【摘要】淀粉生产过程 中排放大量废水,且废水COD浓度高,有关淀粉废水处理方法的研究越来 越受到重视。厌氧生化法是处理淀粉废水的重要方法之一,本文就目前国内外淀粉废水的各种厌氧处理方法进行综述,介绍淀粉废水处理方面的研究成果。
【关键词】厌氧;淀粉废水;处理
淀粉废水有玉米淀粉废水,马铃薯淀粉废水,小 麦淀粉废水和木薯淀粉废水等。在淀粉加工过程中产生的高浓度酸性废水,主要是溶解性的淀粉和少量蛋 白质, COD通常为1 000~30 000mg/L, SS为1 500mg/L。 国家环保总局在国家环境科技发展/十五计划纲要指出, 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,目前国内外常用的处理方法总体上可分为生 化法和物化法两种处理方法,但在实践中多采用生物处理,由于有机物浓度高,尤以厌氧法为首选。
1 厌氧生化法
厌氧法处理淀粉废水具有能耗低,污泥产量少, 在降解污染物的同时能回收能源的特点。目前,厌氧 法处理淀粉废水主要有上流式厌氧污泥床、厌氧流化床、折流厌氧污泥床等。
1·1 上流式厌氧污泥床(UASB)
上流式厌氧污泥床(简称UASB)反应器是荷兰 Wageningen农业大学的Lettinga等人于1973-1977年间 研制成功的,该技术在国内外已经发展成为厌氧处理 的主流技术之一。
李燕等〔1〕采用上流式厌氧污泥床装置,对面粉厂 中的淀粉废水处理进行了试验研究。试验结果表明, 用UASB处理高浓度淀粉废水是可行的,当淀粉废水的 COD为4 000 ~ 8 000mg/L时, COD负荷达4 ~ 5kg/ (m3·d)处理效率可达90%以上。
杨景亮等〔2〕采用UASB反应器处理维生素B12和淀 粉生产混和废水,在中温条件下,保持反应体系在中性和偏碱性条件下, COD容积负荷最大为30kg/(m3·d) 的时候, COD去除率为80%。
张振家等〔3〕采用UASB反应器处理淀粉废水,在反 应器COD容积负荷保持在10kg/(m3·d)以上时, COD 去除率可达90%以上,有机氮去除率亦达80%,为后 续处理打下良好基础。管锡增〔4〕等采用改良UASB反应 器对配制的淀粉水进行了处理。在141~151天时,负 荷达到11kg/(m3·d), COD去除率达到92%以上。
UASB反应器在处理固体悬浮物浓度较高的废水时 易引起堵塞和短流,并且初次启动和形成稳定颗粒污泥用时较长,需要设计合理的三相分离器。
1·2 厌氧滤池(AF)
厌氧生物滤池是60年代末,美国的Young和McC- arty开发的。厌氧生物滤池是装填有滤料的厌氧生物反应器,在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生 物群体,在滤料的空隙中则截留了大量悬浮生长的厌氧微生物,废水通过滤料层向上流动或向下流动时, 废水中的有机物被截留、吸附及分解转化为甲烷和二氧化碳等。
Ahn等〔5〕对厌氧滤池处理马铃薯淀粉废水的动力学 特性进行了研究。结果表明对出水COD的预测受进水 水质的影响严重。
Mihsra等〔6〕采用泡沫胶床厌氧生物反应器通过接种 培养及加入CaCO3与一些诸如Ni、Co、Mo等微量元素 将生物膜固定在泡沫胶上生长,对某一食品厂排出的 马铃薯淀粉废水进行处理,在COD负荷为3·85kg/ (m3·d),水力停留时间8d的条件下, COD去除率为 71%,产气量为11·6L/d,其中含甲烷85%。而且此反 应器运行稳定,不受废水成分及负荷变化的影响,耐 受高的有机负荷。
刘素英等〔7〕以小麦淀粉废水为研究对象,以厌氧 生物滤池为反应设备,模拟厌氧生化工艺运行,得出 可供实际操作的运行条件。小麦淀粉废水厌氧生化所需水力停留时间在5~20天之间,最佳pH值范围为 6·8~7·4,最佳有机容积负荷为7~8kg COD/(m3·d)。 AF在运行中常出现堵塞和短流现象,且需要大量 的填料和对填料进行定期清洗。
1·3 厌氧流化床(AFB)
厌氧流化床是在厌氧反应器内添加固体颗粒载体, 细颗粒载体为微生物的附着生长提供了较大的比表面积,使床内的微生物浓度很高(一般可达30gVSS/L)。栾金义〔8〕等将生物流化床与接触氧化法相结合的复合生物流化床方法,使淀粉废水先经过流化的生物载体后再经填料层,处理北京某淀粉厂的废水, COD去除率达90%左右,废水可达标排放。该方法可使生物流化床技术与接触氧化法的优缺点相互补充,大大提高了处理效率。
Matsumoto〔9〕用小试厌氧流化床处理淀粉废水,当 pH为5·8时产甲烷过程会受到轻微抑制,亦得出系统 运行的最佳pH为6·2,但该系统运行时间只有15d,还不能保证其长期运行的稳定性。
1·4 厌氧折流板(ABR)反应器
厌氧折流板(ABR)反应器是每个反应室都是一个 相对独立的上流式污泥床系统,其中污泥以颗粒形式 或絮状形式存在。废水由导流板引导上下折流前进, 依次通过每个格室的污泥床直至出口,此过程中废水 中的有机物与厌氧污泥反复接触而得到去除。
