淀粉工业废水处理现状谢昕

君声拼袖针奋2004年第23卷第5期S六刁动到2盯五)ZFlron刃net台js。矽nC``淀粉工业废水处理现状OnStatusQuoofTreatmentofWastewaterfromStarehProduetion谢听王荣民*宋鹏飞王云普(西北师范大学甘肃省高分子材料重点实验室,兰州730070)XieXinWangRongmin*SongPengfeiV几nLguYnPu(GansuKeyLaboratoyrofPolymerMateirals,NorthwestNomralUniversity,Lanzhou730070)摘要分析了淀粉工业废水的来源及水质特征,综述了沉淀分离法、化学絮凝法、单纯曝气法、生物处理法、光合细菌法等方法在淀粉废水处理中的应用,介绍了淀粉废水的资源化回收技术。关键词:淀粉工业废水处理AbstraetThesoureesandeharaeteristicsofthewas6twaterfromstarchProduetionweredeseribed.TheaPPliCationofProeesseSfortreatingthestacrhwastewaterSuchasPreciPitation,ehemiealfloeeulation,biologi-ealtreatment,andPhofosynthetiebacteriaPorcesseSwererveiewed.Ateehno!ogyforreeyelingthewastewaterwasintroduC6d85well.Keyword:StarehProduetionWastewaterTreatment淀粉是一种重要的工业原料,除供食用与加工食品外,更广泛的应用于纺织、造纸、医药、发酵、铸造、胶粘、化工、机械及钻井等行业。目前,我国年产淀粉300多万t。在淀粉生产过程中,废水排放量很大(平均每生产lt淀粉需排放10~20m’废水),而且这类废水都是含有大量淀粉、蛋白质、糖类、脂肪等有机物的高浓度有机废水,如不加以处理直接排入水体中,将造成环境水体缺氧,使水生生物窒息死亡,给环境带来极大危害川。1.2淀粉工业废水水质特征以玉米为原料生产淀粉时,以绝干计,大致有60%的玉米可成为商品淀粉,还有30%的玉米成为副产品,其余部分则成为废液排出厂外。玉米淀粉废水的一般组成为:总糖0.3%一0.7%,粗蛋白2.1%,固形物5%一10%,粗纤维2%一3%,脂肪酸0.1%一0.3%。而以甘薯类(包括马铃薯和其他薯类)为原料的淀粉生产废水中可溶性固形物一般组成为(以干基计):蛋白质33%一41%,总糖35%,有机酸4%,矿物质20%。淀粉厂从各个车间排放的废水的水质波动较大【’l。各种淀粉生产废水一般水质特征和污染因子见表2。1淀粉工业废水来源及其水质特征1.1淀粉工业废水来源淀粉生产大约有80%是以玉米为原料,其余以薯类、小麦、大麦、燕麦以及其他富含淀粉的植物块根等为原料。原料中除含有淀粉以外还含有其他的多种成分—蛋白质、纤维素、无机盐等。淀粉生产由原料处理、浸泡、粉碎、过筛、分离淀粉、洗涤、干燥等几个主要工序组成。但具体操作上因原料的不同存在着一些差异,废水的主要来源也因淀粉生产原料的不同而异[`]。不同原料生产淀粉的工艺流程及废水来源列于表l中。2淀粉工业废水治理方法目前,国内外常用的淀粉废水处理方法有:沉淀分离法、化学絮凝法、单纯曝气法、生物处理法(包括活性污泥法、厌氧生物法、生物膜法、生物塘法等)、光合细菌法等。.21沉淀分离法11,2]淀粉不溶于冷水,可以直接通过物理沉淀使废水第一作者谢听,女,1979年生,2003年毕业于西北师范大学,硕士,现为在读博士研究生。