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技術(shù)文章

地瓜淀粉廢水的處理方法及處理工藝

閱讀：16995發(fā)布時(shí)間：2015-3-19

　　1前言
　　
　　地瓜，又名甘薯、紅薯。地瓜本身易腐爛，不宜長(zhǎng)期存放。地瓜的深加工，可以解決因貯存鮮薯不當(dāng)而導(dǎo)致大量爛薯的現(xiàn)象，地瓜精制淀粉經(jīng)過不同深度的加工，可生產(chǎn)出數(shù)百種有價(jià)值的化工產(chǎn)品，增值10-30倍左右，前景可觀，市場(chǎng)潛力巨大。但是地瓜淀粉廢水如果不經(jīng)處理就排放，既會(huì)造成環(huán)境嚴(yán)重污染，也會(huì)造成資源浪費(fèi)。
　　
　　2廢水處理方法
　　
　　地瓜的化學(xué)組成主要有水、淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、纖維、灰分等，地瓜淀粉的制取就是利用淀粉不溶于冷水、比重大于水、以及與其他成分比重不同而進(jìn)行的物理分離過程。地瓜淀粉廢水是以鮮地瓜或地瓜干為原料，采用酸沉淀法生產(chǎn)淀粉時(shí)產(chǎn)生的廢水，其主要成分為水溶性淀粉、可溶性蛋白質(zhì)、多糖、氨基酸、維生素以及無機(jī)鹽等多種有機(jī)和無機(jī)物質(zhì)，是一種不含有毒物質(zhì)的高濃度有機(jī)廢水，其COD約為12000mg/L，BOD5為4500mg/L，可生化性很好。
　　
　　2．1ABR法
　　
　　厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)是1982年提出的一種新型厭氧反應(yīng)器，具有許多比其它厭氧工藝更為*的特性。在反應(yīng)器沿水力流向設(shè)置多層隔板，將反應(yīng)器分隔成若干個(gè)串連的反應(yīng)室，每個(gè)反應(yīng)室都類似厭氧污泥床的單元。該工藝構(gòu)造設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，反應(yīng)器內(nèi)水流的反復(fù)上下折流作用，提高了微生物體與被處理廢水間的混合接觸，穩(wěn)定了處理效果，促進(jìn)了顆粒污泥的形成與生成，發(fā)揮*混合式承受沖擊負(fù)荷能力，及所有微生物體的作用。由于各隔室營(yíng)養(yǎng)水平不同，反應(yīng)器的微生物相有明顯的種群差異。其處理工藝流程如下：
　　
　　1.進(jìn)水箱；2.電磁計(jì)量泵；3.恒溫水浴槽；4.ABR；5.出水箱；6.沼氣
　　
　　從ABR注入污泥開始，至正常運(yùn)行，先后經(jīng)歷了污泥馴化、反應(yīng)器啟動(dòng)階段，不同工況下反應(yīng)器的運(yùn)行階段和反應(yīng)器的酸化恢復(fù)三個(gè)階段。在污泥馴化、反應(yīng)器啟動(dòng)階段，進(jìn)水投加NaHCO3調(diào)節(jié)pH，并投加一定量的微量營(yíng)養(yǎng)元素，使進(jìn)水COD從1200mg/L逐步提高到4000mg/L。第21～95d為在不同HRT和不同容積負(fù)荷下反應(yīng)器處理地瓜淀粉廢水的COD去除率，找出ABR的*處理效果所需的運(yùn)行條件；反應(yīng)器的酸化及恢復(fù)階段，包括酸化初期、*酸化期和恢復(fù)期。酸化試驗(yàn)進(jìn)水COD為12000mg/L左右，進(jìn)水中沒有添加任何化學(xué)物質(zhì)提供堿度，HRT控制在24h，連續(xù)動(dòng)態(tài)培養(yǎng)馴化，待反應(yīng)器酸化后，研究酸化過程中各隔室的pH、COD的變化規(guī)律?；謴?fù)階段采用調(diào)整堿度和進(jìn)水負(fù)荷的方式，研究反應(yīng)器酸化恢復(fù)的有效方法。此外，厭氧池污泥(污泥顆?；^好)，污泥濃度為10.4g(VSSPL)，VSS/TSS約為25.0%。
