【摘要】淀粉生產(chǎn)過程中排放大量廢水,且廢水COD濃度高,有關(guān)淀粉廢水處理方法的研究越來 越受到重視。厭氧生化法是處理淀粉廢水的重要方法之一,本文就目前國(guó)內(nèi)外淀粉廢水的各種厭氧處 理方法進(jìn)行綜述,介紹淀粉廢水處理方面的研究成果。

【關(guān)鍵詞】厭氧;淀粉廢水;處理

淀粉廢水有玉米淀粉廢水,馬鈴薯淀粉廢水,小 麥淀粉廢水和木薯淀粉廢水等。在淀粉加工過程中產(chǎn) 生的高濃度酸性廢水,主要是溶解性的淀粉和少量蛋 白質(zhì), COD通常為1 000~30 000mg/L, SS為1 500mg/L。 國(guó)家環(huán)�？偩衷趪�(guó)家環(huán)境科技發(fā)展/十五計(jì)劃綱要指出, 繼續(xù)把淀粉工業(yè)的廢水污染控制技術(shù)作為重要內(nèi)容進(jìn) 行研究,目前國(guó)內(nèi)外常用的處理方法總體上可分為生 化法和物化法兩種處理方法,但在實(shí)踐中多采用生物 處理,由于有機(jī)物濃度高,尤以厭氧法為首選。

1　厭氧生化法

厭氧法處理淀粉廢水具有能耗低,污泥產(chǎn)量少, 在降解污染物的同時(shí)能回收能源的特點(diǎn)。目前,厭氧 法處理淀粉廢水主要有上流式厭氧污泥床、厭氧流化床、折流厭氧污泥床等。

1·1　上流式厭氧污泥床(UASB)

上流式厭氧污泥床(簡(jiǎn)稱UASB)反應(yīng)器是荷蘭 Wageningen農(nóng)業(yè)大學(xué)的Lettinga等人于1973-1977年間 研制成功的,該技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展成為厭氧處理 的主流技術(shù)之一。

李燕等〔1〕采用上流式厭氧污泥床裝置,對(duì)面粉廠 中的淀粉廢水處理進(jìn)行了試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明, 用UASB處理高濃度淀粉廢水是可行的,當(dāng)?shù)矸蹚U水的 COD為4 000 ~ 8 000mg/L時(shí), COD負(fù)荷達(dá)4 ~ 5kg/ (m3·d)處理效率可達(dá)90%以上。

楊景亮等〔2〕采用UASB反應(yīng)器處理維生素B12和淀 粉生產(chǎn)混和廢水,在中溫條件下,保持反應(yīng)體系在中 性和偏堿性條件下, COD容積負(fù)荷最大為30kg/(m3·d) 的時(shí)候, COD去除率為80%。

張振家等〔3〕采用UASB反應(yīng)器處理淀粉廢水,在反 應(yīng)器COD容積負(fù)荷保持在10kg/(m3·d)以上時(shí), COD 去除率可達(dá)90%以上,有機(jī)氮去除率亦達(dá)80%,為后 續(xù)處理打下良好基礎(chǔ)。管錫增〔4〕等采用改良UASB反應(yīng) 器對(duì)配制的淀粉水進(jìn)行了處理。在141~151天時(shí),負(fù) 荷達(dá)到11kg/(m3·d), COD去除率達(dá)到92%以上。

UASB反應(yīng)器在處理固體懸浮物濃度較高的廢水時(shí) 易引起堵塞和短流,并且初次啟動(dòng)和形成穩(wěn)定顆粒污 泥用時(shí)較長(zhǎng),需要設(shè)計(jì)合理的三相分離器。

1·2　厭氧濾池(AF)

厭氧生物濾池是60年代末,美國(guó)的Young和McC- arty開發(fā)的。厭氧生物濾池是裝填有濾料的厭氧生物反 應(yīng)器,在濾料的表面形成了以生物膜形態(tài)生長(zhǎng)的微生 物群體,在濾料的空隙中則截留了大量懸浮生長(zhǎng)的厭 氧微生物,廢水通過濾料層向上流動(dòng)或向下流動(dòng)時(shí), 廢水中的有機(jī)物被截留、吸附及分解轉(zhuǎn)化為甲烷和二 氧化碳等。

Ahn等〔5〕對(duì)厭氧濾池處理馬鈴薯淀粉廢水的動(dòng)力學(xué) 特性進(jìn)行了研究。結(jié)果表明對(duì)出水COD的預(yù)測(cè)受進(jìn)水 水質(zhì)的影響嚴(yán)重。

Mihsra等〔6〕采用泡沫膠床厭氧生物反應(yīng)器通過接種 培養(yǎng)及加入CaCO3與一些諸如Ni、Co、Mo等微量元素 將生物膜固定在泡沫膠上生長(zhǎng),對(duì)某一食品廠排出的 馬鈴薯淀粉廢水進(jìn)行處理,在COD負(fù)荷為3·85kg/ (m3·d),水力停留時(shí)間8d的條件下, COD去除率為 71%,產(chǎn)氣量為11·6L/d,其中含甲烷85%。而且此反 應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定,不受廢水成分及負(fù)荷變化的影響,耐 受高的有機(jī)負(fù)荷。

