（环境工程专业论文）马铃薯淀粉加工废水处理技术研究.pdf

河北科技大学硕士学付论文 a b s t r a c t p o t a t os t a r c hw a s t e w a t e ri sak i n do fh i 曲c o n c e n t r a t e do 唱赳1 i cw a s t e 、v a t e rw h i c hi s d i f f i c u l tt ob et r e a t e d i i lt i l i sm e s i s ，t h et r e a t m e n tp r o c e s so f c o a g u i a t i o na n d s e d i m e n t a t i o n + u a s b + c o n t a c to x i d a t i o n w a su s e dt ot r e a tp o 协幻s t a r c hw a s t e w a t e r a n dt h eo p e r a t i o nr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt h i sp r o c e s sw a se f f e c t i v ea n de m c i e n t w h e nf a cw a su s e df o rc o a g u l a t i o nt r e a t m e n to fp o t a t os t a r c h w 嬲t e w a t e r t h e a v e m g er e m o v a lr a t e so fc o d a n ds sw e r e3 6 2 a n d7 1 o ，r e s p e c t i v e l y t h es t a n u po fu a s b 、v a l sr e a i i z e da tl o wo r g a n i cc o n c e n t r a t i o n ，h i 曲h y d r a u l i c 1 0 a d i n g a n db a t c hi n f l u e n t d u r i n g t h es t a b l ec o n t i n u o u s o p e r a t i o n ， t h ec o d c o n c e n t r a t i o n so f i n n u e n ta n de m u e n tw e r e92 5 3 1 07 9 7m g l 1a n d4 6 8 6 2 3m g l ， r e s p e c t i v e l ya tt h e 骶a t m e n lc 印a c i t yo f5 0 0m 3 d i - n ec o 玎e s p o n d i n gc o dr e m o v a lr a t e a n do 唱a n i cl o a d i n gr a t ew e r e8 4 5 a n d1 0 0k g c o d ( m 3 d ) ，r e s p e c t i v e l y w h e nt h e o 唱a n i ci o a d i n gr a t ew a s3 0k g c o d ( m 3 。d ) 。i nt h eu a s b ，t h es l u d g eb e dw a sn o c t h e 擎a n u l a rs l u d g ea p p e a r e dw h e nt h eo 唱a j l i cl o a d i n gr a t e 嗽i c h e d7 5k g c o d ( m 3 d ) i n t i l eu a s b t h es l u d g eg r 锄u l a t i o nw 嬲a c c o m p l s h e da tm eo 唱a n i ci o a d i n gr a t eo f1o 0 k g c o d ( m d ) 一 t h ec o n t a c to x i d a t i o nb i o r e a c t o rw 觞s t 狐e da tb a t c hi n f l u e n t t h eq u a l i t i e so ft h e i n n u e n tw e r e ：c o do f 4 8 8 5 4 7m g l - 。