固原市淀粉产业与淀粉加工废水污染状况探析.doc

固原市淀粉产业与淀粉加工废水污染状况探析第26卷第1期Vo1.26No.1宁夏大学(自然科学版)JournalofNingxiaUniversity(NaturalScienceEdition)2005年3月Mar.2005文章编号:02532328(2005)01009005固原市淀粉产业与淀粉加工废水污染状况探析安玉民,闰卫东,朱林祥,王菊葵(1.固原师范高等专科学校化学工程系,宁夏固原756000;2.固原市环境保护科学研究所,宁夏固原756000)摘要:分析了固原市淀粉产业的状况,对近几年各淀粉企业的生产规模,淀粉加=r-,t水排放情况,废水成分及废水所造成的环境污染状况进行了调查,重点分析了废水中有机污染物CODe和BODs的含量,并提出将淀粉加工废水经初步处理变为水资源,与清水混合用于农田灌溉的处理办法.关键词:淀粉产业;淀粉废水;污染状况;废水处理分类号:(中图)X131.2文献标志码:A固原市马铃薯淀粉加工业兴起于20世纪90年代初期,现已成为该市农业产业化进程中的支柱产业,但随之而产生的淀粉加工废水的污染问题也日益凸现出来,如处理不好,就有可能成为制约当地经济发展的瓶颈.近年来,曾有人作过一些淀粉废水的生化处理试验,但因当地的气候较低,不适宜微生物的生长,因而试验效果不佳.目前,对淀粉废水污染问题的研究还远远不够.本文就固原市淀粉产业和淀粉加工废水的污染状况进行了调查,重点分析了淀粉废水的污染状况,并根据当地的实际情况,提出了一些废水处理的办法.1固原市淀粉产业状况I.I固原市自然概况固原市位于宁夏南部地区,属黄河中上游西北黄土高原丘陵沟壑区,是我国水土流失最严重的地区之一.气候特点是干旱少雨,多年平均降水量在400mm左右,且分布不均匀,在作物生长期的3月至6月,降水量不到全年降水量的30%,而汛期7月至9月的降水量占全年降水量的50%以上,蒸发强烈,多年平均水面蒸发量在1200mm以上.风沙大,年平均风速为2.16.2m/s,年温差和日温差较大,年平均气温为5.37.3,全年日照时数为2254.92963.1h,无霜期为127163d.水资源和矿产资源贫乏,旱,冻,涝,风等自然灾害较为频繁,农业基础薄弱,生态环境脆弱(固原市生态环境现状调查领导收稿日期:20040412基金项目:宁夏教育厅科研基金资助项目(JY2O02127)作者简介:安玉民(1961一),男,高级教师,研究环境化学.小组.固原市生态环境现状调查报告.2003.I-5).I.2固原市淀粉产业状况固原市淀粉产业主要以马铃薯淀粉加工业为主,马铃薯是该地区的主要农作物之一,其种植面积占全市秋粮作物总种植面积的一半以上.20世纪90年代初期,淀粉产业的兴起_为山区农民脱贫致富找到了一条出路,有力地拉动了当地经济的增长,取得了良好的经济效益和显着的社会效益.目前,马铃薯淀粉加工业已成为固原市农业产业化进程中的龙头支柱产业,全市各淀粉企业年加工消化马铃薯量约占全市马铃薯产量的1/3,产值达2亿多元,总部设在西吉县的宁夏北方淀粉股份有限公司是全国151家农业产业化重点龙头企业之一,是国内最大的马铃薯淀粉生产企业.淀粉产业对增加农民收入,促进社会就业,带动相关产业发展以及推动全市经济快速发展起着重要作用.以西吉县为例,全县有26个乡镇,2001年末全县总人口为44.58万人,农业人口为42万人,全年工农业生产总值达6.78亿元,地方财政收入为1286万元,而县财政收入的1/3,来自于淀粉产业(西吉县统计局.西吉县2001年国民经济和社会发展统计公报.2002).固原市现有淀粉加工企业2000家,年总加工马铃薯7X10t,而年加工能力在3000t以上的企业有8家,分别分布在西吉,泾源,隆德三县和原州区,年产马铃薯淀粉710t,加工消化马铃薯5.6l0t,其中最大的企业宁夏北方淀粉股份有限公司(以下简称北方第1期安玉民等:固原市淀粉产业与淀粉加工废水污染状况探析91淀粉)有5家分公司.