BYM-马铃薯淀粉废水利用项目可行性研究报告.doc

河北承德 磐丰酵素菌承德磐丰酵素菌有限公司bym-马铃薯淀粉生产废水利用项目 随着食品工业的不断进步和市场需求的增加，我国的马铃薯深加工发展很快，马铃薯淀粉、马铃薯全粉等生产企业的数量不断增加，生产能力不断扩大。虽然马铃薯深加工技术能增加产品的附加值，取得更大的经济效益，但是在马铃薯淀粉生产过程中产生的废水量是马铃薯量的7倍以上，是马铃薯淀粉产量的20倍以上，废水中有机物含量较高，cod值通常在6000-10000mg/l之间，因此，淀粉废水是食品工业中产量最大，污染最严重的废水之一。淀粉废水中所含的有机物大多是可以回收利用的宝贵资源，薯类淀粉废水中可溶性固形物的一般组成为(以干基计):蛋白质为33%一41%，总糖为35%，有机酸为4% ,矿物质为20%。如将这些物质回收并进行综合利用，既可变废为宝，又能减少废水处理的费用。在自然状态下，水中的有机与无机污染物可以被水中好氧及厌氧微生物适量地分解消化，当水中有机与无机污染物大量的增加后，既有的微生物无法适时分解消化掉这些多余的污染物，因此，适量补充优势微生物菌种是废水处理技术中行之有效的最简单方法之一。废水处理的好氧或厌氧反应中另一个非常重要的角色即是酵素或酶。自然界中微生物可以自行制造并利用的酵素种类很多，多数的酵素均具有特定或专一性。有的酵素可以促进好氧微生物在溶氧充足的情形下加速分解有机物。有的酵素能够促进光合作用的微生物加速光合反应取得能量并释放出氧气。利用优势微生物接种，以特定的酵素选择性地促进其中原本居于弱势的好氧微生物加速消化分解水体中的污染物，将水体环境由贫氧状态改变成富氧状态，让水中污染物大幅降低且臭味大量去除。 磐丰公司所开发出的由纯天然物质所提炼，能专门针对好氧及光合作用的微生物有效的酵素，可以用来增强好氧及光合作用的微生物消化分解污染物的效率及族群的繁殖。 磐丰公司自97年从国外引进酵素菌技术,历经十几年的消化吸收创新,结合国内实际情况及污水排放要求,研制出bym-生物反应器污水处理系统。它采用国际先进的酵素菌技术,使用我公司特制的生物固定化酶活性纤维填料,改进了对流接触工艺,使得除臭、过滤、吸附、脱氮除磷、初消毒等工艺连续操作一次完成。它设备简单,操作容易,运行稳定,投资规模小,费用低,处理效果理想。最有意义的是系统排放的有机废渣及废旧填料活化过程中产出的废渣,经简单加工后,生产出有机生物肥料,经济效益十分显著。一、马铃薯淀粉生产的产污分析1、马铃薯淀粉生产的概况 随着科技的发展，市场对马铃薯淀粉的需求量不断增加，马铃薯淀粉的生产也随之增加，生产规模不断扩大，就我国而言，20世纪上半期，马铃薯淀粉产量只有2.3万吨，到1998年，全国优质马铃薯淀粉年产量达到了5万吨左右，加上一些小型工厂生产总量不超过10万吨。根据有关资料表明，我国目前国内马铃薯淀粉年需求量为70多万吨,而国内的生产只占需求的7%，其余大部分需要依靠进口。另外在过去20年里，我国马铃薯种植面积、总产量和单产分别增长了91.8%, 214.7%和64.9%。特别是近10年来，马铃薯脱毒技术水平迅速提高，并逐步形成适宜不同条件的马铃薯脱毒种薯生产体系，全国脱毒马铃薯已占到总面积的30%以上，为我国马铃薯淀粉的进一步发展创造了条件。因此随着经济的发展，我国的马铃薯淀粉生产规模将得到不断的扩大，生产能力将得到不断的提高。