基于平板陶瓷膜的马铃薯淀粉废水处理及工程应用研究.pdf

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1、硕士学位论文（工程硕士）基于平板陶瓷膜的马铃薯淀粉废水处理及工程应用研究STUDYONTREATMENTANDENGINEERINGAPPLICATIONOFPOTATOSTARCHWASTEWATERBASEDONFLATCERAMICMEMBRANCE吕景潇哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：X506学校代码：10213国际图书分类号：628.3密级：公开工程硕士学位论文基于平板陶瓷膜的马铃薯淀粉废水处理及工程应用研究硕士研究生：吕景潇导师：马万里副教授申请学位：工程硕士学科：环境工程所在单位：环境学院答辩日

2、期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:X506U.D.C:628.3DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTREATMENTANDENGINEERINGAPPLICATIONOFPOTATOSTARCHWASTEWATERBASEDONFLATCERAMICMEMBRANCECandidate：LVJingxiaoSupervisor：Assoc.Prof.MAWanliAcademicDegreeAppliedfor：

3、MasterofEngineeringSpeciality：EnvironmentalEngineeringAffiliation：SchoolofEnvironmentDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要随着马铃薯主粮化战略的启动和淀粉需求量的增加，高黏度、高聚合度的马铃薯淀粉在中国市场的地位愈加重要。马铃薯淀粉的生产加工会产生大量马铃薯淀粉废水，特别是由蛋白液和淀粉提取废水组成的高浓度有

4、机废水，其COD浓度高，废水主要成分为蛋白质和溶解性淀粉，若未经处理将其排放到自然水体中，会破坏生态平衡，造成水体污染。本文使用陶瓷膜分离高浓度废水中有机物，一方面降低废水污染物含量，另一方面将蛋白质等有机物作为二次资源回收利用。（1）采用计算流体力学软件FLUENT（FLUENTInc.Version19.0）中的多孔介质模型对陶瓷膜反应器进行流场模拟，分析结果表明：0.6m3/h曝气强度下，曝气过量导致沉积污泥的扰动；曝气强度为0.2m3/h时，反应器具有较优的水力学条件，气液两相的充分混合以及以陶瓷膜组件为中心形成

5、的循环流动，有利于流体对陶瓷膜的冲洗和膜组件面积的有效利用；不同运行工况下反应器内部流速普遍小于0.025m/s，但在进出水管、曝气口附近流体流速较大。模拟结果能够较为准确的预判各种情况下的流场，以此为参考设计并制作陶瓷膜反应器。（2）配置模拟马铃薯淀粉废水并通过碱提酸沉法提取马铃薯淀粉废水中的马铃薯蛋白，考察了pH值和温度对蛋白质溶解性、起泡性的影响。结果表明，在等电点pH4.0附近，马铃薯蛋白表现出最低的溶解性和起泡性，但泡沫稳定性较高。在5~65℃的范围内，蛋白质的溶解性温度的升高呈现先升高后降低的趋势，在50℃左

6、右达到最佳。（3）通过相关试验确定反应器最佳运行条件为温度20℃，pH值5.8，曝气强度0.2m3/h。在此条件下运行反应器，过滤模拟马铃薯淀粉废水，废水COD浓度由14800mg/L降至5200mg/L左右，截留率约65%，蛋白质浓度由6371.8mg/L的降至947.8mg/L左右，截留率在83%~86%之间，浊度出水小于5NTU，去除率高达99%以上。通过试验对比了不同清洗方式对陶瓷膜的清洗效果，选择最佳清洗剂为0.05%中性蛋白酶，在130L/(m2/h)通量下反冲洗5min，可使陶瓷膜的膜通量恢复系数达到98.

7、18%。并通过对陶瓷膜污染现象的分析，确定了清洗周期为100min，排污周期为300min。（4）基于陶瓷膜反应器制作思路，结合工程实际优化并制作陶瓷膜分离设备，处理工业马铃薯淀粉废水，在单排污周期内，蛋白质浓度可浓缩近10倍，去除率达85%。结合150m3/d的高浓度废水排放量进行工程经济分析，运行成-I-摘要本约3.828元/m3，其中药剂费占比53.03%；对出水及浓缩液资源化利用的收益为4.465元/m3。而使用“陶瓷膜分离设备+UASB+SBBR”方法达标排放所需成本为4.728元/m3。本文的研究结果表明，陶

8、瓷膜分离工艺对马铃薯淀粉废水的处理具备优秀工程应用潜力。关键词：马铃薯淀粉废水；蛋白质；计算流体力学；陶瓷膜-II-AbstractAbstractWiththestartofthestrategyofbecomingpotatoasthestaplefoodandtheincreaseinthedemandfors