南京水處理深度解析淀粉廢水處理技術(shù)
【m.34dn.com南京純水設(shè)備】淀粉工業(yè)是以玉米、馬鈴薯、小麥、大米等農(nóng)產(chǎn)品為原料生產(chǎn)淀粉或淀粉深加工產(chǎn)品(淀粉糖、葡萄糖、淀粉衍生物等)的工業(yè)。淀粉工業(yè)約需1.7t原料才能得到1t產(chǎn)品，在生產(chǎn)過程中，需水量很大，淀粉廢水排放量也大，而且廢水都是含大量淀粉、蛋白質(zhì)、糖類、脂肪等有機(jī)物的髙濃度有機(jī)廢水，如不加以處理直接排入水體中，將造成水體缺氧，使水生動(dòng)物窒息，給水生態(tài)環(huán)境帶來極大的危害。
一、淀粉生產(chǎn)廢水處理
淀粉是一種重要的工業(yè)原料，它的用途很廣泛，除供食用與加工食品外，更廣泛的應(yīng)用于紡織、造紙、醫(yī)藥、發(fā)酵、鑄造、膠粘、化工、機(jī)械及鉆井等行業(yè)。南京工業(yè)純水設(shè)備目前，我國年產(chǎn)淀粉300多萬噸。在淀粉生產(chǎn)過程中，廢水抻放量很大，每產(chǎn)一噸淀粉排放廢水10~20m3。
1、淀粉生產(chǎn)工藝及廢水來源
淀粉生產(chǎn)約有80%是以玉米為原料，其余是以薯類、小麥、大麥、燕麥以及其他富含淀粉的植物塊根等為質(zhì)料。原料中除含淀粉以外，還含有其他的多種成分一蛋白質(zhì)、脂肪、纖維家、無機(jī)鹽等。淀粉具有不溶于冷水和比重大于水的基本特征。淀粉生產(chǎn)就是根據(jù)這兩大基本特征，通過物理分離過程，除去其他物質(zhì)而取得較為純凈的淀粉制品。
淀粉生產(chǎn)大致由原料處理、浸泡、破碎、過篩、分離淀粉、洗滌、干燥等幾個(gè)主要工序組成，在具體操作上因原料不同而異，但基本工藝過程是一致的。
玉米淀粉生產(chǎn)流程：玉米→過篩→浸泡(回收玉米漿)→粉碎→胚芽分離(胚芽可壓玉米油)→磨細(xì)→篩分(粉渣可做飼料)→沉淀分離(分離玉米蛋白)→淀粉洗滌→脫水→干燥→淀粉。
廢水主要來源干玉米輸送洗滌水、玉米浸泡水、胚芽分離、黃漿廢水等工藝過程水，除此以外，還有少擻地面沖洗水。
甘慕類淀粉生產(chǎn)流程：甘薯，洗滌→磨碎→過篩(薯渣作飼料)→漿液→離心分離(回收黃漿水中蛋白質(zhì))→淀粉洗滌→脫水→干燥→淀粉。
廢水主要來源于沉淀池上清水和離心機(jī)脫水。
2、廢水水質(zhì)水量及其特征
用玉米為原料生產(chǎn)淀粉，大致有以絕干計(jì)60%的玉米成為商品淀粉，還有30%的玉米成為副產(chǎn)品，其余部分則成為廢液排出廠外。副產(chǎn)品主要是以固體狀態(tài)排除的粉渣(含纖維，殘余淀粉)和胚芽，廢液則主要為兩股高濃度的有機(jī)廢水，一是浸泡水，固形物濃度5%，二是黃槳水，固形物濃度2%以上。大型企業(yè)浸泡水經(jīng)濃縮成玉米漿，作為抗菌素生產(chǎn)的營養(yǎng)源，但絕大多數(shù)小廠沒有回收。浸泡水的排放量為原料的0.5%~1%，而黃漿水的排放量達(dá)原料的30倍(或產(chǎn)品淀粉的20倍)左右，一個(gè)年處理玉米1萬噸的淀粉廠，每日排放黃漿水約600t。這種髙濃度有機(jī)廢水的主要成分是蛋白質(zhì)、糖、脂肪等，另外含有大量含氮、碳無機(jī)化合物。
玉米淀粉廢水的一般組成為：總糖0.3%~0.7%，粗蛋白2.1%，固形物5%~10%，粗纖維2%~3%，脂肪酸0.1%~0.3%。玉米淀粉生產(chǎn)不受季節(jié)影響，可全年生產(chǎn)。工藝用水量很大，一般為5~13m3/t玉米，玉米淀粉廢水中主要成分為淀粉、糖類、蛋白質(zhì)、纖維素有機(jī)物質(zhì)，COD值為8000~30000mg/L，BOD5值為5000~20000mg/L，SS值為3000~5000mg/L，pH值4~6，呈酸性。另外，在玉米浸泡過程中，為破壞玉米的機(jī)械強(qiáng)度，削弱淀粉與其他部分的親合力，分離可溶性蛋白，同時(shí)為抑制徼生物單生繁衍，在浸泡時(shí)加入一定量的亞硫酸溶液，浸泡水中亞硫酸濃度約0.1%。因此，廢水中含有SO32、SO42-，當(dāng)兩者濃度分別超過300mg/L時(shí)，用厭氧法處理會(huì)對(duì)產(chǎn)甲烷菌有抑制作用。
