（高分子化学与物理专业论文）淀粉废水生物处理技术研究.pdf

摘要目前我国淀粉加工行业，多数采用开放型生产方式，排放水为高浓度有机废水，污染十分严重。为了节约水资源，本文研究高浓度淀粉废水的处理方法。生物处理因为具有成本低、能耗小、剩余污泥量少等优点作为污水处理技术，近年来得到了环境工程界的重视。本文在总结己有淀粉废水处理技术研究成果的基础上，采用自主设计制造的“一体式高浓度有机废水处理装嚣”进行生物法处理淀粉废水，并试图从化学的角度研究该生物处理方法。首先。通过分析其水质特性确定了采用多相厌氧- 好氧组合处理淀粉废水的工艺流程，设计并制造了“一体式高浓度有机废水处理装置”。该装置是用上下垂直的折流板将多相厌氧及沉淀、好氧反应室分开，用推流式流态连通起来的一体化反应系统。该系统的每个室由一个下流室和一个上流室组成，通往上流室的挡板下部边缘有4 5 0 倒角的导流板布水，厌氧室的有效容积都约为6 l 。好氧室的有效容积约为4l 。每室前面设有取样口阀，厌氧室为封闭式；好氧室内用小型空气泵曝气；厌氧室、沉淀室的水流方式均为升流式；好氧室的水流方式为下流式。采用低负荷启动方式，通过扫描电镜系统地观察了各个反应室中微生物聚集体形态、大小及聚集体中的微生物，并首次讨论和分析了反应系统内水解产酸相( h 1 ) 、产乙酸相( h 2 ) 、产甲烷相( h 3 ) 与好氧室( 0 ) 的分离现象。测量和分析了各个反应室的c o d 、p h 、容积负荷等指标对马铃墓淀粉废水的处理效果。研究了各个反应室的启动运行规律，在水流沿程上c o d 值越来越低，c o d 去除率越来越高，p h 值先降低后升高。平均每天不同反应室对总的c o d 去除率的贡献值大小顺序为h 1 0 h 2 h 3 。确定了反应系统的最佳启动运行条件：温度为2 5 3 5 c ，容积负荷为3 7k g ( m 3 d ) ，出水总的c o d 去除率最高为9 2 。微生物负荷随进水容积负荷的提高而升高，在同一时间内各反应室的微生物负荷大小顺序是h 1 h 2 h 3 o 。在稳定运行9 0 天的过程中，将各个反应室p h 和温度控制在微生物最佳生长环境条件通过扫描电镜及化学手段研究了微生物聚集体的物理化学特性，初步鉴定：h 1 室以水解产酸菌组成的絮状聚集体为主。h 2 室以产乙酸菌组成的颗i i粒状微生物聚集体为主。h 3 室中以产甲烷菌组成的颗粒微生物聚集体为主，o室中的微生物以好氧微生物菌群为主。各个反应室中微生物聚集体基质主要为蛋白质和多糖成分。本文通过实验确定了反应系统的最佳稳定运彳亍参数：总容积负荷平均为1 0 0 k g ( m 3 - d ) ，好氧室中的d o 为3 m g l ，迸水c o d 值小于3 2 3 8 m r c l 。温度为2 5 3 5 ，h 1 、h 2 室p h 为5 0 8 5 ，撑室p h 为6 5 7 8 。通过测定各个反应室v s s 及c o d 得出，微生物浓度大小顺序为h 1 h 2 h 3 o 。微生物有机负荷的大小顺序为：o h 3 h 2 h 1 。转化为细胞物质的有机物大小顺序为：o h 1 h 2 h 3 。得出各反应室微生物浓度与有机物去除量的相关方程及微生物的产率常数分别为：h 1 室：y = 0 2 1 7 x + 3 1 3 9 5 ，产率常数为0 2 1 7k g v s s k g c o dh 2 室：y = o 1 6 0 x + 6 1 3 ，产率常数为o 1 6 0 k g v s s k g c o d ：印室：y = o 0 3 7 x - - 5 8 4 ，产率常数为0 0 3 7k gv s s k gc o d ；o 室：y ；0 4 0 2 x +1 0 2 8 2 ，产率常数为0 4 0 2k gv s s k gc o d 。通过气相色谱测定了各反应室中v f a 含量，分析了各反应室中不同微生物转化不同的v f a 。通过纳氏试剂比色法测定了各反应室中氨氮含量，研究了低浓度含氮有机废水在2 5 3 5 c 范围，容积负荷小于5 2k g ，( m 3 m ，进水c o d 小于1 1 1 8m g l 时，出水氨氮浓度为7 6m g ，l ，c o d 浓度为4 9 _ 8m g l ，总的c o d 去除率为9 5 7 。利用液体置换法测定了h 3 室甲烷气体的体积，得出了有机物去除量与甲烷气体产量之间的相关方程为y = 0 3 4 x + 9 0 4 ，用此方程可以估算用此工艺处理马铃薯淀粉废水时产甲烷量。从微生态环境，水力流态方面研究了微生物相分离机理，得出“一体式高浓度有机废水处理装置”的推流式流态通过适者生存的原理实现了微生物相的分离。通过实验观察到的各种现象及结合微生物自固定化理论，探讨了微生物自固定化机理：微生物固定化是由晶核作用、无机作用、胞外聚合物作用、自然淘汰、优化选择等多种机理综合作用的结果。分析了马铃薯淀粉废水中两大主要污染物的微生物降解机理，并从热力学角度解释了各类生物化学反应的可能性。根据实验所得的运行参数，设计了淀粉废水原位就地处理技术方案，并进行了可行性分析。