，b o d so f1 9 5 2 2 lm g l 1 锄ds so f1 1 5 1 4 i m g l ，锄dt h ed o w 弱c o n t r o i l e da t3 4m g l 一t h eo 唱a j l i cl o a d i n gr a t ew 弱i n c r e a s e d d u r i n go p e r a t i o n a tt l l ee n do fo p e r a t i o n ，t h er e m o v a im t e so fc o d ，b o d 5 卸ds sw e r e 8 5 o ，91 8 鲫d7 0 9 ，他s p e c t i v e i y n eo 唱觚i ci o a d i n gm t ew 硒0 8 5 k g c o d ( m d ) d u r i n gw h o l eo p e r a t i o no fc o n t a c to x i d a t i o nb i o r c a c t o r t h es l u d g ec o i o r c b a n g e df 幻mb l a c ka tt i l eb e 百肋i n gt oy e i j o 州s hb r o w nf i n a l l y a r e rt h es t a b l eo p e r a t i o n ， t l l em o u n to fn e m a t o d e sr c d u c e di nt h es l u d g e 觚dr o t i f c r si n c 删 t h e s er e s u l t si n d i c a t c dt 胁i tw 硒玛a s o n a b l e ，f e a s i b l e 锄de f f i c i e n tt 0 呦tp o t a t 0 s t 鲫c hw 笛t e w a t e rb yt i l e 抓矧m e n tp r o c e 豁o f c o a g u l 撕o na i l ds e d i m e n t a t i o n + u a s b + 雠烈o x i d a t i o n ，锄ds i 印i f i 锄te c o m i c 勰d v 拍衄e n t a lb e n e f i t sc o u l db e a c h i e v o d k e 啊o r d s ：p o t a t os t a r c hw 嬲t e w a t e r ，c o a g u i a i i o n s e d i m e n t a t i o n ，u a s b 他a c t o r a d n t a c h x i d a t i o n 第1 章绪 论 第l 章绪论 1 1 我国淀粉行业发展现状 淀粉是一种重要工业原料，被广泛的应用于化工、食品、医药、纺织等多种行 业1 1 2 1 。淀粉属于多羟基天然高分子化合物，广泛存在于植物的根、茎、果实当中【3 l 。 淀粉生产以薯类、小麦、大麦、燕麦以及其他富含淀粉的植物块根为原料，目前我 国玉米淀粉所占比例最大为8 6 5 ，薯类淀粉次之9 5 ，小麦淀粉为3 9 ，其他淀 粉产量最小为0 0 2 。 我国淀粉工业自从改革开放以来发生了很大变化，淀粉年产量从七十年代末不 到3 0 万吨发展到9 0 年代的1 5 0 万吨左右，增整4 倍之多，产品的品种不仅大大超 越了淀粉本系列的品种，并且向淀粉深加工方向迈出了一大步，既发展了淀粉糖产 品又发展了变性淀粉系列产品。淀粉加工厂的装备有了较大改进，有成套引进的现 代化工厂，也有国内自己装备的现代化加工厂，生产规模有了巨大提高，我国淀粉 加工业经过几十年的努力，面貌发生了很大变化，现如今我国是世界上淀粉生产大 国，年产淀粉达6 0 0 万吨以上。全国淀粉生产企业遍布全国2 8 个省、市、自治区， 除西藏外都有规模以上企业( 即全部国有及年销售收入5 0 0 万元以上的非国有工业 企业) 。由于我国农业区域的自然条件，形成了北方玉米产量大、两广木薯产量多、 淀粉深加工工业基础条件集中在南方沿海的格局。中国在2 0 0 0 2 0 0 5 年的5 年中平 均递增速度为1 6 9 ，2 0 0 5 年产量约l 1 0 0 万吨，居世界第二位。 1 2 马铃薯废水的来源及特征 1 2 1马铃薯淀粉废水的来源 马铃薯淀粉生产废水的主要来源包括三部分：一是土豆流送渠和洗涤废水。此 部分废水主要成分为马铃薯表面的泥沙，此阶段产生的废水占废水排放总量的7 0 左右，通常可在生产过程中添加少许设备，经过简单的沉淀处理后可以循环利用i l ； 二是从筛网或离心机提取淀粉后的废水、薯浆脱水的压榨机和沉淀池排出的蛋白质 废水，占废水排放量的l o 左右，主要是马铃薯自身的含水，即破壁细胞液，所以 此废水中的蛋白质含量较高，废水不能循环利用，又因为回收蛋白质的成本较高， 所以目前全部外排：三是淀粉精制和洗涤中排出的蛋白质废水，此阶段废水占废水 排放总量的2 0 左右，生产过程中对水质的要求高，但是用水量小，也称为工艺废 水，此阶段废水中含有蛋白质、淀粉等有机物，c o d 和b o d 浓度非常高【删，如果 不经处理直接排入环境中，会造成十分严重污染【l 们，目前马铃薯淀粉生产企业排放 的污水主要为细胞液和工艺废水。马铃薯淀粉加工过程中各部分废水的来源及其水 量见图1 1 和表1 1 所示。 