厭氧生化法處理淀粉排放廢水研究綜述

     淀粉生產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生的高濃度酸性廢水,主要是溶解性的淀粉和少量蛋白質,COD通常為1000~30000mg/L,SS為1500mg/L。國家環保總局在國家環境科技發展/十五計劃綱要指出,繼續把淀粉工業的廢水污染控制技術作為重要內容進行研究,目前國內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農業大學的Lettinga等人于1973-1977年間研制成功的,該技術在國內外已經發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,當淀粉廢水的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%,產氣量為11·6L/d,其中含甲烷85%。而且此反應器運行穩定,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在運行中常出現堵塞和短流現象,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,使淀粉廢水先經過流化的生物載體后再經填料層,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時產甲烷過程會受到輕微抑制,亦得出系統運行的最佳pH為6·2,但該系統運行時間只有15d,還不能保證其長期運行的穩定性。

    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,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。采用單獨調控堿度或降低負荷的方式,系統都難以恢復正常,只有采用在堿度和負荷同時調控時,約60d后系統恢復正常。

    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出相應的變化規律。該方法對高濃度淀粉加工廢水具有穩定高效的處理效果。

    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,工藝穩定,能耗低,剩余污泥產量少,而且還可以產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、有毒物質等環境條件影響,還存在著出水濃度高、污泥培養周期長等缺點。

    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生產工藝處理淀粉廢水,并在常溫條件下實現了UASB反應器接種活性污泥的顆?；?在國內淀粉行業尚屬首次。

    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的方法來處理玉米淀粉生產廢水,當COD在7000~8000mg/L,HRT為18h時,廢水經兩步處理后,COD的去除率在97%以上。經二級生化處理的出水達到國家規定的排放標準。

    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勢,使廢水得到有效治理。試驗結果表明,廢水經顆?；疷ASB穩定處理后,出水COD可降到500mg/L以下,再經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(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、有毒物質等環境條件影響較大。

    (2)我國部分地區淀粉加工受原料生長周期影響而具有周期性。如寧夏南部山區的淀粉加工每年都在馬鈴薯收獲季節即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狀,應從如下幾方面加大淀粉廢水處理方法的研究和開發應用:

    (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,符合節能減排的環保原則和發展趨勢。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,可以使它們的優點相互補充,達到較高的處理效果。