粉、蛋白質、纖維素等組分。同時發現，甘薯淀粉廢水COD與總固形物含量、pH值關系密切。

3結論

經超高速離心處理，甘薯淀粉廢水的pH值升高，而總固形物含量、COD下降；而隨著處理時間延長，甘薯淀粉廢水的pH值、總固形物含量和COD均呈下降趨勢。

甘薯淀粉廢水理化特性相關性分析結果顯示，離心組的總固形物含量與COD分別呈顯著正相關，pH值與COD呈顯著正相關；而對照組的總固形物含量與pH值、COD、TN含量分別呈極顯著正相關、顯著正相關、顯著負相關；pH值與COD、TN含量分別呈顯著正相關、顯著負相關。超高速離心能夠有效去除甘薯淀粉廢水中部分可溶性淀粉、蛋白質、纖維素等組分，這為應用超高速離心技術規模化處理甘薯淀粉廢水提供了試驗依據。

參考文獻：

[1]馬代夫，李強，曹清河，等. 中國甘薯產業及產業技術的發展與展望[J]. 江蘇農業學報，2012，28（5）：969-973.

[2]鈕福祥，馬代夫，戴起偉，等. 我國甘薯產業發展概況及政策建議——基于全國627戶農戶問卷調查[J]. 江蘇農業科學，2012，40（11）：438-441.

[3]王豐，靳艷玲，方揚，等. 清潔高效甘薯淀粉加工技術[J]. 農業工程技術·農產品加工業，2013（11）：38-40.

[4]王乾. 甘薯淀粉廢水處理工藝研究及設計[D]. 青島：中國海洋大學，2011.

[5]木泰華，陳井旺. 甘薯淀粉加工副產品綜合利用前景廣闊[J]. 農產品加工·綜合刊，2011（1）：10-11.

[6]肖繼波，趙委托，褚淑祎，等. 薯類淀粉廢水處理技術及資源化利用研究進展[J]. 浙江農林大學學報，2013，30（2）：292-298.

[7]梅長青，王心源，李文達. BP網絡模型在巢湖富營養化評價中的應用[J]. 能源與環境，2008（1）：9-11