調味品廢水處理工藝評價及應用

孫　波

(天津現代職業技術學院，天津　300350)

飲食離不開調味品，伴隨著調味品需求的增加、生產的快速發展，導致相應的高濃度有機廢水產生量也日益增多。由于該類廢水的水質復雜、環境負荷較高，若直排必將超出容納水體的環境容量，對于自然水體的水源水質環境影響嚴重，極易引發水體生態安全，造成嚴重的環境污染，對于人體健康危害也日益普遍和日趨嚴重，調味品廢水已成為當前最難處理的工業廢水之一，對其實施合理處置，是調味品廠家及技術人員所面臨的重要課題。

1　調味品廢水

1.1　調味品廢水的來源

調味品種類繁多，由于生產工藝及所用原材料、輔助材料也各不相同，因此調味品廢水的成分復雜且差異性較大。調味品廢水主要源于以下幾個階段：首先是原材料預處理階段的清洗浸泡以及設備車間場地的清洗液(其中大量沙土、枝葉、原料碎屑和色素等進入廢水中，導致懸浮物大量產生)；其次是實際生產過程中原料成分(如大米、豆類碎末、淀粉、麥麩皮、面粉、食鹽和糖等)溢入廢水，使得廢水含有高濃度的有機物成分；另外調味品添加的各種保鮮劑、著色劑等添加劑成分、高鹽分物質以及調味品中違禁添加的非食用色素也在廢水中有所體現[1]，使得調味品廢水中化學成分復雜，對于水體生物毒害作用很大，具有嚴重的化學污染。

1.2　調味品廢水的特征及危害

調味品因為原材料及輔料種類多，因此在制作加工過程中產生的廢水的污染指標差異性較大。該類廢水污染指數主要表現在：BOD(生化需氧量)和COD(化學需氧量)數值嚴重超標，SS(懸浮物)含量多、高含鹽量、色度超標、pH值低、氨氮含量較高、可生化性較好以及廢水水量變化大、水質穩定性差等特點[2]。甚至個別企業排放廢水中含有一定量影響人類健康的有毒物質(如某些添加劑、著色劑等)，并且該類廢水的排放因時、因地各不相同，也給該類廢水的治理增添了技術難度。調味品廢水特征指標見表1。

表1　調味品廢水特征指標

其危害主要表現在兩大方向：一是對于排放水體的危害，調味品廢水含有大量有機物成分，其中的耗氧有機物對于水體中的溶解氧大量消耗，易導致水生物缺氧乃至死亡，使得水體環境惡化。厭氧有機物成分在缺氧的因素下發生分解反應，致使黑臭水質出現；二是對于農業領域的影響，若利用該類廢水實施農業灌溉，會造成其中的毒性物質在農產品中富集，從而影響農業收成，并污染地下水源。上述兩個方向均會造成對于人體的直接性、間接性傷害。

2　調味品廢水處理工藝評價

2.1　調味品廢水常見處理工藝

調味品有機廢水處理技術發展快速，其廢水處理方法大體可分為：物理處理法、化學處理法、物化處理法、生物處理法及立足傳統處理技術的復合型工藝。

2.2　調味品廢水處理工藝評價

基于調味品廢水所含污染物的種類、數量、廢水參數的差異，使得調味品廢水處理工藝眾多，但也存在各自的技術特點及工藝局限性。部分方法具有費用高，耗能高、易產生二次污染等問題。利用比較法，分別從運行成本、可操作性、基礎能耗、占地面積及去除率等方面進行評價，見表2和表3。

表2　調味品廢水處理常用技術比較

上述技術方法的分析主要基于單一工藝的視角，每一種處理技術均有各自的優缺點，如物理法中稀釋法的應用，源于被處理廢水濃度極高，一般的調節池和混凝處理達不到生化處理標準, 采用稀釋廢水方法降低廢水濃度為后續處理做準備，同時也造成廢水產生量激增，增加了經濟成本，顯示稀釋法的制約性。目前關于調味品廢水的處理，主要基于水質水量特征, 采取多工藝組合方法的應用較多，單一的處理工藝均程度不一地存在技術上的限制性，因此單一技術多以預處理應用為主。其中生物法的優化組合應用多見報道，不斷開發新工藝、新材料、追求低成本高效率的生態友好型模式，如新型活性污泥法、膜反應器的組合應用等。

