臭氧生物活性炭技术对工厂化豆芽生产回收水的净化效果研究.doc

臭氧生物活性炭技术对工厂化豆芽生产回收水的净化效果研究中圄蓉学c虽般2011,27(25):133137ChineseAgriculturalScienceBulletin臭氧生物活性炭技术对工厂化豆芽生产回收水的净化效果研究李永华,康玉凡,陶礼明,刘宝平.(中国农业大学农学与生物技术学院,北京100193;宁波五龙潭蔬菜食品有限公司,浙江宁波318020;北京东升方圆农业种植开发有限公司,北京101105)摘要:为了研究臭氧生物活性炭技术对豆芽工厂化生产过程回收水中有机物及部分无机物的去除效果,及不同水质对豆芽品质的影响,模拟豆芽工厂化生产工艺,用不同水样进行发芽试验,对不同水质及豆芽品质进行方差及相关性分析.结果表明,本试验处理工艺对总磷,COD,总有机碳去除率分别为5O.90%,60.19%,67.51%,对无机盐铁,硝酸盐,亚硝酸盐,硫酸盐,磷酸盐的去除率分别为80.68%,22.84%,55.17%,21.46%,42.67%.豆芽的产量,下胚轴长,下胚轴粗及根长与水中总磷,COD,总有机碳及硝酸盐,亚硝酸盐,磷酸盐含量呈极显着负相关(0.01).臭氧生物活性炭技术可有效去除工厂化豆芽生产回收水中的有机物,部分无机物,净化水各项指标基本达到生活饮用水卫生标准,回收水及净化出水均某种程度上降低了豆芽的品质,不同水质对豆芽品质的影响较大.关键词:豆芽工厂化生产;臭氧生物活性炭;回收水;有机物;无机物中图分类号:S.3文献标志码:A论文编号:2011.0988AStudyofEffectofOzone-biologiealActivatedCarbonProcessinTreatingCirculatingWaterofFactoryGerminationProcessLiYonghua,KangYufan,TaoLiming,LiuBaoping3(CollegeofAgronomyandBioteehnology,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193;2NingboWulongtanVegetableFoodLimitedCompany,NingboZhejiang318020;BeijingDongshengFangyuanFarmingDevelopmentLimitedCompany,Beijing101105)Abstract:Inordertostudytheeffectof)zonebi0l0gicalactivatedcarbonprocessinremovingorganismandpartoftheinorganicofcirculatingwateroffactorygerminationprocess,andtheimpactofdifferentkindsofwateronthecharacteristicsofbeansprouts,theauthorsimulatedfactorygerminationprocess,utilizedvariouswaterforcultivatingbeansprouts.Thenthewaterqualityandthecharacteristicsofbeansproutswereanalyzedwiththemethodsofcorrelationandvarianceanalysis.Theresultsshowedthatozonebiologicalactivatedcarbonprocesswasveryeffective.Theaverageremovalratesoftotalphosphorus,COD,totalorganiccarbonwere50.90%,60.19%,67.51%respectiv?ely.Amongtheinorganic,theaverageremovalratesofiron,nitrate,nitrite,sulfate,phosphatewere80.68%,22.84%,55.17%,21.46%,42.67%respectively.Thesproutsyield,lengthofhypocotyl,diameterofhypocotylandlengthofrootcorrelatedsignificantlynegativewiththecontentoftotalphosphorus,COD,totalorganiccarbon,nitrate,nitriteandphosphateofthecirculatingwater(P<O.01).Ozone-biologicalactivatedcarbonprocesswasveryeffectiveinremovingorganismandpartoftheinorganicofcirculatingwateroffactorygerminationprocess.Alltheindexescompletelymetthenewdrinkablewater基金项目:现代农业产业技术体系建设专项资金(nycytx一18,CARS一09).第一作者简介:李永华,女,1984年生,在读硕士,研究方向:工厂化豆芽生产水循环处理及水质对豆芽品质影响效应.通信地址:100193北京市海淀区圆明园西路2号中国农业大学农学与生物技术学院105室,Tel:01062734265,Email:.通讯作者:康玉凡,女,1963年出生,河南洛阳人,教授,博=,主要从事种子科学与工程,豆类种子生物学,芽菜产业发展与技术等方面的研究.通信地址:100193北京市海淀区圆明园西路2号中国农业大学农学与生物技术学院105室,Tel:010.62734265,E.mail:.ca.收稿日期:2011-04.07,修回日期:2011-07.04.?134?中国农学通报standardofChina.Circulatingwateranditspurifiedwaterloweredthecharacteristicsofbeansproutstosomeextent.Theimpactofdifferentkindsofwateronthequalitiesofbeansproutswassignificant.Keywords:factorygerminationprocess;ozone-biologicalactivatedcarbonprocess;circulatingwater;organism;inorganicmatter0引言近年来,传统家庭作坊式的豆芽生产方式逐渐被日产80120t的程序化,机械化,自动化的现代工厂化生产所取代.工厂化豆芽生产过程需水量较大,1个日产量100t左右的豆芽生产企业,日用水量约为2500t纯净地下水.而中国地下水资源严重匮乏,制约了中国豆芽产业的持续发展,本研究利用臭氧生物活性炭技术对豆芽生产废水(微污染水)进行回收净化,使其循环利用,为中国工厂化豆芽生产水资源的循环利用提供可靠的科学依据.臭氧生物活性炭组合是一种将臭氧氧化,活性炭物理吸附和生物氧化降解等技术结合在一起的新型工艺,对有机物的去除效果十分显着,在美国,日本,荷兰,瑞士等发达国家已成为给水净化处理技术的主要工艺.HoekE1研究表明,臭氧生物活性炭工艺连续运行6年仍不影响总有机碳的去除.臭氧生物活性炭净化技术在中国的应用始于20世纪80年代中后期,进入20世纪90年代中后期,BAC(生物活性炭)法深度处理工艺在国内供水企业中也开始起步,其中北京田村山水厂,九江炼油厂生活水厂为代表.上海自来水厂采用BAC技术,和常规工艺相比,TOC降低20%-30%,COD降低20%30%,对色度,酚,铁,锰的去除效果明显t.综上所述,关于臭氧生物活性炭技术在工厂化豆芽生产回收水净化处理中尚未见报道.因此,笔者利用臭氧生物活性炭技术净化豆芽生产回收水,用不同水样培育豆芽,对不同水质及豆芽品质进行分析.探讨臭氧生物活性炭处理工艺对豆芽工厂化生产过程喷淋回收水中有机物及部分无机物的去除效果,以期为中国工厂化豆芽生产水资源的循环利用提供可靠的科学依据.1材料与方法1.1试验材料1.1.1种子材料试验所用大豆和绿豆种子均为北京东升方圆农业种植开发有限公司2010年豆芽生产所用种子.1.1.2水样材料包括深井水,喷淋大豆芽的回收水样和喷淋绿豆芽的回收水样.1.2试验方法1.2.1水样取样及处理方法豆芽生长周期内,每天_f二午8:30,下午15:00按GB推荐方法进行水样接取,取样量根据不同指标进行确定.将喷淋大豆芽的回收水样和喷淋绿豆芽的回收水样进行净化处理.试验于2010年6月一20l0年12月在北京东升方圆农业种植开发有限公司豆芽厂进行,试验期间水温为18.424.6C,豆芽孵化车间温度为22.324.5,臭氧生物活性炭试验装置运行稳定.