（环境工程专业论文）木薯淀粉生产废水达标处理新工艺研究.pdf

桂林工学院硕士学位论文 摘要 j 1 两术薯淀粉生产废水具有水封人，水质波动人且成分复杂，有机物含餐高，易酸化变 质，废水含有对微生物有抑制作i l 的c n 一离子等特点，常规的方法难以取得好的左除效果。 目前国内外对术薯淀粉废水处理方法研究的也不够。针对水薯淀粉生产废水的特性和j 两 小薯加1 的实际情况本文采川以u a s b 为主的生物处理j ：艺对水薯淀粉生产过科中的高 浓度有机废水进行了处理试验研究。 为_ 研究开发一套能实现爪薯淀粉生产废水达标排放的处理新f 艺，笔者以小试规模 的u a s b b c o 组合1 艺对小薯淀粉生，“废水进行r 处理试验研究。试验表明，在进水 c o d 浓度小丁8 0 0 0 m g l 、水力停留时间为11 2 7 h 的条什i - ，组合j 艺对c o d 女除率人r 9 5 ，山水小rl o o n l g ，达到污水练台排放一级标准，并目废水中的c n 有毒物质对处理 效果影响不人。 此外，试验还对u a s b 的启动性能、稳定运行特性、抗冲击负荷性能和重新启动性能 进行了研究。试验表明，u a s b ：艺启动快、运行稳定、对有机物的去除效果好、抗冲击负 荷能力强，升且能始终保持6 5 以上的c o d 去除率。反应器在中断运行一段时间厉，能快 述恢复处理能力。 试验中还采i l j 絮凝沉淀法处理术薯淀粉废水同时同收蛋白。结果表明，采州聚铝作 絮凝剂处理废水，c o d 去除率可达4 9 1 。 同时，本文还对u a s b - - b c o 纲台f ：艺进行了经济分析，利h ju a s b 反廊器产生的沼气， 每处理1 吨废水可产生沼气4 m ，处理每吨废水总赢利可达4 2 6 元。 综l ，得山以下结论： 1 u a s b - - b c o 组合j + 艺是实现j 商小薯淀粉生产废水达标排放的有效新型 ：艺。 2 u a s b 反应器对水薯淀粉生产废水中的有机物有很高的去除能力，对废水中各种有毒 物质也有很好的适应性，能适应术薯淀粉生产废水特点。 3 与其它方案相比，以u a s b 为主的废水处理i j 艺不仅能够保证出水达标排放，而且 能实现综合利崩废水中的有川资源，经济效铺比较显著。因此能被小薯淀粉生产厂家所接 受。 关键词：术薯淀粉生产废水：u a s b ；b c o ；颗粒污泥；沼气 桂林3 - 学院硕士学位论文 a b s t r a c t c a s s a v as t a r c hw a s t e w a t e ri og u a n g x ic o u l dn o tb et r e a t e db e t t e rw i t hc o n v e n t i o n a lm e t h o d s b e c a u s ei th a st h ec h a r a c t e r i s t i c so fh i g ho r g a n i cc o n c e n t r a t i o n s h o r td i s c h a r g i n gp e r i o d a n di t a l s oc o n c l u d e sh i g hc n 。c o n c e n t r a t i o nw h i c hw o u l dh i n d e rt h em e t a b o l i s mo fb a c t e r i a t h e c a s s a v as t a r c hw a s t e w a t e rt r e a t m e n tw a ss e l d o ms t u d i e di nd o m e s t i ca n do v e r s e aa r e a a c c o r d i n gt ot h es p e c i f i cp r o p e r t i e sa n dt h ea c t u a ll o c a lp r o d u c i n gs i t u a t i o n ，u a s bw a ss e l e c t e d a st h em a i np r o c e s st od ot h ee x p e r i m e n to f s t a r c hi n d u s t r i a ls e w a g ed i s p o s a l l no r d e rt oe x p l o r eas e to fp r o c e s st h a tc a ne f n c i e n t l yt r e a tc a s s a v as t a r c hw a s t e w a t e r , u a s b b c op r o c e s sw a su s e dt od ot h ee x p e r i m e n t a ls e w a g ed i s p o s a l t h er e s u l t sj n d i c a t e dt h a t w h e nc o di nt h ei n f l u e n