淀粉廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展

淀粉廢水處理技術(shù)研究進(jìn)展摘要：綜述了近年來(lái)淀粉廢水處理的幾種技術(shù)，分析了這些技術(shù)存在的問(wèn)題，并就技術(shù)的進(jìn)展及開(kāi)發(fā)討論方向提出了獨(dú)特的見(jiàn)解。淀粉是一種重要的工業(yè)原料，廣泛地應(yīng)用于食品?化工?紡織?醫(yī)藥等多種行業(yè)[1].在淀粉的生產(chǎn)過(guò)程中，廢水的排放量很大，每生產(chǎn)1t淀粉就要產(chǎn)生10~20m3廢水，其主要成份為淀粉?蛋白質(zhì)和糖類，廢水的COD值一般在8000~30000mg·L-1，BOD值在5000~20000mg·L-1，SS值在3000~5000mg·L-1，pH4~6，屬酸性高濃度廢水[2~7].另外，有些淀粉廢水中還含有肯定的SO32-，SO42-濃度.目前中國(guó)共有大小淀粉廠300多家，共產(chǎn)生淀粉廢水1600萬(wàn)m3·a-1，如將該廢水直接排放到環(huán)境水體中，將對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)峻污染[3].因此，討論一種快速?高效?低耗的淀粉處理方法是當(dāng)務(wù)之急。1淀粉廢水處理技術(shù)的現(xiàn)狀1.1絮凝沉淀處理法絮凝沉淀法是一種物理化學(xué)處理法，是通過(guò)加入絮凝劑，使分散狀態(tài)的有機(jī)物脫穩(wěn)，分散，形成聚集狀態(tài)的粗顆粒物質(zhì)從水中分別出來(lái).其中絮凝劑的種類打算了絮凝沉淀效果。一般常用的絮凝劑可分為無(wú)機(jī)?有機(jī)和微生物絮凝劑3類.無(wú)機(jī)高分子絮凝劑主要是聚鋁與聚鐵類，聚鋁類具有投藥量少?沉降速度快?顆粒密實(shí)?除濁色效果好等優(yōu)點(diǎn)；而聚鐵類除具有上述優(yōu)點(diǎn)外，還具有價(jià)格低，pH適用范圍廣等特點(diǎn).有機(jī)高分子絮凝劑主要是季胺鹽類?聚胺鹽類以及聚丙烯酰胺類等.近年來(lái)，人們趨向于應(yīng)用那些無(wú)毒，易生物降解，原料來(lái)源廣泛，價(jià)格低的自然?改性高分子絮凝劑，如：淀粉類?纖維類?植物胺類?聚多糖類.微生物絮凝劑不存在二次污染，對(duì)人畜無(wú)害，絮凝效果好，沉淀物還可以作蛋白飼料等優(yōu)點(diǎn)日益引起人們的關(guān)注，并進(jìn)行了廣泛的討論和應(yīng)用[8~10]。內(nèi)蒙古環(huán)境科學(xué)討論所[11]用堿式聚合氯化鋁為絮凝劑處理馬鈴薯淀粉廢水，結(jié)果表明，當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%堿式聚合氯合化鋁的投人量為1.00和1.20mL時(shí)，COD去除率最佳，可達(dá)到47%.若將經(jīng)堿式聚合氯化鋁處理后的淀粉廢水再利用吸附柱進(jìn)行吸附處理，其COD去除率可達(dá)到65%。張美華等[12]用價(jià)格較廉價(jià)的聚鐵絮凝劑處理淀粉廢水，在不調(diào)整pH值的前提下，在聚鐵溶液體積分?jǐn)?shù)1%用量2mL·L-1廢水，180r·min-1，攪拌10s，沉降90min，廢水COD去除率95.7%。張佩芳等[13]以聚N-乙酰-D-葡萄糖胺（又名甲殼質(zhì)）為絮凝劑，在pH3.5的條件下，依次加入適量的CaO，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.1%藻酸鈉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.2%脫乙?