淀粉廢水處理方法研究
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[摘要]由于淀粉加工會(huì)產(chǎn)生含有高濃度有機(jī)物的廢水，若將其直接排放，會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重危害。淀粉廢水處理方法的研究越來越受到關(guān)注。本文就目前國內(nèi)外淀粉廢水的處理技術(shù)和工藝進(jìn)行綜述，重點(diǎn)介紹了淀粉廢水處理最新研究成果以及廢水資源化的途徑。
[關(guān)鍵詞]淀粉廢水；處理方法；資源化
淀粉加工過程會(huì)產(chǎn)生不具有毒性的高濃度有機(jī)廢水，其中COD可高達(dá)60000mg/L，如果直接排放，廢水中的有機(jī)質(zhì)就會(huì)發(fā)酵釋放惡臭氣體，并且由于有機(jī)物濃度過高，促使微生物大量繁殖，過度消耗水中的溶解氧，形成厭氧環(huán)境，惡化水環(huán)境[1]。就淀粉廢水特點(diǎn)，許多科研工作者正在探究適應(yīng)更廣、控制簡便的新型處理處理技術(shù)和方法。
1淀粉廢水的常見處理技術(shù)
如今，對(duì)淀粉廢水的處理主要為物化法和生物組合工藝技術(shù)。
1.1物化法
1.1.1絮凝沉淀絮凝沉淀法：利用外加絮凝劑，使水中的膠體顆粒粒徑增大從而脫穩(wěn)、利用重力沉降自然分離的技術(shù)[2]。選用PAC和PAM進(jìn)行紅薯淀粉廢水的絮凝實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，傳統(tǒng)高分子絮凝劑PAC對(duì)SS和總磷的去除效果較好[3]，白波[4]選用PAC、PFS、PAM等絮凝劑處理高濃度馬鈴薯淀粉廢水，PAC可作為馬鈴薯淀粉廢水的最適混凝劑，控制最佳投藥量再經(jīng)過超濾膜分離后，COD去除率高達(dá)77%。以含鋅硫酸廢水、鐵屑、硅酸鈉為原料，制備聚硅酸鐵鋅絮凝劑，研究該絮凝劑處理高COD馬鈴薯淀粉廢水反應(yīng)機(jī)理，結(jié)果表明：COD從5642mg/L降低到733mg/L，SS從1270mg/L降低到76mg/L[5]。謝安等[6]制備的新型陽離子變性淀粉絮凝劑，投加聚合硫酸鐵，通過控制適宜的復(fù)配比來處理馬鈴薯淀粉廢水時(shí)發(fā)現(xiàn)：高取代度陽離子變性淀粉絮凝劑的絮凝效果好，低取代度的陽離子變性淀粉絮凝劑效果較差。
1.1.2膜過濾法基于現(xiàn)代膜分離技術(shù)的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用較廣。采用膜過濾處理淀粉廢水是一種較為環(huán)保的方法。呂建國等[7]采用超濾膜對(duì)馬鈴薯淀粉廢水的中試實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：超濾膜對(duì)馬鈴薯淀粉生產(chǎn)廢水中COD的截留率大于50%。呂景瀟[8]采用平板陶瓷膜技術(shù)處理馬鈴薯淀粉廢水時(shí)，控制反應(yīng)溫度為20℃，pH為5.8，曝氣量為0.2m3/h。出水COD濃度由14800mg/L可降至5200mg/L左右，去除率65%。王應(yīng)平[9]選擇了截留分子量為10KD的超濾膜+反滲透的處理工藝，COD去除率為20%左右，而SS的去除率高達(dá)99%；出水再經(jīng)反滲透膜，COD的去除率≥98.8%。系統(tǒng)出水COD＜100mg/L，BOD5＜10mg/L，去除效果良好，且能穩(wěn)定運(yùn)行?；糗绲萚10]利用振動(dòng)膜技術(shù)結(jié)合“超濾-反滲透”膜處理變性淀粉廢水，當(dāng)超濾膜和反滲透膜在運(yùn)行溫度為28~30℃，振幅為12mm，操作壓力分別為0.2MPa和1.2MPa時(shí)，該工藝對(duì)COD去除率達(dá)到99.18%，且有效防止了膜污染現(xiàn)象。
1.2生物組合工藝技術(shù)
生物組合工藝的核心是利用微生物新陳代謝將能夠被生物降解的有機(jī)污染物轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)，從而達(dá)到廢水凈化的目的。淀粉廢水處理過程中多采用上流式厭氧污泥床，得益于因低能耗、高效率，而且產(chǎn)泥量的特點(diǎn)[11-13]。龍北生等[14]采用SBR反應(yīng)器，以玉米淀粉企業(yè)廢水處理站厭氧段出水(C/N為0.93~1.53)為對(duì)象，控制反應(yīng)溫度為(30±1)℃、pH為8.0左右、溶解氧為0.7~1.0mg/L，同時(shí)結(jié)合pH和DO參數(shù)對(duì)硝化過程的在線控制，經(jīng)過長期培養(yǎng)馴化，可快速實(shí)現(xiàn)短程硝化過程；經(jīng)過進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，先采用高溫、高pH和低DO等抑制因素快速啟動(dòng)短程硝化，然后再取消高溫、高pH的限制，系統(tǒng)仍然可保持長期穩(wěn)定的短程硝化過程。