水样净化工艺见图1,水质处理工艺尺寸及运行参数见表水样检测项目及方法对深井水,喷淋大豆芽的回收水,喷淋绿豆芽的回收水,喷淋大豆芽的回收净化水,喷淋绿豆芽的回收净化水5种水样进行检测.水样检测项目包括:总铁,硫酸盐,硝酸盐,亚硝酸盐,磷酸盐,总磷,COD(化学需氧量),TOC(总有机碳),采用美国哈希水质检测仪器DR890,DRB200及相应配套试剂进行测定.1.2.3豆芽生产方法及指标观测绿豆芽生产及取样:将绿豆置于13cm19cmx12cm的发芽盒内,分别设置深井水,喷淋大豆芽的回收水,喷淋绿豆芽的回收*.鬟蔓鬟:掣lor一”一一O;i过滤网砂滤器1砂滤器2臭氧机炭滤器图1主要工艺流程出水李永华等:臭氧生物活性炭技术对工厂化豆芽生产回收水的净化效果研究.135.水,喷淋大豆芽的回收净化水,喷淋绿豆芽的回收净化水5个处理的水样喷淋生产绿豆芽,每处理3个重复.每个发芽盒60g种子.种子消毒和浸泡后放置于自动化豆芽生产车间内,用不同处理的水样每隔4h喷淋豆芽1次,豆芽整个生育周期为l14h,采收后每个重复中随机抽取绿豆芽25根进行指标测定.大豆芽生产及取样方法除每个发芽盒放置种子量为90g外,同绿豆芽.1.2.4统计分析采用Excel2007进行数据的初步处理,采用SPSS16.0统计软件对数据进行方差及相关性分析.2结果与分析2.1工厂化豆芽生产回收水微污染物的去除效果臭氧生物活性炭工艺对喷淋豆芽后回收水的净化效果,见表2.相对于无机物质,工艺对有机物的去除效果比较显着.有机物中TOC(总有机碳)的去除率最高,为66.85%68.16%.TOC是以水中有机碳元素表示有机物总量的参数,是一个综合指标.经过臭氧生物活性炭处理,喷淋绿豆芽的回收净化水和喷淋大豆芽的回收净化水的COD指标均降到很低的水平,接近于生活饮用水卫生标准】,回收水的总磷去除率也在50%以上.结果表明,臭氧生物活性炭工艺对水样中有机物的去除效果较好.处理工艺对回收水中无机物的去除效果,以总铁的去除率最高,为79.53%81.82%,净化水中总铁含量与深井水无显着性差异;其次为硝酸盐,去除率也达到50%以上.而臭氧活性炭工艺对亚硝酸盐,硫酸盐和磷酸盐这3种无机盐的去除率明显低于有机物质.这是由于活性炭的特殊物理结构,使其对分子量在5001000的大分子物质有较高的吸附作用.由表2可知,臭氧生物活性炭工艺对喷淋绿豆芽,大豆芽后回收水各项指标的去除率基本相同,但2种水经净化处理后的有机指标COD,TOC的差值较明显,无机指标中硝酸盐差别也较大,喷淋大豆芽的回收净化水中的这些物质含量均极显着高于喷淋绿豆芽的回收净化水,但去除率接近.事实上,在净化处理前,喷淋大豆芽的回收水除铁元素外,各物质含量均显着高于喷淋绿豆芽的回收水,指标COD,TOC的差别尤其明显.有研究表明,豆类萌发及生长过程中,大豆芽分泌的营养物质和黄酮,皂苷等次生代谢物,显着高于绿豆芽】,这可能是造成上述回收水及其净化处理后COD,TOC差别较大的原因.2.2不同处理水质对豆芽产量与品质的影响水质对豆芽的产量和品质有很大影响,GB表2喷淋豆芽的回收水净化处理前后及与深井水比较mg/L注:表中数据为3个重复的平均值,不同小写,大写字母分别表示在O.O5和O.O1显着性水平下存在差异.下同.?136?中回农学通报.CII22556-2008豆芽卫生标准明确规定了豆芽生产用水应符合生活饮用水卫生标准.由表3可知,深井水生产的绿豆芽和大豆芽,其产量及各方面品质均最优.不同处理水样生产的豆芽,其品质优劣依次为喷淋绿豆芽的回收净化水生产的豆芽优于喷淋大豆芽的回收净化水生产的豆芽,优于喷淋绿豆芽的回收水生产的豆芽,而喷淋大豆芽的回收水所培育的豆芽品质最差,产量较低,培育容器底部发生烂芽现象.喷淋绿豆芽的回收净化水生产的大豆芽和绿豆芽,其品质与深井水生产豆芽的品质相近,芽体亮白,产量较高.喷淋大豆芽的回收净化水生产的大豆芽与绿豆芽芽体稍弯,产量稍减,少数豆瓣呈现褐色,少数绿豆芽根部也呈现褐色.喷淋绿豆芽的回收水生产的大豆芽,芽体基部褐色且弯曲,培育容器底部有异味,发生烂瓣现象,但烂芽现象不明显,而培育的绿豆芽芽体基部褐色,培育容器底部发生明显烂芽现象.喷淋大豆芽的回收水所培育的大豆芽和绿豆芽,芽体较弯且呈褐色,有异味,烂芽现象严重,而绿豆芽烂芽较大豆芽更为严重.由分析可知,由于大豆芽生长过程中抗性优于绿豆芽,相对于绿豆芽,不易发生烂芽现象.