*通讯联系人:[e-mail]一215一淀粉工业废水处理现状谢听石h刀厂口刀口卫亡刀,之召了5七I’enc遥巧原料表1不同原料生产淀粉的工艺流程及废水来源工艺流程废水来源玉米---知卜过筛一-j卜浸泡(回收玉米浆)-J卜粉碎一玉米胚芽分离(胚芽可压玉米油)-书卜磨细---,卜筛分(粉渣可做饲料)---,卜沉淀分离(分离玉米蛋白)玉米输送洗涤水、玉米浸泡水、胚芽分离、黄浆废水淀粉洗涤-一卜脱水---,卜干燥一-,卜淀粉甘薯一---,卜----书卜----书卜洗涤---.卜磨碎--~~,卜过筛(薯渣作饲料)--一,卜甘薯类浆液离心分离(回收黄浆水中蛋白质)----,卜淀粉洗涤---一.卜干燥-一,卜淀粉甘薯流送渠和洗涤水、薯浆废水、蛋白质水、淀粉渣贮槽废水、冷凝水、设备洗刷废水脱水小麦十水小麦(淀粉浆)离心脱水-一一-勺卜----J卜----书卜打面团一---书卜水洗(得湿面筋和淀粉浆一沉淀池(沉淀24h)seJ卜(淀粉浓浆)一--,卜气流干燥-一-,卜淀粉沉淀池上清水、离心机脱水表2淀粉生产废水一般水质特征和污染因子(mg八)马铃薯废水来源甘薯玉米CODBOD55CODBODCODBODS55输送废水分离废水淀粉贮槽废水60一2101550一4800730一200040一120900一4100550一1000390~2000600一250080一17082一2807400一95004000505000一80002300273一7802000一300075总排污口8000一300005000一200003000一5000中悬浮物沉淀下来,一般使用沉淀池或沉淀塘。当池中发生厌氧反应时,产生的有机酸使废水pH值下降,使得废水中处于胶体状态的蛋白质形成絮凝体沉淀下来,从而提高分离效率。沉淀池(塘)HRT约2-7d,沉淀池(塘)容积1.5一1.6m3t/。沉淀池(塘)的净化效果:55去除率一般在70%左右,效果好的可达90%,BODS的去除率为20%一30%。2.2化学絮凝法沉淀分离法对55具有较高的去除率,且操作简单,但其占地面积较大,处理周期长,对BODS的去除率较低,并不是一种十分有效的处理方法。如果加人药剂,采用化学絮凝法,可破坏胶体的稳定性,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。化学絮凝法比物理沉淀法去除效果好,处理时间短。内蒙古环境科学研究所3I]用碱式聚合氯化铝为絮凝剂处理模拟马铃薯淀粉废水,结果表明,当10%碱式聚合氯化铝的投人量为1.00mL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%。张美华.I]等利用聚铁絮凝剂处理淀粉废水,在不调节废水pH值的前提下,eon由3482mg/L降至164.88mg/L,低于国标GB8978一88中二级排放标准(CODZO0mg/L),COD去除率达95.7%。有人利用工业废渣(DSZ)、PMA、活性炭等化学处理法处理玉米淀粉废水,出水可达标排放5[]。而杨丽娟6[]利用石灰做混凝剂、聚丙烯酸胺为絮凝剂,对淀粉生产废水进行处理,小试结果表明,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。乔应池7t]等以Fenton试剂为氧化剂,生石灰为絮凝剂处理淀粉生产废水,废水处理后可达到排放标准。本研究组采用自制的FeX催化剂以分子氧为氧化剂对粉条加工行业的淀粉废水进行催化氧化处理后,再采用天然高分子絮凝剂进行絮凝沉降,废水的COD去除率可达77.1%。一216一君油,,袖针带2004年第23卷第5期.23单纯曝气法11,2]单纯曝气法是指用空气或含臭氧的空气对废水进行短时间的曝气,通过空气氧化、臭氧氧化、以及对挥发物质的吹脱以取得净化效果,一般不单独使用。2.4生物处理法淀粉生产废水属于高浓度有机废水,不含有毒物质,可生化性好。因此,国内外常用的淀粉废水处理方法是生化法,根据微生物的不同,生物处理方法可分为好氧处理和厌氧处理两大类型。2.4.1厌氧生物法厌氧生物法是指无分子氧条件下通过厌氧微生物(包括兼氧微生物)的作用,将淀粉废水中的各种复杂的有机物分解为甲烷和二氧化碳等物质的过程,同时把部分有机质合成细菌胞体,通过气、液、固分离,使污水得到净化,这一过程可分为三阶段,见图l[’]。