劉素英等〔7〕以小麥淀粉廢水為研究對(duì)象,以厭氧 生物濾池為反應(yīng)設(shè)備,模擬厭氧生化工藝運(yùn)行,得出 可供實(shí)際操作的運(yùn)行條件。小麥淀粉廢水厭氧生化所 需水力停留時(shí)間在5~20天之間,最佳pH值范圍為 6·8~7·4,最佳有機(jī)容積負(fù)荷為7~8kg COD/(m3·d)。 AF在運(yùn)行中常出現(xiàn)堵塞和短流現(xiàn)象,且需要大量 的填料和對(duì)填料進(jìn)行定期清洗。

1·3　厭氧流化床(AFB)

厭氧流化床是在厭氧反應(yīng)器內(nèi)添加固體顆粒載體, 細(xì)顆粒載體為微生物的附著生長(zhǎng)提供了較大的比表面積,使床內(nèi)的微生物濃度很高(一般可達(dá)30gVSS/L)。 欒金義〔8〕等將生物流化床與接觸氧化法相結(jié)合的復(fù)合生物流化床方法,使淀粉廢水先經(jīng)過流化的生物載體后再經(jīng)填料層,處理北京某淀粉廠的廢水, COD去除率達(dá)90%左右,廢水可達(dá)標(biāo)排放。該方法可使生物流化床技術(shù)與接觸氧化法的優(yōu)缺點(diǎn)相互補(bǔ)充,大大提高了處理效率。

Matsumoto〔9〕用小試厭氧流化床處理淀粉廢水,當(dāng) pH為5·8時(shí)產(chǎn)甲烷過程會(huì)受到輕微抑制,亦得出系統(tǒng) 運(yùn)行的最佳pH為6·2,但該系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間只有15d,還不能保證其長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性。

1·4　厭氧折流板(ABR)反應(yīng)器

厭氧折流板(ABR)反應(yīng)器是每個(gè)反應(yīng)室都是一個(gè) 相對(duì)獨(dú)立的上流式污泥床系統(tǒng),其中污泥以顆粒形式 或絮狀形式存在。廢水由導(dǎo)流板引導(dǎo)上下折流前進(jìn), 依次通過每個(gè)格室的污泥床直至出口,此過程中廢水 中的有機(jī)物與厭氧污泥反復(fù)接觸而得到去除。

徐金蘭等〔10〕采用ABR反應(yīng)器研究人工配制淀粉廢 水在酸化過程中的特征及調(diào)控措施.在酸化初期,各 隔室pH逐級(jí)升高, COD和VAF逐隔室降低,具有明顯 的兩段厭氧消化的特點(diǎn)。完全酸化期,各隔室pH降到 3·5~4·5范圍后就保持相對(duì)穩(wěn)定,各隔室出水COD與 進(jìn)水COD接近。酸化過程中污泥濃度逐漸降低, VAF 累積, VAF中甲酸、丙酸、丁酸濃度升高,隨時(shí)間延 長(zhǎng),并無自然恢復(fù)跡象。采用單獨(dú)調(diào)控堿度或降低負(fù) 荷的方式,系統(tǒng)都難以恢復(fù)正常,只有采用在堿度和 負(fù)荷同時(shí)調(diào)控時(shí),約60d后系統(tǒng)恢復(fù)正常。

沈耀良〔11〕等對(duì)ABR反應(yīng)器處理高濃度淀粉加工廢 水的效果及污泥特性進(jìn)行研究,在中溫35士0·5℃、 進(jìn)水COD負(fù)荷為12~18kg/(m3·d)、HRT=12~24h時(shí), COD的去除率可達(dá)72%~96%。研究表明,不同條件 下反應(yīng)器不同隔室中的VFA及pH的變化呈現(xiàn)出顯著的 相分離及移動(dòng)的特征,反應(yīng)器中形成SVI為18~25mL/ g、平均粒徑為2~3mm大者可達(dá)4~5mm、性能良好的 顆粒污泥,且其特性隨不同隔室而呈現(xiàn)出相應(yīng)的變化 規(guī)律。該方法對(duì)高濃度淀粉加工廢水具有穩(wěn)定高效的 處理效果。

總之,利用厭氧法處理淀粉廢水,不僅有機(jī)污染 物去除效果明顯,工藝穩(wěn)定,能耗低,剩余污泥產(chǎn)量 少,而且還可以產(chǎn)生甲烷等作為能源氣體。因此在處 理淀粉廢水等高濃度有機(jī)廢水中得到廣泛應(yīng)用。但厭 氧處理法容易受到廢水的水溫、pH、有毒物質(zhì)等環(huán)境 條件影響,還存在著出水濃度高、污泥培養(yǎng)周期長(zhǎng)等 缺點(diǎn)。

