張成明,劉明源,吳江濤,張麗,魏峰,耿雅雯,李硯飛,董保成,李十中,薛忠財(cái)

1(徐州生物工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院,徐州市生物制藥與廢棄物綜合利用工程技術(shù)研究中心,江蘇 徐州,221006) 2(南京伯恩哈德新能源研究院有限公司,江蘇 南京,211500)3(泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院,藥學(xué)院,江蘇 泰州,225300) 4(安徽潤(rùn)景信息科技有限公司,安徽 蕪湖,241000)5(河北青縣新能源技術(shù)推廣中心,河北 滄州,062650) 6(農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)業(yè)生態(tài)與資源保護(hù)總站,北京,100125)7(清華大學(xué) 核能與新能源技術(shù)研究院,中美生物燃料 聯(lián)合研究中心,北京,100084)8(河北民族師范學(xué)院 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院,河北 承德,067000)

大蒜(AlliumsativumL.)是百合科蔥屬植物,也是常見(jiàn)的藥食同源植物。我國(guó)是目前世界上最大的大蒜種植國(guó)和出口國(guó),大蒜產(chǎn)量占全球總產(chǎn)量的70%以上,并占據(jù)60%以上的國(guó)際市場(chǎng)份額[1]。相關(guān)數(shù)據(jù)顯示,2016—2021年我國(guó)大蒜種植面積和產(chǎn)量分別保持在66.7萬(wàn)hm2和2 000萬(wàn)t以上;2015—2021年我國(guó)大蒜年出口量為200萬(wàn)t左右,出口金額超過(guò)20億美元,東南亞各國(guó)是我國(guó)大蒜主要的出口地。在國(guó)內(nèi),山東、河南、江蘇是主要的大蒜種植省份,產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的80%,其中規(guī)模較大的大蒜種植區(qū)達(dá)70多個(gè)[2-3]。目前,我國(guó)大蒜出口以保鮮大蒜和初級(jí)加工產(chǎn)品為主,如蒜片、腌漬大蒜等,而深加工產(chǎn)品數(shù)量較少[2]。在初級(jí)加工產(chǎn)品中,蒜片是最主要的品種。

大蒜(片)加工廢水是指大蒜在浸泡、切片、沖洗、脫水、烘干等加工過(guò)程中產(chǎn)生的含有大蒜素及其降解產(chǎn)物的廢水。據(jù)估算,每生產(chǎn)1 t脫水蒜片至少會(huì)產(chǎn)生20 t的廢水[4-6]。根據(jù)我國(guó)每年生產(chǎn)蒜片32～35萬(wàn)t推算[7],每年產(chǎn)生的蒜片加工廢水將超過(guò)640萬(wàn)t。該廢水不僅具有強(qiáng)烈的刺激性氣味,還具有較強(qiáng)的殺菌效果,給生物法處理帶來(lái)挑戰(zhàn)。蒜片加工企業(yè)通常需要付費(fèi)將廢水交給第三方進(jìn)行處理,這給企業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了額外成本。目前有不少學(xué)者對(duì)大蒜廢水的生物法處理工藝進(jìn)行了研究,但這些研究成果離實(shí)際應(yīng)用還有一定的距離。

本文圍繞大蒜加工廢水處理的相關(guān)研究展開(kāi)綜述,包括大蒜加工廢水主要成分和特點(diǎn)、大蒜素抑菌機(jī)理、大蒜加工廢水的處理工藝、大蒜加工廢水對(duì)生物處理法中微生物群落的影響等,以期為本領(lǐng)域的研究提供借鑒。

1 大蒜加工廢水概述

1.1 大蒜加工廢水特點(diǎn)

