淀粉生產(chǎn)過程中排放大量廢水,且廢水COD濃度高,有關淀粉廢水處理方法的研究越來越受到重視。厭氧生化法是處理淀粉廢水的重要方法之一,本文就目前國內(nèi)外淀粉廢水的各種厭氧處理方法進行綜述,介紹淀粉廢水處理方面的研究成果。

    【關鍵詞】厭氧;淀粉廢水;處理

    淀粉廢水有玉米淀粉廢水,馬鈴薯淀粉廢水,小麥淀粉廢水和木薯淀粉廢水等。在淀粉加工過程中產(chǎn)生的高濃度酸性廢水,主要是溶解性的淀粉和少量蛋白質(zhì),COD通常為1000~30000mg/L,SS為1500mg/L。國家環(huán)保總局在國家環(huán)境科技發(fā)展/十五計劃綱要指出,繼續(xù)把淀粉工業(yè)的廢水污染控制技術作為重要內(nèi)容進行研究,目前國內(nèi)外常用的處理方法總體上可分為生化法和物化法兩種處理方法,但在實踐中多采用生物處理,由于有機物濃度高,尤以厭氧法為首選。

    1厭氧生化法

    厭氧法處理淀粉廢水具有能耗低,污泥產(chǎn)量少,在降解污染物的同時能回收能源的特點。目前,厭氧法處理淀粉廢水主要有上流式厭氧污泥床、厭氧流化床、折流厭氧污泥床等。

    1·1上流式厭氧污泥床(UASB)

    上流式厭氧污泥床(簡稱UASB)反應器是荷蘭Wageningen農(nóng)業(yè)大學的Lettinga等人于1973-1977年間研制成功的,該技術在國內(nèi)外已經(jīng)發(fā)展成為厭氧處理的主流技術之一。

    李燕等〔1〕采用上流式厭氧污泥床裝置,對面粉廠中的淀粉廢水處理進行了試驗研究。試驗結果表明,用UASB處理高濃度淀粉廢水是可行的,當?shù)矸蹚U水的COD為4000~8000mg/L時,COD負荷達4~5kg/(m3·d)處理效率可達90%以上。

    楊景亮等〔2〕采用UASB反應器處理維生素B12和淀粉生產(chǎn)混和廢水,在中溫條件下,保持反應體系在中性和偏堿性條件下,COD容積負荷最大為30kg/(m3·d)的時候,COD去除率為80%。

    張振家等〔3〕采用UASB反應器處理淀粉廢水,在反應器COD容積負荷保持在10kg/(m3·d)以上時,COD去除率可達90%以上,有機氮去除率亦達80%,為后續(xù)處理打下良好基礎。管錫增〔4〕等采用改良UASB反應器對配制的淀粉水進行了處理。在141~151天時,負荷達到11kg/(m3·d),COD去除率達到92%以上。

    UASB反應器在處理固體懸浮物濃度較高的廢水時易引起堵塞和短流,并且初次啟動和形成穩(wěn)定顆粒污泥用時較長,需要設計合理的三相分離器。

    1·2厭氧濾池(AF)

    厭氧生物濾池是60年代末,美國的Young和McC-arty開發(fā)的。厭氧生物濾池是裝填有濾料的厭氧生物反應器,在濾料的表面形成了以生物膜形態(tài)生長的微生物群體,在濾料的空隙中則截留了大量懸浮生長的厭氧微生物,廢水通過濾料層向上流動或向下流動時,廢水中的有機物被截留、吸附及分解轉化為甲烷和二氧化碳等。

    Ahn等〔5〕對厭氧濾池處理馬鈴薯淀粉廢水的動力學特性進行了研究。結果表明對出水COD的預測受進水水質(zhì)的影響嚴重。

    Mihsra等〔6〕采用泡沫膠床厭氧生物反應器通過接種培養(yǎng)及加入CaCO3與一些諸如Ni、Co、Mo等微量元素將生物膜固定在泡沫膠上生長,對某一食品廠排出的馬鈴薯淀粉廢水進行處理,在COD負荷為3·85kg/(m3·d),水力停留時間8d的條件下,COD去除率為71%,產(chǎn)氣量為11·6L/d,其中含甲烷85%。而且此反應器運行穩(wěn)定,不受廢水成分及負荷變化的影響,耐受高的有機負荷。