tw a sb e l o w8 0 0 0 m g ia n dt h eh y d r a u l i ct i m e ( h r t ) w a s11 2 7 h ，t h e r e m o r a lo fc o da c h i e y e d9 5 ，t h ee f f l u e n tc o db e l o w1 0 0 m g 1 ，r e s p e c t i v e l y ，w h i c hc a n b ed i s c h a r g e di n t or i v e rd i r e c t l y , t h er e s u l t sa l s oi n d i c a t e dt h a tt h eu a s bc a ns t a r tq u i c k l y , w o r k i n gs t e a d i l y , a n dh a v eg o o d r e m o v a le f f e c to fo r g a n i cm a t t e r s u a s bh a se x c e l l e n ta b i l i t yo fb e a r i n gh i g hi m p a c tl o a d s a n d k e e pt h er e m o v a lr a t eo f 6 0 a l w a y s f l o c c u l a t i o nt r e a t m e n tw a su s e dt ot r e a tw i t ht h ec a s s a v as t a r c hw a s t e w a t e r , a n dp r o t e i nj n t h ew a s t e w a t e ri sr e c l a i m e d t h er e s u l t si n d i c a t e d a b o u t4 9 1 c o di nt h ew a s t e w a t e rc o u l db e r e m o v e dw i t ht h ep o l y m e i z a t i o na l u m i m u mc h l o r i d ec o a g u l a t i o np r e c i p i t a t i o np r o c e s s m o r e o v e ct h ee c o n o m i cp r o b l e m sw e r ea n a l y z e da b o u tt h ec o m b i n e ds y s t e mo fu a s ba n d b c o r e s u l t ss h o w nw h e n1 tw a s t e w a t e rw a st r e a t e d ，t h eu a s bc a ng e n e r a t e4r n 。m a r s hg a s ， w h i c hc a rp r o f i t4 2 6y u a n t os u mu p ，w ec a nd r a wc o n c l u s i o n sa sf o l l o w i n g ： 1 u a s b b c oi sa ne 用c i e n tp r o c e s sw h i c hc a nb en tt ot r e a tt h ew a s t e w a t e rf o r mc a s s a v a s t a r c hp r o d u c t i o n 2 u a s bh a sh i g hr e m o v a lc a p a b i l i t ya n da l s oh a sah i g ht o l e r a n c et ot o x i cm a t e r i a ls u c ha s c n 。a sc a na d a p tt h ec h a r a c t e r i s t i c so f w a s t e w a t e rf r o mc a s s a v as t a r c hp r o d u c t i o n 3 c o m p a r e dw i t ho t h e rm e t h o d s ，t h et r e a t m e n tu s i n gu a s ba st h em a i nc a n e n s u r et h e e f f l u e n tt om e e tt h er e g u l a t i o n ，a n da l s ob y p r o d u c ts u c ha sb i o g a sp r o d u c t i o nc a nb e u s e da s as o u r c eo fe r i e r g w h i c hh a sah i g he c o n o m i cp e r f o r m a n c e f u r t h e r m o r e i ti s m o r ea p p l i c a b l ef o r t h ec a s s a v as t a r c hp r o d u c ts i t u a t i o nj ng u a n g x i ， k e yw o r d s ：c a s s a v as t a r c hw a s t e w a t e r ；u a s b ；b c o ；g r a n u l a rs l u d g e 2 桂林工学院硕士学位论文 独创性声明 率人声明所晕交的沦文足我个人在导师指导下进行的研究t 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，论文巾币包含其他人已经发表或撰写过的硎。