殺菌作用強(qiáng)烈是大蒜加工廢水的突出特點(diǎn)。研究表明,2.5%～3%(體積分?jǐn)?shù))的大蒜廢水就有顯著的殺菌特性,并且在4～70 ℃均可保持殺菌活性[8]。其次,蒜片加工通常在2～3個(gè)月內(nèi)集中進(jìn)行,在大蒜價(jià)格高的月份或年份甚至?xí)Ｖ辜庸?這導(dǎo)致大蒜加工廢水產(chǎn)生的季節(jié)性很強(qiáng),給其生物法處理帶來(lái)了困難。此外,大蒜加工廢水呈中性偏酸(5.7～7.0)、有機(jī)物濃度較高[化學(xué)需氧量(chemical oxygen demand,COD)7 400～9 500 mg/L],且含有一定量的氮(氨氮65～160 mg/L)和磷[9-10]。

1.2 大蒜加工廢水主要成分

大蒜中含有多種活性成分,包括含硫化合物、蛋白質(zhì)、多糖、多酚類(lèi)等[11-12]。在蒜片加工過(guò)程中,這些物質(zhì)會(huì)進(jìn)入廢水中。據(jù)估算,每年從大蒜加工廢水中流失的大蒜素、大蒜蛋白、大蒜多糖分別約120 t、2.4萬(wàn)t和3萬(wàn)t[13]。含硫化合物是大蒜具有殺菌能力的主要物質(zhì),包括大蒜素等硫代亞磺酸酯類(lèi)化合物以及它們的反應(yīng)產(chǎn)物(主要為烯丙基硫醚類(lèi)化合物以及阿霍烯等)[11]。吳洋等[14]從蒜片加工廢水中鑒別出54種化合物,其中揮發(fā)性含硫化合物20種,是廢水的主要成分。需要指出的是,大蒜加工廢水的殺菌性是由一系列含硫化合物造成的,在建立預(yù)處理方法時(shí),不能僅關(guān)注大蒜素這一種物質(zhì),大蒜中其他物質(zhì)也具有重要的生理功能,但在殺菌性方面的研究極少。

1.3 大蒜素抑菌機(jī)理

在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域,學(xué)者對(duì)大蒜素的抑菌、抗癌等機(jī)理進(jìn)行了深入的研究[4-5]。大蒜素及其衍生物對(duì)細(xì)菌、真菌、病毒和寄生蟲(chóng)均具有明顯的抑制和殺滅作用[15]。蒲川等[15]報(bào)道,大蒜素及大蒜提取物對(duì)19種細(xì)菌及12種真菌具有殺菌作用,它們主要分布于厚壁菌門(mén)、變形菌門(mén)、擬桿菌門(mén)和放線菌門(mén)。在厭氧消化過(guò)程中,這些微生物也往往是優(yōu)勢(shì)菌群[16]。這在一定程度上解釋了采用生物法處理大蒜加工廢水時(shí)難度較大的原因。大蒜素及大蒜提取物對(duì)微生物抑制機(jī)制的研究較為深入,主要包括對(duì)菌體巰基酶的競(jìng)爭(zhēng)性抑制、對(duì)微生物菌體結(jié)構(gòu)的侵入和破壞、增加菌體細(xì)胞膜通透性、破壞生物被膜、抑制微生物蛋白質(zhì)、DNA及RNA的合成等[15, 17]。

2 生物法處理工藝研究進(jìn)展

生物處理法是目前各種可降解有機(jī)廢水的主要處理工藝之一,主要涉及預(yù)處理、污泥馴化、生物處理、深度處理等工序。

2.1 預(yù)處理

采用生物法處理具有抑制性的廢水時(shí),建立高效的預(yù)處理方法十分必要。研究者通常采用以下方式:(a)將抑制物從廢水中去除,如絮凝、混凝、萃取、膜分離等;(b)將抑制物轉(zhuǎn)化為抑制性較弱或沒(méi)有抑制性的物質(zhì),如高級(jí)氧化、微生物降解等[18]。