而绿豆芽对生长环境及水质要求较高,容易发生烂芽现象.2-3水质指标与豆芽性状指标的相关分析由表4可知,绿豆芽和大豆芽的各项指标与水中有机物指标TOC,COD及总磷的含量均呈极显着负相关表3不同处理水质对豆芽品质的影响(0.01),说明生产用水中含有机物,会显着降低豆芽的产量,有机物的积累,导致豆芽高温高湿的生长环境中微生物大量滋生,烂芽现象严重,给产品生产带来大量损失.水中有机物还影响产品的品质,使豆芽的下胚轴长及下胚轴粗减少.豆芽产量和品质还与水中无机盐磷酸盐,硝酸盐和亚硝酸盐含量呈极显着负相关(0.01).水中总铁的含量,与绿豆芽的产量和品质无显着相关性,与大豆芽的产量和品质呈显着负相关(P<0.05).水中的硫酸盐含量与豆芽产量和品质无显着相关性.3结论臭氧生物活性炭工艺技术可有效去除工厂化豆芽生产回收水中的有机物及部分无机物,改善出水水质.相对于无机物,工艺对有机物的去除效果比较显表4豆芽各项指标与水质指标的相关性分析注:表示在0.05水平显着相关,”表示在0.叭水平极显着相关.李永华等:臭氧生物活性炭技术对工厂化豆芽生产回收水的净化效果研究?137?着.工艺对回收水中总磷,COD和TOC的去除率较高.不同水样所培育豆芽的品质优劣依次为:深井水>喷淋绿豆芽的回收净化水>喷淋大豆芽的回收净化水>喷淋绿豆芽的回收水>喷淋大豆芽的回收水.不同水质对豆芽芽体质量影响较大,间接反映为对产量影响较大,其次为下胚轴长,下胚轴粗及根长,其中大豆芽回收水的影响大于绿豆芽回收水.4讨论4.1关于不同水质对豆芽产品品质的影响豆芽品质与水中有机物指标TOC,COD及总磷的含量呈极显着负相关.水中有机物大部分为豆芽生长过程中分泌的次生代谢物,也有部分来自细菌的分泌物,这些物质一定程度上抑制了豆芽的正常生长.豆芽品质也与水中磷酸盐,硝酸盐,亚硝酸盐的含量呈极显着负相关,吕杰等n研究表明,不同硝酸盐处理均使黄瓜幼苗的生长受到抑制,品质下降.也有研究表明,大豆芽生长过程中分泌的脂肪酸,氨基酸和黄酮,皂苷等代谢物,高于绿豆芽.该试验条件下,相对于绿豆芽循环水系统,喷淋大豆芽后回收水中有机物含量较高,其培育豆芽的品质及产量均低于绿豆芽循环水系统生产的绿豆芽,关于生产大豆芽回收水的处理工艺有待进一步优化,亦建议生产实践中可将绿豆芽回收水及大豆芽回收水分开进行净化处理,以提高水净化效果,降低水处理成本.4.2臭氧生物活性炭工艺技术水净化的效果臭氧生物活性炭工艺能有效去除工厂化豆芽生产回收水中的有机物,改善出水水质.工艺对微污染水的处理效果显着1.回收水中铁元素大部分以Fe”形式存在,胡巧开等发现,活性炭适合于含Fe浓度较低的废水的深度处理.工艺对总磷,总有机碳去除率分别为50.90%,67.51%,与尹宇鹏等”的研究结果相一致,对COD的去除率为60.57%,高于清华大学袁志彬等的研究结果(50%),这可能与延长反应时间有关.工艺中臭氧的投加量及反应时间对有机物的去除率至关重要,当臭氧投加量为1.5mg/L,反应时间3min时,可有效去除工厂化豆芽生产回收水中的有机物,部分无机物,使其达到饮用水标准.此外,活性炭对汞,镉,镍等也有较强的吸附能力,显着改善出水水质,臭氧生物活性炭工艺在水处理中有着广阔的前途.参考文献1康玉凡,陶礼明,毛振宾,等.工厂化豆芽成为现代食品加工新宠J.长江蔬菜,2008,09(25):7376.2孔令宇,张晓健,王占生.臭氧.生物活性炭组合工艺中最佳臭氧投加剂量的确定J.环境科学,2006,27(7):1345.1347.3尹宇鹏,任永强.臭氧生物活性炭工艺深度处理微污染原水J.环境科学与技术,2009,32(7):125.127.【4JPvarlderHock,JAMHHofman,AGraveland.TheuseofbiologicalactivatedcarbonfiltrationfortheremovalofnaturalorganicmatterandorganicmieropotlutantsfromwaterJ.WaterScienceandTechnology,1999,40(9):257264.5张金松.臭氧化一生物活性炭除微污染工艺过程研究D】.哈尔滨:哈尔滨建筑大学,1995:23.27.6袁志彬,王占生.臭氧一活性炭工艺在给水处理中的作用研究J_工业用水与废水,2005,36(1):1-4.7金银龙,鄂学礼,陈亚妍,等.GB/T5750-2006,生活饮用水标准检验方法S】.北京:中国标准出版社,2007:1-6.8金银龙,鄂学礼,陈昌杰,等.GB/T5749-2006,生活饮用水卫生标准sE京:中国标准出版社,2007:26.9王占生,傅文华,李海波,等.