近年来,在淀粉废水处理中,发展最快、应用最碳水化合物蛋白质脂肪~区到~匣外黔CCC02,HZZZCCCH30HHHHHHCOOHHHCCCH3C00HHHCOZCH图1淀粉废水的厌氧发酵过程多的是上流式厌氧污泥床(UASB)工艺,它的特点是利用微生物群体本身的絮凝性能,在厌氧反应器内形成颗粒化污泥,保持高浓度微生物量,并以高速甲烷发酵的形式处理淀粉废水中的有机物。该法具有能耗低,剩余污泥量少等优点,因此,到20世纪90年代已普及到世界各地[’l。我国科研工作者在这方面也做了相当多的工作18一川。UASB工艺或改进的UASB工艺对淀粉废水处理效果较好,COD去除率都在90%以上。厌氧接触消化法属于第二代厌氧消化技术,由于采用将消化污泥回流至消化器的措施,可保持消化设施内较高浓度的生物量,从而提高了消化器的容积负荷。与上流式厌氧污泥床、厌氧滤床相比,厌氧接触消化法虽然负荷较低,但运行可靠,启动时间短。佘宗莲I’2]等采用厌氧接触消化技术处理淀粉厂的高浓度废水,结果表明,当气温高于24℃时,该法可取得较好的处理效果。纵向折流套筒式厌氧污泥床(vBASB)反应器是一种复合型厌氧反应器,它是以UASB反应器为主体,综合了厌氧接触法(ACP)、uAsB和AF三种工艺的特点,对高悬浮物高浓度有机废水比AF和UASB有更好的适应性。贺晓红1[3]等采用常温VBASB反应器在常温下处理淀粉废水,当HRT=1Zh,平均COD容积负荷为9.03kg/(m3·d)时,CoD平均去除率可达81.47%。近年来,许多学者积极开发生物膜系统的研究,该系统组合了废水生物处理工艺和膜分离技术。管运涛[川等采用两相厌氧膜生物系统(MSB)处理模拟淀粉废水,在进水负荷为4一24kgC0n/(m3·d)的情况下,系统COD去除率达到97.2%,并有一定的总氮去除率。2..42好氧生物法好氧生物处理法可分为活性污泥法和生物膜法两类。活性污泥法本身就是一种处理单元,它有多种运行方式。生物膜法有生物滤池、生物转盘、生物接触氧化池及生物流化床等。氧化塘和土地处理法(自然生物处理)中,氧化塘有好氧塘、兼性塘、厌氧塘和曝气塘等;土地处理法有灌溉法、渗滤法、浸流法及毛纫管净化法等5I[]。活性污泥法是利用悬浮生长的微生物絮体好氧处理有机废水的生物处理方法,这种生物絮体叫活性污泥。活性污泥是由具有活性的微生物(包括细菌、真菌、原生动物和后生动物等)、微生物自身氧化的残留物、吸附在活性污泥上不能生物降解的有机物和无机物组成。其中,微生物是活性污泥的主要组成部分,而细菌是活性污泥在组成和净化功能上的中心,是微生物的主要成分。活性污泥法能够去除废水中的有机物,是经过吸附、微生物代谢、凝聚和沉淀三个过程完成的115:。陈勇l[6]等采用物理一生物接触氧化一氧化塘法串联处理工艺对废水进行治理,处理效果明显,处理后废水中的主要污染物(pH、COD、BOD、S、55)均达到了GB8978一88二级标准。雷筱芬〔’71用生物氧化塘处理淀粉厂废水,COD去除率可达93%。另外,由于淀粉废水水质的特点所决定,单一的处理方法不一定能够得到理想的处理效果,因此,一些学者研究开发出厌氧一好氧组合工艺对淀粉废水进行一217一淀粉工业废水处理现状谢听夕Za功或2al1E2Vll’OIZnZ朗之刁ZS’理七necs了处理l’“,’91。2.5光合细菌法tIJ用光合细菌(PhotosynthetieBaeteria,简称PSB)处理淀粉废水,有机污染物去除率高,且投资省,占地少,菌体污泥是对人畜无害、富含营养的蛋白饲料。因此,PsB法是一种非常有前途的净化高浓度有机废水的处理技术,王宇新120]利用光合细菌连续处理工艺,在适宜的条件下进行淀粉废水处理的中试研究,中试系统处理能力为4m3d/,COD最大容积负荷6.7Ikg/(m3·d),COD去除率为9