2.1.1 混凝

混凝是廢水預(yù)處理常采用的手段,主要是為了去除廢水中的膠體物質(zhì)和懸浮物,但也可以將部分抑制物一起去除,并降低后續(xù)工藝的有機(jī)負(fù)荷。聚合AlCl3、聚丙烯酰胺等常見(jiàn)的絮凝劑均可以用于大蒜廢水的混凝處理。采用這種方法時(shí),通常要求廢水pH為中性,絮凝劑使用量在30 mg/L以下[19]。李偉[20]發(fā)現(xiàn),絮凝時(shí)加入茶多酚可以有效去除大蒜加工廢水中的大蒜素,但并未闡明相關(guān)機(jī)制。因此,茶多酚去除大蒜素的機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

2.1.2 萃取

提取大蒜廢水中活性物質(zhì)(大蒜素、多糖、蛋白質(zhì)等)并進(jìn)行高值化利用是一個(gè)重要的研究方向。王加祥[13]優(yōu)化了石油醚動(dòng)態(tài)吸附廢水中大蒜素的工藝參數(shù)(溶劑比、截留次數(shù)、流速)并獲得了43.7%的萃取率。李寧陽(yáng)等[21]以植物油抽提溶劑為提取劑,優(yōu)化了大蒜素動(dòng)態(tài)提取工藝,并獲得了87.45%的提取率。由此可見(jiàn),對(duì)廢水中的大蒜素進(jìn)行提取是可行的。用于大蒜素提取的溶劑很多,包括石油醚、正己烷、正丁醇、植物油、乙酸乙酯、苯甲醚、正辛烷、二氯甲烷、CO2等[21-22]。在實(shí)際應(yīng)用中,需要結(jié)合對(duì)大蒜素的后續(xù)利用來(lái)進(jìn)行溶劑的選擇。

2.1.3 強(qiáng)酸處理

大蒜素在弱酸(pH 6.5)條件下相對(duì)穩(wěn)定,但在強(qiáng)酸(pH<4)條件下,大蒜素會(huì)不斷地產(chǎn)生銃鹽并析出硫[23]。此外,其他有機(jī)硫化合物在強(qiáng)酸條件下也不穩(wěn)定,會(huì)逐漸轉(zhuǎn)化為白色的絮狀物而被去除,去除率高達(dá)80%～90%[23]。采用該方法進(jìn)行預(yù)處理時(shí),應(yīng)考慮加酸帶來(lái)的成本,以及對(duì)后續(xù)工藝的影響。由于該方法的pH值較低,后續(xù)可以考慮聯(lián)合Fenton法來(lái)對(duì)廢水進(jìn)一步處理。

2.1.4 高溫處理

大蒜素化學(xué)性質(zhì)活潑,加熱條件下會(huì)發(fā)生消除反應(yīng),引起二硫鍵斷裂等,進(jìn)而發(fā)生分解反應(yīng),生成一系列含硫化合物[23]。也有報(bào)道稱(chēng),大蒜素加熱時(shí)可生成鏈?zhǔn)交螂s環(huán)類(lèi)化合物,如阿霍烯和乙烯基二硫雜苯等[15]。利用大蒜素高溫降解產(chǎn)物溶解度降低、易揮發(fā)的特點(diǎn),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大蒜素的去除。據(jù)報(bào)道,pH 6.5和 30 ℃時(shí),經(jīng)過(guò)48 h靜置,廢水中有機(jī)硫的去除率可以達(dá)到26.5%[23]。隨著溫度繼續(xù)升高以及時(shí)間延長(zhǎng),廢水中有機(jī)硫化合物的去除率可繼續(xù)升高。當(dāng)大蒜素被加熱至80 ℃以上時(shí),維持?jǐn)?shù)分鐘就可以使其失去殺菌性[17]。但目前為止,還沒(méi)有單獨(dú)利用高溫處理來(lái)降低大蒜加工廢水抑制性的報(bào)道。

