（高分子化学与物理专业论文）填料在高浓度淀粉废水生物处理中的应用研究.pdf

摘要 目前，我国淀粉生产企业非常多，淀粉是种重要的工业原料，广泛应用于 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，污染十分严重。对于高浓度淀粉废水处理技术来说，生物法处理高 浓度淀粉废水，具有高效、成本低、能耗小等优点。因此，淀粉废水的综合治理 及回牧利用越来越受到环境科学工作者的重视。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“厌氧好氧一体式高浓度有机废水处理装置”进行生 物法处理淀粉废水，而填料是废水生物处理技术的核心之一，我们在好氧室添加 有机和无机高分子填料，使微生物在填料上附着生长，通过扫描电镜观察填料挂 膜前后的表面结构，研究填料对高浓度淀粉废水生物处理中有机污染物的去除效 果。本文共分四章： 第一章淀粉废水生物处理技术及填料的研究进展 总结淀粉废水处理技术的基础上，重点综述了高浓度淀粉废水生物处理技术 及填料在生物法处理废水中的应用进展。 第二章橡胶填料在生物法处理高浓度淀粉废水中的作用研究 在好氧室添加有机高分子废旧橡胶作为微生物填料，厌氧室不添加填料，系 统稳定运行3 个月，研究厌氧室无载体自固定化微生物和好氧室载体固定化微生 物，通过扫描电镜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；讨论了厌氧- 好氧微生物对淀粉废水的降解机理实验结果表明，当温度 在2 5 3 5 c 范围，p h 值为5 0 - - 8 5 ，进水c o d 浓度在1 2 0 0 - 4 5 0 0m g ：l 范围内变 化，氨氮质量浓度在8 9 - - 4 8 5m g l 范围内变化，出水平均c o d 浓度为1 5 4 3 m g l ，反应器c o d 总去除率最高达到9 8 o ，出水氨氮平均浓度为8 1m g i 。， 氨氮平均去除率为6 6 8 。 第三章焦粒填料在生物法处理高浓度淀粉废水中的作用研究 在好氧室添加无机高分子焦粒作为微生物填料，系统稳定运行3 个月，实验 结果表明，当温度在2 5 - 3 5 范围，p h 值为5 0 - 8 5 ，进水c o d 浓度在1 4 0 0 - 5 0 0 0 m g l 范围内变化，氨氮质量浓度在1 5 2 巧1 3m g 1 范围内变化，出水c o d 平均 浓度为1 8 4 6m g l , 反应器c o d 总去除率最高达到9 8 7 ，出水氨氮平均浓度 为9 6m g l ，氨氮平均去除率为6 4 0 。 第四章多孔炉渣在生物法处理高浓度淀粉废水中的作用研究 在好氧室添加无机高分子多孔炉渣作为微生物填料，系统稳定运行1 个多 月，实验结果表明，当温度在2 5 - 3 5 1 2 范围，p h 值为5 0 - 8 5 ，进水c o d 浓度 1 4 0 0 - 3 0 0 0m g l 范围内变化，氨氮质量浓度为1 5 2 4m g l 范围内变化，出水 c o d 平均浓度为1 6 0 4m g l ，好氧( o ) 出水c o d 总去除率最高达9 6 4 ，出 水氨氮平均浓度为1 0 8m g l ，氨氮平均去除率为4 7 9 0 总之，采用“厌氧一好氧一体式折流板生物反应器”处理马铃薯淀粉废水， 在好氧室添加不同的有机和无机高分子填料，可使微生物在填科上生长繁殖及挂 膜的程度不同，对淀粉废水处理的效果不同。三个填料体系中有机高分子橡胶填 料体系对淀粉废水的处理要好于其它两种填料体系，进一步说明有机高分子橡胶 填料上附着的微生物量大，微生物活性较高但出水水质均可完全达标排放。 关键词：有机高分子：无机高分子；废水处理；淀粉废水；填科；生物处理技术 i n a b s t r a c t s t a r c hi sak i n do fi m p o r t a n ti n d u s t r ym a t e r i a l s ，w h i c hi s a p p l i e di n f o o d , c h e m i c a le n g i n e e r i n g , w e a v e , m e d i c i n e , a n do t h e ri n d u s t r y t h e r ea r cal o to f c o r p o r a t i o n s t o p r o d u c es t a r c hi n c h i n a t h eh i g hc o n c e n t r a t i o na c i do r g a n i c w a s t e w a t e ri sp r o d u c e di np r o c e s so fs t a r c hp r o d u c t i o n , a n di t sp o l l u t i o ni sv e r y s e v e r i t y a sf a ra st r e a t m