    劉素英等〔7〕以小麥淀粉廢水為研究對象,以厭氧生物濾池為反應設備,模擬厭氧生化工藝運行,得出可供實際操作的運行條件。小麥淀粉廢水厭氧生化所需水力停留時間在5~20天之間,最佳pH值范圍為6·8~7·4,最佳有機容積負荷為7~8kgCOD/(m3·d)。AF在運行中常出現(xiàn)堵塞和短流現(xiàn)象,且需要大量的填料和對填料進行定期清洗。

  1·3厭氧流化床(AFB)

    厭氧流化床是在厭氧反應器內(nèi)添加固體顆粒載體,細顆粒載體為微生物的附著生長提供了較大的比表面積,使床內(nèi)的微生物濃度很高(一般可達30gVSS/L)。欒金義〔8〕等將生物流化床與接觸氧化法相結合的復合生物流化床方法,使淀粉廢水先經(jīng)過流化的生物載體后再經(jīng)填料層,處理北京某淀粉廠的廢水,COD去除率達90%左右,廢水可達標排放。該方法可使生物流化床技術與接觸氧化法的優(yōu)缺點相互補充,大大提高了處理效率。

    Matsumoto〔9〕用小試厭氧流化床處理淀粉廢水,當pH為5·8時產(chǎn)甲烷過程會受到輕微抑制,亦得出系統(tǒng)運行的最佳pH為6·2,但該系統(tǒng)運行時間只有15d,還不能保證其長期運行的穩(wěn)定性。

    1·4厭氧折流板(ABR)反應器

    厭氧折流板(ABR)反應器是每個反應室都是一個相對獨立的上流式污泥床系統(tǒng),其中污泥以顆粒形式或絮狀形式存在。廢水由導流板引導上下折流前進,依次通過每個格室的污泥床直至出口,此過程中廢水中的有機物與厭氧污泥反復接觸而得到去除。

    徐金蘭等〔10〕采用ABR反應器研究人工配制淀粉廢水在酸化過程中的特征及調(diào)控措施.在酸化初期,各隔室pH逐級升高,COD和VAF逐隔室降低,具有明顯的兩段厭氧消化的特點。完全酸化期,各隔室pH降到3·5~4·5范圍后就保持相對穩(wěn)定,各隔室出水COD與進水COD接近。酸化過程中污泥濃度逐漸降低,VAF累積,VAF中甲酸、丙酸、丁酸濃度升高,隨時間延長,并無自然恢復跡象。采用單獨調(diào)控堿度或降低負荷的方式,系統(tǒng)都難以恢復正常,只有采用在堿度和負荷同時調(diào)控時,約60d后系統(tǒng)恢復正常。

    沈耀良〔11〕等對ABR反應器處理高濃度淀粉加工廢水的效果及污泥特性進行研究,在中溫35士0·5℃、進水COD負荷為12~18kg/(m3·d)、HRT=12~24h時,COD的去除率可達72%~96%。研究表明,不同條件下反應器不同隔室中的VFA及pH的變化呈現(xiàn)出顯著的相分離及移動的特征,反應器中形成SVI為18~25mL/g、平均粒徑為2~3mm大者可達4~5mm、性能良好的顆粒污泥,且其特性隨不同隔室而呈現(xiàn)出相應的變化規(guī)律。該方法對高濃度淀粉加工廢水具有穩(wěn)定高效的處理效果。

    總之,利用厭氧法處理淀粉廢水,不僅有機污染物去除效果明顯,工藝穩(wěn)定,能耗低,剩余污泥產(chǎn)量少,而且還可以產(chǎn)生甲烷等作為能源氣體。因此在處理淀粉廢水等高濃度有機廢水中得到廣泛應用。但厭氧處理法容易受到廢水的水溫、pH、有毒物質(zhì)等環(huán)境條件影響,還存在著出水濃度高、污泥培養(yǎng)周期長等缺點。