究成 果也小包含为铁得梓林丁学院或其它教育机构的学位或证。而使用过的材料。与我一同t 作 的同忠对本司f 究所做的任何贡献均已在论文巾作了明确的说叫并袁叫i 了谢意。 签名：望! ! 日期：! 竺墅夕 关于论文使用授权的说明 本人完全了解桂林下学院有关保留、使用学位沦文的规定，即：学校有权保留送交论文的 复印件，允许沧文被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内释，可以采用影印、缩印 或其他复制手段保存论文， ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 签名：鱼唑导师繇逊日期：型、， 桂林工学院硕士学位论文 刖 西 水是地球上不可代替的自然资源，我国的人均水资源占有量仅为世界平均 水平的四分之一，水体污染和水环境生态恶化已成为制约经济发展的重要因素， 保护水资源、防治水污染，改善水环境是可持续发展的必由之路。 “广西水环境污染主要是由一些高浓度有机工业废水排放江河所致” 这 足1 9 9 8 年全国政协环境保护考察团检查工作时对我区水环境质量的评价。广西 全区的水环境现状的确不容乐观，来自淀粉、食糖、味精等企业的高浓度有机 生产废水出丁受污水成分、排放季节、污水量等因素的影响，大多数污水没有 得到有效的处理就直接排入江河等自然水体，严重污染了“四江”( 左江、右江、 邑江、郁江) 流域的地表水体并影响到周围的生态环境和沿岸居民的生活环境， 给居民健康带来了严重的威胁。为了促进广西区环境和经济的可持续发展，必 须要把“四汀”流域的水环境污染防治工作做好。 受自治区科技厅委托，我院承担了广西壮族自治区重点课题之一“四 江”流域重点污染防治技术研究及综合利用技术开发研究项目，主要负责木薯淀 粉牛产废水的达标处理新工艺研究，笔者有幸参加了该课题的研究。 厌氧一好氧组合工艺是环保科研工作者开发出来的一种水处理新技术，已 广泛应用于各种有机废水处理中，取得了很好的实际工程经验，但是用此工艺 处理木薯淀粉废水鲜有正式的报道，迄今为止，广西还没有此类处理工艺用于 木薯淀粉废水的治理。 本文就木薯淀粉生产过程中产生的高浓度有机废水进行了处理试验研究， 在总结了国内外木薯淀粉废水处理技术的基础上，采用厌氧一好氧组合工艺处 理木薯淀粉废水，取得了较好的效果，并同时根据广西木薯淀粉生产废水的特 点寻求开发一套高效低耗、应用前景广阔的达标处理工艺，以解决目前木薯淀 粉生产厂家废水排放对广西水生态环境的污染问题。 论文完成分四个阶段：( i ) 论文准备阶段( 2 0 0 3 3 1 0 ) ，收集资料、准备 试验设备；( 2 ) 现场试验阶段( 2 0 0 3 i i 2 0 0 4 4 ) ，以广西明阳生化有限公司为 试验基地，在此阶段进行了各种分析监测，包括了对处理系统进出水c o d 、p h 、 桂林工学院硕士学位论文 v f a 、碱度、s s 、v s s 、溶解氧和浊度等的监测，取得了大量的试验数据，为论 文的编写打下了峰实基础：( 3 ) 室内补充试验阶段( 2 0 0 4 5 2 0 0 4 10 ) ，对试验 作进一步的补充，以完善试验内容；( 3 ) 资料整理和论文编写阶段( 2 0 0 4 1 l 2 0 0 5 5 ) 。 桂林工学院硕士学位论文 第一章淀粉生产废水处理研究现状 淀粉是一种重要的工业原料，广泛应用于食品加工、纺织、造纸、医药、 铸造、胶粘、化工、机械及钻井等行业。目前，我国年产淀粉3 0 0 多力吨，其 中木薯淀粉生产占3 2 1 “1 ，淀粉生产的产量平均年递增率为1 4 ，尽管如此， 中国人均消耗淀粉仅2 公斤，大大低于世界平均水平，因此随着经济发展和人 民生活水平的提高，淀粉生产会有一个较大的发展，同时木薯淀粉生产也逐步 形成了一个独特的具有行业和技术特点的门类体系。 木薯淀粉生产的大力发展将带来人量木薯淀粉生产废水，而该类淀粉废水 具有自己相当突出的特点，给原有淀粉废水处理研究提出了新的课题。目前国 内外针对玉米、小麦等淀粉废水都有较系统的研究，而对木薯淀粉废水处理技 术的研究则很少提及。 1 1 淀粉废水处理研究现状 淀粉废水是淀粉以及相关淀粉化工产品在生产过程中产生的废液。在淀粉 生产过程中，需水量很大，废水排放量也很大，每生产一吨淀粉排放的废水约 为1 0 2 0m5 ，废水中含有大量残余淀粉、蛋白质、有机酸、糖类、脂肪等有机 物，是食品工业中最严重的污染废水之一。