2、马铃薯淀粉生产综合废水的产生马铃薯淀粉生产废水的来源主要包括:土豆流送渠和洗涤废水;从筛网或离心机提取淀粉后的黄浆废水、薯浆脱水的压榨机和沉淀池排出来的蛋白质水;洗涤和淀粉精制中排出较稀的蛋白质水;冷凝器和真空干燥器的冷却水。马铃薯淀粉生产各部分废水的来源 (水) (h2so4十水) (清水) 马铃薯一洗涤一磨碎一过筛一离心分离一淀粉洗涤一脱水一干燥一淀粉 废水 黄浆水 废水 马铃薯淀粉生产废水量加工马铃薯 中小型淀粉厂废水种类 的耗水量 加工每吨薯类的 生产每吨淀粉的耗 (m3/t) 耗水量m3/t 水量m3/t运输和洗涤水 流送渠水 5.0 3.5 20 洗涤水 2.0 3.0 15蛋白水 来自提取设备 7.7 6.0 28 来自离心机 3.0 来自精制 1.6 1.0 2.0 来自薯浆压榨 0.4 2.2 总计(概数) 20 15 753、马铃薯淀粉生产各工段废水中的主要污染物 马铃薯表面上含有大量的污泥，需要用大量的清水进行冲洗。冲洗段废水悬浮物含量高，cod和bod值都不高。废水主要受悬浮物的污染，还可能含有小土豆或小块薯类、芽、草、根等，这些污染物约为加工土豆重量的1-5。 生产废水即分离废水中含有大量的水溶性物质，如糖、蛋白质、树脂等，此外还含有大量的微细纤维和淀粉，cod, bod值很高，并且水量大，废水主要含有机化合物，如糖和蛋白，相当浑浊，当新鲜时显微碱性，过一段时间后，由于浮酸和丁酸发酵而变成酸性蛋白，分解时形成硫化氢。除了溶解的有机物外，还含有相当多的不溶解物质，如淀粉微粒、细胞、土豆种芽小片、根纤维以及叶子等，因此，本工段废水是马铃薯原料淀粉厂主要污染的废水。 冷凝器和真空干燥器的冷却水实际上是未受污染的水，经过降温就可循环利用。各工段具体淀粉加工废水水质情况见表(以下数字乘以5.3，即每生产一吨淀粉的污染物量): 马铃薯淀粉加工废水水质 项目 输送渠水 蛋白质水 精加工水 薯浆压榨 总废水 浮固体 (kg/t) 82 20 1.7 9.6 114沉降物(2小时)(cm3/l) 190 225 9 210 634 bods(kg/t) 1.3 16.0 2.2 3.5 23.0 n(kg/t) 1.8 k(kg/t) 3.6 p(kg/t) 0.9 由于淀粉废水中含有大量的有机物，这些物质被微生物降解，进入水体后会迅速消耗水中的溶解氧，造成水体缺氧，严重影响鱼类和其它水生动物的生存，同时水中的厌氧微生物会在厌氧条件下分解其中的有机物，造成水质恶化，颜色发黑，水面散发臭味，丧失利用价值。 淀粉废水如果不经过处理直接排放，对水体会造成严重的污染和破坏，恶化水源，污染环境。这不仅是对人类生存环境的危害，同时也造成水资源的极大浪费。淀粉废水治理一直是我国重点治理的工业污水之一。二、淀粉加工废水治理现状 在淀粉加工过程中产生大量的高浓度酸性有机废水，主要是溶解性的淀粉和少量蛋白质，一般没有毒性，但cod很高，通常为1000-30000mg/l, ss为15oomg/l。如将直接排放到环境水体中，不仅对环境造成严重危害，也造成水资源的浪费。针对淀粉工业废水的特点，人们都在力求研究出一种快速、高效、低能耗的淀粉废水处理方法。1、絮凝沉淀处理 絮凝沉淀法作为一种成本较低的水处理技术应用广泛，其水处理效果的好坏很大程度上取决于絮凝剂的性能，所以絮凝剂是絮凝法水处理技术的关键。絮凝剂可分为无机絮凝剂、合成有机高分子絮凝剂、天然高分子絮凝剂和复合型絮凝剂。追求高效、廉价、环保是絮凝剂研制者们的目标。 淀粉黄浆水，先用石灰乳中和，再用进口高分子絮凝剂n-op, 650bc, an絮凝，有很好的净化效果，cod去除率为60. 