淀粉廢水處理工藝及技術(shù)

一、概述

淀粉工業(yè)是以玉米、馬鈴薯、小麥、大米等農(nóng)產(chǎn)品為原料生產(chǎn)淀粉或淀粉深加工產(chǎn)品(淀粉糖、葡萄糖、淀粉衍生物等)的工業(yè)。淀粉工業(yè)約需1.7t原料才能得到1t產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中，需水量很大，廢水排放量也大，而且廢水都是含大量淀粉、蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等有機(jī)物的髙濃度有機(jī)廢水，如不加以處理直接排入水體中，將造成水體缺氧，使水生動物窒息，給環(huán)境帶來*的危害。

二、淀粉生產(chǎn)廢水處理

淀粉是一種重要的工業(yè)原料，它的用途很廣泛，除供食用與加工食品外，更廣泛的應(yīng)用于紡織、造紙、醫(yī)藥、發(fā)酵、鑄造、膠粘、化工、機(jī)械及鉆井等行業(yè)，目前，我國年產(chǎn)淀粉300多萬噸。在淀粉生產(chǎn)過程中，廢水排放量很大，每產(chǎn)一噸淀粉排放廢水10~20m3。

1.1淀粉生產(chǎn)工藝及廢水內(nèi)涵

淀粉生產(chǎn)約有80%是以玉米為原料，其余是以薯類、小麥、大麥、燕麥以及其他富含淀粉的植物塊根等為質(zhì)料。原料中除含淀粉以外，還含有其他的多種成分一蛋白質(zhì)、脂肪、纖維家、無機(jī)鹽等。淀粉具有不溶于冷水和比重大于水的基本特征。淀粉生產(chǎn)就是根據(jù)這兩大基本特征，通過物理分離過程，除去其他物質(zhì)而取得較為純凈的淀粉制品。

淀粉生產(chǎn)大致由原料處理、浸泡、破碎、過篩、分離淀粉、洗滌、干燥等幾個主要工序組成，在具體操作上因原料不同而異，但基本工藝過程是一致的。

玉米淀粉生產(chǎn)流程：玉米→過篩→浸泡(回收玉米漿)→粉碎→胚芽分離(胚芽可壓玉米油)→磨細(xì)→篩分(粉渣可做飼料)→沉淀分離(分離玉米蛋白)→淀粉洗滌→脫水→干燥→淀粉。

廢水主要來源干玉米輸送洗滌水、玉米浸泡水、胚芽分離、黃漿廢水等工藝過程水，除此以外，還有少擻地面沖洗水。

甘慕類淀粉生產(chǎn)流程：甘薯，洗滌→磨碎→過篩(薯渣作飼料)→漿液→離心分離(回收黃漿水中蛋白質(zhì))→淀粉洗滌→脫水→干燥→淀粉。

廢水主要來源于沉淀池上清水和離心機(jī)脫水。

廢水水質(zhì)水量及其特征

用玉米為原料生產(chǎn)淀粉，大致有以絕干計60%的玉米成為商品淀粉，還有30%的玉米成為副產(chǎn)品，其余部分則成為廢液排出廠外。副產(chǎn)品主要是以固體狀態(tài)排除的粉渣(含纖維，殘余淀粉)和胚芽，廢液則主要為兩股高濃度的有機(jī)廢水，一是浸泡水，固形物濃度5%，二是黃槳水，固形物濃度2%以上。大型企業(yè)浸泡水經(jīng)濃縮成玉米漿，作為抗菌素生產(chǎn)的營養(yǎng)源，但絕大多數(shù)小廠沒有回收。浸泡水的排放量為原料的0.5%~1%，而黃漿水的排放量達(dá)原料的30倍(或產(chǎn)品淀粉的20倍)左右，一個年處理玉米1萬噸的淀粉廠，每日排放黃漿水約600t。這種髙濃度有機(jī)廢水的主要成分是蛋白質(zhì)、糖、脂肪等，另外含有大量含氮、碳無機(jī)化合物。

玉米淀粉廢水的一般組成為：總糖0.3%~0.7%，粗蛋白2.1%，固形物5%~10%，粗纖維2%~3%，脂肪酸0.1%~0.3%。玉米淀粉生產(chǎn)不受季節(jié)影響，可全年生產(chǎn)。工藝用水量很大，一般為5~13m3/t玉米，玉米淀粉廢水中主要成分為淀粉、糖類、蛋白質(zhì)、纖維素有機(jī)物質(zhì)，COD值為8000~30000mg/L，BOD5值為5000~20000mg/L，SS值為3000~5000mg/L，pH值4~6，呈酸性。另外，在玉米浸泡過程中，為破壞玉米的機(jī)械強度，削弱淀粉與其他部分的親合力，分離可溶性蛋白，同時為抑制徼生物單生繁衍，在浸泡時加入一定量的亞硫酸溶液，浸泡水中亞硫酸濃度約0.1%。因此，廢水中含有SO32、SO42-，當(dāng)兩者濃度分別超過300mg/L時，用厭氧法處理會對產(chǎn)甲烷菌有抑制作用。