　　
　　2．2產(chǎn)油真菌發(fā)酵法
　　
　　研究表明，利用地瓜淀粉廢水中的有機(jī)物可獲取食用菌菌絲體、單細(xì)胞蛋白、天然色素、食用菌多糖等物質(zhì)。以地瓜淀粉廢水為培養(yǎng)基質(zhì)，還可篩選獲取產(chǎn)油真菌，低成本生產(chǎn)微生物油脂，為生物柴油提供廉價(jià)油脂來源。
　　
　　通過模擬工業(yè)地瓜淀粉廢水可發(fā)現(xiàn)，不同批次的模擬地瓜淀粉廢水水質(zhì)特征存在差異，地瓜儲(chǔ)藏期的不同也會(huì)導(dǎo)致廢水水質(zhì)的差異。廢水含糖量在9%左右，可以滿足微生物油脂發(fā)酵合成的需要。
　　
　　以地瓜淀粉廢水為發(fā)酵基質(zhì)培養(yǎng)15株產(chǎn)油菌，發(fā)酵7d，可篩選出*產(chǎn)油菌F7。該菌株F7生物量在第11d～13d達(dá)到zui大，此時(shí)發(fā)酵液中的殘?zhí)橇空孟陆档搅?；粗脂肪在?1d達(dá)到zui大，隨后快速下降；含油量則在第9d達(dá)到zui大，此后亦呈下降趨勢(shì)；發(fā)酵液的COD亦在第11d達(dá)到zui低，在培養(yǎng)后期，生物量和粗脂肪均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，但是生物量的下降幅度較小，粗脂肪的下降速度要高于生物量。在后期營(yíng)養(yǎng)耗盡，菌體利用自身的油脂來維持新陳代謝，隨著培養(yǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)，殘?zhí)橇亢虲OD均呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢(shì)，說明在利用微生物產(chǎn)生微生物油脂的同時(shí)，可以有效去除地瓜淀粉廢水的COD負(fù)荷。
　　
　　在不增加體系負(fù)荷的情況下，添加離子可以有效促進(jìn)微生物的發(fā)酵和產(chǎn)油。在廢水中加入不同濃度的NaAc和KH2PO4，對(duì)菌株F7在廢水中發(fā)酵后的生物量、粗脂肪、含油量均有促進(jìn)作用，其中NaAc添加后的效果更為明顯。在廢水體系中添加金屬離子對(duì)產(chǎn)油真菌發(fā)酵進(jìn)行調(diào)節(jié)，可增加其產(chǎn)油脂的能力，降低體系出水負(fù)荷。
　　
　　2．3復(fù)合微生物絮凝法
　　
　　微生物絮凝處理就是利用微生物代謝產(chǎn)生的多糖、糖蛋白以及菌體等形成絮凝沉淀，達(dá)到凈化廢水的作用。微生物絮凝與其他絮凝劑相比，具有良好的絮凝沉淀性能，安全、無毒，且不產(chǎn)生二次污染。有研究表明，多種微生物的共生、協(xié)同作用具有比單一菌種有更好的絮凝效果。
　　
