我国是世界上淀粉生产大国要点.doc

1 前言我国是世界上淀粉生产大国，年产淀粉600万吨以上。目前我国淀粉产量仅次于美国居世界第二位，其中玉米淀粉所占比例最大为86.5，薯类淀粉次之为9.5，小麦淀粉3.9，其它淀粉产量最小为0.02。随着淀粉行业技术的发展，玉米淀粉生产在节水方面有了长足的进步，90年代末，吨淀粉用水量在615吨，而在最近一两年内，由于水环境保护政策的实施，吨淀粉用水可降至3吨甚至更低，但由于循环次数增加，废水中的CODcr、N、P以及无机盐都有比较严重积累，使得淀粉废水中污染物浓度相应增加，造成污染治理的困难。本文根据淀粉废水来源、特点，从目前国内淀粉废水处理工艺，结合评价中实际淀粉废水产生情况，提出较适合的淀粉废水处理工艺。2 淀粉废水来源及特点传统玉米淀粉厂排水主要工段集中在玉米清洗输送、浸泡车间、纤维榨水、浮选浓缩、蛋白压滤等工艺。其中浮选浓缩工段排水量最大，占总水量的60%-70%，CODCr在12000-15000mg/L(含浸泡水)。而目前各大淀粉厂在排水方面主要集中在浮选浓缩工艺及冷凝水，其他工段用水基本可实现闭路循环，车间使用清水的工艺也只有在淀粉洗涤工序，其他工序则都用工艺水。亚硫酸浸泡液一般浓缩做玉米浆或做菲汀，其CODCr浓度在15000-18000mg/L，甚至高达20000mg/L以上。由于玉米淀粉中含有大量蛋白类物质，而蛋白粉仅仅是淀粉生产过程的一种副产品，部分企业对蛋白的回收不重视，或回收率不高，这就造成了所排废水中有机氮和有机磷的含量偏高。3 淀粉生产废水处理技术综述对于淀粉工业污水治理工艺主要为高效厌氧+好氧技术。常用的厌氧方法有UASB法、EGSB法等，好氧方法有SBR、接触氧化等方法。资料调研结果，目前国内应用较多的玉米淀粉生产废水处理工艺主要有以下几种。（1）、EGSB+生物接触氧化法A、处理工艺及处理效果图1为污水处理工艺流程图，表1为该工艺废水处理效果表。格 栅集水井竖流沉淀池调节池集水井EGSB生物接触氧化池混凝气浮废水出水图1 EGSB+生物接触氧化法处理工艺表1 EGSB+生物接触氧化法废水处理效果指标水量(t/d)pHCODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)氨氮(mg/L)进水水质12005.5100006000200040出水水质6-910060708去除率99%99%96.5%80%B、运行费用利用该工艺处理淀粉废水，日处理量1200吨，总投资为330万元，其中设备投资216万元，土建投资90万元，其它投资24万元。直接运行费用为0.74元/吨废水。C、特点此工艺由于采用了生物接触氧化法，它是一种介于活性污染法与生物膜中间的工艺，有较高的容积负荷和适应能力，可以更好的使污水达标排放。另外，在生物处理后接混凝气浮工序，因而整个工艺流程的污染物去除率较高。(2)、EGSB+SBR法A、处理工艺及处理效果图2为污水处理工艺流程图，表2为该工艺废水处理效果表。格 栅调节池加热池EGSB反应池SBR反应池废水出水图2 EGSB+SBR法处理工艺表2 EGSB+SBR法废水处理效果指标水量(t/d)pHCODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)氨氮(mg/L)进水水质400670003500220050出水水质6-914773.56610去除率97.9%97.9%91%80%B、运行费用利用该工艺处理淀粉废水，日处理量400吨，总投资为140.2万元，其中设备投资90.7万元，土建投资25.5万元，其它投资24万元。直接运行费用为1.14元/吨废水。C、特点此工艺处理玉米淀粉可生化性较好，经厌氧处理后，CODCr去除率可达93%，厌氧出水经好氧曝气后CODCr去除率只需达到70%以上即可达标排放。(3)、UASB+接触氧化法A、处理工艺及处理效果图3为污水处理工艺流程图，表3为该工艺废水处理效果表。