    2組合工藝處理淀粉廢水

    由于淀粉廢水的有機濃度很高,所以在處理中很少使用單一處理方法,一般是將多種處理方法結合使用,使各種方法的優(yōu)缺點相互補充,以提高效率。胡威夷〔12〕推薦了某玉米淀粉廠厭氧-好氧相結合的處理工藝,該工程成功地運用常溫UASB生產(chǎn)工藝處理淀粉廢水,并在常溫條件下實現(xiàn)了UASB反應器接種活性污泥的顆粒化,在國內(nèi)淀粉行業(yè)尚屬首次。

    戴建強〔13〕等在中溫35±1℃條件下,采用UASB和混合活性污泥串聯(lián)的方法來處理玉米淀粉生產(chǎn)廢水,當COD在7000~8000mg/L,HRT為18h時,廢水經(jīng)兩步處理后,COD的去除率在97%以上。經(jīng)二級生化處理的出水達到國家規(guī)定的排放標準。

    毛海亮〔14〕等采用UASB-SBR工藝處理淀粉廢水。充分利用UASB高效高負荷的處理優(yōu)勢,使廢水得到有效治理。試驗結果表明,廢水經(jīng)顆粒化UASB穩(wěn)定處理后,出水COD可降到500mg/L以下,再經(jīng)SBR處理后出水COD可降到100mg/L以下。

    郭靜〔15〕等利用上流式厭氧污泥床一厭氧濾柱系統(tǒng)(UASB-UAF)在低負荷條件下,對加拿大McCain食品有限公司提供的馬鈴薯車何生產(chǎn)廢水進行了長達420d的實驗處理,COD的總去除率大于95%,SS、VSS的去除率均大于98%。

    淀粉廢水處理方法在實際應用中,往往單一方法的運用,處理效率不理想,而將各種方法組合起來,使它們的優(yōu)缺點相互補充,可以達到更高的處理效果。

    3存在問題

    由于淀粉廢水排放量大,有機負荷高,以上所列舉的淀粉廢水處理方法在實際中都有應用,但也都存在一些問題。

    (1)厭氧生化法處理淀粉廢水,具有技術成熟可靠、耐沖擊能力強、處理效果好,尤其以UASB反應器為主體的厭氧生物處理工藝在實際中應用廣泛。但是厭氧處理效果受廢水的水溫、pH、有毒物質(zhì)等環(huán)境條件影響較大。

    (2)我國部分地區(qū)淀粉加工受原料生長周期影響而具有周期性。如寧夏南部山區(qū)的淀粉加工每年都在馬鈴薯收獲季節(jié)即9、10月份至次年1月左右。因此,處理淀粉廢水的構筑物在非淀粉加工期被閑置下來,而在每年9、10月份要重新啟動。這種實際情況限制了生化法在馬鈴薯淀粉廢水處理上的應用。

    4展望

    針對淀粉廢水的特點,結合淀粉廢水厭氧處理方法的研究現(xiàn)狀,應從如下幾方面加大淀粉廢水處理方法的研究和開發(fā)應用:

    (1)研究厭氧生化工藝的快速啟動方法,以滿足我國部分地區(qū)淀粉加工受原料生長周期影響而具有周期性的特點。

    (2)培育并分離低溫條件下處理淀粉廢水的菌株,以減少北方地區(qū)冬季處理淀粉廢水因保溫要求而增加的運行費用。

   5結語

    我國淀粉加工企業(yè)分布廣且廢水COD濃度高,淀粉廢水處理方法的研究越來越受到重視。厭氧生化法作為處理淀粉廢水的重要方法之一,把廢水處理和能源回收相結合,符合節(jié)能減排的環(huán)保原則和發(fā)展趨勢。各種厭氧處理方法的處理特點不同,而將各種方法結合起來,可以使它們的優(yōu)點相互補充,達到較高的處理效果。