　　每批淀粉廢水因生產(chǎn)原料和沉淀時(shí)間等因素的不同，其COD有所不同。處理這樣高濃度酸性有機(jī)廢水用微生物絮凝處理，不受季節(jié)溫度的影響。直接用淀粉廢水?dāng)U大培養(yǎng)釀酒酵母和膠質(zhì)芽孢桿菌，制備成復(fù)合微生物絮凝菌液對(duì)地瓜淀粉廢水進(jìn)行絮凝處理，在少量氯化鈣助絮凝下，絮凝率達(dá)到97%。經(jīng)復(fù)合菌液絮凝處理的廢水的出水，pH值在8.0左右，COD去除率達(dá)95%。處理后的出水可以用于淀粉生產(chǎn)，也可以用于水產(chǎn)養(yǎng)殖，還可以用于農(nóng)田灌溉。經(jīng)復(fù)合菌液絮凝處理得到的沉淀物富含蛋白質(zhì)和多種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，干燥后可以制備成飼料。
　　
　　絮凝過程中，影響絮凝率的主要因素是所加入絮凝菌液的量和pH值。當(dāng)加入的絮凝菌液在2.5%～10%時(shí)，絮凝率并不隨絮凝菌液的增加而增大。當(dāng)絮凝菌液加入量為10%時(shí)，其絮凝率要比2.5%的下降10%左右；而絮凝菌液加入量為2.5%和5%時(shí)絮凝率相差不多，考慮到絮凝處理淀粉廢水的成本問題，以絮凝菌液加入量2.5%為佳。選擇溶液pH值9.5時(shí)，在適量氯化鈣的助絮凝下zui大絮凝率可達(dá)97%。
　　
　　釀酒酵母和膠質(zhì)芽孢桿菌既能在地瓜淀粉廢水中生長(zhǎng)繁殖，也可以與廢水中其他微生物共同絮凝處理廢水。當(dāng)向廢水中加入絮凝菌液時(shí)，有沉淀慢慢析出，加入10%氯化鈣，沉淀析出量增大，且析出速度加快，說明CaCl2有助絮凝的作用。當(dāng)調(diào)節(jié)溶液pH值變?yōu)閴A性后，生成的沉淀絮團(tuán)大且結(jié)實(shí)，沉降的速度也明顯加快，待一定時(shí)間后，上清液清澈。一般靜置30min后，絮凝沉淀已基本結(jié)束，但靜置2-3h，沉淀更加結(jié)實(shí)，易于過濾。
　　
　　2．4氣浮UASB-SBR工藝
　　
　　中國(guó)淀粉生產(chǎn)工藝相對(duì)落后，資源的利用率較低，淀粉生產(chǎn)過程中大量的植物蛋白未加利用而隨生產(chǎn)廢水排放。在淀粉廢水處理過程中，如果能夠同時(shí)回收植物蛋白，做到廢水的資源化利用，將具有廣闊的應(yīng)用前景.
　　
　　地瓜淀粉生產(chǎn)廢水含有機(jī)質(zhì)多、濃度高且懸浮物含量大，BOD5/COD達(dá)0.53，氣浮UASB-SBR工藝對(duì)出水水質(zhì)要求較高，所以物理與生化處理相結(jié)合的方式是很好的選擇。
　　
　　氣浮池出水流入U(xiǎn)ASB厭氧反應(yīng)器，由于淀粉廢水呈酸性，會(huì)使后續(xù)厭氧處理過程受到抑制，產(chǎn)甲烷菌不能承受低pH值的環(huán)境，因此，UASB反應(yīng)器運(yùn)行的*pH值為6.8-7.2。氣浮UASB-SBR工藝采用出水回流的方法，用出水堿度調(diào)節(jié)pH值，雖然進(jìn)水pH值有波動(dòng)，但并不影響反應(yīng)器的正常運(yùn)行。
　　
　　在產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌的作用下，大部分的有機(jī)物分解為無機(jī)小分子物質(zhì)和甲烷，剩余污泥進(jìn)入污泥濃縮池，甲烷通過三向分離器收集凈化處理后可以作為能源供生產(chǎn)、生活使用，出水則流入預(yù)曝氣沉淀池。
　　
　　預(yù)曝沉淀池是厭氧處理單元和好氧處理單元之間的重要構(gòu)筑物，其功能主要是去除厭氧出水的懸浮物和H2S等有害氣體，增加水中的溶解氧，為好氧處理創(chuàng)造有利的條件。預(yù)曝沉淀池的出水自流進(jìn)入SBR進(jìn)行好氧生物處理，以進(jìn)一步降解水中的有機(jī)物。
　　
