植物提取物是以植物為原料，按照對提取的最終產品的用途的需要，經過物理化學提取分離過程，定向獲取和濃集植物中的某一種或多種有效成分，而不改變其有效成分結構而形成的產品。按照提取植物的成份不同，形成甙、酸、多酚、多糖、萜類、黃酮、生物堿等；按照性狀不同，可分為植物油、浸膏、粉、晶狀體等。植物提取物多用于醫藥行業、食品行業、美容行業以及其它行業。

植物提取廢水是植物提取物在提取的過程中產生的廢水，現以一篇學術文章分析植物提取廢水的處理研究。

1概述

1．1植物提取物生產過程中廢水的來源及特點植物提取物(Plantsextract)是指以物理、化學和生物學等手段從以天然植物中提取的某種或某些具有特殊效果的物質,不改變其有效成分結構而形成的產品。其原料涵蓋森林植物、草原植物、農業栽培植物和海洋植物等。其產品可分為生物堿、苷類、單寧、精油、樹脂、毒性蛋白、酯類、酮類等多種類型的化合物,目前被廣泛應用于植物藥、食品添加劑、功能食品、日用化學品、植物源的農藥和獸藥等。

植物提取企業,以植物為原料,經粉碎、浸提、精制等工序而得到目標產物,其生產過程中產生大量含有天然有機污染物的廢水,其主要含有纖維素、半纖維素、糖類和蛋白質等各種植物天然產物,以及分離純化過程中的各種有機溶劑等。植物提取企業排放出的廢水主要來源有以下幾部分:前處理車間清洗原料廢水,提取車間提取廢水和部分提取液以及過濾后的污水,濃縮制劑車間廢水,蒸汽冷凝水和處理離子交換樹脂酸堿液的中和水,罐體清洗、管道及地面沖洗水。

植物提取物生產過程中的廢水通常屬于較難處理的高濃度有機廢水之一,因提取物產品不同、生產工藝不同而差異較大,水質波動較大,COD可高達6000mg/L,BOD可達2500mg/L。

隨著植物提取業的發展,其消耗的水資源越來越大,水污染問題日益突出。廢水如果不治理,不僅它自身成為了一種不能再利用的被浪費了的資源,而且,不經治理直接排放,勢必嚴重污染自然水體,使有限的可利用水資源更加匱乏。因此,對廢水進行治理,達到排放標準后排放或是達到其工業用水標準后為其循環利用,既可降低其生產成本,增加收益,又能節約日趨減少的可利用水資源,是緩解日趨緊張的水資源問題的重要舉措。

1.2植物提取物生產過程中廢水的分類根據廢水污染的程度,可分為凈廢水和濁廢水兩類,凈廢水是指各種工業設備間接冷卻水和前處理車間清洗原料廢水,它們或是水溫升高,或含有泥沙和植物枝葉,污染輕微,可經某些簡單治理后循環使用或排入水體;濁廢水,主要有酸性或堿性無機廢水,含有機溶劑、含植物提取物殘渣的有機廢水,以及無機有機混合型廢水,它們則是污染嚴重,需要經過特殊的治理才能排放或是循環利用。

1.3植物提取物生產過程中廢水的排放標準我國早在1973年就首次頒布了《工業“三廢”排放試行標準(GBJ4-73)》，對排入地面水的工業廢水中19項污染物或有害因素的排放標準進行了規定。1988年國家環境保護局重新修訂頒布􀀂污水綜合排放標準《GB8978-88)》,適用于排放污水和廢水的一切企事業單位。現在執行的標準是1996年10月4日批準,并于1998年1月1日實施的《污水綜合排放標準(GB8978-1996)》,按其規定,植物提取行業廢水的排放依照該標準執行。標準規定的植物提取行業廢水排放標準值見表1。

2植物提取物生產過程中的廢水治理的基本方法

根據污染物在治理過程中的變化,可以分為分離治理和轉化治理兩大類。分離治理是指通過各種外力(物理或物理化學)的作用,使污染物從廢水中分離出來,一般不改變污染物的化學本性;轉化治理是通過化學或生物化學的作用,改變污染物的化學本性,使其轉化為無害的物質或可分離的物質,后者再經分離予以去除。按照廢水治理手段劃分,主要有:化學法,傳質法及生物處理法。化學法中,包括混凝、中和處理法、氧化法等;傳質法主要有汽提、吹脫、吸附(離子交換)、膜分離等;生物處理法主要包括活性污泥法,生物膜法和厭氧生物處理法等。