e n tt e c h n i q u e so fh i g hc o n c e n t r a t i o ns t a r c hw a s t e w a t e rw e r e c o n c e r n e d , b i o t r e a t m e n ts h o w sm a n yv i r t u e s s u c ha sh i g he f f e c t , e c o n o m i c , s m a l lo f c o d s u m e t h e r e f o r e ，t r e a t m e n to fs t a r c hw a s t e w a t e rh a sa t t r a c t e d4g r e a td e a lo f a t t e n t i o n i nt h i st h e s i s , w eh a dd e s i g n e da n dm a n u f a c t u r e dak i n do fs i m p l ea n d m o v a b l ee q u i p m e n t t h e a n a e r o b i c - a e r o b i c i n t e g r a t i v eb a f f l e db i o r e a c t o r f o r t r e a t m e n to fh j i g hc o n c e n t r a t i o ns t a r c hw a s t e w a t e r c a l _ r i e ri sak e yt e c h n i q u eo f b i o t r e a t m e n t s o m eo r g a n i ca n di n o r g a n i cp o l y m e rm a t e r i a l sa r eu s e da st h e 锄r r i e rt o f i l li na e r o b i cp o n dt os u p p o r tt h eg r o w t ho fm i c r o o r g a n i s m s t h er e m o v a le f f i c i e n c y o fo r g a n i cc o n t a m i n a t i o ni nh i g hc o n c e n t r a t i o ns t a r c hw a s t e w a t e ri si n v e s t i g a t e db y t h ec a r r i e l s s u r f a c es t r u c t u r e so fc * l i e rb e f o r ea n da f t e ra t t a c h e dw e r ea n a l y z e db y s e m t h et h e s i si n c l u d e sf o u rc h a p t e r s ： c h a p t e rl ：b i o t r e a t m e n tt e c h n i q u eo fs t a r c hw a s t e w a t e ra n dt h es t u d y a d v a n c eo f c a r r i e l o nt h eb a s eo fs u m m e r i n gt h et r e a t m e n tt e c h n i q u eo fs t a r c hw a s t e w a t e r , t h e t r e a t m e n tt e c h n i q u eo fh i g hc o n c e n t r a t i o ns t a r c hw a s t e w a t e ra n da p p l i c a t i o no f a h r i e r si nt h eb i o t r e a t m e n tw a s t e w a t e rw e r er e v i e w e d c h a p t e r2 ：e n 硪o f l a t e xc a r r i e ri nb i o t r e a t m e n to fh i g hc o n c e n t r a t i o n s t a r c hw a s t e w a t e r l a t e xm a t e r i a l s 舔c 狮 i e g sa 础c di nt h ea e r o b i cp o n dt os u p p o r tt h eg r o w t ho f m i c r o o r g a n i s m s t h eb i o r e a c t o rs y s t e mw a ss t e a d i l yo p e r a t e dm o r et h a nt