在淀粉产量不断增大的同时，淀粉 废水的排放量也与f f 俱增，这些废水如不加以处理而直接排入水体，会造成水 体缺氧，使水生动物窒息，给环境带来极大的危害。 从2 0 世纪六、七十年代开始，各国相继展开对淀粉废水的治理研究，到 8 0 年代国外就有了较为成熟的生物处理工艺并付诸实现。如荷兰在1 9 8 0 年就 建成17 0 0 m 的u a s b 反应器用于土豆淀粉废水的处理，澳大利亚在1 9 8 3 年建成 4 2 0 0 m 5 的u a s b 反应器用于小麦淀粉废水的处理等”3 。 迄今为止，国内外学者采用不同的途径进行了多方面的研究，探索了多种 方法用于处理淀粉生产废水的可能性及可行性。归纳起来，可分为物理化学法 和生物法以及光合细菌法三类。 11 1 物理化学法 桂林工学院硕士学位论文 淀粉废水处理的物理化学方法有物理沉淀分离法、化学絮凝沉淀法及膜分 离技术等，其中最常用的足化学絮凝沉淀法。 絮凝沉淀法是通过在废水中加入絮凝剂( 有时还需要加入助凝剂) ，降低胶 体溶液的稳定性，使之凝聚沉淀，然后分离净化的方法。絮凝剂的选用在絮凝 沉淀法中很关健，常用于淀粉废水处理的絮凝剂有聚合氯化铁、聚合氯化铝、碱 式氯化铝等，近年来还研制了一些新型的絮凝剂如f e n t o n 试剂、f n f 、微生物 絮凝剂等。 研究表明，絮凝沉淀法对低浓度淀粉废水( c o d 4 0 0 0 m g l ) 中的有机物有较 好的去除作用，但存在沉淀时间长、出水p h 值高、可能产生二次污染等问题。 如张美华等用聚铁作絮凝剂来处理水质为c o d ：3 8 4 2 m g i 。、s s = 1 6 8 8 m g i 。， p h = 4 3 的某淀粉废水，絮凝后沉降9 0 m i n ，废水c o d 去除率为9 5 7 ，出水c o d 为1 6 5 m g l o “。f u k u n a g u 等在淀粉废水中加入聚合氯化铝及有机非离子聚合物， 搅拌沉淀后，废水的c o d 浓度由1 7 5 0 m g l 降到1 4 m g l ，s s 由2 0 0 m g l 降到不 足l o m g i 。乔应池等采用f e n t o n 试剂对某面粉厂淀粉废水进行处理，废水中 的c o d 为2 1 0 0 m g l 、s s 为5 3 0 m g l ，处理后出水c o d 小于1 0 0 m g l ，s s 小于 8 0 m g l 。许昭和等采用f n f 对某玉米淀粉废水进行絮凝沉淀处理，在最佳条 件下c o d 及s s 去除率均在8 0 以上”1 。 对于有机物浓度较高的淀粉生产废水，用絮凝沉淀法处理其效果并不理想。 如莫兀根”3 等利用碱式氯化铝对土豆淀粉废水( c o d = 1 2 9 7 9 m g l ) 进行絮凝沉淀， 最佳条件时，c o d 去除率仅为4 7 。邓述波等用微生物絮凝剂对沈阳某玉米淀粉 黄浆废水进行处理，c o d ：6 2 2 2 m g l ，s s = 2 1 4 5 m g l ，加入絮凝剂后将p h 值调至 9 1 0 之间，沉降5 m i n 后废水的s s 去除率可达8 5 5 ，但c o d 去除率较低，仅 为6 8 5 ，出水c o d 约为1 9 6 0 m g l ”。 综上所述，絮凝沉淀法对高浓度淀粉生产废水中的有机物去除效率较低， 出水有机物含量高，达不到规定的排放标准，因此必须进行后续处理；有的絮 凝沉淀出水碱度大，会影响后续处理的运行。 另外，工业废渣也可作为絮凝剂用于淀粉废水的处理。李明臣等采用d s z 作混凝剂、p a m 作助凝剂对某玉米淀粉废水进行处理。原水水质：c o d = 2 5 3 5 m g l 、 s s = 5 1 5 m g l 、n i l ，一n = 5 6 8 m g l 。絮凝沉淀后经4 0 m i n 沉降，再经砂滤和活性炭 桂林工学院硕士学位论文 吸附后出水p h 值为1 1 7 ，c o d 、s s 和n i = n 的去除率分别为9 3 、9 6 年h7 4 “1 。 该工艺可取得较好的有机物去除效果，但是工艺存在沉淀时间长、反应级数多， 砂滤层更新和活性炭活性恢复困难、操作要求较高、运行费用较高等问题。 112 生物处理法 淀粉废水属于高浓度有机工业废水，可生化性好，通常不合毒性。闲此国 内外常用生物处理法柬对其进行处理，包括活性污泥法、厌氧生物法、生物膜 法、氧化塘等。 1 1 2 1 厌氧生物法 厌氧生物法凶具有低能耗、低费用、能产生新能源等优越性能，使之在处 理高浓度有机废水领域应用广泛。近年来，在淀粉废水厌氧生物处理中，发展 最快应用最多的是升流式厌氧污泥床( u a s b ) 工艺。此外，厌氧生物滤池、厌氧 接触法、厌氧填料床、纵向折流套筒厌氧污泥床( v b a s b ) 、膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 等l ：艺也有所应用“o 1 。 1 ) u a s b 工艺及u a s b a f 工艺 u a s b 工艺用于淀粉废水的处理可取得较好的处理效果。张振家“、李燕等 在利用u a s b 反应器处理淀粉废水时发现，当废水c o d 浓度在4 0 0 0 8 0 0 0 m g l 时，适当控制运行条件，c o d 去除率可达9 0 以上。