固原市各主要淀粉企业的生产状况如表1所示.表1固原市各主要淀粉企业生产状况一览表生产厂家投高时注.表中各企业的生产周期均为每年10月至次年2月.2固原市淀粉加工废水污染状况淀粉加工废水主要是指洗涤马铃薯的污水和加工过程中排放的含马铃薯细胞液的废水(以下简称淀粉废水).2.1主要淀粉企业的废水排放情况据统计,固原市各大中型淀粉企业在生产阶段年共排放废水2.9X10t,占全市年均排放污水量6X10t的48,各主要淀粉企业的废水排放量及需处理的废水量如表2所示.表2中的生产日按24h计,生产月按30d计,生产年按6个月计,需处理的淀粉废水量(不包括洗涤马铃薯的污水量,因洗涤污水中一般只含泥沙,仅需沉淀即可排放)占废水排放量的62759/6,年需处理废水约210t.由于各淀粉厂建厂时间不同,所用设备不同,生产工艺不同,因此生产等量的淀粉,消耗的水和排放的废水及需处理的废水量就不同,建厂较早的企业因设备和工艺较落后,排放的废水量较大.2.2马铃薯淀粉废水的主要成分马铃薯淀粉的生产加工过程主要是物理变化过程,生产中一般不添加任何有毒,有害化学物质,只需加入少量的柠檬酸(用于漂白淀粉),因此,在排放的淀粉废水中除含有泥沙外,还主要含有蛋白质,糖,纤维素,木质素等有机物及钾,磷,钙等矿物质.水体的pH值为4.37.7,大部分呈弱酸性,因此,在所含可溶性物质中矿物质占0.1O.29/6,蛋白质占0.15O.25,总糖占0.159/6O.39/6,有机质与其他可溶性物质占0.029/6O.1%.由此可见,淀粉废水中的污染物主要是有机物,分析其污染程度可通过测定废水中的化学需氧量(COD),生化需氧量(BOD),悬浮物(SS)和pH值等来确定.2.3淀粉废水中污染物含量的分析国家现行环境标准污水综合排放标准(GB897888)对有关C,B0,SS等的最高允许排放浓度和地表水环境质量标准(GB3838-2002)对V类水质标准的规定如表3所示.由2.2中的分析可知,淀粉废水中的污染物主要是有机物,其含量如表4所示.由表4可知,在各淀粉企业排放的废水中主要污染指标除pH值外,其余各项历年均严重超标,其中CODc超过国家排污表2固原市各主要淀粉企业的废水排放量及需处理的废水量统计表注:表中数据由固原市环境监测站提供表3部分第二类污染物最高允许排放浓度及V类水质标准92宁夏大学(自然科学版)第26卷三级标准2.5416.12倍,超过V类水质标准31.75201.50倍;BOI超过国家排污三级标准2.5519.14倍,超过V类水质最高标准76.5582.2倍;SS超标高达4.58倍,色度超过二级标准高达3.75倍.2.4淀粉企业所处流域内各主要水系的污染状况据有关水文资料(固原地区生态农业规划办公室.固原地区治理水土流失建设生态农业总体规划.1998.14-18)和固原市环境监测站的监测,各主要水系的水资源状况及污染状况如表5和表6所示,其中清水河发源于固原市原州区开城镇,流经原州区和海原县,葫芦河发源于西吉县月亮山,流经西吉和隆德两县,渝河发源于六盘山南麓,流经隆德县,各水系中污水的主要来源为城镇生活污水及淀粉废水等.由表5和表6可知,各水系的污染状况较严重,其中C0Dcr含量超过V类水质最高标准0.826.67倍,B0D含量超标1.5514.9倍,水体均为劣V类.另据统计(固原市环境保护局.