因為植物提取物生產過程中的廢水,因提取物產品不同、生產工藝不同而差異較大,所以,在對某一特性廢水治理的過程中,通常會用到幾種不同的處理方法或是幾種不同方法的組合。在以上方法中,應用最廣泛的一種則是生物處理法,據統計,全世界生物法處理的廢水量占處理水總量的65%。

2.1化學法

化學法包括混凝、中和處理、氧化等方法。

(1)混凝法。混凝是通過向水中投加一定化學藥劑,使水中的細分散顆粒和膠體物質脫穩,并進一步形成粗大絮凝體的過程,通過混凝法可以降低廢水的濁度和色度,去除多種高分子物質、有機物等,也可去除導致水體富營養化的可溶性有機物,還能改善污泥的脫水性能。所以,混凝法在植物提取業廢水治理中廣為使用,它既可以作為獨立的處理方法,也可以和其他處理方法配合使用,作為廢水的預處理、中間處理或終端處理。影響處理效果的因素有:混凝劑種類和投藥量、廢水水體的pH值、攪拌的速度和時間和沉降時間等。與其他處理方法相比較,混凝法設備簡單,易于實施,操作維護簡單,便于間歇運行,但處理效果一般,運行費用高,沉渣量大。

(2)中和法。中和法是利用化學酸堿中和的原理消除廢水中過量的酸或堿,使其pH值達到中性左右的過程。酸性廢水的中和方法有:利用工廠中的堿性廢水或堿性廢渣進行中和;投加堿性藥劑;通過有中和性能的濾料過濾。

(3)氧化法。在處理一些高濃度、難生化降解的有機廢水時候,可以利用它在化學反應過程中能被氧化的性質,將其直接礦化或提高污染物的可生化性。常用的方法有空氣氧化、氯氧化、臭氧氧化和光氧化等,除此之外,1987年Glaze等人提出了高級氧化法(AdvancedOxidationProcesses/AOP),將其定義為:水處理過程中以羥基自由基作為主要氧化劑的氧化過程。根據產生自由基的方式和反應條件的不同,AOP又可分為Fenton類氧化法、臭氧類氧化法、超聲聲化學氧化法、濕式氧化法、超臨界水氧化法和光催化氧化法等。

2.2傳質法

傳質法可分為汽提法、吹脫法、吸附(離子交換)法和膜分離法。

(1)汽提法。廢水中可揮發性溶解物質,可以用汽提法從廢水中分離出來。汽提過程一般是在密閉的塔內進行的。將廢水加熱后,由塔頂送入,塔底送入水蒸氣。當水溶液(等于揮發性物質蒸汽壓與水蒸氣壓的和)恰好超過外壓力時,廢水就開始沸騰,這樣加速了揮發性物質由液相轉入氣相的過程。另一方面,當水蒸氣以氣泡狀態穿過水層時,水和氣泡表面之間形成了自由界面,這時候,液體就不斷向氣泡內蒸汽擴散,當氣泡上升到液面時,就開始破裂而放出其中的揮發性物質。所以數量極多的水蒸氣氣泡顯著地擴大了蒸發面,加強了傳質過程的進行。

(2)吹脫法。將空氣通入一定溫度的廢水中,空氣與溶解狀的揮發性物質可產生兩種作用,一是化學氧化作用,氧化反應的程度與揮發性物質的性質、濃度、溫度、pH值等有關;二是吹脫作用,使廢水中溶解狀態的揮發性物質有液相轉為氣相,擴散到大氣中去,此過程屬于傳質過程。從廢水中吹脫出來的揮發性物質,可用堿性溶液吸收,或是用活性炭吸附。影響吹脫效果的因素有溫度、氣液比、pH值和揮發性物質的性質等。

(3)吸附法(離子交換)。吸附法處理廢水就是利用多空性固體(稱為吸附劑)的表面吸附廢水中一種或幾種溶質(成為吸附質),以去除某種溶質的過程。吸附劑對吸附質的吸附,既有物理吸附又有化學吸附。在廢水治理中常用的吸附劑有活性炭、磺化煤、木炭、焦碳、高嶺土、硅藻土、硅膠和爐渣等。吸附劑的性質、吸附質的性質、溫度、濃度、吸附接觸時間和廢水的pH值等,都是影響吸附效果的因素。離子交換,是一種特殊的吸附,其特點在于它主要吸附離子化的物質,而且吸附過程中伴隨著等當量交換。

