淀粉废水治理现状和处理技术的发展动态

水污染控制工程大作业题目名称：淀粉废水治理现状和处理技术的发展动态学生姓名：学号：专业：环境工程学院：机械工程学院年级：2016年5月21日淀粉废水治理现状和处理技术的发展动态摘要：综述了淀粉废水的污染概况,介绍了目前国内外淀粉废水的各种处理方法和工艺,主要包括气浮法，絮凝沉淀法，生物处理法，分析了这些方法的原理及研究进展,就淀粉废水处理技术的发展及开发研究进行了展望。关键词：淀粉废水；治理现状；处理技术；前景展望中图分类号X文献标识码A文章编号StarchwastewatergovernmentpresentsituationandprocessingtechnologydevelopmenttendencyAbstract：Inthisarticle,severaltreatmenttechnologiesofstarchwastewaterweresummarized.Itincludedgasfloatationprocess,chemicalflocculation,biologicaltreatment,thesemethodprinciplesandtheresearchprogressesarealsoanalyzed,andsomeideasaboutthedevelopmentoftechnologiesandresearchdirectionsweregiven.Keywords:starchwastewater;governmentpresentsituation;thedevelopmentoftechnologies;researchdirections引言：淀粉是一种重要的工业原料,广泛地应用于食品、化工、纺织、医药等多种行业[1].在淀粉的生产过程中,废水的排放量很大,每生产1t淀粉就产生10~20m3废水,其主要成份为淀粉、蛋白质和糖类,COD值一般在8000~30000mg/L-1,BOD值5000~20000mg/L-1,SS值在3000~5000mg/L-1,pH4~6,属酸性高浓度废水[2~6]。另外,有些淀粉废水中还含有一定的SO32-,SO42-浓度。目前中国共有大小淀粉厂300多家,共产生淀粉废水1600万m3·a-1,如将该废水直接排放到环境水体中,将对环境造成严重污染[3]。因此,研究一种快速、高效、低耗的淀粉处理方法是当务之急。本文就现行的淀粉废水处理现状和处理技术的发展动态作一个简单介绍。1.国内外研究现状国家环保总局在国家环境科技发展“十五”计划纲要中指出,继续把淀粉工业的废水污染控制技术作为重要内容进行研究[7]。针对淀粉工业废水的特点,人们力求研究出一种快速、高效、低能耗的淀粉废水处理方法。据统计,我国每年淀粉废水的产量约为2400万吨,如何将淀粉废水中所含有机物回收利用,变废为宝,对实现环境效益与社会效益的有效结合,保障淀粉工业的可持续发展有积极意义。目前国内外常用的淀粉废水处理方法总体上可分为生物处理法和絮凝沉淀法,资源化利用的主要途径是利用废水中的营养物质生产和回收油脂、多糖、蛋白等产品。2.淀粉废水治理现状2.1气浮法气浮法是一种物理处理方法,它是利用高压状态溶入大量气体的水(溶气水)作为工作液体,骤然减压后释放出无数微细气泡,废水中的絮凝物粘附其上,使絮凝物的比重远小于实际比重,随着气泡上升,将絮凝物浮至液面,达到液固分离的目的。买文宁[8],BOJIN等[30,31]采用气浮分离技术从淀粉废水中提取蛋白饲料,在得到蛋白饲料的同时,去除了废水中80%的SS和30%的COD,有效地减轻了后续生物处理的有机负荷。张之丹等[9]采用厌氧-好氧-气浮工艺处理淀粉废水,在进水COD平均值为26800mg/L、SS为4200mg/L时,其出水分别为121mg/L和32mg/L,平均去除率分别为99.5%和99.2%,出水水质达到了《污水综合排放(GB8978—1996)》中的二级标准。