格 栅集水井选择反应池UASB接触氧化池废水出水图3 UASB+接触氧化法处理工艺二沉池表3 UASB+接触氧化法废水处理效果指标水量(t/d)pHCODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)氨氮(mg/L)进水水质100051500070001000100出水水质6-930021020025去除率98%97%80%75%B、运行费用利用该工艺处理淀粉废水，日处理量1000吨，总投资为223万元，其中设备投资177.5万元，土建投资12.5万元，其它投资33万元。直接运行费用为0.63元/吨废水。C、特点此工艺处理玉米淀粉，由于该公司污水回用作循环水利用进行节水，导致不可生化物质大量积累，有机物得不到较好的处理，另外，接触氧化也不能进一步处理这种难于降解的有机物质及氨氮。因此处理后出水部分指标不能达标。(4)、UASB+SBR法A、处理工艺及处理效果图4为污水处理工艺流程图，表4为该工艺废水处理效果表。格 栅竖流沉淀池调节池选择反应池UASBSBR废水出水图4 UASB+SBR法处理工艺表4 UASB+SBR法废水处理效果指标水量(t/d)pHCODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)氨氮(mg/L)进水水质30005100006000100050出水水质6-9100602010去除率99%99%98%80%B、运行费用利用该工艺处理淀粉废水，日处理量3000吨，总投资为243万元，其中设备投资175万元，土建投资40万元， 其它投资28万元。直接运行费用为0.40元/吨废水。C、特点此工艺处理玉米淀粉废水，反应器容积负荷较高，处理能力较大，且废水有机物生化性好，总氮、氨氮、易于达标排放。4 淀粉生产废水水质根据相关资料，不同原料生产淀粉产生的水污染物浓度略有不同，表5为不同原料生产淀粉产生的水污染物浓度表。表5 不同原料生产淀粉产生的污染物浓度原料CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)TSS(mg/L)氨氮(mg/L)TP玉米6000-150002400-60001000-500020-10010-80马铃薯5000-170001500-60001000-55003-105木薯100005000-60003000-50002-85小麦7000-110002500-6000200050-15030-100在进行某公司10万吨/年玉米深加工工程环评时，2004年8月对其现有工程生产废水水质进行实测，该生产废水采用简易沉淀处理后回用和外排，未建废水处理措施，具体监测数据列于表6。根据大部分淀粉生产行业废水生产情况，结合监测结果，给出一般淀粉生产企业废水排放水质，见表6。表6 淀粉生产排水水质项目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)TSS(mg/L)氨氮(mg/L)单位产品排水量(m3/h)实测玉米淀粉废水65773336527-国内同类生产企业6000-150002400-60001000-500020-100一般淀粉废水水质10000600030001003.15 推荐淀粉废水处理工艺根据调研目前国内淀粉行业普遍采用厌氧+好氧处理工艺，对CODCr、BOD5、SS均有较高的去除率，基本均可以满足达标排放要求。根据淀粉废水排水水质、国内目前淀粉废水处理工艺并结合项目周围环境敏感因素（若周围环境敏感），推荐淀粉废水处理工艺如下：(1)从国内玉米淀粉废处理工艺中可以看出，在采用厌氧-好氧相结合的处理工艺，基本可以满足废水二级排放标准，但由于EGSB反应器相对于UASB具有更好的COD去除率和抗冲击负荷能力，出水水质更加稳定，建议淀粉废水处理厌氧工序采用EGSB反应器。