关键词；淀粉废水；废水处理装置；生物处理技术；微生物自固定化：机理i i ia b s t r a c tb a s e do nt h er e n e wf o rt h er e s e a r c ha c h i e v e m e n ta b o u ts t a r c he f f l u e n tt r e a t m e n t ，a n dc o n s i d e r i n gt h ec o n d i t i o n sa n de f f l u e n td i s c h a r g i n gp h e n o m e n ao fs t a r c hi n d u s t r y ,w ed e s i g n e da n dm a n u f a c t u r e d t h es i m p l ec o m b i n e dc o n c e n t r a t e do r g a n i ce f f l u e n tt r e a t m e n tp l a n t ，w h i c hi sak i n do fi n d o o rr e a c t i o nm o d e lo f t h em u l f i p h a s ea n a e r o b i c a e r o b i cs t a r c he f f l u e n tt e c h n o l o g yp r o c e s s i tc a nb ee a s yt ob em o v e d n ev e r t i c a lb a m e dr e a c t o r sw e r ed e s i g n e df o rs e p a r a t i n gm u l t i p h a s ea n a e r o b i c ，a e r o b i c ，d e p o s i t e dr e a c t o r sw i t he a c ho t h e r 珏ed i f f e r e n tr e a c t o r so fc o m b i n e ds y s t e mc o n s i s t e do fu pa n db l o w - f l o wr e a c t o r s t h ea n a e r o b i cr e a c t o r sr e t a i n e dv o l u m ew a sa b o u t6l ，a n dt h ea e r o b i cr e a c t o r sw a sa l s o4l t h es a m p l ei n j e c t i n gv a l v el o c a t e dt i l ea h e a do f e a c hr e a c t o r 功el o wl o a d i n gi n i t i a t i n gm e t h o da d o p t e d 强em i c r o o r g a n i s ma s s e m b l i n gf o r ma n ds i z ew e r eo b s e r v e db yt h em e 锄so fs e m t h es e p a r a t i n gp h e n o m e n o no fa c i dy i e l d i n gp h a s e ，a c e t i ca c i dy i e l d i n gp h a s ea n dm e t h a n ey i e l d i n gp h a s ei nr e a c t i o ns y s t e mw e r ed i s c u s s e d t h ec o d ，p hv a l u ea n dv o l u m el o a d i n go fe a c hr e a c t o rw e r ea n a l y z e di nt h ep r o c e s so fs t a r c he f f l u e n tt r e a t i n g t h ei n i t i a t i v ep r o c e s sp r i n e i p l e 、a sa l s os t u d i e d t h ev a l u eo fc o db e c a m el o w e ra l o n gw i t ht h ec u r r e n t ，i tw a st h es a n l et h a tt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fc o di n c r e a s e d t h ep hv a l u ed e c r e a s e di nt h eb e g i n n i n ga n di n c r e a s e ds u b s e q u e n t l y t h eo r d e ro fd i f f e r e n tr e a c t o r s ，w h i c hc o n t r i b u t et og e n e r a lr e m o v i n ge t t i c i e n c yo fc o d ，w a sh o h 2 h t h eb e s ti n i t i a t i n gp r o c e s sc o n d i t i o n so f r e