表3　生物法調味品廢水處理工藝分析

3　調味品廢水資源化應用

調味品廢水的水質復雜、水量大，單純處理(減量、回用)不經濟且存在有效成分的浪費及污染問題，因此如何進行調味品廢水資源化處置就顯得尤為必要。但研究成果多以實驗室分析為主，具體工程應用鮮見報道。從生態環保可持續發展的視角來看，調味品廢水的資源化處置是必由之路。經檢索查閱資料，資源化應用方面研究多集中在絮凝劑制備、農藥制造、飼料肥料生產、配制培養基等研究方向[3-7]。

3.1　制備絮凝劑

周喜新等[8]以醬油釀造廢水作為發酵生產絮凝劑的培養基，研究培養生物絮凝劑的參數條件，即在將實驗原水稀釋4倍、蔗糖濃度C=10 g/L、pH為7.0、30 ℃的實驗條件下，實現了微生物絮凝劑的產生，且產率n=1.68 g/L,絮凝效率μ≥95%。達到既消除廢水中豐富的營養物(糧食殘渣作為生物絮凝劑產生的碳源和氮源)，又實現目標廢水污染物得以處理的雙重功效。李大鵬等[9]研究以味精廢水作為替代培養基制備絮凝劑,通過優化味精廢水培養基、比較產絮菌在不同培養基中的生長產絮狀況以及溶解氧對產絮菌細胞生長和絮凝物合成的影響的分析，提出分階段控制供氧(8 h和21 h)、添加葡萄糖濃度C=6 g/L，在無需添加額外的氮源的情況下，20 h絮凝效率μ達到95.4%，實驗效果顯著。

3.2　生物制藥

從經濟、環境效益雙贏的角度，楊建州等[10]在富含高濃度有機廢水——味精廢水中馴化蘇云金芽孢桿菌生產制備生物農藥。探索了適宜的工藝條件，經各實驗指標檢測結果表明：在滿足V=5 L廢水、攪拌轉速n=180 r/min的發酵罐(1.2 m3自動旋轉)中，發酵菌數量達到 68.7×108個/mL，其毒力效價相當于標準品。谷豐[11]基于味精廢水制備蘇云金芽孢桿菌生物農藥進行了深入系統研究，通過對實驗廢水中培養基組分、培養條件、深層培養過程參數的小試和中試規模研究分析，獲得了最佳工藝條件，表明經過長期馴化培養的蘇云金芽孢桿菌菌株具有高毒力，毒力效價與標準品相當，具有較好的經濟、環境及社會綜合效益。上述研究成果為后續相關工業化生產提供了技術參考。

3.3　制備益生菌

吳丹[12]以味精廢水為原材料生產益生菌，通過接種酵母菌、乳酸菌、芽孢桿菌復合發酵液，利用味精廢水中富含的有機物、無機物作為微生物營養源，通過優化實驗參數制備了3種益生菌劑，經應用于動物、植物生長以及土壤肥力增幅檢測，研究表明上述益生菌劑利于動物、植物的疾病防治和生長促進，以及有效改進了土壤結構，使得實驗土壤的肥力(有機質含量及團粒結構)增強。實現了味精廢水的資源化，開拓了味精廢水的利用途徑，該實驗研究解決了調味品企業生產潛在的環境負荷問題，且實現廢物資源化，符合中國生態環境可持續發展的戰略目標，為相關企業清潔生產、污染零排放提供了技術新思路。

3.4　生產沼氣

王志等[13]利用味精廢水在厭氧發酵條件下生產沼氣進行了研究。通過對比性研究結果顯示：基于厭氧、t=37 ℃和n=120 r/min的實驗條件下揮發性脂肪酸向沼氣轉化過程中，獲得了沼氣生產和添加乳酸鹽(終濃度C=0.05 g/L)參照對照組提高了48.8%，12.5%。揮發性乙酸鹽殘留則降低了62%的影響參數，分析了乳酸鹽功能性促進沼氣產氣量的機理，該研究成果對于實驗廢水生產沼氣(甲烷)具有生產實踐指導價值。

3.5　油脂的培養基

經中國知網數據庫資料檢索顯示：科研人員對于以味精廢水作為培養基，培養粘紅酵母生產油脂并同時去除培養基中污染物進行了研究[14，15]。其中，邢旭研究團隊以濃縮味精廢水為培養基，開展了生產油脂降低廢水化學需氧量的研究[16]。研究結果顯示：通過馴化優良粘紅酵母菌株，考察影響因子廢水pH值、葡萄糖母液、營養因素等對該馴化菌株的生長狀態、產油率和化學需氧量的去除效果，獲得優化研究參數，即味精廢水稀釋到原反應水量的4倍、pH為5.5時，該馴化菌株生長較好；添加葡萄糖母液、酵母粉及磷酸二氫鉀等營養因子都利于馴化菌株長勢、產油率及化學需氧量的去除，取得較好的實驗預期效果。對于高濃度味精廢水的資源化處置，顯示其具有良好的社會生態效應。