；讱べ|(zhì)，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.6%KMnO4，再調(diào)適當(dāng)?shù)乃岫?，攪拌靜置?過(guò)濾后，廢水COD去除率為68%，得到的分散物可作飼料或肥料，不僅增加收入，而且甲殼質(zhì)廉價(jià)易得。楊麗娟[14]利用石灰做混凝劑?聚丙烯酞胺為絮凝劑，對(duì)淀粉生產(chǎn)廢水進(jìn)行處理，結(jié)果表明，處理后的淀粉廢水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，且該法具有基建資金少，操作簡(jiǎn)單，耗能低，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)。鄧述波等[15]用微生物絮凝劑對(duì)沈陽(yáng)市南塔淀粉廠的黃漿水進(jìn)行處理，先加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%的CaCl2溶液5mL，再加0.3mL·L-1微生物絮凝劑，調(diào)整pH至9~10，攪拌后沉降5min，廢水的SS和COD去率分別為85.5%和68.5%，而且沉淀出的固體可用做飼料，為企業(yè)制造經(jīng)濟(jì)效益。1.2氣浮處理法氣浮法是利用高壓狀態(tài)溶入大量氣體的水（溶氣水），作為工作液體，突然減壓后釋放出很多微細(xì)氣泡，廢水中的絮凝物粘附其上，使絮凝物的比重遠(yuǎn)小于實(shí)際比重，隨著氣泡上升，將絮凝物浮至液面，達(dá)到液固分別的目的.氣浮法處理廢水時(shí)，應(yīng)依據(jù)實(shí)際的處理物料和工業(yè)使用條件選擇絮凝劑及操作條件，并選擇相宜的氣浮劑用量[16，17]。買文寧[18，19]，BOJIN等[20，21]采納氣浮分別技術(shù)從淀粉廢水中提取蛋白飼料，在得到蛋白飼料的同時(shí)，去除了廢水中80%的SS和30%的COD，有效地減輕了后續(xù)生物處理的有機(jī)負(fù)荷.牧劍波等[22]取湖北某淀粉廠廢水，采納氣浮一體扮裝置進(jìn)行試驗(yàn)討論.在試驗(yàn)流程中，加入了藥劑的廢水通過(guò)泵進(jìn)入一體扮裝置中，產(chǎn)生的溶氣水直接由柱體下部通入.突然減壓后產(chǎn)生的微泡與從液面下方某處加入的廢水形成逆流接觸，廢水中的絮凝物被粘附在微泡上隨氣泡上升至柱頂排出，柱下方處理后的清水經(jīng)由液面掌握裝置流出.通過(guò)試驗(yàn)，分析了絮凝劑?氣浮劑及各操作參數(shù)對(duì)處理效果的影響，得出在進(jìn)料位置70cm，進(jìn)氣量120L·h-1，進(jìn)料量100mL·min-1，液面高度127cm時(shí)為最佳操作條件。1.3生物處理法生物處理法可分為厭氧生物處理法和好氧生物處理法.厭氧生物處理法是指無(wú)分子氧條件下通過(guò)厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用，將淀粉廢水中各種簡(jiǎn)單的有機(jī)物分解為甲烷和CO2等物質(zhì)的過(guò)程，同時(shí)把部分有機(jī)質(zhì)合成細(xì)菌胞體，通過(guò)氣?液?固分別，使污水得到凈化.在淀粉廢水處理中用到的厭氧生物處理方法有上流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）?厭氧填料床?厭氧濾池?厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）?厭氧塘等方法，但以UASB處理法最優(yōu)，能耗低?剩余污泥少?處理效率高等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)外進(jìn)行了廣泛的討論和應(yīng)用[23~27].