a c t i o ns y s t e mw e r ed e t e r m i n e da sf o l l o w s ，t e m p e r a t e ，2 5 - 3 5 c ，v o l u m el o a d i n g ，3 7 k g ( m 3 d ) u n d e rt h i sc o n d i t i o n st h eg e n e r a lr e m o v i n ge f f l c i e n c yo fc o dw a sa m o u n t e da sh i g ha s9 2 m i c r o o r g a n i s ml o a d i n gb e c a m eh i g h e ra l o n gw i t ht h ei n c r e a s e di n j e c t i n gw a t e rv o l u m el o a d i n g 1 1 l eo r d e ro fm i c r o o r ：g a n i s ml o a d i n gi ne a c hr e a c t o rd u r i n gt h es a m et i m ew 髂h 1 h 2 h 3 0 t h eb e s tg r o w t hc o n d i t i o n so fm i c r o o r g a n i s m ，s u c ha st h ep ha n dt e m p e r a t u r e ，h a v eb e e nc o n t r o l l e di nt h e9 0d a y ss t a b l er u n n i n g t h ep h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r sw e r es t u d i e db yt h em e a n so fs e ma n dc h e m i c a la n a l y s i s a f t e rp r i m a r yi d e n t i f y , w ec a r lc o n c l u d et h a tt h eh 1r e a c t o rw a st h ep l a c ef o rf o r m i n ga c i dy i e l d i n gb a c t e r i af l o c c u l e s ，t h eh r e a c t o rw a sf o rt h ea c e t i ca c i db a c t e r i ag r a i n ，t h eh 3r e a c t o rw a sf o rm e t h a n eb a c t e r i ag r a i n , t h eor e a c t o rw a sf o ra e r o b i cm i c r o o r g a n i s mb a c t e f i am a i n l y n l eb e s tp r o c e s sp a r a m e t e r sa r ea sf o l l o w i n g ：t h eg e n e r a lv o l u m el o a d i n gw a s1 0 0k g ( m d ) ，t h ev n i u eo fc o di na e r o b i cr e a c t o rw a s3m g l t h ec o dv a i u eo fi n j e c t i n gw a t e rw a sl e s st h a n3 2 3 8m l ，t e m p e r a t u r ew a s2 5 q 5o c ，t h ep ho f h la n dh 2w a s5 0 - 5 8 ，t h ep hi nt h eh 3w a s6 5 7 8 b yd e t e r m i n i n gv s sa n dc o do f e a c hr e a c t o r , i tc a nb ec o n c l u d e dt h a tt h eo r d e ro ft h cm i c r o o r g a n i s m sc o n c e n t r a t i o nw a so h 1 h z h ，。t h eo r d e ro ft h em i c r o o r g a n i s m s1 0 a d i n gw a so h 3 h 2 h 1 ，t h eo r d e ro ft h eo r g a n i c sw h i c ht r a n s f o r m e dt oc e l ls u b s t a n c ew a so h 1 h z h 3 。w ea l s og o tt h ee q u a t i o nb e t w e e nt h ec o n c e n t r a t i o no fm i c r o o r g a n i s mw i t l lt h er e m o v a le f f i c i e n c yo fo r g a n i c sa n dt h ec o n s t a n to fy i e l da sf o l l o w s ，h 。