马铃薯洗净 一一一一一一一一一一一卜清洗废水 粉( 磨) 砰 l - 一一一一一一一一1 i _ 脱木一一一一一一i - r 一，蛋白废水 i 上 ： l ： 筛分 i ： l i i ： i i： i ( 淀粉乳) 浓缩 一t 一 淀粉洗涤废水 i 土 ：- f = = j 一一一一： 除杂洗涤脱水十燥包装 图l - l 马铃薯淀粉加工过程中废水来源 表卜l马铃薯淀粉废水来源及其水量l _ _ _ _ - _ _ _ - _ l _ l l _ _ _ - - 一 中小型淀粉厂 废水种类 加t 马铃薯的废水最 ( m ，i ) 生产每吨淀粉的耗水最 加工薯类的耗水最( m 3 ) ( m 】t ) 运输和洗涤水： 流送巢水 洗涤水 蛋白质水： 来自提取设备 来自离心机 来自精嘲 来自薯浆压榨 5 o 2 o 7 7 3 0 1 6 3 5 3 o 6 0 1 o o 4 2 0 o 1 5 o 2 8 o z o 姐 总计( 概数) 2 0 01 5 0 7 5 o 2 丫 第1 章绪论 1 2 2 马铃薯淀粉废水的水质特征 马铃薯淀粉废水是马铃薯淀粉加工过程中产生的一系列废水，主要特征如下： ( 1 ) 马铃薯表面含有大量泥沙，需用大量清水冲洗。冲洗阶段产生的废水中悬 浮物含量高，而c o d 和b o d 5 的值并不高，废水中还可能含有小片土豆或薯类、根、 草、芽等。 ( 2 ) 马铃薯废水具有高泡沫、高c o d 、高b o d 的“三高”特点，废水中c o d 主要是马铃薯蛋白和低聚糖，高泡沫和高有机物含量使得废水的处理难度升高。一 般马铃薯淀粉废水中c o d 含量约为11 0 0 0 1 6 5 0 0 m l 、b o d 约为4 9 0 0 7 5 0 0 m l 和s s ( 固体悬浮物) 约为7 0 0 9 0 0 m l 1 12 1 。 1 3 国内外淀粉废水处理技术及研究现状 目前国内外常用的处理方法总体上可分为气浮吸附法、混凝沉淀法和生物法， 每种处理方法在实际应用中各有利弊。 1 3 1 气浮吸附法 ( 1 ) 气浮法 气浮法是利用高压状态溶入大量气体的水作为工作液体，骤然降压后释放出无 数微细气泡，废水中的混凝物附着在气泡之上，使絮凝物的比重小于实际比重，从 而上升到液面，达到固液分离的目的。在利用气浮法处理淀粉废水时应该根据实际 条件选择絮凝剂及操作条件，并选择合适的气浮剂用量i 妇1 牧剑波等【1 4 l 利用气浮一体化装置对湖北某淀粉厂废水进行处理，向废水中添加 药剂，然后废水通过泵进入一体化装置，产生的溶气水直接由装置的下部通入，骤 然减压后产生大量的微细气泡与废水形成逆流接触，废水中得絮凝物附着在微细气 泡上随着气泡上升到装置的顶部排出，装置下方处理后的清水经过液面控制装置流 出。实验结果证明当进料位置7 0 c m ，进气量1 2 0 m ，进料量1 0 0 m u m i n ，液面高度 为1 2 7 c m 时处理效果最好。 ( 2 ) 吸附法 郑兰香等l 。5 l 采用颗粒状活性炭处理低浓度马铃薯淀粉废水，实验结果表明：颗 粒活性炭对马铃薯淀粉废水的吸附过程符合l 锄肿u i r 和f r e 岫d l i c h 吸附等温方程， 活性炭的粒径越大，其最大吸附速率和吸附量越小，活性炭在酸性条件下的吸附效 果要好于在碱性条件下的效果。 ( 3 ) 膜分离法 在淀粉废水处理中有学者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，在蛋白质凝结点下进行处理，与此同时用含酶洗涤剂对膜进行清洗1 1 6 l 。 3 州1 | = 年： 支人。学硕f ：；! ：位沦艾 程坷伟等1 1 7 。8 j 利用中空纤维超滤设备对淀粉废水进行浓缩，研究表明p h = 6 5 ， 温度为2 5 ，进料浓度小于0 1 5 时处理效果最好。 1 3 2 混凝沉淀法 ( 1 ) 絮凝沉淀 絮凝沉淀法是一种物理化学处理方法，该方法通过加入絮凝剂，使分散状态的 有机物脱稳、凝聚，然后形成聚集状态的颗粒物质从废水中分离出来i 悖l 。絮凝剂可 分为无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂和生物絮凝剂等。 无机絮凝剂 无机高分子絮凝剂主要是聚合硫酸铁( 简称聚铁，p f s ) 和聚合氯化铝( 简称聚 铝，p a c ) ，聚铝类絮凝剂具有投药少、沉降速度快、除浊色效果好、颗粒密实等优 点【2 0 j 。 李媚等i2 1 】用聚合硫酸铁( p f s ) 作絮凝剂处理木薯淀粉工业废水，加入少量聚丙 烯酰胺作为助凝剂，在p h = 8 0 、p f s 投加量为5 m l l ( 废水) 、聚丙烯酰胺投加量 o 5 m u l ( 废水) 、沉降时间为3 0 m i n 条件下，木薯淀粉废水的c o d 去除率达到8 8 以 上。张美华等f 2 2 j 用聚合硫酸铁( p f s ) 处理淀粉废水，当体积比1 的p f s 溶液用量为 o 2 m l 几( 废水) 时适当搅拌后沉降9 0 m i n ，废水c o d 去除率为9 6 2 。取得了很好的 处理效果。白波f 2 3 1 用p a c ( 聚合氯化铝) 、p f s ( 聚合硫酸铁) 、p a m ( 聚丙烯酰胺) 等絮凝剂处理高浓度马铃薯淀粉废水，结果证明p a c 作为马铃薯淀粉废水处理的絮 凝剂最为合适，p a c 最佳投药量为5 0 0 m l ，废水的c o d 去除率可达到4 4 左右， 再经超滤膜分离，c o d 去除率可达到7 7 。