以甘薯類(包括馬鈴薯和其他薯類)為原料的淀粉生產(chǎn)廢水中，輸送和洗滌水(由輸送工段和洗凈工段流出的廢水)含有砂土、馬鈴薯破皮片以及由原料流出的有機(jī)物，這種廢水懸浮物含量高，COD和BOD5值都不高；分離廢水(薯漿廢水及蛋白質(zhì)水)中主要含有機(jī)化合物，如糖類和蛋白質(zhì)及大量的不溶物，如淀粉微粒、細(xì)胞、根纖維及葉子等。廢水中可溶性固形物一般組成為(以干基計)：蛋白質(zhì)33%~41%，總糖35%，有機(jī)酸4%，礦物質(zhì)20%，每噸淀粉可產(chǎn)生這種固形物200kg左右，COD、BOD5值很髙，并且水量大，是馬鈴薯原料淀粉廠主要污染的廢水；淀粉渣貯槽廢水是淀粉渣*積存在貯槽內(nèi)產(chǎn)生的廢水，這種廢水雖不產(chǎn)生惡臭，但酸度高；冷凝水基本上是未受污染的水。

淀粉生產(chǎn)廢水治理方法

目前，國內(nèi)外常用的淀粉廢水處理方法冇如下幾種：沉淀分離法、化學(xué)絮凝法、單純曝氣法、生物處理法(活性污泥法、厭氧生物法、生物膜法、生物塘等)、膜分離技術(shù)、光合細(xì)菌等。

(1）沉淀分離法

淀粉不溶于冷水，可直接通過物理沉淀使廢水中懸浮物沉淀下來，一般使用沉淀池或沉淀塘。淀粉廢水含有蛋白質(zhì)、淀粉，糖類及懸浮物，屬高分散系的親水膠體，這種膠體一般比較穩(wěn)定，當(dāng)池中產(chǎn)生厭氧反應(yīng)時，生成的有機(jī)酸使廢水pH值下降，處于膠體狀態(tài)的蛋白質(zhì)，將形成絮凝體而沉淀，能夠提髙分離效果。

沉淀池(塘)HRT約2~7d，每噸原料需要設(shè)沉淀池(塘)容積1.5~1.6m3。沉淀池(塘)的凈化效果，SS去除率一般在70%左右，效果好的可達(dá)90%，BOD5的去除率可達(dá)20%~30%。

(2)化學(xué)絮凝法

直接采用自然沉淀，處理時間長，BOD5的去除率低，如果加入藥劑，采用化學(xué)混凝法，破壞膠體的穩(wěn)定作用，使分散狀態(tài)的有機(jī)物脫穩(wěn)、凝聚，形成聚集狀態(tài)的粗顆粒物質(zhì)從水中分離出來。混凝沉淀法比物理沉淀法去除效果好，處理時間短。通過混凝可以除去分子量較大的有機(jī)物，而分子量較小的有機(jī)物可通過活性炭吸附法除去。

（3）單純曝氣法

用空氣或含臭氧的空氣對廢水進(jìn)行短時間的曝氣，通過空氣氧化、臭氧氧化以及對揮發(fā)物質(zhì)的吹脫以取得凈化效果，一般不單獨使用。

我國北方一些以馬鈴薯為原料的小型淀粉廠，在生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)季節(jié)等條件不適宜釆取生物處理法時可采用沉淀分離一單純曝氣法組合工藝，通過沉淀分離，可減輕單純曝氣法的處理負(fù)荷，還有調(diào)節(jié)、穩(wěn)定水質(zhì)水量的作用。后續(xù)單純曝氣的目的是保證處理后出水達(dá)標(biāo)，同時也可把沉淀分離過程中生成的有機(jī)酸吹脫出去，使廢水達(dá)中性。

（4）生物處理法

淀粉生產(chǎn)廢水厲髙濃度有機(jī)廢水，不含有毒物，可生化性好，因此，國內(nèi)外常用的淀粉廢水處理方法是生化法，包括活性污泥法、厭氧生物法、生物膜法、生物穩(wěn)定塘等。由于淀粉廢水有機(jī)物含量高，采用好氧生物法處理能耗大，處理費用高，而厭氧生物法無需供氧，處理費用低，應(yīng)用廣泛。下面重點介紹這種處理方法。