好氧生物處理法是指有分子氧條件下通過(guò)好氧微生物的作用，將淀粉廢水中各種簡(jiǎn)單的有機(jī)物進(jìn)行好氧降解，使污水得到凈化.在淀粉廢水處理中用到的好氧生物處理方法有SBR法?CASS法?接觸氧化法?好氧塘法等.由于淀粉廢水有機(jī)負(fù)荷高，處理難度大，在實(shí)際生產(chǎn)中往往將好氧處理法和厭氧處理法結(jié)合而用，幾種常見(jiàn)的處理方法如下：1.3.1UASB-SBR法該方法采納UASB-SBR兩級(jí)串聯(lián)的厭氧與好氧相結(jié)合技術(shù)，厭氧是該技術(shù)的主體.它針對(duì)淀粉廢水有機(jī)負(fù)荷高，易生化的特性，使淀粉廢水大部分有機(jī)物進(jìn)行降解，然后再進(jìn)入SBR進(jìn)行好氧生物處理，以進(jìn)一步降解廢水中的有機(jī)物，最終使廢水達(dá)標(biāo)排放[28].UASB反應(yīng)器是由污泥層?污泥懸浮層?沉淀區(qū)?三相分別器組成，其中污泥層和三相分別器是其主要組成部分.大部分的有機(jī)物在高活性的污泥層轉(zhuǎn)化為CH4和CO2，三相分別器完成了氣?液?固三相的分別.SBR是序批式活性污泥法的簡(jiǎn)稱，是反應(yīng)和沉淀在同一個(gè)裝置中進(jìn)行的間歇式活性污泥處理法，一個(gè)運(yùn)行周期有進(jìn)水?反應(yīng)?沉淀?排水排泥和閑置5個(gè)基本過(guò)程組成。毛海亮等[29，30]取上海浦南筋粉廠的廢水為處理對(duì)象，采納不銹鋼制成的UASB試驗(yàn)反應(yīng)器，其有效容積70L，總高度為2500mm，內(nèi)徑為220mm，外設(shè)加熱夾套.反應(yīng)器上配有溫度傳感器，pH傳感器，可對(duì)反應(yīng)過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和相應(yīng)自動(dòng)掌握.UASB反應(yīng)器后設(shè)置電磁閥掌握流向SBR反應(yīng)槽的流量，由碳鋼制成的SBR反應(yīng)槽，有效容積為60L，用于對(duì)UASB出水的好氧處理，以保證出水達(dá)標(biāo)，最終由電磁閥掌握處理后廢水的準(zhǔn)時(shí)排出.整個(gè)系統(tǒng)設(shè)備可自動(dòng)掌握?準(zhǔn)時(shí)監(jiān)控.效果較好.淀粉廢水通過(guò)初沉?pH調(diào)整預(yù)處理，經(jīng)UASB和SBR聯(lián)合處理，出水COD可達(dá)到100mg·L-1以下。孫振等[31]以山東某食品集團(tuán)的淀粉廠廢水為處理對(duì)象，采納UASB-SBR法對(duì)原廢水處理工藝改造后，進(jìn)水COD在10000mg·L-1左右，經(jīng)系統(tǒng)處理后COD小于150mg·L-1，去除率達(dá)到了98%~99%。1.3.2SR-UASB-CASS法該方法針對(duì)淀粉廢水有肯定SO32-，SO2-4含量，會(huì)對(duì)產(chǎn)甲烷菌有抑制作用，在工藝流程選擇上實(shí)行脫硫措施，降低水中硫酸鹽和亞硫酸鹽的濃度，保證生化處理的正常運(yùn)行[32].其中SR系統(tǒng)是前生物處理設(shè)施，兼有調(diào)整水質(zhì)水量和酸化作用，將含亞硫酸鹽?硫酸鹽廢水中的蛋白類高分子化合物和復(fù)合鹽分解轉(zhuǎn)化為水溶性的有機(jī)酸及少量的醇和酮等，以提高廢水的可生化性.SR系統(tǒng)出水進(jìn)入U(xiǎn)ASB反應(yīng)器，UASB是該技術(shù)的主體設(shè)備，降解廢水中的大部分有機(jī)物.