贾海江等1 2 4 j 选用石灰和p a c 作为絮凝剂， 加入p a m ( 聚丙烯酰胺) 作助凝剂，处理漂洗废水和土豆清洗废水的混合液，结果 表明在加药合适时，c o d 去除率可达9 0 。莫日根等l 巧j 用聚合氯化铝( p a c ) 处理 高浓度淀粉废水，废水c o d 去除率为5 4 5 。 有机絮凝剂 有机絮凝剂一般可以分为合成有机高分子絮凝荆和天然高分子絮凝剂。此类絮 凝剂主要是依靠吸附架桥原理，该方法具有絮体密实、沉降性好、处理时间短等优 点。矧。 苏永渤【2 7 2 8 1 和李明臣【冽以工业废渣为混凝剂，以p a m 为助凝剂，对玉米淀粉废 水进行处理研究，经过处理的废水达到排放标准，并且达到了以废治废的目的，该 工艺方法简单，没有二次污染等问题。张佩芳等【划以聚n 乙酰d 一葡萄糖胺( 又名甲 壳质) 为混凝剂，在p h 为3 5 的条件下，依次加入适量的c a o 和质量分数分别为o 1 、 0 2 、0 6 的海藻酸钠、脱乙酰基甲壳质、高锰酸钾溶液，再调节适当酸度，搅拌 静置，过滤后，废水c o d 去除率为6 8 ，得到的凝聚物可作饲料或肥料，不仅增加 4 第l 章绪论 收入，而且甲壳质便宜易得。 生物絮凝剂 微生物絮凝剂是一种由微生物产生的生物大分子物质( 胞外聚合物) ，是通过微 生物发酵、分离、提取而得到的一类新型、高效的水处理剂，主要是由蛋白质、脂 类、多糖和d n a 等大分子物质组成。由于它可以克服无机和有机高分子絮凝剂絮凝 效率低、存在二次污染、对人类的毒性效应等缺陷，它的研究已成为絮凝剂领域的 热点，在给排水处理等方面有广阔的应用前景1 3 l l 。 p o e s p o n e g o r o 等1 3 2 j 分离了两种菌株i v k 及i v b ，用它们作混凝剂对淀粉废水进行 处理，发现i v b 菌株在水力停留时间( h r t ) 为l3 2 5 h 时，c o d 去除率可达7 7 9 6 ，而i v k 菌株在h i h 为8 16h ，c o d 去除率高达84 95 ，处理效果十分 明显。 s d e n g 等l3 3 l 从土壤中分离出一株粘质杆状菌，并利用该菌产生的m b e a 9 处理淀 粉废水，实验结果表明，s s 和c o d 的降解率分别为8 5 5 和6 8 5 。 王有乐等1 3 4 j 利用产朊假丝酵母处理马铃薯淀粉废水，结果显示，在p h = 5 0 、接 种量为1 0 ( 体积分数) 、磷酸二氢钾( 质量分数为o 1 ) 添加量为0 5 l 、废水不 灭菌的条件下，废水处理效果最好，且产朊假丝酵母生长情况最佳，当废水中c o d 为5 0 7 4 m l 时，c o d 的去除率可以达到7 4 8 6 ，同时获得2 2 3 9 l 的单细胞蛋白。此 外，王有乐等【3 5 】分离得到的两株高产絮凝剂的根酶m 9 和m 1 7 ，利用其复配产生的复 合型微生物絮凝剂c m b f 9 1 7 处理淀粉废水，实验结果表明，c m b f 9 1 7 具有投药量少、 絮凝效果好、絮凝条件简单、成本低廉等优点，在适宜条件下淀粉废水浊度和c o d 的去除率分别为9 2 1 l 和5 4 0 9 。 俞年丰等1 3 6 l 筛选分离得到6 中酵母，然后分别利用这6 中酵母及其混合菌对马铃 薯淀粉废水进行处理，实验结果表明各种酵母菌对该淀粉废水均具有较好的处理效 果，并且混合菌的处理效果要好于单个菌株，在连续流培养条件下，混合酵母菌的 活性和菌体量也比较高，m l s s 稳定在1 2 l 左右，c o d 的去除率稳定在7 7 左右。 ( 2 ) 电渗析法 王文正等【3 7 l 在膜法处理马铃薯淀粉废水并回收低聚糖的中试试验中，采用电渗 析技术对淀粉废水进行了脱盐实验。采用膜集成技术回收马铃薯淀粉废水中的有用 物质，可以增加企业的经济收益，在回收马铃薯淀粉废水中得低聚糖过程中采用电 渗析器进行脱盐不失是一种经济适用的技术，实验结果表明，经过电渗析器的处理， 废水中的盐分基本被脱除干净，提高了低聚糖的品质和纯度。 ( 3 ) 臭氧处理法 臭氧是一种强氧化剂，具有极强的氧化能力，在处理一些难降解的有机污染物 方面具有较好的处理效果1 3 8 1 5 河此年：l 技大学硕1 ：学位论文 任燕等p 9 j 采用臭氧冲泡处理马铃薯淀粉废水，并对自行设计的工艺路线技术参 数进行模拟研究，实验结果表明，臭氧可以去除马铃薯淀粉废水中的污染物，溶液 p h 值、臭氧浓度、温度、通气时问等式影响臭氧处理效果的重要因素。碱性条件下 污染物去除率要高于酸性条件下的去除率，当臭氧浓度为5 0 0 9 h 、温度2 0 、通气 2 h 时，c o d 、总磷、氨氮及悬浮物的去除率分别为6 5 8 9 、6 2 0 7 、6 2 7 l 、8 4 1 2 。 臭氧在降解污染物的同时回收一定的干物质，臭氧冲泡法干物质回收率为4 0 6 5 ， 其中蛋白质占6 6 2 1 、脂肪占2 7 3 、总糖占0 8 0 、灰分占4 3 7 、粗纤维占8 6 3 。 