(2)、废水中的有机污染物在厌氧条件下经多生物降解，转化成甲烷、CO2等，所产气体(沼气)含甲烷大于60%，可做为能源再次利用，既去除了有机污染物又回收了能源。由于废水处理投资相对较大，运行费用较高，将废水处理产生的沼气进行综合利用可获得较高的经济效益，因此建议建设单位在建设废水处理工程的同时建设沼气综合利用项目，利用沼气进行发电以获得经济效益，以减轻废水处理的运行成本。(3)、玉米淀粉废水除含有较高COD、BOD外，还含有氨氮和总磷等污染物，目前对于污水中氨氮的脱除主要以生物脱氮为主，鉴于EGSB类反应器对氨氮的去除率较低，因此建议采用强化脱氮措施。EGSB反应器工艺特点：即膨胀颗粒污泥床反应器，是UASB反应器的更新换代产品，目前在国内外的工程中已普遍应用。EGSB反应器的构造特点是具有很大的高径比，一般可达2-5，反应器的高度高达16-20m。从外观上看，EGSB反应器由第一厌氧反应室和第二厌氧反应室叠加而成，每个厌氧反应器的顶部各设一个气-固-液三相分离器(图5)，如同两个UASB反应器的上下重叠串联。图5 气-固-液三相分离器EGSB反应器特点：A、容积负荷率高，水力停留时间短：EGSG反应器生物量大(可达60g/L)，污泥龄长。特别是由于存在着内、外循环，传质效果好，处理高浓度有机废水，进水容积负荷可达15-25kgCOD/m3.d。B、抗冲击负荷强：在EGSB反应器中，当COD负荷增加时，沼气的产生量随之增加，由此内循环的气提增大。处理高浓度废水时，循环流量可达进水流量的10-20倍。废水中高浓度和有害物质得到充分稀释，大大降低有害程度，从而提高了反应器的耐冲击负荷能力；当COD负荷较低时，沼气产量也低，形成较低的内循环流。因此，内循环实际为反应器起到了自动平衡COD冲击负荷的作用。C、避免了固形物沉积：有一些废水中含有大量的悬浮物质，会在UASB等流速较慢的反应器内容易发生累积，将厌氧污泥逐渐置换，最终使厌氧反应器的运行效果恶化乃至失效。而在EGSB反应器中，高的液体和气体上升流速，将悬浮物冲击出反应器。D、基建投资省、占地面积小：由于EGSB反应器的容积负荷率比普通的UASB反应器要高2-4倍以上，则EGSB反应器的体积为普通UASB反应器的1/4-1/2左右。而且有很大的高径比，所以占地面积特别省，非常适用于占地面积紧张的厂矿企业采用，且可降低反应器的基建投资。E、依靠沼气提升实现自身的内循环，减少能耗：厌氧流化床载体的膨胀和流化，是通过出水回流出水泵加压实现，因此必须消耗一部分动力。而EGSB反应器正常运行时是以自身产生的沼气作为提升动力，实现混合液内循环，从而减少能耗。F、减少药剂投量，降低运行成本：内外循环的液体量相当于第一级厌氧出水的回流，对pH起缓冲作用，使反应器内的pH保持稳定。可减少进水的投碱量，从而节约药剂用量，减少运行费用。G、出水稳定性好：EGSB反应器相当有上、下两个UASB反应器串联运行，下面一个UASB反应器具有很高的有机负荷率，起“粗”处理作用，上面一个UASB反应器的负荷较低，起“精”处理作用。一般说，多级处理工艺比单级处理的稳定性好，出水水质稳定。结合淀粉废水工程特点，废水CODCr、BOD5高，可生化性好、SS沉降性好等特点，经过充足调研最终推荐淀粉废水采用EGSB+活性污泥池+气浮处理工艺。工艺流程：工艺流程见图6：集水井初沉池调节预酸化池脱氮反应器废水EGSB反应器接种污泥二沉池污泥外运泵配水井pH微调、加温达标排放气浮池集泥池脱水机房水封器沼气利用图例污水管路污泥管路沼气管路pH粗调泵活性污泥池污泥回流污泥浓缩池图6 EGSB+活性污泥处理工艺8 废水处理效果根据前述淀粉废水处理工艺以及设计单位提供的废水中污染物的去除率，表7给出了废水处理工艺流程中各处理工段的处理效果。从表中可以看出，本工艺处理高浓度淀粉废水，采用“初沉池、EGSB反应器、脱氮反应器+活性污泥池”三种处理工序，在对高浓度有机物处理的同时增加了脱氮反应器，对氨氮进行强化脱除。外排水满足污水综合排放标准(GB8978-1996)中二级标准要求。