然后進(jìn)入CASS反應(yīng)系統(tǒng)，CASS是循環(huán)式好氧活性污泥生物反應(yīng)系統(tǒng)，是SBR工藝的改進(jìn)型，其流程由進(jìn)水?反應(yīng)?沉淀?排水等基本過(guò)程組成，各階段形成一個(gè)循環(huán)。甘海南等[33]以濟(jì)南啤酒有限公司白馬山啤酒廠的玉米淀粉廢水為處理對(duì)象，采納德國(guó)專利技術(shù)的利浦罐作為UASB的主體設(shè)備，內(nèi)設(shè)先進(jìn)合理的三相分別器和布水系統(tǒng).整個(gè)工藝處理力量強(qiáng)，承受有機(jī)負(fù)荷高，對(duì)各種沖擊有較強(qiáng)的穩(wěn)定性與恢復(fù)力量。1.3.3生物塘法生物塘是一種利用自然?凈化力量處理廢水的生物處理設(shè)施，該技術(shù)在20世紀(jì)50年月以后得到快速進(jìn)展，尤其是在生活污水和有機(jī)工業(yè)廢水處理中應(yīng)用最多.生物塘依據(jù)塘內(nèi)的微生物類型?供給方式和功能分為厭氧塘?兼性塘和好氧塘，針對(duì)淀粉廢水有機(jī)物濃度高，富含養(yǎng)分物的特性，可采納厭氧塘?兼性塘?好氧塘相結(jié)合的生物塘處理技術(shù)[34，35]。沈仲韜[36]依據(jù)海門縣淀粉廠污水的水質(zhì)特征，設(shè)計(jì)了以廢水治理為主體，結(jié)合養(yǎng)魚(yú)?澆灌?水生植物等的一個(gè)綜合的生物塘技術(shù).該廠利用廠區(qū)四周總面積約15000m2的3個(gè)廢棄?mèng)~塘，采納了厭氧?兼氧?好氧相結(jié)合的生物塘工藝.廢水首先通過(guò)中和沉淀池，調(diào)整pH值達(dá)7左右，絮凝沉淀大部分懸浮物.然后廢水進(jìn)入其中的一個(gè)廢棄?mèng)~塘作為厭氧塘，COD降低60%.接著再進(jìn)入另一個(gè)廢棄?mèng)~塘作為水生植物塘，水中種植的各種水生植物發(fā)生光合作用產(chǎn)生氧氣，使塘中呈現(xiàn)兼性狀態(tài)，再降解廢水中60%的COD.最終進(jìn)入第三個(gè)廢棄?mèng)~塘，通過(guò)向該塘進(jìn)行人工增氧，使其呈現(xiàn)好氧狀態(tài)，塘中養(yǎng)殖的魚(yú)?鴨?黃鱔等水生動(dòng)物利用廢水中有機(jī)物作食料，使COD再降解80%，出水達(dá)標(biāo)排放或進(jìn)行農(nóng)田澆灌。楊鳳江等[37]將玉米淀粉廢水經(jīng)格柵沉淀后用于喂豬?雞等，廢水排人氧化塘自然發(fā)酵1~2d，排入水葫蘆池凈化7d，再排入細(xì)綠萍池，凈化7d，達(dá)到了農(nóng)田澆灌水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，這部分水可用于澆灌稻田?果樹(shù)和蔬菜等。陳勇等[38]采納物理一生物接觸氧化一生物塘法串聯(lián)處理工藝對(duì)廢水進(jìn)行治理，處理效果明顯，處理后各項(xiàng)水質(zhì)指標(biāo)均達(dá)到了污水綜合排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。1.4光合細(xì)菌法光合細(xì)菌法簡(jiǎn)稱PSB，是在厭氧條件下進(jìn)行不放氧光合作用的細(xì)菌總稱.用于凈化有機(jī)廢水的光合細(xì)菌主要是紅假單胞菌屬，它能利用有機(jī)物作為光合作用的碳源和供氫體，并能耐受高濃度的有機(jī)物，分解將其除去[39，40].20世紀(jì)70年月，日本的小林正泰等經(jīng)試驗(yàn)討論揭示了光合細(xì)菌的重要作用，以后人們開(kāi)頭逐步運(yùn)用光合細(xì)菌處理高濃度有機(jī)廢水。王宇新等[41]采納球形紅桿菌L2進(jìn)行中試試驗(yàn).