同时可回收蛋白,沼气可利用,获得了显著的经济效益、环境效益和社会效益。牧剑波等[10]取湖北某淀粉厂废水,采用气浮一体化装置进行实验研究。在实验流程中,加入了药剂的废水通过泵进入一体化装置中,产生的溶气水直接由柱体下部通入。骤然减压后产生的微泡与从液面下方某处加入的废水形成逆流接触,废水中的絮凝物被粘附在微泡上随气泡上升至柱顶排出,柱下方处理后的清水经由液面控制装置流出。通过实验,分析了絮凝剂、气浮剂及各操作参数对处理效果的影响,得出在进料位置70cm,进气量120L·h-1,进料量100mL·min-1,液面高度127cm时为最佳操作条件。2.2絮凝沉淀处理法絮凝沉淀法是一种物理化学处理方法。是通过加入絮凝剂使分散状态的有机物脱稳、凝聚,形成聚集状态的粗颗粒物质从水中分离出来,其中絮凝剂的种类决定了絮凝沉淀效果。一般常用的絮凝剂可分为无机、有机和微生物絮凝剂3类。无机高分子絮凝剂主要是聚铝与聚铁类,有机高分子絮凝剂主要是季胺盐类、聚胺盐类以及聚丙烯酰胺类等[11]。微生物絮凝与其他絮凝剂相比,具有良好的絮凝沉淀性能,安全、无毒,且不产生二次污染。内蒙古环境科学研究所[12]用碱式聚合氯化铝为絮凝剂处理马铃薯淀粉废水,结果表明,当质量分数为10%碱式聚合氯合化铝的投人量为1.00和1.20mL时,COD去除率最佳,可达到47%。若将经碱式聚合氯化铝处理后的淀粉废水再利用吸附柱进行吸附处理,其COD去除率可达到65%。杨丽娟[13]利用石灰做混凝剂、聚丙烯酞胺为絮凝剂,对淀粉生产废水进行处理,结果表明,处理后的淀粉废水水质达到排放标准,且该法具有基建资金少,操作容易,耗能低,无二次污染等优点。刘晖等[14]以微生物絮凝剂(MBF7)处理淀粉工业废水。结果表明,在1L水中投加质量分数为10%的CaCl2溶液5mL,微生物絮凝剂(MBF7)20mL,在pH值为9的条件下,分别以600,400,140,70,30r/min搅拌20,20,20,120,180s时,浊度去除率高达96.4%,并具有安全无毒、无二次污染、絮凝效果好等特点并且MBF7的热稳定性好,受温度的影响小。将其用于处理淀粉废水可以减少后续处理的负荷,而且沉淀下来的糖类可回收利用。李琳等[15]研究发现,利用胶质芽孢杆菌和酿酒酵母能利用水溶性淀粉和蛋白质的特性,直接利用甘薯淀粉废水培养,其微生物絮凝作用可处理淀粉废水。试验结果表明,在适量氯化钙助絮凝作用下,仅以2.5%的絮凝菌液,在pH值9.5的条件下,絮凝率高达97%,COD去除率达65%,pH值达8左右。王有乐等[16]研究了根霉M9和M17复配产生的复合型微生物絮凝剂CMBF917的絮凝特性,结果表明,CMBF917为两菌分泌物,其具有投药量少、絮凝效果好、废水絮凝条件简易且成本低廉的特点,投药量仅为0.1mL/L,无需调节废水pH,投5mL/L10%的助凝剂CaCl2,即可使废水浊度和COD的去除率分别为92.11%和54.09%。2.3生物处理法2.3.1好氧生物处理法好氧生物处理法指利用好氧微生物的代谢作用来处理废水的方法。处理过程需要不断地向废水中补充大量的空气或氧气,以维持其中好氧微生物所需要的足够的溶解氧浓度。在好氧条件下,有机物被最终氧化为二氧化碳和水等,部分有机物被微生物同化而产生新的微生物细胞[17]。其主要方法有活性污泥法、吸附生物氧法、延时曝气法、生物膜法(生物接触氧化法、塔式生物滤池法、生物转盘法)等。Jin等[18]在实验室中采用一组有效体积为45L的曝气反应器,其最小工作体积为3.5L。用10%的DAR2710真菌接种,在35℃,起始pH=4.0的条件下反应14h,可转化95%以上的淀粉物质,COD去除率为95%,并且每升废水可回收蛋白质2.07～2.39g。产生的真菌蛋白质没有毒性,可用作动物饲料,具有较好的经济效益和环境效益。KumaresanR等[19]使用三相厌氧生物反应器对酿酒厂所排出的淀粉废水进行了处理,结果表明,当水力停留时间为8h时,此反应器对于废水中COD的去除达到44.5%,效果最佳。