为确保废水处理达标排放，减轻项目排水对当地地表水体的影响，本处理工艺增加了气浮池工序，处理后的废水经气浮池后可达到GB8978-1996中一级排放标准限值。表7 EGSB+活性污泥法废水处理工艺及效果工 艺 段项 目CODCr(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)氨氮(mg/L)初沉池进 水出 水去除率1000010%600017%300050%EGSB反应器进 水出 水去除率900090%500092%150040%脱氮反应器活性污泥池进 水出 水去除率90083%40093%90089%10092%气浮池进 水出 水去除率15033%3033%10030%89 经济效益A、沼气利用利用该工艺处理普通淀粉废水，设计处理量2500t/d，总投资约500万元，直接运行费用约1.0元/吨废水，考虑厌氧过程中沼气作为能源用于发电的效益，则沼气产生的效益可等于或大于污水处理费用。按厌氧去除每公斤COD 产生0.3m3沼气计算，本项目实际处理废水量为2124t/d，日产沼气量为6300m3沼气。沼气中含60-70%甲烷，其热值约23000-27000kJ/m3，当用于发电时，可发电2.5kwh/m3(沼气)，每天的总发电量约为15750kwh，需建设2500kW燃气发电机组。以0.50元/度(电)计，发电运行费用0.12元/度。则产生经济效益为5985元/d，折合吨水效益为2.82元/t(废水)，扣除废水运行费用，同时不考虑余热利用效益，则废水处理工程年净效益为119.8万元。B、回收污泥利用该工艺厌氧污泥产量以0.05kg干泥/去除1kgCOD计，经计算EGSB反应器产生的剩余污泥量约为1.05t/d，年产生污泥量为326t/a，可作为肥料用于农田施肥。C、减少排污费用根据排污费征收标准管理办法规定，污水排污费收费额=0.7元前3项污染物的污染当量数之和。以上述淀粉废水为例，年排放高浓度废水约65.8万m3/a，经废水处理措施处理后其中COD、BOD、SS等污染物大幅削减，约减少排污费用为1050万元/年。表8为废水处理经济效益分析。以淀粉废水设计处理量2500t/d为例，废水处理工程投资约500万元，沼气发电带余热回收等投资约396万元，合计投资约896万元。利用废水处理工程产生的沼气进行发电，每年可获得直接经济效益约193.6万元(包括余热利用)，同时每年可节省废水排污费用约1050万元。可见沼气发电工程是废水处理工程正常运行的可靠保证。为此建议淀粉生产企业在建设废水处理工程的同时应考虑沼气的综合利用措施。表8 废水处理工程经济效益分析序 号项 目费用（万元/年）1废水处理运行费用-65.82沼气发电效益+214.83沼气发电余热回收效益+44.64减少排污费+1050合计+1243.610 沼气发电及可行性论证10.1 沼气发电机组选型根据废水处理装置实际情况，为减少废水处理费用，提供经济效益，经过多方调研，推荐采用500GF1-1RZ型沼气发电机组。该机组有较高的性价比，是中国目前在用的主流机组。图7为该机组外观图。图7 500GF1-1RZ型沼气发电机组10.2 沼气发电技术经济可行性分析（1）、技术可行性利用沼气发电，符合国家发展循环经济、提倡环保能源的产业政策。根据调研目前在全国各地建有沼气等各种燃气发电站近百座，均取得极好的经济和社会效益。采用500GF1-1RZ型沼气发电机组，具有如下优势：A、建站投资少，2500-3000元/kW；投资回报率高：45%-80%(年度)；运行成本低：0.10-0.12元/kWh。B、燃气内燃机机组配套设备简单，维修方便，大修期长，电站可移动性强。C、建站灵活, 根据气量可选用单台或多台机组并机、并网使用。D、电站自耗电少，不超过发电量的2%。E、燃气内燃机可实现热电冷联供，机组热效率可达80%。F、对沼气气源条件要求较低(压力、成分等)。G、建站周期短，见效快。H、发电效率高。（2）、经济可行性A、投资利用污水处理产生的