r e a c t o r , y = o 2 1 7 x + 3 1 3 9 5 ，y i e l dc o n s t a n ti s0 2 1 7k g v s s k gc o d h 。r e a c t o r , y - - - o 1 6 0 x + 6 1 3 。y i e l dc o n s t a n ti so 1 6 0k g v s s k gc o d 一r e a c t o r ，y = 0 0 3 7 x - 5 8 4 ，y i e l dc o n s t a n ti s0 0 3 7k g v s s k gc o d 0r e a c t o r ,y - - o 4 0 2 x + 1 0 2 8 2 ，y i e l dc o n s t a n ti s0 0 4 0 2k g v s s k gc o d ，t h ec o n s t i t u e n to f v f a ( v o l a t i l ef a t t ya c i d ) i ne a c hr e a c t o rw a sa n a l y z e db yg c t h ec o n t e n to fa m m o n i an i t r o g e nw a sm o n i t o r e db yc o l o d m e t r y t h et o t a lr e m o v a le f f i c i e n c yo fc o dw a s9 5 7 m g 乙u n d e rt h ec o n d i t i o n st h a tt e m p e r a t u r ew a s2 5 - 3 5o c t h ev o l u m el o a d i n gw a sl e s st h a n5 2k g ( 1 一d ) w h e nt h ec o do fi n j e e t i n gw a s t e w a t e rw a sl e s st h a n111 8m g l h ，t h ec o n c e n t r a t i o no fa m m o n i an i t r o g e na tl e t o u tw a s7 6 m g l ，a n dt h ec o n c e n t r a t i o no fc o dw a s4 9 8m g l t h ev o l u m eo fm e t h a n ei nt h eh 3r e a c t o rw a sd e t e c t e d ，w h i c ho b t a i n e dt h er e l a t e de q u a t i o nb e t w e e nt h er e m o v e da m o u n t so f o r g a n i c sw i t ht h ey i e l do f m e t h a n e y = 0 3 4 x + 9 0 4 t h ea m o u n to f m e t h a n ei nt h ep r o c e s so f s t a r c he f f l u e n tt r e a t i n gc a nb ee s t i m a t e df r o mt h i se q u a t i o n t h em i c r o o r g a n i s mp h a s es e p a r a t i o nm e c h a n i s mi n “t h es i m p l ec o m b i n e dc o n c e n t r a t e do r g a n i ce f f l u e n tt r e a t m e n tp l a n t h a sb e e ns u g g e s t e d t h i se q u i p m e n tm a d et h em i c r o o r g a n i s mp h a s es e p a r a t i o ns u c c e s s f u l l y c o m b i n i n gt h ee x p e r i m e n tr e s u l t sa n ds o m er e f e r e n c e sa b o u tm i c r o o r g a n i s ms e l f - i m m o b i l i t yp r i n c i p l e s ，t h em e c h a n i s mo f m i c r o o r g a n i s ms e l f - i m m o b i l i t yh a sb e e ns t u d i e d i tw a sc o n c l u d e dt h a tt h em i c r o o r g a n i s ms e l f - i m m o b i l i t yw a st h er e s u l t e df r o mc r y s t a lc o r ef o r m i n