1 3 3生物法 生物处理法是利用微生物的新陈代谢作用，使淀粉废水中的有机污染物被降解 为无害的物质，使废水得到净化的方法，一般可分为好氧生物处理法和厌氧生物处 理法两种。该方法具有处理费用低、处理效果好、无二次污染等优点，鉴于此，该 方法在高浓度有机废水处理方面得到广泛的应用。 ( 1 ) 好氧生物处理法 生物塘法 生物塘利用天然净化能力处理废水，该技术于2 0 世纪5 0 年代得到快速发展，尤 其在生物污水和有机工业废水处理中得到了广泛应用。根据塘内微生物类型、供养 方式不同可以将生物塘分为厌氧塘、兼性塘和好氧塘。针对马铃薯淀粉废水中有机 物的浓度较高，可采用厌氧塘、兼性塘和好氧塘相结合的处理技术1 4 0 ，4 l l 。 杨凤江等1 4 2 】将淀粉废水排人氧化塘自然发酵1 2 天，然后排入水葫芦池净化 7 d ，再排入细绿萍池净化7 d ，达到了农田灌溉水质标准。陈勇等【4 3 l 采用物理一生物 接触氧化一生物塘法串联的处理工艺对淀粉废水进行治理，处理效果明显，处理后各 项水质指标均达到了污水综合排放二级标准。 序批式活性污泥法( s b r 法) 廖鑫凯等1 4 4 l 在常温下利用s b r 法处理低浓度淀粉废水，对于废水c o d 小于 1 1 0 0 m l 的低浓度淀粉废水，单用完全曝气s b r 法就能取得很好的处理效果，但是 当c o d 浓度增大时则需要设置厌氧段以促进淀粉的水解酸化过程，厌氧段的设置对 c o d 的去除作用并不是十分明显，在此工艺中曝气反应对c o d 的去除起主要的作用。 苏宏等1 4 5 l 用加压s b r 法处理淀粉加工废水，当进水c o d 为3 5 0 0 4 0 0 0m g l ， 停留时间为8 1 2 h 时，出水c o d 小于1 5 0 m g ，l ，c o d 去除率为9 4 9 6 7 ，达到 国家规定排放标准。该处理工艺简单、实用、效果好与普通s b r 相比，该方法生 化反应速度快、有机物去除率高且耐负荷冲击能力更强，但是处理费用比较高。 刘博等【4 6 j 利用絮凝+ s b r 法作为主体工艺处理马铃薯淀粉废水，确定了最佳水力 停留时间为1 5 h ，当进水c o d 浓度在8 0 0 0 m g ，i 左右，复合絮凝剂p a c 投加量为3 0 3 3 4 6 第1 章绪论 m i l ，p a m 投加量为2 6 7 m l ；l ，c a ( o h ) 2 投加景为3 3 9 l 时，c o d 的去除率为5 2 0 8 。 该工艺絮凝剂投加量少，比较经济，出水色度好，运行费用低，出水稳定及管理简 单。 生物接触氧化法 j i n 等【4 7 1 利用一组有效体积为4 5l 的曝气反应器对淀粉废水进行处理，在该反应 器中用l o 的d a r 2 7 1 0 真菌接种，在起始p h 为4 o 、温度3 5 的条件下反应1 4 小时， c o d 去除率为9 5 ，9 5 以上的淀粉物质被转化，并且每升废水可以回收2 0 7 2 3 9g 蛋白质。在此过程中产生的真菌蛋白质没有毒性，可以用作动物饲料，具有很好的 环境效益和经济效益。 杨启峰等l4 8 】采用沉淀分离一单纯曝气组合工艺处理北方城市马铃薯淀粉加工废 水，取得了很好的处理效果。 范潇梦等1 4 9 】采用高分散系好氧生化反应器处理淀粉废水，在未经酸化的情况下， 进水c o d 为13 0 0 2 0 0 0m l 时经过4 小时曝气处理后，出水c o d 小于6 0m l ，出水 稳定。该工艺的曝气比较均匀，能够避免曝气死角，曝气池体积缩减3 0 5 0 ，曝 气能耗降低5 0 ，并且系统运行灵活、启动迅速、抗冲击负荷能力强，明显优于传统 的处理方法。 n i k o l a v c i c 等1 5 0 l 采用两级的活性污泥法，并在两级中间添加一个好氧选择器，不 仅可以防治污泥膨胀还可以提高处理效率，这种工艺的应用广泛，不仅可以处理马 铃薯淀粉废水，而且对糖厂、造纸厂的废水也有十分好的处理效果。 王鹤立等1 5 1 】采用高效复合生物反应器来处理淀粉废水与生活污水的混合废水。 复合生物反应器中的附着微生物和悬浮微生物共同对废水中的c o d 起降解作用。当 混合废水进水c o d 为1 5 0 0 2 0 0 0m l ，b o d 5 在8 0 0 1 1 5 0m l 时，经过4 小时的曝气 处理，出水c o d 为5 0 “0m g l ，达到国家排放标准。该工艺同时兼具生物膜法和活 性污泥法的优点，并且生物量密度大、污泥沉降性能好、无污泥膨胀、运行稳定、 处理效率高等优点，近年来已得到高度重视和广泛应用。 陈勇等【5 2 l 用接触氧化+ 生物氧化塘的组合工艺处理江西国药厂的玉米淀粉废水 取得良好效果，c o d 的总去除率达9 3 ，运行费用仅为o 4 元吨，各项水质指标达到 国家二级标准，回收蛋白质作为饲料所得经济效益l l 万元，可见此工艺的经济效益 十分可观。 ( 2 ) 厌氧生物处理法【5 3 5 8 】 上流式厌氧污泥床反应器( u a s b ) 李燕等1 5 9 j 采用上流式厌氧污泥床反应器来处理淀粉废水，首先取化粪池的消化 污泥进行淘洗，去除杂质，然后作为接种污泥接种到u a s b 反应器中，污泥量占整个 u a s b 有效容积的三分之一。结果表明用u a s b 处理高浓度淀粉废水具有很好的效果， 7 河：比f ：i 技火学硕卜位论文 当淀粉废水的c o d 为4 0 0 0 8 0 0 0m l 时，c o d 的负衙高达4 5k ( m 3 d ) ，去除率达到 9 0 以上。 郑圣坤等i 删利用模拟实验方法研究了u a s b 氧化塘工艺处理马铃薯淀粉废水的 技术可行性，实验结果表明，u a s b 一氧化塘组合工艺对淀粉废水中的有机污染物具 有良好的去除效果，c o d 的去除率可以达到9 5 。b o d 5 的去除率为9 8 ，其他的水 质指标也均达到国家污水综合排放二级标准。 管锡瑶等l6 1 】采用改良的u a s b 处理淀粉废水，该反应器在三相分离器前加回流水 方式，主体部分可以分为三个区域：内循环反应区、缓冲稳定区和三相分离区。内 循环反应区采用了射流混合方式来强化泥水间的混合传质效果。在反应器运行的 1 4 l 1 5 l 天时，负荷达到l l k ( m 3 d ) ，c o d 去除率达到9 2 以上，但是大部分的出水 水质达不到传统二级处理工艺的出水水质。 m i nj l 等1 6 2 l 在高温( 5 5 ) 下u a s b 反应器处理人工淀粉废水的效果，揭示了高 温厌氧条件下淀粉分解为脂肪酸的转化规律和组成结构，在实验条件范围内，单位 有机负荷转化为脂肪酸的转化常数，乙酸是挥发酸的主要组成成分。c o d 负荷为1 7 6 k ( m 3 d ) 以下时丙酸的生成量占第二位，但是当c o d 负荷超过1 8 4k ( m 3 d ) 时，丙 酸的生成量下降，丁酸的生成量迅速上升。实验结果表明，在高温条件下用升流式 厌氧污泥床反应器处理碱性( p h = 1 0 1 1 ) 淀粉废水，水解和酸化效率高、水力停留 时间短、有机负荷高，并且反应器运行稳定，没有明显的污泥颗粒流失现象。 胡威夷f 6 3 l 利用厌氧好氧相结合的处理工艺来处理淀粉废水，该工程成功的运用 常温u a s b 处理工艺处理淀粉废水，并实现了反应器接种活性污泥的颗粒化，在国内 淀粉废水处理行业尚属首例，厌氧处理获得的沼气使得整个污水处理厂能做到能源 自给。 厌氧折流板反应器( a b r ) 2 0 世纪8 0 年代初，美国s t a l l f o r d 大学的b a c h m a n 和m c c a r t y 等人在厌氧生物转盘的 基础上改进开发了厌氧折流板反应器( a b r ) 脚l 。 徐金兰等1 6 5 j 采用a b r 反应器来处理模拟淀粉废水，实验结果表明在酸化初期， 各个反应区p h 逐级升高，c o d 和v f a 逐级降低，明显具有两段厌氧消化的特点。完 全酸化期，各反应区p h 值降到3 5 4 5 范围后保持不变，各个反应区出水c o d 与进水 c o d 相当。酸化过程中污泥浓度逐渐降低，v f a 不断积累，其中甲酸、丙酸、丁酸 浓度升高。 厌氧滤池( a f ) m i s h r a 等嘲j 将微生物接种在泡沫胶床厌氧生物反应器中，并向其中添加c a c 0 3 以及n i 、c o 、m o 等微量元素将生物固定在泡沫胶上面形成生物膜。然后利用此反应 器处理某食品厂的马铃薯淀粉废水，在c o d 负荷为3 8 5k g ( m 3 d ) ，水力停留时间为8 d 8 第1 章绪 论 的条件下，c o d 的去除率为7 1 ，产气量为1 i 6l d ，其中甲烷含量为8 5 。此反应 器运行稳定，耐冲击负荷能力强。 于忠民等1 6 7 i 采用厌氧生物滤池一活性污泥法组合工艺处理马铃薯淀粉废水，在 室温条件下，总有机碳去除率大于8 5 ，并且产生较少污泥量，运行效果稳定。 厌氧流化床( a f b ) m a t s u m o t o l 6 8 i 用小试厌氧流化床处理淀粉废水，当p h 值= 5 8 时产甲烷过程受到部 分抑制，系统运行的最佳p h 值为6 2 ，但是该系统不能长期稳定的运行。 栾金义等1 6 9 j 利用生物流化床+ 接触氧化法的组合工艺处理北京某淀粉厂废水，淀 粉废水，使淀粉废水先经过流化的生物载体后再经过填料层，c o d 去除率为9 0 左 右，废水可达到国家排放标准。该工艺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。 厌氧内循环反应器( i c ) 吕建国等7 0 】采用超滤一i c 反应器一m b r 工艺处理马铃薯淀粉废水，重点研究了 i c 反应器处理马铃薯淀粉废水的工艺参数，实验结果表明，在常温下，当进水c o d 为6 0 0 0 9 0 0 0m l ，h i 盯为5 小时容积负荷为2 3 6 2k g c o d 】“m 3 d ) 时，i c 反应器对 c o d 的去除率为9 1 4 3 ，采用该工艺处理马铃薯淀粉废水完全可以达到废水回用的 目的。 