但在高负荷条件下，u a s b 对有机物的去除能力有所下降。杨景亮等采用u a s b 反应器处理维生素b 。：淀粉 生产混合废水，在中温条件下，反应体系在中性和偏碱性状态下，当进水浓度 在2 0 0 0 1 0 0 0 0 m g l 时，c o d 容积负荷最大为3 0 k g m 3 d 时，c o d 去除率为 8 0 。 u a s b a f ( 厌氧生物滤池) 组合工艺对土豆、谷物淀粉废水进行处理也取得了 令人满意的结果。t i n 等研究认为中性条件下，反应器容积负荷可达 9 k g c o d m 3d ，c o d 的去除率平均为9 5 3 “”。郭静等对国外某公司马铃薯生产 废水进行了长达4 2 0 d 的实验处理，反应器运行稳定，有机物去除效果显著：c o d 、 b o d j 的总去除率大于9 5 ，悬浮物的去除率大于9 8 ，且产气量高“。海南某淀 桂林工学院硕士学位论文 粉厂将u a s b 和a f 置于一个反应器中，再联合多级串联曝气生物滤池和v 型生 物吸附过滤工艺对经预处理后的废水进行处理，出水为中性，c o d 小于8 0 m g l ， b o d 。小于3 0m g l ，s s 小于7 0 m g l 。该处理工艺保证了出水水质，但处理级 数多，需较多能耗，不太经济。 2 ) 厌氧接触消化技术 厌氧接触消化属于第二代消化技术，其特点是消化设施内能保持较高的生 物量。厌氧接触消化法在淀粉废水处理研究过程中也取得了较好的实验效果。 余宗莲等在中温和自然温度条件下处理高浓度淀粉废水，在中温条件下，容积 负荷为5 0 6k g c o d m d ，水力停留时间为2 5 d ，c o d 去除率8 5 8 ：在自然 温度下，容积负荷为3 2 2 k g c o d m d ，水力停留时间为3 4 4 d ， c o d 去除率 为8 2 3 。出水c o d 都在2 0 0 0 m g l 左右”。 吴志超等对淀粉废水进行了高温厌氧消化一超滤技术工艺的中试研究，反应 器容积负荷可达2 5 k g c o d m 。d ，c o d 去除率为9 0 _ 芏右，出水c o d 浓度仍然较 高为3 5 7 7 m g l = 。但与其它厌氧法相比，厌氧接触消化占地和能耗要求多一些。 显然，厌氧接触消化技术在处理淀粉废水时难以取得较好的有机物去除率， 高浓度的淀粉废水经处理后出水c o d 通常较高，必须进行后续处理。 1 1 2 2 好氧生物法 绝大多数淀粉生产废水有机物含量都很高，酱通的好氧生物工艺难以承受 高浓度有机物的冲击，因此完全采用好氧生物工艺处理淀粉废水的研究较少。 栾金义等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，整个反应器内填充有活性碳和纤维介质，使微生物 附着生长，废水通过下部的多孔分流板流入，处理后c o d 去除率达9 0 ，出水 c o d 小于1 0 0 m g l ，可直接排放。但工艺进水c o d 浓度较低，约为1 2 0 0 m g l “。 以好氧生物法为主的工艺还有接触氧化一生物氧化塘。”和加压s b r 法”等。 这些工艺均以好氧为主，结合厌氧生物工艺的使用，在去除有机污染物的同时， 对废水中氨氮也有较好的去除作用，但是只适用于有机物浓度较低的淀粉废水 的处理。 桂林工学院硕士学4 , i 论文 1 1 2 3 厌氧一好氧生物处理 厌氧一好氧组合工艺是处理高浓度有机工业废水的常用方法。淀粉废水处理 中，厌氧部分一般采用u a s b 、厌氧滤池、v b a s b 、水解酸化池等处理工艺，好 氧部分常采用活性污泥法、好氧接触氧化池、s b r 等，好氧工艺之后一般还需 再接气浮、吸附、过滤等装置，以保证出水达标。贺晓红采用以v b a s b b c o 一共 聚气浮池为主体为河南许昌淀粉厂设计了一个污水处理站，其中v b a s b 反应器 的平均进水浓度为4 5 1 1 8 m g l ，平均c o d 容积负荷为9 0 3 k g c o d m 。d ，h r t = 1 2 h 时，出水c o d 平均为7 7 8 1 m g l ，c o d 去除率达到8 1 4 7 ，系统总的出水达一 级排放标准”。李清泉等采用两段水解一b c o 处理高浓度玉米淀粉废水。在进水 c o d 为7 0 0 0 m g l 以上、整个处理工艺水温较低的情况下( 1 2 1 7 ) ，c o d 去除 率为9 7 9 ，出水c o d 和n h ：, - n 分别为1 6 2 m g l 、2 1 3 m g l ，达到困家二级排放 标准。“。孙震等采用u a s b s b r 处理高浓度淀粉废水( c o d 为1 0 0 0 0 m g l ) ，u a s b 采用中温消化，水力停留时问3 2 h ，有机负荷7 8 k g c o d m d ，c o d 去除率大 于9 0 。s b r 池周期为1 2 h ，滗水率为5 0 ，在迸水平均c o d 为1 0 0 0 0 m g l 时， 出水c o d 8 ) 。 