gm e c h a n i s m ，i n o r g a n i ce f f e c tm e c h a n i s m ，p o l y m e r se f f e c tm e c h a n i s ma n dn a t u r a ls e l e c t i o nl a w t h et w om a i nc o n t a m i n a t i o n s m i c r o o r g a n i s md e g r a d a t i o nm e c h a n i s mi nt h ep r o c e s so fs t a r c he f f l u e n tt r e a t i n gw a si n v e s t i g a t e d i tw a sa l s os t u d i e dt h ep o s s i b i l i t yo fv a r i e t yo fb i o e h e m i s t r yr e a c t i o n so nt h ev i e wo ft h e r m o d y n a m i c s b a s e do nt h ep a r a m e t e r so f a b o v ep r o c e s s ，t h ea c t u a lt e c h n o l o g yp r o j e c tf o rl o c a ls t a r c he f f i u e n tt r e a t m e n tw a ss u g g e s t e d k e y w o r d s ：s t a r c he f f l u e n t ；w a s t e w a t e rt r e a t m e n t ；b i o t r e a t m e n tt e c h n o l o g y ；m i c r o o r g a n i s m ；m i c r o o r g a n i s ms e l f - i m m o b i l i z a t i o nv独创性声明本人声明所里交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西北师范大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。关于论文使用授权的说明本人完全了解西北师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅：学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。( 保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：硅盈窒：羔导师签名：煎绁日期：塑：西此师范土学2 0 0 5 博士论文杨宝芸l第一章高浓度淀粉废水处理技术的研究进展研究思路：研究瞥薏和意文一埔定研究范围为淀静废水的厌j k 和始氧组合工艺处理技术一患结淀精度水处理杖术的袁展过程一确定一体高浓度有机度水处理裴置为研究对象1 1 研究背景和意义当今世界，随着社会经济的不断发展和人口的快速增长，对用水的需求量越来越大，同时污水的排放量亦与曰俱增，从而使人类面临着越来越严重的水质型和水量型水资源不足的问题，2 l 世纪水资源将是人类争夺的最宝贵的资源。全球性水污染问题已经对人类生存和社会经济的发展构成越来越严重的威胁，1 9 9 2年在巴西里约热内卢召开的“联合国环境与发展大会”上达成了全球性共识一必须走可持续发展道路。淀粉是一种重要的工业原料，广泛地应用于食品、化工、纺织、医药等多种行业。淀粉在加工过程中会产生大量的高浓度酸性有机废水。目前，我国淀粉生产企业6 0 0 多家，年产量已达4 0 0 万吨，按现在的加工工艺，每生产1 吨淀粉大约产出6 吨废水，可见整个淀粉制造业每年产生的废水量很大。这些废水中主要含有溶解性淀粉、少量蛋白质、有机酸、尘土、矿物质及少量的油腊，易腐败发酵，使水质发黑发臭，排入江河会消耗水中的溶解氧，促进藻类及水生植物繁殖，废水量大时河流严重缺氧，发生厌氧腐败，散发恶臭，鱼、虾、贝类等水生动物可能会因此而窒息死亡。因此，搞好淀粉废水的治理及综合回收利用越来越受到环境科学工作者的重视。废水生物处理是实现水污染防治和水资源可持续利用的重要工程技术手段之一。现代水污染治理工程的基本原则是有效、经济、节能。对于高浓度淀粉废水处理技术来说，目前只靠单纯物化、厌氧或好氧生物处理工艺处理高浓度淀粉废水，运行负荷，出水水质都达不到要求。物化厌氧好氧组合工艺处理高浓度淀粉废水，具有抗冲击负荷能力强、高效、经济、节能等优点。在此基础上我们设计了一种集多相厌氧、好氧组合工艺于一体的“一体式高浓度有机废水处理装第一章高浓度淀粉废水处理技术的研究进展置”，可以说该装置为高浓度有机废水的处理提供了一个经济实用的工艺技术。多相厌氧、好氧组合工艺处理高浓度有机废水这一环境问题有着巨大的有益影响，雨始终是多国环境工程界关注的研究热点，美国学者戈什( g h o s h ) 和波兰特( p o h l a n d ) 于2 0 世纪7 0 年代初提出两相厌氧消化系统( t w op h a s ea n a e r o b i cd i g e s l i o f t ，简称t p a d ) ，该工艺于1 9 7 7 年在比利时首次应用于生产。