h r e em o n t h s , a n a e r o b i cp o n ds e r f - i m m o b i l i t y m i c r o o r g a n i s m sa n d ( ： l i l - i e r i na e r o b i cp o n do f i m m o b i l i t ym i c r o o r g a n i s m sh a sb e e ns t u d i e d b a s e do ns c a n n i n ge l e c t r o n i c m i c r o s c o p y ( s e l v 0p h o t o g r a p h s ，i tw a so b s e r v e dt h a tm i c r o o r g a n i s m sc o n g e r i e s s h a p e , s i z ea n dm i c r o b ea r ed i f f e r e n t i na e r o h i cp o n da n da e r o b i c p o n d m i c r o o r g a n i s m sd e g r a d a t i o nm e c h a n i s mo fa e r o b i ca n da e r o b i cp o n dw a sd i s c u s s e d i ns t a r c hw a s t e w a t e rt r e a t m e n t t h ee x p e r i m e n tr e s u l t si n d i c a t e dt h a tt e m p e r a t u r ew a s c o n t r o l l e db e t w e e n1 8 。ca n d3 5 。c p hw a sb e t w e e n5 0a n d8 5 。c 0 dc o n c e n t r a t i o n s o fi n f l u e n t r a n g e df r o m1 2 0 0t o4 5 m g la n l l n o n i u mn i t r o g e n 飓一n ) c o n c e n t r a t i o n sv a r i e d8 9 - 4 8 5m g lt h ea v e r a g ec o dc o n c e n t r a t i o n so fe f f l u e n t s w e r e1 5 4 。3m g ，lt h em a x i m u mr e m o v e 阳把o fc o dw a su pt 09 8 o t h ea v e r a g e n h 3 - nc o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n t sw a s8 1m g lt h en h 3 - na v e r a g er e m o v a l e f f i c i e n c yw a s6 6 8 c h a p t e r3 ：e f f e c to fn u t c o k ec a r r i e ri nb i o t r c a t m e n to fh i g hc o n c e n t r a t i o n s t a r c hw a s t e w a t e r i n o r g a n i cp o l y m e r sn e t - c o k e sa r ef i l l e di nt h ea e r o b i cp o n da 3m i c r o o r g a n i s m s e a r l i e rd u r i n gap e r i o do fm o r et h a nt h r e em o n t h so fs t e a d ys t a t eo p e r a t i o n t h e r e s u l t si n d i c a t e dt h a tt e m p e r a t u r ew a sb e t w e e n1 8 0 ca n d3 5 。