黎铉海等对广西武鸣某淀粉厂废水进行了化学絮凝研究，结果表明以碱式 氯化铝作为絮凝剂对s s 的去除效果较好，去除率可达到9 9 ：而含铁复盐对c o d 的去除效果较好，去除率均在8 0 以卜。该法出水c o d 较高，需进一步处理刁 可达标排放。3 。 华南理工大学的岑超平采用进口高分子絮凝剂n o p 、6 5 0 b c 、a n 对木薯淀 粉黄浆废水( c o o 约为1 2 0 0 0 m g l ) 进行了研究，试验表明先用石灰乳中和，再进 行絮凝沉淀，可去除废水中6 0 以上的c o d ，最好时c o d 去除率可达9 9 3 ，总 固形物去除率为4 5 6 6 8 。但如果要保证最大有机物去除率，所需药剂费用 较高”。 浙江大学的郑平等利用u a s b 反应器对喀麦隆的木薯加工废水进行处理时 发现，当进水c o d 浓度不大于1 4 1 9 0 m g l 、h r t 为2 天时，反应器容积负荷为 6 8 k g c o d m d ，c o d 去除率可达9 0 以上。如果进水c o d 浓度大于1 4 1 9 0 m g l ， u a s b 对有机物的去除效果将大幅度下降。 广西大学的梁智采用混种发酵法来处理木薯淀粉废水，同时培养单细胞蛋 桂林工学院硕士学位论文 白。处理后废水c o d 去除率达6 0 以上，山水p h 值接近中性，单细胞蛋白产率 高，收益可观。 1 3 术薯淀粉生产废水综述 13 1 木薯淀粉生产概述 木薯是我国南方种含高淀粉的重要经济作物，广西是全国最大的木薯产 地，种植面积、产量稳定在2 7 万公顷和3 8 0 万吨，均占全国的六成。术薯用途 广泛，除用于粮食、饲料之外，还可作为医药、纺织、食品、化工等工业原料， 已经成为广西主要的经济作物之一。 广蹲区的木薯淀粉加工方式主要分为三种，一是大部分农民用鲜木薯浸水、 切片晒干制成木薯干片，储存或销售；二是少量用于鲜食、鲜卖；三是由工厂 加工成淀粉作为工业原料进行销售。目前，绝大部分木薯都用于淀粉生产。广 西目前大小淀粉生产企业10 0 余家，大部分分布在“四江”流域，其中最大的 是明阳淀粉厂，年产淀粉9 0 0 0 0 多吨；较大型的木薯淀粉加工厂有横县马岭乡 木薯淀粉加工厂，年产淀粉5 0 0 0 吨：崇左明阳淀粉厂年产淀粉1 8 0 0 0 吨：扶绥 县变性淀粉厂年产2 万吨淀粉等 1 3 2 木薯淀粉生产基本工艺 木薯淀粉生产主要包括原淀粉生产和变性淀粉生产。 1 ) 木薯原淀粉加工工艺 原淀粉的加工完全采用物理方法以新鲜木薯为原料进行，过程中不需投加 化学试剂。其生产工艺流程如图卜1 。 2 ) 木薯变性淀粉加工工艺 变性淀粉的生产则是根据成品的要求，在原淀粉尘产二级分离后的精浆中 投加相应的化学药剂，改变原淀粉的性质后再进行沈涤和分离。具体工艺流程 如图1 - 2 。 桂林工学院硕士学位论文 图卜1木薯原淀粉加工工艺流程图 投力化学药剂 匿一 i 原淀粉精浆i 图1 2 木薯变性淀粉加工工艺流程图 1 33 木薯淀粉生产废水综述 1 3 3 1 木薯淀粉生产废水的来源 在以木薯为原料生产淀粉及其深加工产品的过程中，不同的生产工序会排 出不同的废水。由上面的生产工艺可以看出，木薯淀粉废水主要来源于：木薯 的洗涤过程、淀粉原浆的加工分离过程、变性淀粉的生产过程、生产设备的洗 刷过程、地面的冲洗过程、锅炉的除尘过程以及冷凝过程。由于生产设备洗刷 水、地面冲洗水、锅炉除尘水以及冷凝水中污染物c o d 浓度低，易于处理且可 以回用，所以本文不作为重点考虑。本文将重点考虑木薯淀粉加工过程中产生 的木薯清洗废水、淀粉两次洗涤分离废水和变性淀粉生产废水四类。 1 3 3 2 木薯淀粉生产废水的水质、水量特点 木薯淀粉加工过程中，每生产1 吨原淀粉产生废水2 5 m 。，高于普通淀粉生 i n 桂林工学院硕士学位论文 产产生的废水量，其中木薯清洗水为1 5 m ，洗涤分离废水1 0 m ( 一次和二次洗涤 分离废水各占一半分别为5 m ) ，每生产1 吨变性淀粉产生废水3 0 m 。 木薯清洗废水中有机物含量少，无机悬浮物多，仅含有少量氨基酸和蛋白， 平均c o d 含量约为3 5 0 m g l ，含有较多小颗粒泥砂和木薯皮，还含有少量氰化 物，b o d c o d 为0 1 5 ，可生化性差；一次洗涤废水中的有机物主要是蛋白、氨 基酸、糖类和少量木薯纤维素等；二次洗涤废水和变性淀粉废水中主要含有氨 基酸、淀粉颗粒和蛋白。生产混合废水是上述四种废水的综合排放，有机物含量 很高，可生化性较好。 表卜3 木薯淀粉生产废水水质情况 腹水种娄 小薯清沈水 一次沈涤废水 一次沈涤废水 变盹淀粉j 发水 生产混含废水 c o d ( m g l ) b o d ( m l ) s s ( g l ) p h c n 2 0 0 7 0 03 0 1 0 0i4 37 60 - 642 8 8 0 0 0 - 2 1 0 0 05 0 0 0 一1 4 0 0 0 i 5 - i 94 2 6 73 21 6 0 0 0 2 5 0 0 03 0 0 0 8 5 0 0 1 3 - i 53 8 - 5 56 5 4 0 0 0 1 7 0 0 01 5 0 0 7 5 0 0 14 、28 70 左右56 4 0 0 0 1 2 0 0 02 4 0 0 7 5 0 0 10 4339 6254 续表卜3 木薯淀粉生产废水水质情况 注：祟左环保局分析：1 3 0 0 羽】c n 广两区分析测试中心：淀粉、芏i i j 、总糖、氨桀陂 广两水质监测m 桂林监测站：微量元素( f z n ) 从表卜3 还可以看出，木薯淀粉生产各类废水中都含有丰富的微量元素， 如铁、锰、锌、铜等。