2 0 世纪8 0 年代初，美国s t a n f o r d 大学的m c c a r t y 及其合作者开发出了厌氧折板式反应器( a n a e r o b i cb a f f l e dr e a c t o r ，简称a b r ) 。a b r 几乎完美的实现了l e t t i n g a 提出的分级多相厌氧( s t a g em u l t i p h a s ea n a e r o b i c ，简称s m p a ) 工艺的思路，随后引入我国，并开始了我国对多相厌氧好氧组合工艺技术的研究。目前，在单纯物化、厌氧或好氧生物处理高浓度淀粉废水的理论研究和工艺技术上积累了一定的经验，我国水污染的严峻形势和可持续发展的战略要求都需要把国内关于多相厌氧好氧组合工艺技术的研究和工程应用提高到一个新水平。在废水处理系统的设计和运行中发现，随着废水排放量的急剧增加以及对废水处理要求的日益严格，单纯物化、厌氧或好氧工艺在处理的多功能性、高效稳定性和经济合理性方面难以满足不断提高的要求。开发、研究和应用新型废水生物处理工艺和技术己经成为世界各国水污染控制工程领域研究的重要课题。2 0世纪7 0 年代以来，废水生物处理新工艺新技术的研究开发和应用已经在全世界范围内得到了长足的进步，以高效、稳定、节能、并具有对污染物去除的多功能性等为共同特点，开发出了许多新型高效的组合式反应器，这些生物处理新工艺有的己经在国内外实际工程中得到了良好的应用，有的已经显示出了良好的应用发展前景，得到广大研究者和工程技术人员的关注并正在得到不断深入的研究。1 2 高浓度淀粉废水处理技术韵研究与进展淀粉是绿色植物进行光合作用后的产物，是人类生命活动中必不可少的基础物质，淀粉的化学成分及结构尽管复杂，但用途甚广。淀粉是一种非常重要的工业原料，它不仅应用在食品工业领域而且在制酒、制药、纺织、化工等行业也被广泛应用。淀粉在加工过程中会产生大量的高浓度酸性有机废水。我国淀粉生产企业众多，原料不同，工艺不同，使得淀粉废水污染指标问的差异也很大，尽管如此，淀粉废水有着共同特点：化学耗需氧量( c o d ) 、生物需氧量( b o d ) 、悬浮物( s s ) 等都非常高。化学需氧量( c o d ) ，是用化学氧化荆( 重铬酸钾或高锰酸钾) 氧化分解有机物时，用与消耗的氧化剡当量相等的西址师范史学2 0 0 5 博士论文杨宝芸量氧量来间接表示需氧物的多少。化学需氧量( c o d ) 往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大，说明水体受有机物污染越严重。用生化过程中消耗的溶解氧的量来间接表示需氧物的多少，称为生物需氧量( b o d ) 。b o d 5是指废水样品的5 曰生化需氧量。淀粉废水本身无毒性，其污染物主要是碳水化合物、蛋白质、脂肪等有机物，并且具有污染物浓度高的特点。这类废水若不经处理排入水体要消耗水中大量的溶解氧。造成水体缺氧，使鱼类和水生生物死亡。1 2 1 淀粉废水的分类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。玉米淀粉废水生产现状：在国外，如美国，淀粉的生产采用较先进的生产设备实现封闭式的生产工艺，工艺水可实现循环利用，淀粉耗水，仅为淀粉和回收物烘干耗水量，废水可做到零排放。但是，在我国采用封闭式生产工艺为数不多。不少玉米淀粉厂，玉米浸渍水，不进行蒸发浓缩，只提取植酸钙镁( 菲汀) 后就排放。还有不少厂家，将回收蛋白粉时的上清液，不经过再处理也直接外排。如果上述两部分水外排，则称为开放式生产工艺：如有任意一种废水外排称为半封闭式生产工艺。尤其是蛋白废水外排，这是造成耗水多和污染环境的主要原因。玉米淀粉废水中c o d 、b o d 5 、s s 等数值较高，c o d 一般为3 0 0 0 7 0 0 0 m g l 。废水的主要成分按比例大小排列主要有：淀粉、蛋白质、脂肪、纤维素、灰份。此外，废水中还有o 0 5 左右的s 0 2 计的亚硫酸。玉米淀粉生产废水外排，不仅使淀粉生产成本高，吨淀粉耗水多，玉米损失大，而且由于废水中的蛋白质、脂肪等有机物的腐败和亚硫酸的残留，造成严重环境污染。马铃薯片加工废水：马铃薯片以其松脆酥香，鲜美可口，营养丰富，老少皆宜，存携方便，价格低廉等特点，而成为一种极受欧美人民欢迎的方便食品，自1 9 0 0 年在美国问世以来其生产量与消费量与日俱增。我国已有许多地方开始进行马铃薯片的加工。马铃薯片在加工过程中产生的废水量大，主要是马铃薯片的洗涤废水，所含有机物浓度高。其主要成分为淀粉、各种糖类、多种氨基酸、脂肪、有机酸、维生索、以及酶类、茄素等。如果直接排放，会造成严重污染。因此深受国内外专家的关注。马铃薯淀粉生产废水：马铃薯淀粉生产所产生的废水主要有：淀粉洗涤工艺中排放出来的污水，此污水c o d 在2 5 0 0 6 3 0 0 m g l ，p h 在6 5 7 0 ；在淀粉脱第一章高浓度淀粉废水处理技术的研究进展水时产生的废水，其有机物浓度较低，c o d 大约为2 0 0 0 m g l ，呈弱酸性：在转换生产产品时，对生产设备的清洗水，其有机物浓度也较低，c o d 为1 0 0 0 1 6 0 0 m g l ，呈中性；此外，还有车间地面冲洗水，生活污水等【。