2.2 污泥馴化

處理具有抑制性的廢水時(shí),污泥馴化是必要的。污泥來(lái)源和馴化方式對(duì)生物法處理廢水的效果均具有顯著影響。污泥來(lái)源通常包括污水處理廠或沼氣工程的污泥[10, 24]、自然水體底部污泥[24]以及污水本身等[10, 24];根據(jù)是否有外來(lái)種泥接入,可以將馴化方法分為接種培菌法與自然培菌法[24]。

傅源等[24]利用序批式反應(yīng)器(sequencing batch reactor,SBR)系統(tǒng)分別對(duì)3種來(lái)源的污泥進(jìn)行了馴化,結(jié)果表明,污水處理廠曝氣池、化肥廠二沉池的污泥經(jīng)馴化后均可用于大蒜廢水處理,且性能無(wú)顯著差異,而河底污泥在馴化過(guò)程中生物量提升緩慢,不適合采用。溫度(15、25、35 ℃)對(duì)污泥馴化具有顯著影響,最佳馴化溫度為25 ℃;水溫為15 ℃時(shí),污泥沉降性能變差并出現(xiàn)污泥膨脹現(xiàn)象。采用自然培菌法時(shí),經(jīng)過(guò)3周培養(yǎng),仍未獲得足夠數(shù)量的污泥[24]。李微等[10]在SBR系統(tǒng)中比較了接種培菌法與自然培菌法的差異,結(jié)果表明二者在總氮、總磷去除方面差異較小,在馴化時(shí)間(分別為7、24 d)、COD去除方面差異較大。接種培菌法處理大蒜廢水時(shí),出水可達(dá)國(guó)家二級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)要求,而自然培菌法無(wú)法達(dá)到要求。此外,在接種培菌法中,污泥由棕黑色逐漸變?yōu)辄S褐色;而在自然培菌法中,沉積物經(jīng)歷了白色-綠色-黃褐色的變化過(guò)程,且沉降性較好。

綜上,處理大蒜加工廢水時(shí)對(duì)污泥進(jìn)行馴化是必要的,與天然水體的污泥相比,取自污水處理系統(tǒng)的污泥更適合用于處理大蒜加工廢水[25]。盡管對(duì)大蒜加工廢水進(jìn)行富集培養(yǎng)也可以獲得一定量的微生物,但根據(jù)目前報(bào)道,該方法尚不適合用于大蒜加工廢水處理[24]。

2.3 生物法處理工藝

采用生物法處理污水的研究一直很活躍,新型反應(yīng)器和組合工藝不斷涌現(xiàn)。在大蒜廢水處理領(lǐng)域,研究人員嘗試了用不同的組合工藝來(lái)處理廢水,并取得了較好的結(jié)果。

趙大傳等[9, 26]利用厭氧折流板反應(yīng)器(anaerobic baffled reactor,ABR)-曝氣生物濾池(biological aerated filter,BAF)組合工藝以及ABR-活性污泥-水生植物組合工藝對(duì)大蒜廢水進(jìn)行了處理。實(shí)驗(yàn)取得了較好的結(jié)果,ABR-BAF組合工藝中COD總?cè)コ时３衷?8%以上,出水水質(zhì)滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[9]。在最佳條件下運(yùn)行時(shí),ABR可以提高廢水的可生化性(BOD/COD由進(jìn)水時(shí)的0.33～0.37增加到出水時(shí)的0.46～0.52)有利于后續(xù)好氧處理[9]。傅源等[25]利用SBR反應(yīng)器對(duì)大蒜加工廢水進(jìn)行處理,出水可達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)。其關(guān)鍵工藝參數(shù)包括進(jìn)水時(shí)間、反應(yīng)時(shí)間、沉淀時(shí)間、排水時(shí)間、閑置時(shí)間等。彭航等[27]以大蒜汁和乙酸鈉混合物為底物(COD 4 000 mg/L),考察了UASB-ASP(up-flow anaerobic sludge bed-activated sludge process)系統(tǒng)對(duì)大蒜加工廢水的處理性能。實(shí)驗(yàn)條件下,UASB和ASP的水力停留時(shí)間分別為6 h和2.6 h,系統(tǒng)對(duì)COD去除率超過(guò)98%,最終出水的COD為89 mg/L左右[27]。在該實(shí)驗(yàn)中,模擬廢水中75%的COD由乙酸鈉提供,乙酸鈉的加入是否可以提高厭氧消化菌群對(duì)大蒜加工廢水的適應(yīng)性并不明確。