木薯清洗水中还含有较高浓度的氟化物和氯化物，洗涤 废水中还含有较高浓度的氟化物和k + ，变性淀粉废水中还含有高浓度的氯化物 和n a + 。此外，一次洗涤分离废水，c n 一浓度高达3 2 1 m g l ，超过废水生物处理 滞唑。茹罴黧鳓引 蝴一。 如 鲫 ” 舶 桂林工学院硕士学位论文 常规的毒物容许浓度。”1 。 1 4 广西木薯淀粉生产废水的治理状况 1 4 1 广西木薯淀粉生产废水的污染状况 据资料统计，广西全区2 0 0 3 年木薯淀粉产量为9 0 万吨，2 0 0 4 年达到1 0 0 万吨。按照淀粉排放生产废水量进行估算，广西2 0 0 4 年的淀粉生产废水排放量 将达到2 0 0 0 万m 。如此大量的高浓度有机废水排放，相当于一个5 4 0 万人口的 城市每天在排放生活污水，这对环境的危害可想而知。 而且，随着各行业对淀粉的需求增加，淀粉生产规模不断扩大，所产生的 废水量又将随之增加。由于木薯的收获季节在儿月至次年3 月，此时讵逢枯水 季节，淀粉厂纷纷_ 丌= 榨，把污染推给下游。木薯淀粉废水水量大，有机物含量 高，直接排入江河会大量消耗水中的溶解氧，促进藻类及水生生物大量繁殖， 造成河流严重缺氧，鱼虾等水生动物窒息死亡等，废水中的有机物又及易腐败， 散发恶臭，影响沿岸的空气环境，对当地的水体环境和周围居民的健康都造成 严重的危害，也严重威胁到“四江”流域的水生态环境、沿岸的农业生态环境。 因此，解决淀粉废水的污染问题已成燃眉之急。 142 广西木薯淀粉生产废水的治理现状 根据木薯淀粉厂的规模可将其分为大型、中型和小型三种。其中，大型淀 粉生产厂家对环境影响虽然较大，但对环保有认识并采取了治理措施。中型生 产厂家，大多数也重视环保，有的已经采取措施改进，有的则由于资金、土地、 技术或其它原因，还未动手治理。小型生产厂家，不少还采用旧式流槽工艺， 基本没有环保意识。 木薯淀粉废水的各种处理工艺中，厌氧生物氧化塘工艺是广西木薯淀粉厂 家用以处理其生产废水应用较多的工艺之一：木薯清洗废水混合淀粉加工一次 分离废水直接排入一级氧化塘。为了能有效的回收二次沈涤废水中的残余淀粉， 淀粉二次洗涤分离废水先排入回收沉淀池进行同液分离后再进入一级厌氧氧化 塘。一级厌氧氧化塘出水进入二级厌氧生物氧化塘，二级厌氧氧化塘出水用于 1 2 桂林工学院硕士学位论文 进行农作物灌溉或排入自然水体。事实上，该工艺的处理效果不好，原因在于 ( 1 ) 二次洗涤分离废水在淀粉回收过程中，在回收沉淀池中需停留较长的时间 ( 约1 0 h ) ，因此，池中的淀粉和废水会在一定程度上进行厌氧发酵，影响四收 淀粉的质量，并会散发臭酸味：( 2 ) 木薯淀粉生产废水水量大，废水在输送过程 中和进入厌氧氧化塘后都在进行发酵，并且由于水量多、有机物浓度高，散发 的臭味很浓，对周围空气污染严重。某些木薯淀粉厂家引进了e m 菌投入螗中， 对塘中产生的臭气有一定的缓解作用，但对废水中的有机物降解能力低，氧化 塘出水有机物浓度仍然较高，达不到废水治理的要求，而且使用成本较高，经 济上不合算。 山此可见，厌氧氧化塘工艺对木薯淀粉生产废水的处理达不到环境保护的 要求，需进行改进或采用其它工艺以实现木薯淀粉生产废水的达标排放。 1 4 3 广西木薯淀粉生产废水治理中存在的问题及发展方向 1 4 3 1 广西木薯淀粉生产废水治理中存在的问题 虽然广西已经开始重视对木薯淀粉生产废水的处理，但是由于缺乏适用的 处理技术等原因，还存在以下的一些问题： 1 大多数生产厂家只片面的注重生产效益，并未意识到木薯淀粉生产废水 给广西的水环境所带来严重的影响和危害，因此，不愿投资对废水进行治理。 2 现有治理设旌，如厌氧生物氧化塘负荷低，占地面积大，处理效率低， 出水有机物浓度仍然较高；污水输送和厌氧发酵过程中会产生恶臭，还会影响 周围大气环境。 3 目前，广西木薯淀粉生产厂家基本没有成熟可行的生产废水处理工艺， 现有的处理工艺成本都很高，一些厂家采用的处理工艺其处理1 吨水的成本大 约在l 元钱以上。 1 4 3 2 广西木薯生产淀粉生产废水处理的发展方向 为了保证木薯种植业和木薯淀粉加工业的稳步前进，实现广西工农业生产 与环境、经济的可持续发展，必须对木薯淀粉生产废水进行达标处理，今后必 桂林工学院硕士学位论文 须采取的对策是： 1 改善现有木薯淀粉加工过程中的用水方式，尽可能实现某些生产废水的 循环使用；推广清洁生产工艺，减少污水排放量。 2 研究工艺简单、经济可行的预处理方法，综合利用木薯淀粉废水中的各 种资源，回收有用物质，同时去除废水中的部分c o d ，达到综合利用的目的。 3 研究能够直接对高浓度木薯淀粉生产废水进行高效处理的新型工艺，使 处理后的出水达到相应的排放要求，并能直接排入自然水体。 