c p hv a r i e df r o m5 0t o 8 5 c o dc o n c e n t r a t i o n so fi n f l u e n tr a n g e df r o m1 4 0 0t o5 0 0 0m 啦a m m o n i u m n i t r o g e n 科h 3 n ) c o n c e n t r a t i o n sv a r i e d a t1 5 2 - 5 1 3 m g la v e r a g ec o d c o n c e n t r a t i o n so fe f f l u e n t sw e r e1 8 4 6m g lt h em a x i m u mr e m o v er a t eo fc o dw 笛 9 8 7 t h en i - 1 3 - na v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n t sw a s9 6m g lt h en h 3 - n a v e r a g er e m o v a le f f i c i e n c yw a s6 4 0 c h a p t e r4 ：e f f e c to fc i n d e rc a t i e r 抽b i o t r e a t m e n to fh i g hc o n c e n t r a t i o n s t a r c hw n s t e w a t e r i n o r g a n i cp o l y m e r sp o m n sd n d e ma r e f i l l e di nt h ea e r o b i cp o n d 鹬 m i c r o o r g a n i s m sc a r r i e r t h eb i o r e a c t o rs y s t e mw a ss t e a d i l yo p e r a t e dm o r et h a no n e m o n t h t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tt e m p e r a t u r ew i t sb e t w e e n1 8 。ca n d3 5 。cp hv a r i e d f r o m5 0t o8 5 c o dc o n c e n t r a t i o n so fi n f i u e n tr a n g e df r o m1 4 0 0t o3 0 0 0m g h a m m o n i u mn i t r o g e n 吖h 3 邶c o n c e n t r a t i o n sw e r eb e t w e e n1 5 0a n d2 4 0m g lt h e a v e r a g ec o d c o n c e n t r a t i o n so fe f f l u e n t sw e r e1 6 0 4m g lt h em a x i m m nr e m o v e r a t eo fc o dw a s9 6 4 t h en h 3 - na v e r a g ec o n c e n t r a t i o no fe f f l u e n t sw a s1 0 8 m 班t h en h 3 - na v e r a g e r e m o v a le f f i c i e n c yw a s4 7 0 i ns u m m a r y , a n a e r o b i c - a e r o b i ci n t e g r a t i v eb a f f l e db i o r e a c t o r w a sa p p l i e di n t r e a t m e n to fh i g hc o n c e n t r a t i o np o h 砒os t a r c hw a s t e w a t e r t h r e eo r g a n i ca n di n o r g a n i c p o l y m e rm a t e r i a l sw e r eu s e da st h ec a r r i 盯i na e r o b i cp o n df o rs u p p o r t i n gt h eg r o w t h o fm i c r o o r g a n i s m s i to b t a i n sd i f f e r e n te f f e c t s i nt r e a t m e n to fp o t a t os t a r c h w a s t e w a t e r d u et ot h eh i i g hb i o m a s sa n da c t i v i t yo fm i c r o o r g a n i s m so nt h ec a r r i e ro f o r g a n i cp o l y m e rl a t e xc a t r i c f t h et r e a t m e n te f f i c i e n c yi ss u p e r i o rt ot h eo t h e ra h r i e i s i nt r e a t m e n to fp o t a t os t a r c hw a s t e w a t e f t h e r e f o r e , t h ew a t e rq u a l i t yo fe f f l u e n tc o u l d a