2.4 微生物群落研究

有學(xué)者借助宏基因組測(cè)序?qū)ι锓ㄌ幚泶笏饧庸U水時(shí)系統(tǒng)中微生物群落組成和演化進(jìn)行了分析,并對(duì)微生物群落產(chǎn)生大蒜素耐受性的機(jī)制進(jìn)行了闡述。

污泥來(lái)源對(duì)馴化后系統(tǒng)中微生物群落組成具有決定性影響,不同學(xué)者鑒別出的優(yōu)勢(shì)微生物種類(lèi)差異較大。根據(jù)已有報(bào)道,在處理大蒜加工廢水時(shí),系統(tǒng)中的優(yōu)勢(shì)菌門(mén)包括Proteobacteria[10, 28]、Euryarchaeota Bacteroidetes[10, 28]、Firmicutes[28]、Chloroflexi[28]、Candidatus Saccharibacteria[10]、Planctomycetes[10]和Actinobacteria[10];優(yōu)勢(shì)菌綱包括α-proteobacteria和Planctomycetia[10];優(yōu)勢(shì)菌屬包括Acinetobacter[28]、Petrimona[28]、分枝桿菌屬、氣微菌屬、卡泰拉孢囊菌屬和魏斯氏菌屬[28-29]。在沒(méi)有外源污泥加入的情況下,對(duì)大蒜加工廢水進(jìn)行培養(yǎng)也可以獲得一定數(shù)量的微生物,Proteobacteria、Bacteroidetes 和 Actinobacteria是優(yōu)勢(shì)菌門(mén),α-proteobacteria、Actinobacteria和Flavobacteriia是優(yōu)勢(shì)菌綱[10]。這些微生物更多體現(xiàn)的是對(duì)大蒜素的抗性,而非對(duì)大蒜素的降解[10]。大蒜素存在時(shí),不同微生物表現(xiàn)出的生長(zhǎng)規(guī)律差異顯著。從宏觀上看,一些對(duì)大蒜素耐受性差的微生物會(huì)被“洗出”,導(dǎo)致系統(tǒng)中的微生物多樣性下降[10, 28]。

PENG等[28]利用合成廢水(大蒜素含量12.47 mg/L)成功培養(yǎng)出顆粒污泥,并對(duì)相關(guān)機(jī)制進(jìn)行了闡述。胞外聚合物(extracellular polymeric substances,EPS)、N-酰基高絲氨酸內(nèi)酯(N-acylhomoserine lactones,AHL)和細(xì)菌群落組成在顆粒污泥形成的過(guò)程中起著重要作用,并影響著污泥的物理化學(xué)特性。在最初階段,大蒜素提供了強(qiáng)大的選擇壓力,促進(jìn)了接種污泥中細(xì)菌群落的演替。細(xì)菌群落通過(guò)分泌AHL以調(diào)節(jié)細(xì)菌代謝活性,并產(chǎn)生了更多的EPS和胞外蛋白。EPS和胞外蛋白的產(chǎn)生促進(jìn)了細(xì)菌的聚集,并保護(hù)顆粒污泥的形成過(guò)程免受大蒜素的影響。其中水力剪切力在成熟顆粒污泥的形成過(guò)程中起到了關(guān)鍵作用[28]。