(4)膜分離法。膜分離是利用特殊制造的多孔材料的攔截能力,以物理截留的方式去除廢水中一定顆粒大小的雜質。在壓力驅動下,顆粒較小的物質可通過纖維壁上的微孔到達膜的另一側,而顆粒較大的物質則不能透過纖維壁而被截留,從而達到篩分廢水中不同大小組分的目的。其過濾的精度和濾膜本身的孔徑大小有關,根據孔徑的大小可分為微濾、超濾、納濾、和反滲透。膜分離技術和膜分離產品最近受到了市場的高度關注,因為它具有下優點:對雜質的去除效率高,產水水質大大好于傳統方法;徹底消除或是大大減少化學藥劑的使用,避免二次污染;系統易于自動化,可靠性高,運行簡易;占地面積要求小。

2.3生物處理法

生物處理法是通過自然界廣泛存在的巨量微生物的新陳代謝作用,將廢水中的有機物氧化分解為穩定的無機物的過程。主要的處理方法有活性污泥法,生物膜法和厭氧生物處理法。生物處理法是當今廢水治理最常用的方法,據統計,全世界生物法處理的廢水量占處理水總量的65%。

(1)活性污泥法。活性污泥法就是以呈懸浮狀的活性污泥為主體,利用活性污泥的吸附凝聚和氧化分解作用來凈化廢水中的有機物。活性污泥對有機物的降解包括絮凝、吸附,分解、氧化,沉淀與濃縮幾個過程。溶解氧、水溫、營養物質、pH值、有毒物質等都能影響其處理效果。

(2)生物膜法。生物膜法與活性污泥法的主要區別在于生物膜法是微生物以膜的形式或固定、或附著生長于固體填料(或稱載體)的表面,而活性污泥法則是活性污泥以絮體方式懸浮生長于處理構筑物中。與傳統活性污泥法相比,生物膜法的運行穩定、抗沖擊能力強、更為經濟節能、無污泥膨脹問題、能夠處理低濃度廢水等優點。生物濾池、生物轉盤、接觸氧化法和生物流化床等都屬于生物膜法。

(3)厭氧處理法。厭氧生物處理法適合于對于高濃度有機廢水的處理,它是在斷絕與空氣接觸的條件下,依賴兼性厭氧菌和專性厭氧菌來降解有機物,將大分子的有機物首先水解成低分子化合物,然后再轉化成甲烷和二氧化碳等的過程。厭氧生物處理過程又稱為厭氧消化。分為水解、發酵,產氫、產乙酸,產甲烷等三個階段,由不同的微生物種群交替完成的。溫度、pH值、氧化還原電位、營養、有機負荷、有毒物質等都是影響厭氧消化處理效果的因素。厭氧生物處理有厭氧接觸法、厭氧生物濾池和厭氧生物轉盤、上流式厭氧污泥床反應器(UASB)、厭氧流化床反應器、兩相厭氧消化系統等方法。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。

3植物提取物生產過程中廢水的治理的流程

植物提取物生產過程中的廢水,不僅因為目的產物不同、工藝不同而水質不同,而且,在同一企業用同一工藝生產同一目的產物的不同工段中,其水質也差異甚大。比較先進的廢水治理方法,應是不同性質廢水分類收集,分類處理。對于植物提取業清洗原料的廢水和各種工業設備的冷卻水,可以采用相對比較簡單的冷卻、過濾、沉降等物理方法處理,降低水溫,除去其中的植物原料枝葉及泥沙后即可循環使用;提取車間、制劑車間的廢水及罐體、管道的沖洗水,可根據其廢水的特性(含酸含堿、含植物提取殘渣、含有機溶劑、含難生化降解有機物或是含對微生物有抑制作用的植物天然產物)而采用中和、混凝、氧化、生物處理等相應的行之有效的方法。植物提取物生產過程中廢水治理的大體流程可用圖1來表示。

4結束語

由于植物提取行業廢水的多樣化,因此采取的治理方法亦是多樣化的。對植物提取業廢水的治理,應根據其水質的特異性,采用不同的治理方法或是不同治理方法的組合。通過以上對植物提取業廢水治理現狀的討論,不難看出,今后應該從以下幾個方面進行研究和實踐:

(1)推行綠色化生產工藝和清潔化生產管理,力求實施生產工藝的閉路循環。對生產的各個工序進行清潔化生產與管理,消除漏、滴、跑、冒!等現象;同時,也應考慮物流的閉路循環,努力實現“零”排放。

(2)采取清污分流,避免重復污染,對廢水分類收集,分類治理。

(3)開發新型廢水治理技術、高效低能耗的廢水治理裝置,特別是復合處理裝置的研究開發。