0%-99. 3%，总固形物去除率为45. 0%-66. 8%。絮凝下沉物容易脱水分离，便于回收和综合利用。 用石灰、pam、活性炭等化学方法处理淀粉废水的特点:基建投资少、工艺简单、操作容易、能耗低，对气温的变化适应性强，出水水质达到排放标准;絮凝物经压滤脱水后利用，经济可行。 从土壤中分离、筛选得到高效絮凝剂产生菌a-9。该菌产生的絮凝剂的粘度高达295mpa / s,且粘性和絮凝率具有正相关性，对淀粉厂的黄浆废水具有良好的絮凝效果。添加絮凝剂明显起到加速沉降，降低出水浊度的作用。废水的ss和cod的去除率分别可达85. 5%和68. 5%,效果明显优于常用的化学絮凝剂。由于微生物絮凝剂具有无毒、无二次污染的特点，因此处理淀粉厂废水絮凝得到的蛋白物质可以作为动物饲料进行综合利用。2、生物处理 生物处理法是利用微生物新陈代谢功能，使废水中呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解并转化为无害物质，使废水得以净化的方法，一般可分为好氧生物处理法和厌氧生物处理法两种。该方法在处理高浓度有机废水方面，以其处理费用低、处理效率高等优点被广泛采用。3、厌氧与好氧或絮凝沉淀与生物处理法相结合 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。4、光合细菌降解有机物 利用光合细菌(psb)处理淀粉废水，不仅有机污染物去除率高，节省能耗，投资省，占地少，菌体污泥还对人畜无害，是富含营养的蛋白饲料。因此，psb是一种非常有前途的处理高浓度有机废水的方法。淀粉废水酸化后，调节ph至6. 5-7. 0，添加6mg/l三价铁，可作为光合细菌的培养液。在获得菌体的同时，废水也得到了净化。厌氧光照处理3d后，cod去除率为70%以上，处理液平均每升可获得干菌体0. 62g，类胡萝卜素的平均提取率为干菌体的5. 5%,色值为250提取过程使用的有机溶剂无毒易于去除，得到的类胡萝卜素作为天然食用色素具有广阔的应用前景。该法为高有机浓度无毒废水的资源化提供了一条途径。多种微生物净化淀粉废水的协同作用。协同作用可使废水cod去除率达90%以上，净化后的废水cod在300mg/l以下，ph在7左右，每立方米废水还可生产出适于用作饲料添加剂的scp l. 646kg，可将淀粉废水变成生产蛋白质的资源。5、淀粉废水的资源化利用 淀粉废水中含有少量的淀粉，蛋白质，有机酸等成分，如果进行回收利用，除了可以变费为宝，还可以减轻对环境的污染破坏。如果所用絮凝剂为无毒作用的天然产品，所产生的絮体可作为饲料或饲料添加剂，能够产生经济效益，实现综合利用。 我国在利用淀粉废水生产饲料酵母、提取淀粉酶等方面都有研究。以淀粉废水为营养基培养白地酶、食用菌菌丝体和酵母菌等是淀粉废水回用技术的一个重要分支。三、本项目特点 尽管我国在淀粉废水处理技术方面的研究已经取得了很大的进展，但由于大多处理工艺的基建费用、运行管理成本偏高或者不符合马铃薯淀粉生产的具体情况，因此阻碍了诸多新技术的推广和应用。对于马铃薯淀粉废水处理目前主要采用生物法处理，其中厌氧与好氧相结合的工艺占重要地位，但是目前该类工艺投资额大，小型生产企业难以承受。而采用自然处理法需要一定的农业浇灌用地和干旱的气候条件。本项目立足马铃薯淀粉废水的处理现状，结合北方城市马铃薯淀粉厂的具体生产情况，不仅考虑了马铃薯淀粉废水的特性，也结合了国内外马铃薯淀粉生产的特点。