厭氧生物法是指無分子氧條件下通過厭氧微生物(包括兼生物)的作用，將淀粉廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解為甲烷和化碳等物質(zhì)的過程，間時把部分有機(jī)質(zhì)合成細(xì)菌胞體，通過氣、固分商，使污水得到凈化。

近年來，在淀粉廢水厭氧處理中，發(fā)展快應(yīng)用多的是上流式厭氧污泥床(UASB)工藝。此外，厭氧接觸法、厭氣填料床、厭氧濾池、縱向折流套筒式厭氧污泥床(VBASB)、厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)等工藝也有應(yīng)用。  

（5）膜分離技術(shù)

用來處理淀粉廢水的膜分離技術(shù)主要是反滲透和超濾。國外應(yīng)用膜分離技術(shù)去除馬鈴薯淀粉廢水中的COD，并濃縮回收蛋白質(zhì)。我國在這方面也有研究，下面介紹應(yīng)用超濾技術(shù)處理馬鈴薯淀粉廢水的模擬研究。

實驗采用兩級中空纖維超濾膜組件串聯(lián)，聚丙烯腈(PAN)膜在前,孔徑大一些，切釗分子量選在10萬左右，以去除大的顆粒及部分COD，使蛋白質(zhì)通過；聚砜(PS)膜在后，切割分子量選為1.5萬左右，主要對蛋白質(zhì)濃縮。操作條件：操作壓力0.1MPa，進(jìn)料流量70L/h、溫度為室溫，超濾前調(diào)節(jié)料液pH值3.5左右。進(jìn)水COD值8175mg/L，經(jīng)超濾處理后COD值3610mg/L，COD去除率為55.8%，后面可接其他處理技術(shù)使廢水達(dá)標(biāo)。污染后的膜，用40℃、0.1mol/LNaOH溶液清洗，恢復(fù)率90%左右。應(yīng)用超濾技術(shù)時，原料液預(yù)處理非常重要。

（6）光合細(xì)菌

利用光合細(xì)菌(Photosynthetic Bacteria，簡稱PSB)處理淀粉廢水不僅有機(jī)污染物去除率高，投資省，占地少，且菌體污泥是對人畜無害，富含營養(yǎng)的蛋白飼料。因此，法是一種非常有前途的凈化高濃度有機(jī)廢水的處理技術(shù)。

（7）淀粉廢水的資源化回收技術(shù)

淀粉廢水中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，如能從淀粉廢水中回收有用物質(zhì)，既變廢為寶，綜合利用，又能減小廢液處理的費用。我國在利用淀粉廢水生產(chǎn)飼料酵母、提取*等方面都有研究。

淀粉廢水處理工藝

目前，國內(nèi)外經(jīng)常采用的淀粉廢水處理工藝有如下幾種。

（1）厭氧-好氧串聯(lián)工藝

厭氧部分一般采用UASB、厭氧濾池、厭氧塘、縱向折流套筒式厭氧污泥床(VBASB)處理工藝，好氧部分可采用生物接觸氧化、循環(huán)式活性污泥法等工藝，厭氧前面采用調(diào)節(jié)池預(yù)曝氣、沉淀等預(yù)處理，好氧后面一般接氣浮、吸附、過濾等后處理，以保證出水達(dá)標(biāo)。

（2）兩段好氧串聯(lián)工藝

該工藝可為生物接觸氧化與氧化塘串聯(lián)，如江西國藥廠淀粉分廠就是采用這種工藝。也可采用酵母菌-焦炭固定床生物膜兩段好氣處理工藝。

（3）化學(xué)絮凝-活性炭吸附

國內(nèi)外常用的淀粉廢水處理方法是生化法，該方法具有技術(shù)成熟，效果較好，運行可靠等特點。其缺點是占地面積大，基建投資高，技術(shù)難度大，搡作管理復(fù)雜等。國內(nèi)一些中小型淀粉廠由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件有限，尤其是北方地區(qū)，冬季氣溫低，采用生化法處理淀粉廢水更加困難。用化學(xué)絮凝、活性炭吸附的流程處理淀粉廢水，具有基建投資少，工藝簡單，搡作容易，能耗低，對氣溫的變化適應(yīng)性強，特別適用于該類中小型淀粉廠。

處理流程為：廢水→反應(yīng)池(加入混凝劑，可利用工業(yè)廢渣DSZ)，調(diào)節(jié)pH值為9~11)→管道反應(yīng)器(加入絮凝劑，可用PAM)→斜板沉淀池→上清水(用工業(yè)廢酸調(diào)節(jié)pH值為6~9)→砂濾池→炭塔→出水排放。