1 2 2 淀粉废水处理技术淀粉废水的处理目的是去除废水中污染物，使被处理废水的各项指标达到撼放标准。淀粉废水处理技术的文献综述已有报道b 司本文综述近年来淀粉废水的处理情况。淀粉废水的处理方法有：物理法：化学法；物理化学法；生化法；物理生物法；酶法1 2 2 1 物理法1 2 2 1 1 吸附法由于淀粉废水中含有微纤维素及淀粉颗粒，而纤维素是由许多直链的纤维分子组成的，其中存在数目众多的羟基，这些羟基能形成许多氢键，纤维素分子间依靠这些氢键彼此胶结成柬，胶束再定向排布成网状结构，易于被吸附材料吸附n近几年来，李尉卿等【5 - 7 】分别用粉煤灰活化漂珠、活化煤矸石等作为吸附材料处理淀粉废水，对淀粉废水中有机物的吸附去除有显著的效果。l 2 2 1 2 气浮分离法气浮法( 全称溶气浮渣法) 是利用高压状态溶入大量气体的水一溶气水作为工作液体，骤然减压后释放出无数微细气泡，废水中的絮凝物粘附其上，使絮凝物的视比重远小于实际比重，随着气泡上升，将絮凝物浮至液面，达到液固分离的目的。气浮法处理废水具有分离时闯短、装置简单、处理量大、富集倍数高、易于实现连续化和自动化等优点。b r y s o n 等脚采用气浮提取蛋白饲料技术，可把淀粉废水中的蛋白质、脂肪、纤维索等提取出来获得蛋白饲料。买文宁1 9 “四采用气浮分离技术使得淀粉废水中的s s 和c o d 去除率分别达到8 0 和3 0 以上，有效地减轻了后续生物处理的负荷。牧剑波等1 1 1 】用自行设计的气浮一体化装置处理淀粉废水，c o d 去除率能够达到9 3 2 。曲此蝉芫丈学2 0 0 5 博士论文扬宝芸51 2 2 1 3 膜分离法膜分离是借助膜的选择渗透作用，在外界能量或化学位差的推动下对混合物中溶质和溶剂进行分离、分级、提纯和富集。与其他传统的分离方法相比，膜分离具有过程简单、经济性较好。往往没有相变、分离系数较大、节能、高效、无二次污染、可在常温下连续操作、可直接放大等优点。根据分离膜孔径从大到小的顺序，可以分为微滤、超滤、纳滤和反渗透。微孔滤膜孔径在l 0 0 1 1 t m 左右，可以有效除去水中的大部分微粒、细菌等杂质；超滤膜孔径在几十纳米左右，能够实现蛋白质等大分子的分级、纯化及去除水中的病毒和病原体：纳滤膜和反渗透膜孔径更小，大约是几个埃( 1 = 1 1 0 - o n l ) ，能够从水中脱除离子，达到海水和苦咸水淡化目的。在淀粉废水处理中有人采用超滤法从废水中回收蛋白质。该方法采用醋酸纤维素管式膜，在蛋白质的凝固点下进行超滤运转，同时用含酶洗涤剂对膜进行清洗1 2 1 。甘薯生产淀粉的废水中含有一种具有生理活性的糖蛋白，程坷伟等1 3 1 利用中空纤维超滤设备对废水进行初级浓缩以达到获得较高浓度的糖蛋白溶液，研究出最佳的操作条件为p h = 6 5 ，温度2 5 ( 2 ，进料浓度小于o 1 5。膜技术处理废水有很多优点，但一次性投资大，膜材料的性能、寿命、堵塞、清洗、处理量等问题尚不能很好解决，在大生产中推广应用有一定困难。1 2 2 1 4 磁电效应法朱志昂【1 4 慵磁电效应配合添加絮凝剂的工艺技术，对玉米淀粉废水中的蛋白质、淀粉等可溶性有机固形物具有明显的析出和絮凝作用。可使玉米淀粉废水固形物一次絮凝析出率达5 6 ，并伴随使废水中p h 升高，还具有脱腥、除臭、杀菌之效，同时有效降低了废水中c o d 、b o d s 、s s ，可作为生化处理达标排放有机废水的前道处理工序。从玉米淀粉废水中回收的有机固形物可作为饲料原料和添加剂。1 2 2 2 物理纯学法淀粉生产所排放的废水中含有蛋白质、淀粉、糖类及悬浮物。废水呈高分散系的胶体溶液，这种胶体一般比较稳定。因此，治理这类废水首先要破坏胶体状态a 化学絮凝法正是通过药和的物理化学作用，使废水的胶体破坏，使分散状态的有机物脱稳、凝聚，形成聚集状态的粗颗粒物质从水中分离出来。在淀粉废水的处理研究中，絮凝沉淀法因其可以有效地降低废水的浊度和色度，能去除多种高分子有机物被广泛采用吣i 。絮凝沉淀的作用机理可解释为：一6第一章高浓度淀粉废水处理技术的研究进尽压缩双电层原理：低分子电解质对胶体微粒产生电中和，引起胶体微粒的凝聚；吸附架桥原理：主要是指链状高分子聚合物在静电引力、范德华力和氢键力等作用下，通过活性部位与胶体和细微悬浮物等发生吸附桥联的过程：吸附电中和机理：胶体表面对异号离子，异号胶粒或分子带异号电荷的部位有强烈的吸附作用，使胶体脱稳而凝聚；沉淀物网捕机理：当水中投加足够量金属凝聚剂时，迅速沉淀出金属氢氧化物，这些沉淀物就会网捕水中的胶粒和细微悬浮物。近年来，絮凝剂的开发从传统无机絮凝剂发展到无机高分子，有机高分子絮凝剂，目前正在进一步探讨微生物絮凝剂。1 2 2 。2 1 无机絮凝剂处理法无机絮凝剂是1 9 6 0 年研制成功并在全世界广泛使用。在日本、俄罗斯、西欧和中国应用较多。传统的无机低分子絮凝赉j 存在腐蚀性强、稳定性差、运输与储存麻烦等缺点，已逐步被具有来源广泛、生产方法多，应用工艺简便等优点的铁盐高分子絮凝剂取代。无机高分子絮凝剂主要是聚铁与聚铝类，聚铝类具有投药量少，沉降速度快，颗粒密实，除浊色效果好等优点【1 们。而聚铁类除具有上述优点外，还具有价格低，p h 适用范围宽等特点。k uy 等【1 7 l 用无机絮凝剂处理淀粉废水已取得了很好的效果。