3.6　以廢治廢

從綜合治理的層面，楊莉等[17]開發了調味品生產廢水與鍋爐煙塵煙氣耦合治理技術，對于某食品企業的醬油、食醋、焦糖色等調味品生產廢水與鍋爐煙塵煙氣的處理技術工藝有機融合，將改性預處理后的調味品廢水(加入脫硫劑)作為鍋爐脫硫噴淋塔的除塵用水，研究表明上述“組合”工藝使得廢水和廢氣均能達到排放標準。實現了節約水資源(除塵用自來水)、雙廢盡除的環保目標。且該技術已經實現了企業應用，具有積極的實踐推廣意義。

4　結論

伴隨調味品需求市場的擴大、工業化進程的發展以及對于高濃度有機物調味品廢水國家排放標準日趨嚴苛，我國對于廢水有機物約束已成為水污染控制的硬性指標，構建可持續發展清潔調味品工業已成當務之急。針對水質水量多變的各類調味品廢水處理工藝的技術分析，目前該領域的控制治理技術尚存在改進上升空間，研究人員及相關企業立足于節能減排、生態環保、循環經濟的原則基礎上挖掘資源化處置方向，其中以廢治廢、綜合利用型的資源化治理道路將成為調味品廢水處理行業工藝改革的探索途徑。

參考文獻：

[1]汪敏,江生,毛慶,等.調味品中違禁添加的非食用色素檢測技術綜述[J].中國調味品,2016,41(11):152-154.

[2]劉哲俊,張少源.調味品公司廢水處理站改造工程設計[J].廣東化工,2011,38(4)：178-179.

[3]李文鋒,崔兆杰,韓峰.味精行業廢水資源化利用研究現狀及展望[J].再生資源與循環經濟,2014,7(12):34-37.

[4]閻靈均，李大鵬，馬放.谷氨酸發酵廢水的處理及資源化利用[J].遼寧石油化工大學學報，2008，28(2):28-34.

[5]成應向.味精廢水的治理技術及其發展趨勢[J].工業水處理,2003，23(2):6-9.

[6]楊小姣,馮雪榮,孫金斗,等.谷氨酸發酵廢水中提取菌體蛋白研究進展[J].中國釀造，2009，28(8):20-24.

[7]陳寶玉,李小風.味精生產廢水處理技術的研究進展[J].環境保護工程,2013,31(5):135-137.

[8]周喜新,楊華,張濱.利用醬油釀造廢水生產微生物絮凝劑的研究[J].湖南農業科學，2011(19):20-22.

[9]李大鵬,馬放,侯寧,等.味精廢水資源化制備復合型生物絮凝劑[J].湖南大學學報(自然科學版),2009,36(9):78-81.

[10]楊建州,張松鵬.利用味精廢水發酵生產蘇云金芽孢桿菌的發酵條件研究[J].食品與發酵工業,2002,28(4):28-31.

[11]谷豐.利用味精廢水制備生物農藥的嘗試[J].發酵科技通訊,2014,41(2):1-3.

[12]吳丹.利用味精廢水生產益生菌劑的方法[J].江蘇農業科學,2012,40(6):357-358．

[13]王志,許櫻,陳雄,等.味精廢水厭氧發酵產沼氣的研究[J].可再生能源,2009,27(4):25-27.

[14]趙宗保.加快微生物油脂研究為生物柴油產業提供廉價原料[J].中國生物工程雜志,2005,25(2):8-11.

[15]張志紅,薛飛燕,譚天偉.粘紅酵母處理味精廢水的研究[J].北京化工大學學報(自然科學版),2007,34(1):95-97.

[16]邢旭,薛飛燕,譚天偉,等.粘紅酵母在味精廢水中發酵生產油脂[J].生物加工過程,2010,8(1):7-10.

[17]楊莉,伍學明,樊君,等.高色度、高氨氮調味品生產廢水與鍋爐煙塵煙氣耦合治理技術探究[J].中國調味品,2013,38(4):84-86.