徐金兰等〔10〕采用ABR反应器研究人工配制淀粉废 水在酸化过程中的特征及调控措施.在酸化初期,各 隔室pH逐级升高, COD和VAF逐隔室降低,具有明显的两段厌氧消化的特点。完全酸化期,各隔室pH降到 3·5~4·5范围后就保持相对稳定,各隔室出水COD与 进水COD接近。酸化过程中污泥浓度逐渐降低, VAF 累积, VAF中甲酸、丙酸、丁酸浓度升高,随时间延 长,并无自然恢复迹象。采用单独调控碱度或降低负 荷的方式,系统都难以恢复正常,只有采用在碱度和 负荷同时调控时,约60d后系统恢复正常。
沈耀良〔11〕等对ABR反应器处理高浓度淀粉加工废 水的效果及污泥特性进行研究,在中温35士0·5℃、 进水COD负荷为12~18kg/(m3·d)、HRT=12~24h时, COD的去除率可达72%~96%。研究表明,不同条件 下反应器不同隔室中的VFA及pH的变化呈现出显著的 相分离及移动的特征,反应器中形成SVI为18~25mL/ g、平均粒径为2~3mm大者可达4~5mm、性能良好的颗粒污泥,且其特性随不同隔室而呈现出相应的变化 规律。该方法对高浓度淀粉加工废水具有稳定高效的 处理效果。
总之,利用厌氧法处理淀粉废水,不仅有机污染 物去除效果明显,工艺稳定,能耗低,剩余污泥产量少,而且还可以产生甲烷等作为能源气体。因此在处 理淀粉废水等高浓度有机废水中得到广泛应用。但厌 氧处理法容易受到废水的水温、pH、有毒物质等环境 条件影响,还存在着出水浓度高、污泥培养周期长等 缺点。
2 组合工艺处理淀粉废水
由于淀粉废水的有机浓度很高,所以在处理中很 少使用单一处理方法,一般是将多种处理方法结合使用,使各种方法的优缺点相互补充,以提高效率。 胡威夷〔12〕推荐了某玉米淀粉厂厌氧-好氧相结合 的处理工艺,该工程成功地运用常温UASB生产工艺处 理淀粉废水,并在常温条件下实现了UASB反应器接种 活性污泥的颗粒化,在国内淀粉行业尚属首次。
戴建强〔13〕等在中温35±1℃条件下,采用UASB和 混合活性污泥串联的方法来处理玉米淀粉生产废水, 当COD在7 000~8 000mg/L, HRT为18h时,废水经两 步处理后, COD的去除率在97%以上。经二级生化处 理的出水达到国家规定的排放标准。
毛海亮〔14〕等采用UASB-SBR工艺处理淀粉废水。 充分利用UASB高效高负荷的处理优势,使废水得到有 效治理。试验结果表明,废水经颗粒化UASB稳定处理 后,出水COD可降到500mg/L以下,再经SBR处理后 出水COD可降到100mg/L以下。
郭静〔15〕等利用上流式厌氧污泥床一厌氧滤柱系统 (UASB-UAF)在低负荷条件下,对加拿大McCain食品 有限公司提供的马铃薯车何生产废水进行了长达420d 的实验处理, COD的总去除率大于95%, SS、VSS的去 除率均大于98%。
淀粉废水处理方法在实际应用中,往往单一方法 的运用,处理效率不理想,而将各种方法组合起来, 使它们的优缺点相互补充,可以达到更高的处理效果。
3 存在问题
由于淀粉废水排放量大,有机负荷高,以上所列举的淀粉废水处理方法在实际中都有应用,但也都存在一些问题。
(1)厌氧生化法处理淀粉废水,具有技术成熟可靠、耐冲击能力强、处理效果好,尤其以UASB反应器为主体的厌氧生物处理工艺在实际中应用广泛。但 是厌氧处理效果受废水的水温、pH、有毒物质等环境条 件影响较大。
(2)我国部分地区淀粉加工受原料生长周期影响而具有周期性。如宁夏南部山区的淀粉加工每年都在马铃薯收获季节即9、10月份至次年1月左右。因此,处理淀粉废水的构筑物在非淀粉加工期被闲置下来,而在每年9、10月份要重新启动。这种实际情况限制了生化法在马铃薯淀粉废水处理上的应用。
4 展望
针对淀粉废水的特点,结合淀粉废水厌氧处理方 法的研究现状,应从如下几方面加大淀粉废水处理方法的研究和开发应用:
(1)研究厌氧生化工艺的快速启动方法,以满足 我国部分地区淀粉加工受原料生长周期影响而具有周期性的特点。
(2)培育并分离低温条件下处理淀粉废水的菌株, 以减少北方地区冬季处理淀粉废水因保温要求而增加的运行费用。
5 结语
我国淀粉加工企业分布广且废水COD浓度高,淀 粉废水处理方法的研究越来越受到重视。厌氧生化法作为处理淀粉废水的重要方法之一,把废水处理和能 源回收相结合,符合节能减排的环保原则和发展趋势。各种厌氧处理方法的处理特点不同,而将各种方法结 合起来,可以使它们的优点相互补充,达到较高的处 理效果。
参考文献
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作者简介:郑兰香(1979-),福建人,讲师,主要研究方 向:环境污染控制、环境影响评价。
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