王文正等【7 i i 采用i c m b r 工艺在1 5 2 5 的低温下处理马铃薯淀粉废水，对反应 器的运行效果以及影响反应器处理效果的因素进行了实验研究，结果表明，i c 反应 器处理马铃薯淀粉废水最佳水力停留时间为5 小时，最佳负荷为2 3 6 2k g ( m 3 d ) ：m b r 反应器最佳d o 为4m l ，最佳h r t 为8h ，操作压力位1 6 4k p a 左右时，该系统出水 c o d 在5 5m l 以下。 吕卫利等【7 2 1 采用i c 反应器处理玉米淀粉废水，研究表明，反应器水力停留时间 l h ，进水c o d 负荷1 8 蚝【c o d 】“m 3 d ) ，进水c o d 为5 0 0 0m l 时，出水的c o d 浓度在 1 0 0 0m l 以下，去除率为8 0 以上，当c o d 负荷为l ok g 【c o d 】( m 3 d ) 左右时，内循 环变成了连续流。 厌氧接触法( a c p ) s u v a i i t t a 彻t 等1 7 3 】采用厌氧接触消化装置处理淀粉废水，反应装置由两部分组成， 其中下半部分是污泥床，上半部分是接触填料，实验表明，废水中c o d 的去除率达 到8 0 以上，通过对沼气循环可以较高的提高厌氧消化反应器的效率，使得h r t 缩短， 效果更佳。 余宗莲等1 7 4 1 分别在中温( 3 2 ) 和自然温度条件下采用厌氧接触消化技术处理 高浓度的淀粉废水，实验结果表明，在中温条件下厌氧消化处理效果较好，p h 为 4 0 4 9 、c o d 浓度为1 1 6 0 4m l 的原水经过处理之后，c o d 容积负荷最高达到5 0 6 9 河j 匕科技犬学硕p 位论爻 k ( m 3 d ) ，出水c o d 平均为1 7 7 8m g l ，c o d 去除率为8 5 8 ，同时出水的p h 值上升 到6 4 7 0 。 两相厌氧消化法( t p a d ) 啊n 等1 7 5 l 利用u a s b u a f ( 升流式厌氧污泥床一厌氧滤柱系统) 在低负荷条件下 处理马铃薯淀粉废水，在长达4 2 0 天的实验时间内，c o d 的总去除率为9 5 ，s s 、v s s 的去除率大于9 8 ，由于该工艺在低负荷条件下进行，所以不需要设置三相分离器， 从而节省了投资和能耗，并且产甲烷量高，经济附加值较高。 管运涛等1 7 6 l 在产酸与产甲烷反应器之间添加一套膜组件从而制成两相厌氧膜生 物系统，之后用该系统处理实验室人工配制的淀粉和糖混合废水以及高浓度淀粉废 水，c o d 的去除率达到9 5 以上，在处理过程中，膜组件起到了强化处理效果的作 用，并且有利于系统的稳定运行。 1 3 4 组合工艺处理法 李嘉等1 7 7 l 采用水解酸化+ a b 工艺对高浓度马铃薯淀粉废水进行处理，当进水 c o d 浓度为8 0 0 0m l 左右时。反应器的最佳水力停留时间为1 5 h ，经处理后的出水 c o d 小于8 0m l ，b o d 5 在2 0m l 左右，s s 小于6 0m l ，p h 值为6 5 7 5 ，基本达 到g b 8 9 7 9 1 9 9 6 国家综合污水排放标准的一级排放标准。 杜新贞等1 7 8 】在实验室模拟的条件下，采用混凝沉淀+ 泡沫分离+ 吸附工艺处理马 铃薯淀粉废水，马铃薯淀粉废水中含有高浓度的有机污染物，c o d 的浓度约为 3 0 0 0 0 4 5 0 0 0m g l ，p h 为4 5 5 6 ，环境温度较高时该类废水快速发酵，变成黄色 浆水，随着停留时间增长，水体颜色逐渐加深，p h 值逐渐下降，采用p a c 混凝沉淀、 泡沫分离和吸附方法连用处理马铃薯淀粉废水，水体总c o d 去除率为8 0 1 ，蛋白质 的去除率大约为8 9 4 。从实验结果来看，p a m 的水解度影响絮体的大小和沉降速度， 搅拌时间和搅拌速度与实验水体用量有关系，溶液p h 、泡沫液柱高度比、气水比影 响泡沫分离效率，采用活性碳吸附去除污染物的效果更好 刘博等1 7 9 l 采用絮凝+ s b r 工艺处理马铃薯淀粉废水该工艺由絮凝沉淀吃和s b r 反应器组成，工艺流程如图2 4 所示。 当进水c o d 为8 0 0 0m g ，l 左右时，复合絮凝剂p ：a c 的投加量为3 0 3 3 4m l 几左右， p a m 投加量为2 6 7m g l ，c o h ) 2 投加量为3 3g l 时，出水c o d 浓度为3 8 3 6m g l ， c o d 去除率为5 2 0 8 。从处理工艺的效果和经济考虑，s b r 反应器的最佳总水力停 留时间为1 5h 。该系统运行费用低，管理简单，出水稳定，c o d 在1 0 0m g l 左右， b o d 5 在8 0 吼左右，p h 值6 5 7 5 。达到国家排放标准 淀粉废水中含有一定浓度的s 0 3 和s 0 4 厶，会对产甲烷菌具有一定的抑制作用。 针对此特点，s l a s b - c a s s 工艺在流程选择上采取了脱硫措施，降低了废水中亚 1 0 第l 章绪论 硫酸根和硫酸根的浓度，从而保证了生化处理过程的正常运行惮。