固原市环境质量报告.2003.3-4),2003年固原市工业废水排放量为3.110t,其中C0D排放量为4816.45t;城镇生活污水排放量为4.4210t,其中E放量为3677.4t,氨氮排放裹4固原市淀粉企业的废水排放监测结果统计裹葫芦河3266.4797.31.5015050清水河原州皮革厂沈家河水库葫芦河夏寨水库渝河三里店水库200120022000200120022000200120022000200120026.998.088.287.827.887.357.407.2O7.697.7O7.73395.7161.568,O2O1.O262.6421.O579.336O.2125.O13O.611O.O8643163250l2045303621O.6244.432.749.3145.8169.2204.0266.667.O7O.675.45.276.1O0.821.233.654.235.1O6.671.681.761RR148.9149.3l5.524.074.611O.O132.6119.143.745.9dQn14.9014.9O1.552.407.5O11.OO13.3O11.9O4.404.60dOn第1期安玉民等:固原市淀粉产业与淀粉加工废水污染状况探析93量为441.3t.由于全市各淀粉企业的废水和其他工业废水及城镇生活污水未经处理就直接排人河流,从而对地表水,土壤,农作物等造成严重污染,对地下水也造成了一定程度的污染,污水厌氧分解产生的HS,NH.和CH等气体造成了局部大气污染.全市主要水系有清水河,葫芦河,渝河,茹河和泾河,由于干旱和源头植被遭到破坏,源头活水已迅速减少,除茹河和泾河有一定量的径流外,其余河流已成为季节性河流l_2.每到淀粉生产季节,淀粉废水集中排放,污染程度加剧,水体发黑发臭,水生动物死亡.3淀粉废水处理的办法与建议3.1淀粉废水处理的必要性固原市马铃薯淀粉产业已成为该地区的龙头产业,但淀粉工业是一个高耗水工业,据测算,每加工生产1t精淀粉需耗水6Ot,按固原市各淀粉企业年生产淀粉总量710t计算,则年耗水量为4.2106t.企业生产时取用地下水,而全市地下水资源相当贫乏,人均占有量约为488m.,仅为自治区人均水资源占有量的一半.固原市每年排放的淀粉废水将近310t,如不对其加以处理利用,不仅会对环境造成严重污染,而且会造成水资源的巨大浪费.因此,要想长久发挥企业优势,稳固地发展当地马铃薯支柱产业,防止生态环境日益恶化,实现社会经济的可持续性发展,对淀粉废水的处理利用就非常必要.3.2淀粉废水的综合处理与资源化利用根据固原市各淀粉企业的生产规模和淀粉废水的排放情况及淀粉废水的成分,考虑到当地的水资源状况和农业生产情况,淀粉企业所处流域内水文,地质和气候等自然条件,以及政府对生态环境保护的投人情况,可以采用不同的废水处理方法.近几年宁夏科技厅,固原市环境保护科学研究所与上海申兰环保公司等作过试验,以寻求废水解决途径,但终因废水排放量大,处理工艺复杂,且工程投资和运行费用高而未能成功.本文以北方淀粉民启和民裕两公司(相距约1km)为试验点,在对其生产状况和废水排放情况进行分析的基础上,提出了马铃薯淀粉废水经两次沉淀除渣减污后,与清水混合用于灌溉农田的处理办法.3.2.1拟定的处理方案经分析考察和论证,确定了北方淀粉民启和民裕两公司的淀粉废水综合处理利用方案.清洗马铃薯的流送水主要含有泥沙,可经循环使用后直接排放,在每个公司设置一次沉淀分离塔和二次鼓风去泡沉淀池,将两公司在淀粉生产过程中排放的废水送人一次沉淀分离塔,经初沉淀分离出浆渣和浆液水.浆渣经筛选可用作饲料,余料可作燃料,浆液水送人二次鼓风去泡沉淀池去泡去沫,并进一步沉淀浆渣和其他杂物,然后输送到设在民裕公司的废水集中池,再通过泵站抽提输送到距民裕公司约2km的铁家窑水库储存并进行氧化净化.处理水与水库的径流水混合后,经自流,提灌及配套的低压管道,用于灌溉西吉县城关镇东坪村和夏寨乡铁家窑,何家洼3村1O组的214.4hrn2农田,同时在水库周围设置50100m宽的防护林草带,以防止废水厌氧发酵产生的S,N和CH等有害气体的污染.3.2.2铁家窑水库的功能分析铁家窑水库位于葫芦河上游支流前庄沟口的夏寨乡铁家窑村,距县城4km,建成于1977年12月,是一座库容为2.4210m.的小型水库,控制流域面积20km,多年平均径流量为4.810m.