2.5 特定微生物篩選

篩選能夠降解特定污染物或適合特定環(huán)境的微生物一直是厭氧消化領(lǐng)域的重要研究方向[30-31]。篩選能夠降解大蒜素的微生物并將其用于大蒜廢水處理也是一個(gè)思路,但相關(guān)研究很少。盛多紅等[29]以Bushnell-Haas無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)基為基礎(chǔ),通過(guò)添加微量元素及大蒜素,從大蒜廢水蓄水池的沉積物中分離獲得了一株大蒜素降解菌,它能夠以大蒜素為唯一碳源進(jìn)行生長(zhǎng)(50～300 mg/L),并將大蒜素降解。經(jīng)鑒定該菌為融合魏斯氏菌(Weissellaconfusa)。該菌可以在15～40 ℃內(nèi)生長(zhǎng),最適生長(zhǎng)溫度和降解大蒜素的溫度均為35 ℃,最適pH為中性左右[29]。添加葡萄糖不會(huì)影響該菌對(duì)大蒜素的分解。

3 其他處理工藝簡(jiǎn)介

除生物法外,目前報(bào)道的大蒜廢水處理工藝還包括膜分離法、高級(jí)氧化法和電化學(xué)法等。

3.1 膜分離法

膜分離技術(shù)是根據(jù)目標(biāo)物大小來(lái)進(jìn)行分離的一種技術(shù),根據(jù)膜孔徑的大小可以分為微濾膜、超濾膜、納濾膜、反滲透膜等,該領(lǐng)域發(fā)展迅速且在多個(gè)行業(yè)均有應(yīng)用。采用膜法對(duì)大蒜廢水處理時(shí),不能僅考慮達(dá)標(biāo)排放,更應(yīng)充分利用膜分離技術(shù)的優(yōu)勢(shì),實(shí)現(xiàn)對(duì)大蒜廢水中不同組分的分離和高值化利用。韓貴芝等[32]利用納濾加反滲透的組合工藝對(duì)大蒜加工廢水進(jìn)行了處理,大蒜素和大蒜多糖的回收率分別為71.1%和98.3%,膜分離過(guò)程中的清液和經(jīng)絮凝處理的濃縮液均可以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。盧曉明等[6]利用膜分離技術(shù)對(duì)大蒜加工廢水中的蛋白質(zhì)進(jìn)行了分離,并對(duì)其理化性質(zhì)進(jìn)行了研究。

3.2 高級(jí)氧化法

高級(jí)氧化技術(shù)是借助光、電、催化劑等產(chǎn)生活性極強(qiáng)的自由基降解廢水污染物的方法,主要包括Fenton法、光催化氧化法、電化學(xué)氧化法、臭氧氧化法、超聲氧化法等[33]。

3.2.1 Fenton法

該方法被廣泛應(yīng)用于難降解有機(jī)物的氧化分解。其原理是酸性條件下H2O2與Fe2+反應(yīng)產(chǎn)生氧化性極強(qiáng)的·OH自由基和HOO·自由基,這些自由基能夠?qū)⒋蠓肿佑袡C(jī)物降解為小分子物質(zhì)甚至直接氧化分解為H2O和CO2。pH對(duì)該方法影響最大,其他影響因素還包括H2O2使用量、H2O2和Fe2+的摩爾比、反應(yīng)時(shí)間、溫度、H2O2添加方式等[23]。王愷[23]研究發(fā)現(xiàn)在最佳條件下,大蒜廢水的COD去除率可達(dá)到62.5%。Fenton法處理廢水的研究一直很活躍,學(xué)者提出了很多方法用于進(jìn)一步提高Fenton法的效率,如氧化還原介質(zhì)強(qiáng)化法、絡(luò)合劑強(qiáng)化法、光催化強(qiáng)化法、電芬頓法、超聲強(qiáng)化法等[34]。研究者可以嘗試使用這些方法來(lái)處理大蒜加工廢水。