s r 系统是前生物 处理设施，同时具有调节水质水量和酸化的作用，将含硫酸根和亚硫酸根废水中得 蛋白类高分子化合物和复合盐分解转化为水溶性的有机酸以及少量醇和酮等，提高 了废水的可生化性，s r 系统的出水进入主要设备u a s b 反应器，在此反应器内，废 水中的大部分有机污染物得到降解，然后废水进入c a s s 反应系统，c a s s 反应器是 循环式好氧活性污泥反应系统，是s b r 的改进型。经过处理后，废水达到排放标准， 处理效果好。 u a s b s b r 法是两级串联的厌氧与好氧相结合技术，其中厌氧是该技术的主要 部分，针对淀粉废水含有高浓度有机物、易生化性的特点，使得淀粉废水中大部分 有机污染物降解，然后废水再进入s b r 中进行好氧生物处理，以进一步降解废水中 得有机污染物，最终使得废水达到国家排放标准1 8 l l 。石慧岗等f 3 2 i 采用u a s b 和s b r 相结合的工艺处理山东某中型玉米淀粉长的生产废水，效果稳定，在进水c o d 为 1 0 0 0 0 1 8 0 0 0 0m l 左右，可以使出水c o d 低于1 2 0m g l ，达到国家二级排放标准。 毛海亮等哺3 j 采用u a s b s b r 工艺处理淀粉废水，在该试验中充分利用了u a s b 高 效高负荷的优势，使得废水得到有效处理，实验结果表明：淀粉废水经过颗粒化污 泥稳定处理后出水c o d 为5 0 0m l 以下，然后再经过s b r 处理后，出水最终c o d 浓度为l o om l 以下。 李清泉等1 3 4 l 采用水解酸化一接触氧化工艺处理某淀粉加工成的淀粉废水，原水 经过水解酸化阶段后，b o d 5 c o d 从o 6 9 上升到0 8 2 ，使其后续的好氧处理效果得到 提高，c o d 和b o d 5 的去除率分别为9 7 和9 8 。 张之丹等【8 5 l 采用厌氧好氧气浮工艺处理山东某淀粉加工厂废水，s s 和c o d 的 去除率分别为9 9 2 和9 9 5 ，与此同时还可以回收蛋白质、沼气，取得了显著的环 境效益、经济效益和社会效益。 1 4 存在的问题及展望 1 4 1马铃薯淀粉废水处理中存在的问题 由于淀粉废水有机负荷高、污染严重、排放量较大，且处理难度高，上文中所 阐述的淀粉废水处理方法在实际应用中都存在一定的问题1 8 2 1 。 ( 1 ) 气浮法处理马铃薯淀粉废水，虽然分离时间短、装置简单、占地面积小、 处理量大，但是进料位置、液面高度、气浮剂用量、迸气量等因素都会影响处理效 果。 ( 2 ) 絮凝沉淀法1 9 3 l 处理淀粉废水，虽然基建投资比较少、工艺简单、操作方便、 能耗低、对气温的变化适应性强，但是该方法的去除效率较低，尤其是对于废水中 的小分子有机污染物的去除率更低 河北科技大学硕一p 位论文 ( 3 ) 生物法m 1 叫处理淀粉废水，技术成熟可靠，耐冲击能力强，处理效果好， 尤其是u a s b 工艺以及与其他方法想结合的工艺在降解污染物的同事还能够回收甲 烷，在马铃薯淀粉废水处理中得到了广泛应用。但是生物法的缺点便是占地而积大， 能耗高，运行费用高，投资费用高，受废水温度、p h 值、有毒物质等环境条件影响 较大。 ( 4 ) 细菌法【枷2 】处理淀粉废水的去除率较高，占地少，投资小，是一种有前 途的净化高浓度有机废水的处理工艺，但是光合细菌法对温度的变化比较敏感，需 要设置相应的加热和保温装置，运行费用较高，管理部方便。 1 4 2 淀粉废水处理技术的发展趋势 针对马铃薯淀粉废水的特点，结合淀粉废水处理技术的研究现状f 嘲0 4 1 ，在未来 应从如下几个方面加大对淀粉废水处理方法的研究和应用开发。 ( 1 ) 进一步研究厌氧生化处理工艺的快速启动方法，以适应我国部分地区淀粉 加工的周期性。 ( 2 ) 筛选和培育低分条件下处理淀粉废水的菌株，以适应北方地区冬季温度低 的情况。 ( 3 ) 继续加大对混凝剂研究的力度，尤其是对无毒无害的微生物絮凝剂的研发， 通过研究混凝剂的种类、用量和沉淀时间，提高淀粉废水的处理效果。 ( 4 ) 大力发展清洁生产和循环经济，继续研究回收淀粉废水中有用物质的方法 和技术：淀粉废水中有毒有害物质较少，应加大对淀粉废水深度处理回用的研究， 选择淀粉废水处理和资源化利用相结合的工艺技术。 ( 5 ) 应加强马铃薯淀粉废水综合处理工艺的研制和应用。通过组合工艺在实现 废水处理的同时回收废水中的有用物质，从而实现社会效益、经济效益和环境效益 的统一 1 5 研究目的及内容 1 5 1 课题研究目的 前文对淀粉生产过程及废水的产生情况，以及高浓度有机废水和淀粉废水处理 技术的研究进展及应用现状进行了简单的回顾和总结。从中可以看出，淀粉生产废 水有机物含量高、酸度大、氨氮和硫酸盐含量高，国内外常用的处理方法以厌氧一 好氧联合工艺为主。但从实际工程运行情况看，普遍存在的问题有以下几个方面： 厌氧反应器启动慢，污泥流失严重，致使反应器长时间不能投入正常运行，运行负 荷低，出水水质差且不稳定：采用的厌氧一好氧组合工艺只是两种处理方法的加和， 未充分考虑其各自微生物的生理特征，特别是后续好氧处理对进水水质的要求，致 1 2 第l 章绪沦 使整体系统处理效果波动大，难以达到预期的出