2　組合工藝處理淀粉廢水

由于淀粉廢水的有機(jī)濃度很高,所以在處理中很 少使用單一處理方法,一般是將多種處理方法結(jié)合使 用,使各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)相互補(bǔ)充,以提高效率。 胡威夷〔12〕推薦了某玉米淀粉廠厭氧-好氧相結(jié)合 的處理工藝,該工程成功地運(yùn)用常溫UASB生產(chǎn)工藝處 理淀粉廢水,并在常溫條件下實(shí)現(xiàn)了UASB反應(yīng)器接種 活性污泥的顆�；�,在國(guó)內(nèi)淀粉行業(yè)尚屬首次。

戴建強(qiáng)〔13〕等在中溫35±1℃條件下,采用UASB和 混合活性污泥串聯(lián)的方法來處理玉米淀粉生產(chǎn)廢水, 當(dāng)COD在7 000~8 000mg/L, HRT為18h時(shí),廢水經(jīng)兩 步處理后, COD的去除率在97%以上。經(jīng)二級(jí)生化處 理的出水達(dá)到國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。

毛海亮〔14〕等采用UASB-SBR工藝處理淀粉廢水。 充分利用UASB高效高負(fù)荷的處理優(yōu)勢(shì),使廢水得到有 效治理。試驗(yàn)結(jié)果表明,廢水經(jīng)顆粒化UASB穩(wěn)定處理 后,出水COD可降到500mg/L以下,再經(jīng)SBR處理后 出水COD可降到100mg/L以下。

郭靜〔15〕等利用上流式厭氧污泥床一厭氧濾柱系統(tǒng) (UASB-UAF)在低負(fù)荷條件下,對(duì)加拿大McCain食品 有限公司提供的馬鈴薯車何生產(chǎn)廢水進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)420d 的實(shí)驗(yàn)處理, COD的總?cè)コ�率大�?5%, SS、VSS的去 除率均大于98%。

淀粉廢水處理方法在實(shí)際應(yīng)用中,往往單一方法 的運(yùn)用,處理效率不理想,而將各種方法組合起來, 使它們的優(yōu)缺點(diǎn)相互補(bǔ)充,可以達(dá)到更高的處理效果。

3　存在問題

由于淀粉廢水排放量大,有機(jī)負(fù)荷高,以上所列舉的淀粉廢水處理方法在實(shí)際中都有應(yīng)用,但也都存在一些問題。

(1)厭氧生化法處理淀粉廢水,具有技術(shù)成熟可靠、耐沖擊能力強(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實(shí)際中應(yīng)用廣泛。但是厭氧處理效果受廢水的水溫、pH、有毒物質(zhì)等環(huán)境條 件影響較大。

(2)我國(guó)部分地區(qū)淀粉加工受原料生長(zhǎng)周期影響而具有周期性。如寧夏南部山區(qū)的淀粉加工每年都在馬鈴薯收獲季節(jié)即9、10月份至次年1月左右。因此,處理淀粉廢水的構(gòu)筑物在非淀粉加工期被閑置下來,而在每年9、10月份要重新啟動(dòng)。這種實(shí)際情況限制了生化法在馬鈴薯淀粉廢水處理上的應(yīng)用。

4　展望

針對(duì)淀粉廢水的特點(diǎn),結(jié)合淀粉廢水厭氧處理方 法的研究現(xiàn)狀,應(yīng)從如下幾方面加大淀粉廢水處理方 法的研究和開發(fā)應(yīng)用:

(1)研究厭氧生化工藝的快速啟動(dòng)方法,以滿足 我國(guó)部分地區(qū)淀粉加工受原料生長(zhǎng)周期影響而具有周 期性的特點(diǎn)。

(2)培育并分離低溫條件下處理淀粉廢水的菌株, 以減少北方地區(qū)冬季處理淀粉廢水因保溫要求而增加 的運(yùn)行費(fèi)用。

5　結(jié)語

我國(guó)淀粉加工企業(yè)分布廣且廢水COD濃度高,淀 粉廢水處理方法的研究越來越受到重視。厭氧生化法 作為處理淀粉廢水的重要方法之一,把廢水處理和能 源回收相結(jié)合,符合節(jié)能減排的環(huán)保原則和發(fā)展趨勢(shì)。 各種厭氧處理方法的處理特點(diǎn)不同,而將各種方法結(jié) 合起來,可以使它們的優(yōu)點(diǎn)相互補(bǔ)充,達(dá)到較高的處 理效果。

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作者簡(jiǎn)介:鄭蘭香(1979-),福建人,講師,主要研究方 向:環(huán)境污染控制、環(huán)境影響評(píng)價(jià)。來源：谷騰水網(wǎng) 作者: 鄭蘭香　馬虹　楊清兵