4 桂林工学院硕士学位论文 第二章试验研究的目的、工艺选择和研究内容 广西木薯淀粉生产企业大部分位于“四江”( 左江、右江、岜江、郁江) 流 域，其生产废水水量大、有机物浓度高，是广西典型的大污染源之。该类废水 大多只是经过氧化塘进行处理甚至没有经过任何处理就直接排入了自然水体 中。由于氧化塘工艺对有机物的去除率不高且占地面积大，而木薯淀粉的生产规 模存不断扩大，排放的污水也越来越多，从而导致“四江”流域地表水体的严重 污染。自治区人民政府下文指示各级部门和科研机构，要求把“四江”流域环境 防治工作做好。 “四江”流域重点污染防治技术研究及综合利用技术) 1 ：发的研究项目是广 西壮族自治区的重要课题之一，受自治区科技厅的委托，我院承担了本项目的一 个子题，主要负责木薯淀粉生产废水的达标处理新工艺研究。 2 1 木薯淀粉生产废水处理试验研究的目的 如前所占，术薯淀粉生产废水是目前比较难处理的一类高浓度有机工业废 水，而针对木薯淀粉生产废水处理的研究工作又刚刚起步，能保证出水达标排 放、运行经济且适合广西淀粉生产现状的理想工艺很少。普通的活性污泥法和 好氧生物处理工艺容积负荷低，能耗高，占地面积大，且需要多级工艺联合使用 才能达到理想的去除效果，在经济上运行成本太高，很多厂家都无法接受。 因此，本试验的目的在于寻求一种先进合理的新工艺，能够在投资少、能耗 低、有机物去除率高、操作简单、管理方便等前提下，综合考虑废水中有用资源 的回收利用，并实现对木薯淀粉废水的达标处理。 2 2 试验组合工艺选择及确定 2 2 1 各种工艺的比较 木薯淀粉生产废水作为广西一种典型的高浓度有机废水，既是宝贵的资源， 又是难以治理的主要污染物。该废水的治理必须采取“综合利用与污染防治相 结合”的对策，应尽可能做到资源的回收和综合利用，处理运行成本低，操作和 桂林工学院硕士学位论文 维修费用简单，在较大和较小规模下同样能够较好的运行，工艺单元尽量少，占 地少，t 艺上具有灵活性容易适应规模扩大的需要等，最终实现经济效益、社会 效益和环境效益的统一。根据这些原则，对一般木薯淀粉生产废水处理工艺进行 简单的分析比较，并根据实际情况进行筛选和组合，确定最优方案。下面分别对各 种处理方法予以分析比较。 1 ) 首先，一般的化学絮凝沉淀法对木薯淀粉生产废水中的c o d 和悬浮物有 一定的去除效果，但出水c o d 往往较高，必须作进一步处理。 2 ) 采用混种发酵法来处理木薯淀粉废水，同时培养单细胞蛋白。但处理级 数多，占地面积大，也需要较多的动力费，处理后的出水必须进行后续处理才 能达标排放，而且目前孩方法只是处于试验阶段，尚无生产应用的报道。 3 ) 生物处理法具有投资少，可回收资源，运行管理方便，处理效果好的优点 尤其是伴随着以u a s b 等为代表的高效厌氧处理技术的飞速发展，生物处理技术 在高浓度等有机废水治理方面发挥了决定性的作用。 2 2 2 试验组合工艺选择 生物法包括厌氧、好氧以及兼氧处理技术，但是在高浓度废水治理中发挥主 导作用的是厌氧处理技术。进入7 0 年代，随着对厌氧发酵机理认识的不断深入 以及以u a s b 、a f 等为代表的高效厌氧反应器设计的飞速发展，高浓度有机废水 的厌氧生物处理技术得到了成熟的进步。8 0 年代以来，我国魂：多淀粉厂家陆续 建立了较为完善的以厌氧生物处理为主体，辅以其他技术的处理工艺，都有明显 的经济效益、社会效益和环境效益。对绝大多数木薯淀粉生产厂家而言，根据“综 合利用与污染防治相结合”原则，采用以生物处理工艺为主体，与其他工艺相结 合是目前最为可行的处理路线。 海南一家较大规模的木薯淀粉生产厂家f 1 产淀粉l o o t ，日处理木薯3 0 0 t 左 右，同排废水3 0 0 0 m 3 。 利用u a s b 为主体反应器处理该厂的木薯淀粉生产废水， 进水c o d 稳定在1 3 0 0 0 m g l 以上，出水c 0 1 ) 达到1 0 0 0 m g 1 以下，c o d 总去除率为 9 9 6 6 ，容积负荷达到2 3 c o d m 1 d ，每去除l k g c o d 产沼气o 6m “”3 。 因此，采用u a s b 工艺，可以大大提高厌氧处理单元的处理效果，节约设备投 资，为木薯淀粉生产废水的达标治理奠定良好基础并可进行资源的回收利用。同 桂林工学院硕士学位论文 时，产生的厌氧颗粒污泥可以在终止供给废水与营养的情况下保持其生物活性 与良好的沉淀性能至少一年以上，反应器停止运行很长段时洲后再次启动很 快会恢复到原来的水平。这一特点给木薯淀粉生产这样间断性或季节性的特点 提供了有利的条件，也证因为如此，厌氧颗粒污泥还可以作为种泥出售。 同其它技术一样，厌氧生物处理也存在着一些不足。厌氧处理后的出水c o d 浓度仍然会保持很高水平，原则上仍需要进一步处理才能达到排放标准，单纯的 厌氧生物处理很难实现对木薯淀粉生产废水的根本治理。而相比这下，好氧生物 处理具有出水效果好的优点，可以有效弥补厌氧生物处理的不足，故好氧生物处 理已成为目前应用最广泛的后续处理工艺。 通过以上分析，本研究选用上流式厌氧污泥床( u a s b ) 为主要处理工艺对木 薯淀粉生产废水进行达标处理试验研究。同时为保证木薯淀粉生产过程中产生 的高浓度有机废水经处理后能达标排放，试验在u a