而經(jīng)過氣浮+絮凝+厭氧/好氧組合工藝處理馬鈴薯淀粉廢水，在進(jìn)水COD為12000mg/L、BOD5為6300mg/L條件下，COD去除率達(dá)到97.67%，BOD5去除率達(dá)到98.97%，同時(shí)采用氣浮-絮凝分離技術(shù)能夠回收植物蛋白，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益[15]。李桂榮[16]處理紅薯濕淀粉廢水過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)水COD為1000~2000mg/L、BOD5＜1100mg/L、NH3-N＜10~50mg/L、SS≤900mg/L，利用兩級(jí)UASB+A/O組合工藝處理后，出水COD≤93mg/L、BOD5≤20mg/L、NH3-N≤7mg/L、SS≤25mg/L，該工藝具有很好的耐沖擊負(fù)荷能力，對(duì)波動(dòng)性較大的工業(yè)廢水處理尤為適合。楊衛(wèi)等[17]采用脈沖水解酸化-EGSB-倒置A2/O工藝處理玉米淀粉廢水的工程設(shè)計(jì)與運(yùn)行情況，設(shè)計(jì)處理水量為300m3/d，工程連續(xù)運(yùn)行期間，水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)均符合《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB25461—2010)。牛曉慶[18]利用UASB-BCO工藝處理淀粉廢水時(shí)加入了絮凝劑聚合氯化鋁進(jìn)行預(yù)處理，同時(shí)采用UASB反應(yīng)器和BCO反應(yīng)器進(jìn)行聯(lián)合處理，最終廢水中COD平均去除率可達(dá)92%以上，因此，帶絮凝沉淀的UASB-BCO工藝可提高廢水的可生化性，回收淀粉廢水中的有用物質(zhì)，能高效、穩(wěn)定運(yùn)行。而通過采用殼聚糖絮凝-IC反應(yīng)器-A/O池-生態(tài)塘組合工藝處理紅薯淀粉廢水，對(duì)不同負(fù)荷下該工藝的處理效果進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究表明，殼聚糖預(yù)處理對(duì)COD、氨氮、總磷、總氮的去除率可達(dá)14.9%，20.7%，58.5%，26.6%，并在普通IC反應(yīng)器上增設(shè)外循環(huán)系統(tǒng)，工藝出水COD去除率為98.8%，氨氮去除率為96.4%，總磷去除率為94.4%，總氮去除率為93.9%，出水水質(zhì)主要指標(biāo)符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB18918-2002一級(jí)A標(biāo)準(zhǔn)[19]。
1.3外源添加物對(duì)有機(jī)物處理效果的影響
當(dāng)利用ASBR處理進(jìn)水CODcr在15000mg/L左右的馬鈴薯淀粉廢水時(shí)，由于活性炭主要發(fā)揮的是吸附作用，通過投加活性炭，出水為350mg/L。適量投加活性炭有利于降低出水可溶性CODcr的濃度，同時(shí)能增強(qiáng)厭氧處理環(huán)節(jié)的穩(wěn)定性；當(dāng)投加Fe3+的濃度為10.4mg/L時(shí)，出水可溶性CODcr濃度會(huì)明顯降低，可見，投加Fe3+有利于厭氧法去除廢水中的有機(jī)物[20]。
2淀粉廢水資源化利用
同時(shí)將絮凝出水作為液體肥料灌溉回田。采用微生物復(fù)合絮凝劑+氣浮處理技術(shù)，以及水解酸化池+厭氧強(qiáng)化處理+氧化塘生態(tài)凈化組合工藝對(duì)淀粉廢水進(jìn)行末端生物處理，可實(shí)現(xiàn)淀粉廢水中蛋白等有用組分的資源化[3]，劉浩[21]利用馬鈴薯淀粉廢水資源化制備的多黏類芽孢桿菌農(nóng)用菌劑能有效提高小白菜的產(chǎn)量與品質(zhì)，作物鮮重、干重、株高，以及維生素C含量別提高了68.6%、13.7%、5.6%、41.3%；相比于只施用化肥的組，菌劑同尿素的混施能提高氮肥的利用效率，小白菜植株中維生素含量提高了25.3%、硝酸鹽含量減少了15.3%，進(jìn)一步拓寬、促進(jìn)了馬鈴薯淀粉廢水的資源化。光催化技術(shù)具有綠色、高效、可持續(xù)的優(yōu)點(diǎn)，且能對(duì)尾水深度凈化，實(shí)現(xiàn)尾水回用標(biāo)準(zhǔn)，為寒冷干旱地區(qū)節(jié)約水資源提供了寶貴線索[22]。
3結(jié)語
綜合分析上述各類處理方法，對(duì)于淀粉生產(chǎn)行業(yè)的高濃度的有機(jī)廢水，單一處理設(shè)備已無法實(shí)現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放。實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)，生物組合技術(shù)可以使處理效果發(fā)揮到最大，因此，不斷探究更高效、低能耗的生物組合工藝也將是未來淀粉廢水處理的主要研究方向。
作者：張永輝 單位：西北師范大學(xué)知行學(xué)院