3.2.2 光催化氧化法

光催化氧化是一種新型的清潔無(wú)污染的處理技術(shù),可以將一系列難降解的有機(jī)污染物完全礦化為CO2和水[18]。金玉芹等[18]借助新型硫摻雜TiO2納米材料考察了酸性條件下(pH 3)可見(jiàn)光催化對(duì)大蒜素降解的可行性,并借助GC-MS對(duì)大蒜素降解機(jī)理進(jìn)行了探討。結(jié)果表明該方法可以有效降解大蒜素。在降解初期,大蒜素被降解為二烯丙基硫醚、二烯丙基二硫醚、二烯丙基三硫醚、二烯丙基四硫醚等8種物質(zhì),隨著降解時(shí)間延長(zhǎng),含量較高的二烯丙基硫醚化合物被降解成為小分子物質(zhì)。盡管作者未進(jìn)行抑菌性方面的實(shí)驗(yàn),但是從光催化氧化法的原理分析,該方法是可以降低甚至消除大蒜廢水的抑制。

3.2.3 電化學(xué)氧化法

電化學(xué)氧化法是利用陽(yáng)極表面上放電產(chǎn)生的·OH來(lái)去除污染物的一種氧化方法[33]。李鋒民等[35]采用電化學(xué)氧化和過(guò)硫酸鹽氧化法聯(lián)合處理大蒜廢水并取得了良好效果。在特定條件下,COD的去除率可以達(dá)到68%,大蒜素含量低于檢出限,廢水可生化性得到顯著提高。

3.3 微電解法

微電解法是利用金屬腐蝕原理形成原電池對(duì)廢水進(jìn)行處理的工藝,又稱(chēng)內(nèi)電解法、鐵屑過(guò)濾法等,最初設(shè)計(jì)用來(lái)處理印染廢水等難處理廢水[36]。該工藝對(duì)大蒜加工廢水COD的去除率約為50%,但是,在去除大蒜加工廢水刺激性氣味及提高廢水可生化性方面具有優(yōu)勢(shì)[36]。該工藝的關(guān)鍵參數(shù)包括曝氣情況、廢水pH值、反應(yīng)時(shí)間、鐵炭質(zhì)量比、鐵水質(zhì)量比等[36]。實(shí)際應(yīng)用中,該工藝可以和絮凝、生物處理等工藝進(jìn)行組合。

綜上,采用非生物方法對(duì)大蒜加工廢水進(jìn)行(預(yù))處理是一個(gè)較好的選擇。一方面,可以避免大蒜素及其降解產(chǎn)物對(duì)微生物的抑制性;另一方面,還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)大蒜加工廢水的高值化利用(膜法)。這個(gè)領(lǐng)域的研究一直比較活躍且卓有成效,在今后一段時(shí)間內(nèi)將仍然是一個(gè)研究熱點(diǎn)。

4 結(jié)論與展望

生物處理法處理大蒜廢水在實(shí)驗(yàn)室階段均取得了成功,但在實(shí)際應(yīng)用中仍需改進(jìn)。這主要是由于大蒜加工廢水抑菌性強(qiáng)、排放季節(jié)性強(qiáng)引起的。非生物法處理工藝(如膜分離、高級(jí)氧化、微電解等)在大蒜加工廢水的處理中呈現(xiàn)出獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)該廢水的完善處理,需要從以下4個(gè)方面進(jìn)行:(1)加強(qiáng)預(yù)處理工藝研究。一方面,要充分回收大蒜加工廢水中的大蒜素、多糖、蛋白質(zhì)等物質(zhì);另一方面,要盡可能降低大蒜加工廢水對(duì)微生物的抑制性。(2)研發(fā)適于大蒜加工廢水處理的小型設(shè)備。大多數(shù)蒜片加工企業(yè)廢水日排放量在20 t以?xún)?nèi),再考慮到大蒜加工廢水排放的季節(jié)性,研發(fā)相關(guān)的小型設(shè)備應(yīng)該具有良好的市場(chǎng)潛力。(3)充分考慮各種處理工藝的優(yōu)缺點(diǎn),開(kāi)發(fā)出適合大蒜加工廢水的組合工藝。(4)篩選能夠降解大蒜素的特定微生物或菌群,提高生物法處理大蒜加工廢水的穩(wěn)定性。