处理工艺有以下特点：1、 适量补充优势微生物菌种2、 使用高活性酵素3、 应用生物复合絮凝剂4、 应用生物固定化酶活性纤维填料5、 使用bym-生物反应器6、 全部废渣回收利用四、工艺流程根据马铃薯淀粉废水的水质特点，并以马铃薯淀粉生产厂的具体情况为背景，综合考虑决定本项目采用的马铃薯淀粉废水的处理工艺流程见图马铃薯淀粉废水处理工艺流程图一洗涤废水、生产废水 沉砂 调节 絮凝 沉 生物肥料 污泥处理系统 淀 达标排放 bym-生物反应器组 水解酸化马铃薯淀粉废水生物处理工艺流程图二洗涤废水、生产废水 调节 絮凝bym-生物菌 水解酸化污泥处理系统 bym-生物反应器组五、马铃薯淀粉加工废水混凝强化固液分离（一）、马铃薯淀粉加工废水固液分离的意义 1、减轻后续处理的有机负荷和冲击负荷，缩短废水生化处理时间，减少处理装置容积及工程投资。通过对马铃薯淀粉废水进行混凝预处理，提高废水的处理效率。 2、废物综合利用。混凝分离出来的有机固体，通过生物处理，还可以制成优质生物有机无机复合肥，或者提取其中蛋白质，与马铃薯残渣生产复合饲料，给淀粉生产厂家带来经济效益，从而降低废水的处理成本。 3、为后续生化工艺创造条件。废水中固体悬浮物(ss)过高会影响后续生化反应器的正常运行。经过固液分离，能降低一部分有机物的含量，降低了后续处理工艺的有机负荷，为后续高效的生化处理工艺创造了有利条件。 4、降低工程造价及运行管理成本。减少处理时的水力停留时间，有利于缩小生化反应器的规模，降低工程造价及运行管理成本。（二）、混凝强化固液分离理论 混凝过程即向水中加混凝剂，使水中难以沉降的颗粒相互聚合增大，直至能自然沉淀或通过过滤分离。它是水处理的一个重要工艺，主要用以去除呈细小悬浮和胶体形态的污染物。各种废水都是水和水中均匀分布的细小颗粒所组成的分散体系，按颗粒的大小，分散体系可分为二类:颗粒粒径小于1 nm的真溶液，颗粒粒径为1-100nm的胶体溶液，以及颗粒粒径大于100nm的悬浮液。在通常情况下，胶体溶液和部分悬浮液可用混凝方法处理。 马铃薯淀粉废水中粗颗粒固体和胶体部分约占总有机物含量的40%-70%，具备有混凝处理所需要的条件，因此将混凝作为马铃薯淀粉废水处理工艺的预处理单元是可行，并且是十分合理的。1、混凝原理水处理中的混凝现象比较复杂，其作用机理至今认未完全清楚，因为它涉及的因素很多，如水中杂质的成分和浓度、水温、水的ph、碱度，以及混凝剂的性质和混凝条件等。2、混凝动力 混凝过程的实现除了药剂的条件外还必须有一定的动力学条件。要使杂质颗粒之间或杂质与混凝剂之间发生絮凝，一个必要条件是使颗粒相互碰撞。推动水中颗粒相互碰撞的动力来自两方面:颗粒在水中的布朗运动;在水力或机械搅拌下所造成的流体运动。布朗运动仅适用于1微米以下的颗粒，其速度是极其缓慢的。当颗粒物大于10微米时，布朗运动已经无法提供絮凝所需的能量，这时就需要从反应池的流体运动中获得凝聚的推动力。3、混凝剂本项目应用生物复合絮凝剂。生物复合絮凝剂是本公司经多年筛选得到高效絮凝剂产生菌、酵素及部分辅料组成。该菌产生的絮凝剂的粘度高达295mpa / s,且粘性和絮凝率具有正相关性，对淀粉厂的黄浆废水具有良好的絮凝效果。添加絮凝剂明显起到加速沉降，降低出水浊度的作用。废水的ss和cod的去除率高,效果明显优于常用的化学絮凝剂。由于微生物絮凝剂具有无毒、无二次污染的特点，因此处理淀粉厂废水絮凝得到的蛋白物质可以作为动物饲料进行综合利用。