t t a i nd i s c h a r g es t a n d a r d k e yw o r d s ：o r g a n i cp o l y m e r ；, i n o r g a n i cp o l y m e r , w a s t e w a t e ri r e a l m e n t ；s t a r c h w a s t e ? v a t e r ；c a r r i e r ；, b i o t r e a t m e n tt e c h n o l o g y v 独创性声明 本人声明所呈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己在论文中作了明确 的说明并表示了谢意。 ， 签名：丛丛孳：e t l l l l ：绑! ：! 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：塑塾墅导师签名：磊鲎& 日期：竺蔓：! ：! 西北师范大学硕士毕业论文 第一章淀粉废水生物处理技术及填料的研究进展 1 1 引言 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 多万吨；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甚多。这些废水中主要含有溶解性淀粉、少量蛋 白质、有机酸、尘土、矿物质及少量的油脂，易腐败发酵。使水质发黑发臭，捧入江 河会消耗水中的溶解氧，促进藻类及水生植物繁殖，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，淀粉废水 的综合治理及回收利用越来越受蓟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，运行负荷，出水水质还达不到 要求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。多相厌氧、好氧组合工艺处理高浓度水污染，始终是许多国家环境工作 者关注的热点，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 ) i 。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 e a 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闭。目前，在单纯物 化、多相厌氧或好氧生物处理高浓度淀粉废水生物处理的理论研究和工艺技术上积累 了相当的经验，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 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 和应用己经在全世界范围内得到了长足的进步，开发出了许多新型高效的组合式反应 器。以高效、稳定、节能、并具有对污染物去除的多功能性为共同特点的厌氧生物处 理新工艺，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 的关注并正在不断深入的研究。 水处理中填料是生物处理技术的核心之一它的性能对废水处理工艺过程的效率、 化学化工学院甘肃省高分子材料重点实验室导师：壬荣民教授 2 第一章淀粉废水生物处理技术及填料的研究进展 能耗、稳定性以及可靠性均有直接影响。利用微生物在固体表面的附着生长对废水进 行生物处理，从而有了填料的出现，填料的材质、比表面积的大小、填料表面的粗糙度、 布水布气性能、强度、密度和造价等因素，直接影响到废水处理的效率和运行的可行性。 填料作为微生物的载体，影响着微生物的生长、繁殖、脱落和形态的整个过程，它的性 能直接影响和制约着处理的效果。 1 2 高浓度淀粉废水生物处理技术的研究与进展 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：化学耗氧量( c o d ) 、生物耗氧量( b o d ) 、 悬浮物( s s ) 等都非常高化学需氧量( c o d ) p l ，是用化学氧化剂( 重铬酸钾或高 锰酸钾) 氧化分解有机物时，用与消耗的氧化剂当量相等的氧量来间接表示需氧物的 多少。化学氧化剂为重铬酸钾时表示为c o d c 。，化学氧化剂为高锰酸钾时表示为c o d m 。 因此，c o d 往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。c o d 越大，说明水体受有机 物污染越严重。生化过程中消耗的溶解氧的量来间接表示需氧物的多少，称为生化需 氧量( b o d ) 。b o d 5 是指废水样品的5 日生化需氧量。淀粉废水本身无毒性，其污染物 主要是碳水化合物、蛋白质、脂肪等自然生成的有机物，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。 