2.3.2厌氧生物处理法厌氧生物处理法是指利用厌氧微生物处理淀粉废水的方法。其最终产物是以甲烷为主的可燃气体,可作为能源回收利用,剩余污泥量少且易于脱水浓缩,可作为肥料使用,处理工艺运转费用低[20]。在当前能源日益紧张的形势下,该方法作为一种低能耗、可回收资源的处理工艺日益受到世界各国的重视。近年来厌氧发酵法处理淀粉废水主要有升流式厌氧污泥床(UASB)、厌氧流化床(AFB)、厌氧接触法(ACP)、两相厌氧消化法(TPAD)和厌氧滤池(AF)等方法。升流式厌氧污泥床(UASB)是在AF的基础上发展起来的,具有较高的容积负荷率和污泥负荷率。李燕等[21]采用上流式厌氧污泥床装置对面粉厂的淀粉废水进行了处理,当淀粉废水的COD浓度为4000～8000mg/L,pH5时,处理效率达90%以上。杨景亮等[22]采用UASB反应器处理康欣制药有限公司的维生素B12和淀粉生产混合废水,在中温条件下,保持反应体系的中性和偏碱性状态,COD容积负荷最大为30kg/(m3·d)时,COD去除率为80%。厌氧流化床(AFB)是在反应器内填充着粒径小、比表面积大的载体,厌氧微生物附着在载体表面生长,载体处于流化状态,因而废水与微生物可以充分接触,有良好的传质效果和很高的工作效能。管运涛等[23]研究了两相厌氧膜生物系统(在产酸与产甲烷反应器之间加一膜组件),对验室配置的工业淀粉和葡萄糖混合废水进行了处理,COD去除率在95%以上,SS去除率在92%以上,出水COD浓度及SS较低,且甲烷产量比不加膜组件时要高,可回收的能量也高。2.3.3厌氧和好氧生物处理组合工艺法常见的是UASB-SBR法,该方法采用UASB-SBR两级串联的厌氧与好氧结合的生物处理技术。厌氧是该技术的主体,它针对淀粉废水有机负荷高、易生化的特性,使淀粉废水大部分有机物进行降解,然后再进入SBR进行好氧生物处理,以进一步降解废水中的有机物,最终使废水达标排放[29]。袁志丹等[24]采用UASB作为同时产甲烷的反硝化反应器,AUSB作为好氧硝化反应器的串联工艺可处理实际淀粉废水。整个串联工艺对于淀粉废水中的有机物去除率分别为98.7%、98.3%、99.3%。对总氮去除率分别为72.9%、76.3%、82.9%。出水COD在100mg/L左右,氨氮在5mg/L以下。3.处理技术的发展动态3.1利用淀粉废水生产微生物油脂能源需求的不断增长以及石化燃料燃烧造成的环境污染和温室效应,使21世纪的能源面临巨大挑战,可再生能源将成为未来可持续发展能源系统的主体。生物柴油是最重要的液体可再生能源产品之一,以植物油脂为原料生产生物柴油,原料成本占总生产成本的70%～85%,而产油微生物具有资源丰富、油脂含量高、生长周期短、碳源利用谱广等特点,因此可以大大降低油脂生产成本。杜娟等[25]以甘薯淀粉废水为培养基质,筛选出高产油率的刺孢小克银汉霉(Cunningha-mellaechinulata)F7。通过一系列培养条件的优化之后,产油率最高可达60%,COD去除率最高可达87%。3.2进行生物处理新方法的探讨根据淀粉废水的水质特点,应开展运行稳定、处理效果好、受环境影响小、费用低的新方法研究。如对生产规模不大的淀粉厂,甲烷气无回收价值,可研究用水解酸化法代替目前应用最多的UASB处理法。由于淀粉废水的有机浓度很高,所以在处理中很少使用一种处理方法,一般是将多种处理方法结合使用,好氧与厌氧、或絮凝沉淀与生物处理法相结合,使各种方法的优缺点相互补充以提高污水处理效率。3.3利用新型无污染技术处理光合细菌法简称PSB,是在厌氧条件下进行不放氧光合作用的细菌总称。用于净化有机废水的光合细菌主要是红假单胞菌属,它能利用有机物作为光合作用的碳源和供氢体,并能耐受高浓度的有机物,分解将其除去。20世纪70年代,日本的小林正泰等经实验研究揭示了光合细菌的重要作用,以后人们开始逐步运用光合细菌处理高浓度有机废水。