水库拦河大坝为均质土坝,最大坝高17m,坝顶长160m,宽5m,现由于多年淤积,有效库容仅为1.O610m.灌区包括铁家窑,何家洼等3村1O组的147.4hrn2川台地和67hrn2山坡地,共214.4hm.灌区内夏粮,秋粮,经济作物,马铃薯的种植比例基本为5:2:2:1,光,热,土资源较好,交通方便,电力充足,是西吉县高效农业生产基地之一.3.2.3初步处理后废水利用的可行性分析根据北方淀粉公司提供的淀粉生产工艺资料和上海申兰环保公司的试验资料及笔者的试验,马铃薯淀粉废水经二次沉淀去渣去沫,并与储存的水库径流水混合后,废水中的有机污染物主要发生好氧条件下的需氧分解转化,经降解后转变为HO,CO,NO,SO一,PO;一等,但如果储存时间太长,也可能发生厌氧分解,产生NH.,HS,CH等还原性气体.从理论上分析,在1个生产期内抽提到铁家窑水库的废水总量为5.18410m.,而同期水库的天然径流来水量为1.85810m.,稀释后废水的淡化程度如表7所示.表7铁家窑水库淀粉废水淡化程度的理论分析表(2001-2002年)注:表中数据由宁夏水文水资源勘测局提供.笔者于2002年1O月至2003年4月仿照铁家窑水库的废水入库量与水库径流来水量的平均比例(8.64/94宁夏大学(自然科学版)第26卷2.65-3.26)进行了3次试验,试验数据如表8所示.由表8可知,储存净化后,混合水中污染物的含量降到原淀粉浆液水中污染物含量的1030.根据国家农田灌溉水质标准(GB5084-92)的规定,淡化后的水基本达到了国家农田灌溉二级水标准.又根据西吉县农村社会经济发展现状调查与分析,铁家窑水库灌区内农田土壤的pH值在8.4左右,有机质平均含量为1.34,水解氮含量为4.9510一,速效磷含量为7.610,速效钾含量为1.30710_.,属中等弱碱性偏低地力,用pH值为4.37.6,呈弱酸性并富含有机肥的昆合水浇灌,可起到酸碱中和提高肥力的作用.另外,根据地域气候条件相似的内蒙古华欧淀粉公司淀粉废水灌溉农田效果的考察分析,淀粉废水综合利用工艺简单,增产增收效果明显,用该方法处理的淀粉废水浇灌马铃薯生产田,平均产量近7.4610kg/hm,高于其他农田近1倍.从北方淀粉公司周围的情况来看,近几年未经处理的淀粉废水排入葫芦河与清水混合,经夏寨,将台等灌区引水灌溉后,灌区农作物长势普遍优于附近农田,经调查,夏秋季作物普遍增产1020.4结语由上述分析可知,淀粉废水经初步处理后灌溉农田可提高土壤肥力,既降低了种植成本,又解决了企业废水的污染问题,可起到废水生化和物化处理难以达到的效果.该方案具有节省投资,节能,管理简单,运转费用低等优点.但根据国内外的经验3,长期施用高含量碳耗氧有机物的淀粉废水会使灌溉土壤腐殖质组分变劣,使土壤三相物质组成比例失调,空气孔隙度减少,从而妨碍作物呼吸,影响作物生长,使农作物产量减少,并且品质变劣.此外,在污灌过程中Nof,Ca和Mg等物质下移,潜伏着污染地下水的危险.因此,在利用淀粉废水进行灌溉的过程中,如何作到扬长避短是一个值得长期探索的问题.企业应根据实际情况选择适合本地气候,水文地质和企业本身经济承受能力且行之有效的处理办法,使淀粉生产和淀粉废水处理形成一个良性循环的有机整体,以保证固原市淀粉产业的可持续性发展.参考文献:E13安玉民,朱林祥.清水河固原城区段污染状况调查分析EJ3.固原师专,2003,24(3):79.E23安玉民,朱林祥,王菊葵.固原市水资源分布利用与水体污染现状调查分析EJ3.固原师专,2004,25(3):80.3白瑛,张祖锡.灌溉水污染及其效应EM3.北京:北京农业大学出版社.1988.261289.表8混合水中有机污染物的氯化降解试验数据AnAnalysisoftheSituationoftheStarchIndustryandtheEnvironmentalPollutionCausedbytheWasteWaterfromStarchProductionin