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、维生素、以 及酶类、茄素等。如果直接捧放，会造成严重污染。马铃薯淀粉生产所产生的废水主 要有：水洗工艺中排放出来的污水，此污水c o d 在5 5 0 0 - 6 3 0 0m g l ，p h 在6 5 - 7 o ：在 淀粉脱水时产生的废水，其有机物浓度较低，c o d 大约为2 0 0 0m g t , ，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 0m 矿。 呈中性；此外，还有车间地面冲洗水，生活污水等【4 l 。 1 2 1 淀粉废水生物处理技术 废水的生物处理法就是提供合适的条件，利用微生物的新陈代谢功能，使废水中 呈溶解和胶体状态的有机污染物被降解，并且转化为有用的物资，使废水得以净化。 化学化工学院甘肃省高分子材辩重点实验室导师t 王荣民教授 西北师范大学硕士毕业论文 3 相比较废水的物理、化学处理方法如吸附和混凝，这些方法只是将有机物从废水中转 移，需要考虑后续处理。而生物处理法是比较彻底的降解有机物，故生物处理方法越 来越受到重视，也是处理废水的重要途径之一 1 2 2 生物处理方法 典型的生物处理法包括：好氧工艺；厌氧工艺；厌氧、好氧、物理、化学组合工 艺当c o d 2 0 0 0 m g l 时，采用厌氧处理有些不适用，可直接进行好氧处理，选用厌 氧会出现处理能力过剩，从经济技术角度讲是不合算的 1 ) 好氧生物处理法 好氧生物处理需要提供一定的营养物质，并且需要曝气而使得运行费用很高。最 主要的是这种处理系统只适用于低浓度的有机废水，故其单独操作对淀粉废水荠没有 很大的意义，一般用在厌氧生物后续处理，适合处理低浓度的有机废水而淀粉废水 的c o d 一般较高，所以应用的较少但近年来，n i k o l a v c i cb 等1 5 1 人应用好氧生物氧化 法处理淀粉废水，取得了一定的效果。 根据微生物在水中是悬浮状态还是附着在某种填料上区分，好氧生物处理法又分 为活性污泥法和生物膜法1 6 】 活性污泥法：活性污泥法是近几年废水处理的主要方法之一，是处理生活污水和 工业废水最广泛使用的方法。它能从污水中去除溶解的和胶体的可生物降解有机物以 及能被活性污泥吸附的悬浮固体和其他一些物质，无机盐类也能被部分地去除。活性 污泥法最早于1 9 1 4 年由英国) r d e r n 和w t l o c k e t t 仓| 立，迄今已有9 0 多年历史，它衍 生出了多种多样的工艺流程并广泛应用于城市生活污水和工业废水的净化并取得巨大 的成功川 序批式活性污泥法：简称s b r ，又名问歇曝气，其主体构筑物是s b r 反应池。污水 在这个反应池中完成反应、沉淀、捧水及摔除剩余污泥等工序，使处理过程大为简化。 s b r 工艺在我国工业废水处理领域应用也比较广泛，已经建成的应用s b r 工艺处理的废 水包括：屠宰废水、苯胺废水、含酚废水，啤酒废水、化工废水、淀粉废水等用s b r 法处理淀粉废水的研究较少。廖鑫凯等1 8 j 研究t s b r 法在常温下高效地处理低浓度淀粉 废水对于淀粉c o d 1 1 0 0m g l 的废水，单用完全曝气s b r 法就能得到很好的去除效 果：随着浓度增大，则需要设置缺氧段，以促进淀粉被水解酸化成小分子有机酸，但 缺氧段的设置对c o d 的去除不明显，曝气反应对c o d 的去除起主导作用缺氧段的长 短应由废水性质来决定。l i n 等1 9 1 人应用s b r 法处理淀粉废水，取得了一定的效果。苏 宏等i m 】采用加压s b r 法处理以杂豆类为原料生产粉丝产生的废水；：进水c o d 为 化学化工学院甘肃省高分子材料重点实验室导师：王荣民教授 4 第一章淀粉废水生物处理技术及填料的研究进展 3 0 0 0 - 3 5 0 0m g l ，停留时问为渊i ，出水c o d 1 0 0m 班，达到国家规定的排放标准。 该方法具有处理工艺简单、实用、效果好，与普通s b r 法相比，加压s b r 法具有生化反 应速度快、有机物去除率高、耐负荷冲击能力更强，但处理费用高。 生物膜法：生物膜法主要为生物滤池法、生物转盘法和生物接触氧化法等。 2 0 世纪6 0 年代，由于新型有机合成材料的大量生产，使用聚乙烯、聚苯乙烯和聚 酰胺等做成的有机人工合成填料，生物膜法获得了新的发展。到了2 0 世纪7 0 年代，出 现了生物转盘( r b c ) 、淹没式生物滤池和生物流化技术。 生物膜法在废水处理中有许多优点，如产生的污泥量少，不会引起污泥膨胀；生 物膜上参与净化反应的微生物种类相当多，具有存活时间长，对废水水质和水量变动 具有较好的适应能力；运行管理方便，简易等。但利用生物膜法处理废水也有不足之 处，投资大、生物膜容易脱落，大量非活性细小悬浮物分散水中使处理水的澄清度降 低。 生物接触氧化法：刘耕耘等【1 1 】研究了利用生物接触氧化法处理马铃薯淀粉废水的 工艺流程，并试验了各种工艺条件对处理结果的影响。