【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,本文就目前國內(nèi)外淀粉廢水的各種厭氧處 理方法進行綜述,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。 國家環(huán)保總局在國家環(huán)境科技發(fā)展/十五計劃綱要指出, 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 行研究,目前國內(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,但在實踐中多采用生物 處理,由于有機物濃度高,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能回收能源的特點。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(簡稱UASB)反應(yīng)器是荷蘭 Wageningen農(nóng)業(yè)大學的Lettinga等人于1973-1977年間 研制成功的,該技術(shù)在國內(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,對面粉廠 中的淀粉廢水處理進行了試驗研究。試驗結(jié)果表明, 用UASB處理高濃度淀粉廢水是可行的,當?shù)矸蹚U水的 COD為4 000 ~ 8 000mg/L時, COD負荷達4 ~ 5kg/ (m3·d)處理效率可達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容積負荷最大為30kg/(m3·d) 的時候, 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容積負荷保持在10kg/(m3·d)以上時, COD 去除率可達90%以上,有機氮去除率亦達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) 器對配制的淀粉水進行了處理。在141~151天時,負 荷達到11kg/(m3·d), COD去除率達到92%以上。
UASB反應(yīng)器在處理固體懸浮物濃度較高的廢水時 易引起堵塞和短流,并且初次啟動和形成穩(wěn)定顆粒污 泥用時較長,需要設(shè)計合理的三相分離器。
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)生長的微生 物群體,在濾料的空隙中則截留了大量懸浮生長的厭 氧微生物,廢水通過濾料層向上流動或向下流動時, 廢水中的有機物被截留、吸附及分解轉(zhuǎn)化為甲烷和二 氧化碳等。
Ahn等〔5〕對厭氧濾池處理馬鈴薯淀粉廢水的動力學 特性進行了研究。結(jié)果表明對出水COD的預(yù)測受進水 水質(zhì)的影響嚴重。
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,對某一食品廠排出的 馬鈴薯淀粉廢水進行處理,在COD負荷為3·85kg/ (m3·d),水力停留時間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)器運行穩(wěn)定,不受廢水成分及負荷變化的影響,耐 受高的有機負荷。
劉素英等〔7〕以小麥淀粉廢水為研究對象,以厭氧 生物濾池為反應(yīng)設(shè)備,模擬厭氧生化工藝運行,得出 可供實際操作的運行條件。小麥淀粉廢水厭氧生化所 需水力停留時間在5~20天之間,最佳pH值范圍為 6·8~7·4,最佳有機容積負荷為7~8kg COD/(m3·d)。 AF在運行中常出現(xiàn)堵塞和短流現(xiàn)象,且需要大量 的填料和對填料進行定期清洗。
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, 細顆粒載體為微生物的附著生長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90%左右,廢水可達標排放。該方法可使生物流化床技術(shù)與接觸氧化法的優(yōu)缺點相互補充,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 pH為5·8時產(chǎn)甲烷過程會受到輕微抑制,亦得出系統(tǒng) 運行的最佳pH為6·2,但該系統(tǒng)運行時間只有15d,還不能保證其長期運行的穩(wěn)定性。
1·4 厭氧折流板(ABR)反應(yīng)器
厭氧折流板(ABR)反應(yīng)器是每個反應(yīng)室都是一個 相對獨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, 依次通過每個格室的污泥床直至出口,此過程中廢水 中的有機物與厭氧污泥反復(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逐級升高, COD和VAF逐隔室降低,具有明顯 的兩段厭氧消化的特點。完全酸化期,各隔室pH降到 3·5~4·5范圍后就保持相對穩(wěn)定,各隔室出水COD與 進水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,隨時間延 長,并無自然恢復(fù)跡象。采用單獨調(diào)控堿度或降低負 荷的方式,系統(tǒng)都難以恢復(fù)正常,只有采用在堿度和 負荷同時調(diào)控時,約60d后系統(tǒng)恢復(fù)正常。
沈耀良〔11〕等對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行研究,在中溫35士0·5℃、 進水COD負荷為12~18kg/(m3·d)、HRT=12~24h時, COD的去除率可達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)周期長等 缺點。
2 組合工藝處理淀粉廢水
由于淀粉廢水的有機濃度很高,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)缺點相互補充,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,該工程成功地運用常溫UASB生產(chǎn)工藝處 理淀粉廢水,并在常溫條件下實現(xiàn)了UASB反應(yīng)器接種 活性污泥的顆粒化,在國內(nèi)淀粉行業(yè)尚屬首次。
戴建強〔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COD在7 000~8 000mg/L, HRT為18h時,廢水經(jīng)兩 步處理后, COD的去除率在97%以上。經(jīng)二級生化處 理的出水達到國家規(guī)定的排放標準。
毛海亮〔14〕等采用UASB-SBR工藝處理淀粉廢水。 充分利用UASB高效高負荷的處理優(yōu)勢,使廢水得到有 效治理。試驗結(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)在低負荷條件下,對加拿大McCain食品 有限公司提供的馬鈴薯車何生產(chǎn)廢水進行了長達420d 的實驗處理, COD的總?cè)コ蚀笥?5%, SS、VSS的去 除率均大于98%。
淀粉廢水處理方法在實際應(yīng)用中,往往單一方法 的運用,處理效率不理想,而將各種方法組合起來, 使它們的優(yōu)缺點相互補充,可以達到更高的處理效果。
3 存在問題
由于淀粉廢水排放量大,有機負荷高,以上所列舉的淀粉廢水處理方法在實際中都有應(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、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)我國部分地區(qū)淀粉加工受原料生長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。這種實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
針對淀粉廢水的特點,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方法,以滿足 我國部分地區(qū)淀粉加工受原料生長周期影響而具有周 期性的特點。
(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 的運行費用。
5 結(jié)語
我國淀粉加工企業(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。 各種厭氧處理方法的處理特點不同,而將各種方法結(jié) 合起來,可以使它們的優(yōu)點相互補充,達到較高的處 理效果。
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作者簡介:鄭蘭香(1979-),福建人,講師,主要研究方 向:環(huán)境污染控制、環(huán)境影響評價。來源：谷騰水網(wǎng) 作者: 鄭蘭香 馬虹 楊清兵