4、影响混凝固液分离效果的因素 混凝过程的主要作用是将水中呈分散状态的微粒杂质聚集成较粗的絮凝体，通过沉淀、过滤等过程从水中分离。混凝的影响因素，除水力条件外，主要有水温、水质两方面。（1）、水力条件 混凝过程中的水力条件对絮凝体的形成影响极大。整个混凝过程可以分为两个阶段:混合和反应。水力条件的配合对这两个阶段非常重要。混合阶段的要求是使絮凝剂迅速均匀地扩散到全部水中以创造良好的水解和聚合条件，使胶体脱稳并借颗粒的布朗运动和紊动水流进行凝聚。在此阶段并不要求形成大的絮凝体。混合要求快速和剧烈搅拌，在几秒钟或一分钟内完成。 反应阶段的要求是使混凝剂的微粒通过絮凝形成大的具有良好沉淀性能的絮凝体。反应阶段的搅拌强度或水流速度应随着絮凝体的结大逐渐降低，以免结大的絮凝体被打碎。直接进行接触过滤或进行气浮处理，反应阶段可以省略。（2）、水温 水温对混凝效果有明显的影响。混凝剂的水解是吸热反应，水温低时，水解困难。改善的办法是投加高分子助凝剂或是直接进行接触过滤作为后续处理。（3）、ph值 在生物混凝处理过程中，废水的ph值变化主要来源于以下两个过程，即混凝剂水解过程中产生的ph变化。不同ph的废水条件下，混凝剂水解产物的形态也不相同，致使混凝效果各不相同。因此，ph也是影响混凝处理效果的一个重要因素。（4）、沉降时间 马铃薯淀粉废水利用最佳水力条件下，混凝后沉静，混凝沉淀2小时, cod去除率趋于稳定，充分发挥了混凝剂作用。在实际工程应用中，此曲线对混凝池的混合区、反应区体积及其流量设计和处理后续处理工艺的设计有很大的指导意义。六、马铃薯淀粉加工废水水解酸化工艺（一）、水解酸化工艺的目的和意义 该工艺摒弃了生物反应过程中对环境要求严格、降解速度较慢的甲烷化阶段，使水解酸化反应容积大大减少，同时提高了整个生化处理的效率，基建、管理费用大大减少。同时，水解酸化工艺在一些难生化降解废水的处理上具有得天独厚的优势。有机物不但在数量上发生了变化，并且在理化性质上发生了更大的变化，更适宜后续的生物处理。（二）、水解酸化机理与特点1、水解酸化工艺原理 从原理上讲，水解酸化是消化过程的第一、二阶段，即水解发酵阶段和产乙酸阶段。水解是有机污染物进入水体环境中首先发生的重要反应，即一些复杂的不溶性的聚合物转化为简单的溶解性的单体或二聚体化合物的过程。如淀粉在水体中被水解为葡萄糖，蛋白质被水解为二肽或氨基酸等。水解过程通常是较缓慢的，水解反应发生后，有机物分子的极性和溶解度等都会发生改变。有机物质被水解后，有机物分子上原有的极性取代基被水分子中的羟基所取代，因此称为水解。水解反应符合一级反应动力学。水解过程进行的因素有许多，主要有水解的温度、ph值、停留时间、有机物成分、氨的浓度以及水解产物的浓度等。 有机大分子经过水解反应后，进一步的反应就是发酵或酸化，都是在微生物参与的催化下进行的，本项目采用东方伊萨酵母作为酸化的微生物菌种。2、水解酸化工艺的特点将水解处理作为各种生化处理的预处理，可提高污水生化性能，降低后续生物处理的负荷。因此被广泛运用在难生物降解的化工、造纸及有机物浓度高的食品废水处理中。水解酸化工艺与单独的厌氧工艺相比，具有以下优点: (1)水解、酸化阶段所产生的产物主要为小分子有机物，可生物降解性一般比较好。故水解池可以改变原污水的可生化性，从而减少反应时间和处理能耗。 (2)对有机物的降解可以减少污泥量，其功能完全和消化池一样。工艺仅产生很少的难厌氧降解的剩余活性污泥，故实现了污水、污泥一次处理，不需要经常加热的中温消化池。 (3)不需要密闭的池，不需要搅拌器，不需要水、气、固三相分离器，降低了造价和便于维护。由于这些特点，可以设计出适应大、中、小型污水厂所需的构筑物。 (4)由于反应控制在第二阶段完成之前，故出水无厌氧发酵所具有的不良气味，改善污水处理厂的环境。 (5)由于第一阶段，第二阶段反应进行迅速，故水解池的体积小，与一般初次沉淀池相当，可节省基建投资。 由于水解酸化工艺可为后续工艺提高优良的进水水质(即提高废水的可生化性)条件，提高后续工艺处理的效能;同时可利用产酸菌种类多、生长快及对环境条件适应性强的特点，以利于运行条件的控制和缩小处理设施的容积。3、影响水解酸化过程的主要因素 影响水解酸化过程的因素很多，其中，被水解物质的种类和形态、水力停留时间、水解液的ph值、温度、粒径对水解过程的速率、水解效率以及水解酸化的最终产物有着重要的影响。 (1)基质的种类和形态 基质的种类和形态对水解酸化过程的速度有很大影响。对同类有机物来说，分子量越大，水解越困难，相应地水解速度就越小。就分子结构来说，直链比支链容易水解;支链比环状易于水解;单环化合物比杂环或多环化合物易于水解。颗粒状有机物，粒径越大，单位重量有机物的比表面积就越小，水解速度也越小。粒径越小，水解液中溶解性cod浓度就越高，水解速度越大。(2) ph值水解液的ph值主要影响水解的速率、水解酸化的产物以及污泥的形态和结构。研究表明，水解酸化微生物对ph值变化的适应性较强，水解过程可在ph值宽大3.6-10.0的范围内顺利进行，但最佳的ph值为5.5-6.5ph值朝酸性方向或酸性方向移动时，水解速率都将减少。同时水解液ph值还影响水解产物的种类和含量。 (3)水力停留时间 对水解酸化反应来说，水力停留时间越长，底物与水解微生物接触时间也就越长，相应地水解效率也就越高。水力停留时间与废水的水质、水解反应的类型、水解池污泥浓度、生物固体停留时间等因素有关，最佳水力停留时间应通过试验或类似废水的运行资料确定。 (4)温度 水解反应是一典型的生物反应，因此，温度变化对水解反应的影响符合一般的生物反应规律，即在一定的范围内，温度越高，水解反应的速率越大。但研究表明，当温度在10-20度之间变化时，水解反应速率变化不大，由此说明，水解微生物对低温变化的适应性较强。七、bym-生物反应器工艺 bym-生物反应器工艺是我公司自行研制的新一代生物反应器,它的生物处理技术主要是采用了国际先进的酵素菌技术。酵素菌是好气性发酵的微生物菌群,它由细菌、酵母菌、放线菌三类二十多株组成,有非常强的好气发酵能力,尤其是它的强大的加水分解能力,在处理污水过程中,尤其重要。 利用废弃的植物纤维物,经膨化处理活化后,采用酵素菌技术接种发酵,制成高活菌量、高固定化活化酶、高活性的生物纤维填料,这是bym-生物反应器工艺生物技术的基础。 1bym-生物反应器所具有的特性 1bym菌群本身无毒性。 2消除cod、bod、氨氮、硫化物、磷等污染速度快且强。 3分解有机物能力强，故能除臭。 4污泥产生量少，稳定性高。 5在高氯离子，硫酸根离子及高氨氮环境下还能正常工作。 6可生物脱色。 7污染物去除能力95%以上。 8设备简单，成本低廉，故障率低。 9启动速度快。 2bym-生物反应器应用领域 （1）工业废水 1.工业废水2.有机合成废水 3. 化纤废水4.制药废水 5.发酵废水 6.味精废水 7.印染废水8.造纸废水 9.制革废水 10.淀粉废水 11.电镀废水 12.放射性废水 （2）养殖业水处理