原廢水首先進(jìn)入預(yù)處理槽，加入合適劑量的絮凝劑調(diào)整pH值和絮凝固型物，然后經(jīng)初沉淀槽沉淀后上清液流入PSB處理槽.該槽是該工藝的主體，其光照白天采納日光，晚上采納白熾燈，光照度不低于1500lx，溶解氧值掌握在0.2~0.5mg·L-1，處理溫度30℃左右，pH7，停留時(shí)間36~42h，廢水處理量4m3·d-1，COD最大容積負(fù)荷6.7kg·m-3·d-1.處理后的流出液經(jīng)二沉淀槽后，上清液可再進(jìn)入曝氣槽進(jìn)行二級(jí)處理，使廢水達(dá)標(biāo)排放.原水COD24805mg·L-1，經(jīng)預(yù)處理沉淀后為16794mg·L-1，處理后1058mg·L-1，COD去除率為95.7%，曝氣處理后COD降至300mg·L-1以下，去除率為98.1%。2存在問(wèn)題由于淀粉廢水排放量大，有機(jī)負(fù)荷高，污染嚴(yán)峻，且處理難度大，以上所列舉的淀粉廢水處理方法在實(shí)際中都有應(yīng)用，但也都存在一些問(wèn)題。1）絮凝沉淀法處理淀粉廢水，雖具有基建投資少?工藝簡(jiǎn)潔?操作簡(jiǎn)單?能耗低?對(duì)氣溫的變化適應(yīng)性強(qiáng).但絮凝沉淀法去除效率較低，尤其是對(duì)廢水中小分子有機(jī)物的去除率更低，往往需要和其它處理方法結(jié)合使用，廢水才能達(dá)標(biāo)排放。2）氣浮法處理廢水，雖具有分別時(shí)間短?裝置簡(jiǎn)潔?處理量大?占地面積小等優(yōu)點(diǎn).但氣浮法的處理效率與進(jìn)料位置?進(jìn)氣量?液面高度?氣浮劑用量等操作條件親密相關(guān)，操作管理簡(jiǎn)單，同時(shí)對(duì)處理設(shè)備性能要求較高，投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用都較高。3）生物法處理淀粉廢水，具有技術(shù)成熟牢靠?耐沖擊力量強(qiáng)?處理效果好，尤其以UASB反應(yīng)器為主體的厭氧生物處理工藝在降解污染物的同時(shí)還能回收能源甲烷氣，在淀粉廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用.但生物處理法占地面積大，能耗大，投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用高，受廢水的水溫?pH?有毒物質(zhì)等環(huán)境條件影響較大。4）光合細(xì)菌法處理淀粉廢水具有機(jī)污染物去除率高，投資省，占地少，且菌體污泥是對(duì)人畜無(wú)害?富含養(yǎng)分的蛋白飼料，是一種特別有前途的凈化高濃度有機(jī)廢水的處理技術(shù).但光合細(xì)菌法對(duì)溫度變化敏感，需要相應(yīng)的加熱和保溫裝置，晚上需要較強(qiáng)的白織燈光照，運(yùn)行費(fèi)用較高，管理不便等。3展望針對(duì)淀粉廢水的特點(diǎn)，結(jié)合淀粉廢水處理方法的討論現(xiàn)狀，應(yīng)從如下幾方面加大淀粉廢水處理方法的討論和開(kāi)發(fā)應(yīng)用。1）連續(xù)對(duì)淀粉廢水處理中所用混凝劑的討論，尤其是對(duì)無(wú)毒無(wú)害的微生物絮凝劑的討論，通過(guò)討論混凝劑的種類?混凝劑的用量和沉淀時(shí)間，提高廢水的處理效果.2）進(jìn)行生物處理新方法的探討，依據(jù)淀粉廢水的水質(zhì)特點(diǎn)討論運(yùn)行穩(wěn)定?處理效果好?受環(huán)境影響小?費(fèi)用低的新方法，如對(duì)于生產(chǎn)規(guī)模不大的淀粉廠，甲烷氣無(wú)回收價(jià)值，可討論用水解酸化法代替目前應(yīng)用最多的UASB處理法，水解酸化法受廢水的氣溫