聚合硫酸铁( p f s ) 简称聚铁，2 0 世纪7 0 年代中期在日本首先研制成功，是一种无毒、高效的无机高分子絮凝剂，1 9 8 3 年我国化工部天津化工研究院研制成功，并在发电厂水处理车间投入应用。因为聚合硫酸铁絮凝能力高，生成的絮凝物量大，适用水体p h 值范围广，重金属的去除率高，费用低，对设备的腐蚀性小，并具有脱色、除臭、脱水、脱油等功效，所以近年来广泛应用于处理制革废水、矿井水和有机废水等。如张美华等【1 粒用聚铁絮凝剂处理淀粉废水，聚铁溶液( 1 体积比) 用量0 2 m l l ( 废水) ，适当搅拌后沉降9 0 m i n 时，废水c o d去除率达9 6 2 。李媚等1 1 9 】用聚合硫酸铁( p f s ) 作混凝赉f j 处理木薯淀粉废水时加入少量的聚丙烯酰胺作为助凝剂，在最佳条件：p h = 8 、p f s 投加量5 m l l ( 废水) 、改性聚丙烯酰胺投加0 5 m l l ( 废水) 、沉降时间3 0 r a i n 下。木薯淀粉废水c o d 去除率达8 8 以上。李亚峰等【2 0 】进行活性炭吸附试验。研究聚铁投加量、p h 值、搅拌条件及沉淀时问对混凝效果的影响。试验结果表明，混凝一吸附法能有效地处理淀粉废水，各项指标均能稳定达标。西北师范土学2 0 0 5 博士论文杨宝芸2聚合氯化铝( p a c ) 叉称碱式氯化铝、羟基氯化铝，简称聚合铝，是介于a 1 c h 和a i ( o h ) 3 之间的水解产物，f u k t m a g u 等【2 i 】通过向淀粉废水中加入聚合氯化铝及一种有机非离子聚合物，在搅拌的情况下进行絮凝沉淀处理，将废水中的c o d 由17 5 0m g g 降到1 4 m g g ，s s 由2 0 0 m g g 降到不足lo m g g 。莫日根等田l用碱式聚合氯化铝处理高浓度有机淀粉废水。用实验室配制的c o d 浓度为1 0 0 0 0 1 5 0 0 0 m g l 的淀粉废水以不同用量碱式聚合氯化铝为絮凝剂处理后，c o d去除率达到2 8 - 4 7 ，再经吸附柱吸附后，c o d 去除率可达到5 4 - - - 6 5 。1 2 2 2 2 有机蘩凝剂处理法一般可分为合成有机高分子絮凝剂和天然高分子絮凝剂。此类絮凝剂主要是利用吸附架桥作用，使形成的絮体大而密实，沉降性能好，处理过程的时间短。近几年来在淀粉废水的处理中广泛应用【2 引。现阶段的合成有机高分子絮凝剂主要是聚丙烯酰胺( p a m ) 及其衍生物。聚丙烯酰胺能溶于水且无腐蚀性，相对分子质量从几十万到一千万以上。它主要是通过两方面进行絮凝：由于氢键结合、静电结合、范德华力等作用对胶粒有较强的吸附结合力；因为高聚合度的线型高分子在溶液中保持适当的伸展状态，从而发挥吸附架桥作用，把许多细小颗粒吸附后，缠结在一起。辽宁国际建设工程集团公司的李明臣【2 4 1 和东北大学的苏永渤等【2 5 - 2 6 】以工业废渣( d s z ) 为混凝剂，以p a m 为絮凝剂，对玉米淀粉废水的处理进行了研究，经处理出水达标排放，而且达到了以废治废的目的，絮凝物经压滤脱水后可掺在煤中做燃料，无二次污染，且投资省。杨丽娟【2 7 】用石灰、p a m 、活性炭等化学处理方法，处理淀粉生产废水，其结果表明用化学絮凝、活性炭吸附的流程处理淀粉生产废水的方法是切实可行的。岑超平【2 8 l 对木薯淀粉废水的絮凝进行了试验研究，提出用某些进e l 高分予絮凝剂有较好的絮凝效果，c o d 去除率大于6 0 ，最高可达9 9 3 ，总固形物去除率最高可达6 6 8 ，絮凝最佳p h 值为7 0 - - 8 5 ，最佳加药量为2 , - 6 m l ，生石灰量为0 2 5 0 5 0 k g t 废水，总药剂费小于0 3 元t 废水，絮凝下沉物含水率为9 2 左右；易脱水分离，因此，可用于木薯淀粉废水的前处理。聚丙烯酰胺作为絮凝剂时，一定要控制聚丙烯酰胺的质量和用量，因为聚丙烯酰胺中难免会含有微量的未聚合的丙烯酰胺单体，这些单体具有强烈的神经毒性和“三致效应”( 致畸、致癌、致突变) 。!第一章高浓度淀粉废水处理技术的研究进展天然高分予絮凝剂包括淀粉、纤维素、含胶物质、多糖和蛋白质等的衍生物。改性后的天然高分子絮凝剂与人工合成的有机高分子絮凝齐相比具有安全无毒、易生物降解、原料来源广等优点。其中微生物絮凝剂作为一种高效、安全的新型絮凝剂成为目前絮凝剂研究的重要方向之一。张佩芳等【2 9 】以甲壳质为絮凝剂在p h 为3 ，5 的条件下，依次加入适量的c a o ，0 1 海藻酸钠，0 2 的脱乙酰基甲壳质，o 6 的k m n 0 4 ，再调适当的酸度，搅拌静置，过滤，c o d 去除率为6 8 ，得到的凝结物可作饲料或肥料，增加了一部分收入。许昭和等【3 0 j 以可食用的水生植物类为原料，研制出一种新型絮凝剂f n f ，并用它做絮凝荆对第三军医大学淀粉厂的玉米淀粉废水进行了絮凝沉淀处理，在最佳条件下b o d 5 去除率为7 3 9 ，c o d e r 及s s 去除率均在8 0 以上。沉降后的残渣可做动物蛋白饲料。1 2 2 2 3 微生物絮凝剂处理法自上世纪8 0 年代日本的苍根隆一等从土壤中分离出红平红球菌( r h o d o c o k c c u se r y t h r o p o l i s ) 的s 菌株并由此