　　調(diào)節(jié)沉淀池，UASB，預(yù)曝沉淀池，SBR等處理單元產(chǎn)生的污泥排入污泥濃縮池進(jìn)行濃縮，提高污泥的含固率，使污泥含水率低于95%。污泥經(jīng)濃縮后進(jìn)入污泥脫水間進(jìn)行機(jī)械脫水，產(chǎn)生的泥餅外運(yùn)，污泥濃縮池上清液及機(jī)械壓濾液回流至調(diào)節(jié)沉淀池再繼續(xù)處理。
　　
　　絮凝氣浮法能有效地去除淀粉廢水中的懸浮物、降低廢水COD，同時(shí)能獲得較高的蛋白飼料回收率。絮凝劑的投加比例及投加量對(duì)COD的去除率有很大的影響。如果能夠更確定絮凝劑的*投加比和投加量，不僅可以得到更好的出水水質(zhì)，而且能夠減少運(yùn)行費(fèi)用，提高經(jīng)濟(jì)效益。
　　
　　厭氧菌對(duì)溫度比較敏感，在溫度較低時(shí)，活性降低甚至死亡，因此冬季運(yùn)行時(shí)需對(duì)UASB反應(yīng)器進(jìn)行加溫，可以利用反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣作為能源提供UASB所需的溫度，使資源得到充分利用。
　　
　　氣浮UASB-SBR工藝出水水質(zhì)較好，可對(duì)出水進(jìn)行深度處理，處理水可用于廠區(qū)綠化、澆灑道路以及廁所用水。
　　
　　3減少地瓜淀粉生產(chǎn)廢水的措施
　　
　　3．1改進(jìn)加工技術(shù)
　　
　　通過地瓜加工技術(shù)的改進(jìn)，可減少?gòu)U水的產(chǎn)生量。選料上，為降低淀粉加工成本，首先選用淀粉含量高的脫毒的品種，清洗過程中，分浸泡、淘洗和清洗3個(gè)工序，每個(gè)池水的水可循環(huán)使用一方面可減少用水，另一方面可減少污水產(chǎn)生。打漿、分離、沉淀進(jìn)料口注入一定量的清水，可提高淀粉的提取率。
　　
　　3.2發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)
　　
　　地瓜加工產(chǎn)生的污染不是化學(xué)污染，主要是由于廢水中殘存的少量淀粉在微生物的作用下腐化變質(zhì)，致使水質(zhì)變黑變臭，對(duì)環(huán)境造成污染。因此，應(yīng)該從治理和排放兩個(gè)環(huán)節(jié)入手。針對(duì)地瓜加工過程中產(chǎn)生的污水性質(zhì)開展技術(shù)攻關(guān)，探索出既簡(jiǎn)便又有效且成本低廉的治污途徑，解決地瓜加工產(chǎn)生的廢水中淀粉因微生物作用而變質(zhì)發(fā)臭問題。更重要的是，對(duì)廢水排放進(jìn)行規(guī)范管理，所有地瓜淀粉加工點(diǎn)都必須實(shí)行洗滌水和淀粉廢水分流排放，并配套建設(shè)防滲的淀粉廢水沉淀池，嚴(yán)禁隨意排放。
　　
　　3.4地瓜深加工
　　
　　地瓜具有抗癌作、修復(fù)肝損傷、減肥、減緩人體機(jī)能的衰老、抗高血壓、抑制*、增強(qiáng)免疫等功能，因此對(duì)地瓜進(jìn)行深加工，開發(fā)紅薯系列食品，對(duì)其進(jìn)行深加工，可大幅度減少地瓜淀粉的生產(chǎn)廢水量或廢水中較難處理的成分。
　　
　　4結(jié)語
　　
　　地瓜淀粉生產(chǎn)廢水是一種高濃度的有機(jī)廢水，既可直接排入田地，作為有機(jī)肥施用，也可以從中提取諸多有用的成分，是一種很好的生物及工業(yè)原料，利用價(jià)值*，可變廢為寶，既節(jié)約資源又不污染環(huán)境。

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