在适宜条件下c o d 和b o d 的去 除率分别达9 0 和9 6 左右，出水达标排放。 范潇梦等【1 2 】采用高分散系高传质好氧生化反应器对玉米深加工淀粉废水进行了直 接好氧曝气处理。在未经酸化情况下，当进水c o d 介于1 3 0 0 - 2 0 0 0m g l 、b o d 5 介予 7 0 0 - 1 1 0 0 m g l 时，经4 h 曝气处理后可获得c o d 6 0 m g l 、b o d s 3 0 m g l 的稳定出水。 该工艺曝气均匀，能够避免曝气死区，明显优于传统处理方法，不仅曝气池体积可缩 减3 0 - 5 0 ，曝气能耗也可降低5 0 ，而且系统具有运行灵活、启动迅速、抗冲击负 荷能力较强的特点。 n i k o l a v c i c 等 1 3 l 采用两级活性污泥法，并在两级间加一好氧选择器，防止污泥膨胀 的同时也提高了处理效率。另外，这种工艺不但可以处理马铃薯淀粉废水，而且对于 糖厂、造纸厂等的废水处理也非常成功 陈福根等【1 4 1 先采用一级接触氧化再加二级生物氧化塘的治理方案处理了江西国药 厂的玉米淀粉废水，c o d 总去除率达9 3 ，各项指标达到g b 8 9 7 8 - 8 8 - 级标准。 王鹤立【1 5 l 等采用高效复合生物反应器处理玉米深加工淀粉废水与生活污水的混合 废水复合生物反应器是由附着相和悬浮相微生物在曝气池中共同作用的污水处理系 统。它同时兼具活性污泥法与生物膜法的主要优点，并具有生物量密度大、污泥沉降 性能好、无污泥膨胀，运行稳定、效率高等特点。当混合废水进水c o d 在1 5 ( 1 0 - 2 0 0 0 m g l ，b o d 5 在8 0 0 - 1 1 5 0m g i 尉，经4 h 曝气处理后r 可获得c o d 在5 晰om g l ，b o d 5 化学化工学院甘肃省高分子材科重点实验室导师- 王荣民教授 西北师范大学硕士毕业论文 5 在1 8 - 3 0m g l 的稳定出水，优于行业废水排放标准 彭诚志等1 1 6 】利用两段式生物反应器在有氧条件下处理淀粉废水，这种反应器下部 是流化床，上部为固定床，整个反应器内填充着活性碳和纤维介质，使微生物附着在 其上生长，废水通过下部的多孔分流板流入，处理后c o d 5 时，处理效率达9 0 以上。 杨景亮等1 3 0 l 采用u a s b 反应器处理康欣制药有限公司的维生素b 1 2 和淀粉生产混和 废水，在中温条件下，保持反应体系在中性和偏碱性，c o d 容积负荷最大为3 0l 【g ( m 3 d ) 的时候，c o d 去除率为8 0 厌氧颗粒污泥膨胀床( e g s b ) ：e g s b 反应器是荷- - - “w a g e n i n g e n 大学环境系在2 0 世纪8 0 年代开始研究的新型厌氧反应器。e g s b 反应器实际上是改进的u a s b 反应器。 不同之处是e g s b 采用更大的高径比和增加了出水回流，上升流速高达2 5 - 6 0 m h ，远 大于u a s b 采用的0 5 2 5m h 的上升流速因此，e g s b 反应器中的颗粒污泥床处于部 分或全部膨化状态，再加上产气的搅拌作用，使进水与颗粒污泥充分接触，传质效果 更好，可处理较低浓度的有机废水n u n e z 掣3 1 1 人利用e g s b 处理淀粉废水取得了一定 的效果。 厌氧内循环反应器( i c ) 。厌氧内循环反应器于2 0 世纪8 眸代中期由荷兰p a q 切邑s 公司开发成功该反应器在结构上如同两个u a s b 反应器上下重叠串联，在底部高负荷 区，通过三相分离器实现出水内循环；上部为低负荷区，废水在这里得到进一步处理。 i c 系统相当于两级u a s b i 艺的串联运行，处理效果好，出水水质较为稳定i c 反应器 具有较大的高径比，通过内循环，反应器在高的上升流速下运行( 底部区为1 0 - 2 0m h ， 上部区为2 - 1 0m h ) 同时，i c 反应器具有基建投资省，占地面积小的优点，其容积仅 为u a s b 反应器的1 4 - 1 3 ，且内循环是在沼气的提升作用下实现的，不需外加动力 化学化工学院 甘肃省高分子材料重点实验室导师；王荣民教授 8第一章淀粉废水生物处理技术及填料的研究进展 两相厌氧消化系统( 1 。e a d ) ：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 p a d ) 。该工艺于1 9 7 7 年在比利时首次应用于 生产，随后引入我国。由于两相厌氧有利于提高容积负荷率，增加运行稳定性，从而 引起了人们的极大关注。 有机废水厌氧生物处理是有机物在多种厌氧微生物的作用下转化为甲烷和c 0 2 的 过程，通过对厌氧消化过程中产酸茵和产甲烷菌的形态特性的研究，人们逐渐发现产 酸菌种类多，生长快，对环境条件变化不太敏感。而产甲烷菌则恰好相反，专一性很 强，+ 对环境条件要求苛刻，繁殖缓慢。基于此理论依据j 两相厌氧生物处理系统把酸 化和甲烷化两个阶段分别在两个串联反应器中进行，使产酸菌和产甲烷菌各自在最佳 环境条件下生长，研究发现两相系统中产甲烷菌数量比单相系统高4 5 倍，产甲烷菌活 性比单相系统高3 4 倍，可以说两相厌氧生物处理系统提高了厌氧处理的效率和运行稳 定性【3 2 1 。v 柚d e n b u r 曲等【3 3 1 人采用脚处理淀粉废水取得了一定的效果。 两相厌氧消化工艺的基本原理：厌氧过程中两大类菌群，即产酸菌群和产甲烷菌 群，它们在营养要求、生理代谢、繁殖速度和最适环境条件等方面，都存在很大的差 异，在单相厌氧消化工艺中，两大类菌群在一个反应器内，不利于充分发挥各自的最 佳活性。两相厌氧消化工艺则将产酸和产甲烷过程分离，使两类菌群分别在各自适宜 的生态环境下生长繁殖，能显著提高活性 y a n a g i 等! 驯利用两相厌氧反应系统在产酸反应器与产甲烷反应器中间加一膜组 件，处理小麦淀粉废水，有机物去除率大于9 9 ，同时此装置可耐受大的c o d 冲击负 荷，甲烷产率高，可回收大量的能源。 厌氧折板式反应器( a b r ) ；随着对厌氧消化机理研究的不断深入和各种高效厌氧 反应器的飞速发展，废水的厌氧生物处理技术已经成为资源和环境保护的核心技术之 一2 0 世纪8 0 年代初，美t 亘s t a n f o r d 大学的m c c a r t y 及其合作者在厌氧生物转盘反应器 的基础上改进开发出了厌氧折板式反应器【。a b r 几乎完美的实现了k n i n 龋等f 3 5 】提出 的分级多相厌氧( s t a g em u l t i - p h a s e a n a e r o b i c ，简称s m p a ) t 艺的思路图1 1 为各种 形式的a b r 反应器【蚓，反应器内垂直于水流方向设置导流板，将反应器分隔为串联的 几个反应室，每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统，其中污泥以颗粒形 式或絮状形式存在。废水由导流板引导上下折流前进，依次通过每个格室的污泥床直 至出口，此过程中废水中的有机物与厌氧污泥反复接触而得到去斛强a b r 反应器具 有以下优点：结构简单，无特殊的气，固分离系统；在各格室中的微生物拥有最佳的 生物活性；耐冲击负荷，对毒性物质有更好的缓冲适应能力瑚，3 9 i ；拥有更优舯出水水 化学化工学院甘肃省高分子材料重点实验室导师，王荣民教授 西北师范大学硕士毕业论文9 质j i a nl g w 抽一柏】等采用a b r 法处理淀粉废水取得了一定的效果 沈耀良等【4 1 4 2 1 对厌氧折流板反应器( a b r ) 处理高浓度淀粉加工废水的效果及污 泥特性进行了研究，在中温( 3 5 ) 、进水c 0 d 负荷为1 扣1 8k g ( m 3 - d ) 、水力停留时间 r = 1 2 之4 h 时，c o d 的去除率可达7 2 - 9 6 。研究表明：不同条件下反应器不同隔 室中的挥发性脂肪酸( v f a ) 及p h 的变化呈现出显著的相分离及移动特征 b b i23 l l曩 b 23 e d e 2 图1 1 各种形式的a b r k 应嚣州 注：b 表示沼气( b i o g z s ) ，w 表示进水( w a s t e w a t e r ) , e 表示出水( e f f l u e n t ) 从以上所列举的淀粉废水生物处理方法中可以看到，厌氧方法占多数，其原因除 了厌氧方法较好氧方法有许多优点外，还因为淀粉废水的c o d ，b o d 等均较大，适宜 厌氧处理：如果待处理的废水c o d ，b o d 或s s 等的浓度较小，可以考虑应用好氧处理 化学化工学院 甘肃省高分子材科重点实验室导师：王荣民教授 1 0第一章 淀粉废水生物处理技术及填料的研究进展 法，因为好氧方法设备简单，处理时间较厌氧法短，而且无不良气味的气体产生。另 外，还可以发现，运用单一的一种方法往往处理效率不理想，而将各种方法结合起来， 可以使它们的优缺点相互补充，达到较高的处理效果。 3 ) 厌氧- 好氧组合工艺处理法 高浓度淀粉废水先进行厌氧处理，厌氧处理后出水c o d 仍在数干m g l ，仍需好氧 处理，才能达标排放。因此，现在国内外研究较多的是厌氧好氧组合工艺处理高浓度 淀粉废水。p a r k 掣船1 人利用厌氧好氧组合工艺处理淀粉废水取得了较好的效果。 u a s b 好氧组合工艺处理淀粉废水：黄甫浩等1 4 4 , 4 5 1 采用u a s b 反应器曝气氧化塘 混凝沉淀组成的系统对玉米淀粉废水处理工艺进行了研究，结果表明，在3 7 3 8 范围 h u a s b 反应器以8 k g c o d ( m 3 m 的负荷运行时，c o d 可降解到1 0 0 m g l 以下，s s 可降 到8 0m g l 以下。 胡威夷1 4 6 采用以常温u a s b 反应器为主要处理单元的生化处理工艺处理淀粉废水。 结果表明：在满负荷运行时，u a s b 单池反应器的有机物容积负荷满足甚至超过设计负 荷，c o d 的去除率大于7 5 ，加上后续好氧工艺处理，可满足废水排放标准。 荣宏伟等1 4