以甘薯類(包括馬鈴薯和其他薯類)為原料的淀粉生產(chǎn)廢水中，輸送和洗滌水(由輸送工段和洗凈工段流出的廢水)含有砂土、馬鈴薯破皮片以及由原料流出的有機(jī)物，這種廢水懸浮物含量高，COD和BOD5值都不高；分離廢水(薯漿廢水及蛋白質(zhì)水)中主要含有機(jī)化合物，如糖類和蛋白質(zhì)及大量的不溶物，如淀粉微粒、細(xì)胞、根纖維及葉子等。合肥純水設(shè)備廢水中可溶性固形物一般組成為(以干基計(jì))：蛋白質(zhì)33%~41%，總糖35%，有機(jī)酸4%，礦物質(zhì)20%，每噸淀粉可產(chǎn)生這種固形物200kg左右，COD、BOD5值很髙，并且水量大，是馬鈴薯原料淀粉廠主要污染的廢水；淀粉渣貯槽廢水是淀粉渣長期積存在貯槽內(nèi)產(chǎn)生的廢水，這種廢水雖不產(chǎn)生惡臭，但酸度高；冷凝水基本上是未受污染的水。
二、淀粉生產(chǎn)廢水治理方法
目前，國內(nèi)外常用的淀粉廢水處理方法冇如下幾種：沉淀分離法、化學(xué)絮凝法、單純曝氣法、生物處理法(活性污泥法、厭氧生物法、生物膜法、生物塘等)、膜分離技術(shù)、光合細(xì)菌等。
(1)化學(xué)絮凝法
直接采用自然沉淀，處理時(shí)間長，BOD5的去除率低，如果加入藥劑，采用化學(xué)混凝法，破壞膠體的穩(wěn)定作用，使分散狀態(tài)的有機(jī)物脫穩(wěn)、凝聚，形成聚集狀態(tài)的粗顆粒物質(zhì)從水中分離出來。混凝沉淀法比物理沉淀法去除效果好，處理時(shí)間短。通過混凝可以除去分子量較大的有機(jī)物，而分子量較小的有機(jī)物可通過活性炭吸附法除去。
(2)沉淀分離法
淀粉不溶于冷水，可直接通過物理沉淀使廢水中懸浮物沉淀下來，一般使用沉淀池或沉淀塘。淀粉廢水含有蛋白質(zhì)、淀粉，糖類及懸浮物，屬高分散系的親水膠體，這種膠體一般比較穩(wěn)定，當(dāng)池中產(chǎn)生厭氧反應(yīng)時(shí)，生成的有機(jī)酸使廢水pH值下降，南京反滲透水處理設(shè)備處于膠體狀態(tài)的蛋白質(zhì)，將形成絮凝體而沉淀，能夠提髙分離效果。
沉淀池(塘)HRT約2~7d，每噸原料需要設(shè)沉淀池(塘)容積1.5~1.6m3。沉淀池(塘)的凈化效果，SS去除率一般在70%左右，效果好的可達(dá)90%，BOD5的去除率可達(dá)20%~30%。
(3)生物處理法
淀粉生產(chǎn)廢水厲髙濃度有機(jī)廢水，不含有毒物，可生化性好，因此，國內(nèi)外常用的淀粉廢水處理方法是生化法，包括活性污泥法、厭氧生物法、生物膜法、生物穩(wěn)定塘等。由于淀粉廢水有機(jī)物含量高，采用好氧生物法處理能耗大，處理費(fèi)用高，而厭氧生物法無需供氧，處理費(fèi)用低，應(yīng)用廣泛。下面重點(diǎn)介紹這種處理方法。
厭氧生物法是指無分子氧條件下通過厭氧微生物(包括兼生物)的作用，將淀粉廢水中的各種復(fù)雜有機(jī)物分解為甲烷和化碳等物質(zhì)的過程，間時(shí)把部分有機(jī)質(zhì)合成細(xì)菌胞體，通過氣、固分商，使污水得到凈化。
近年來，在淀粉廢水厭氧處理中，發(fā)展最快應(yīng)用最多的是上流式厭氧污泥床(UASB)工藝。此外，厭氧接觸法、厭氣填料床、厭氧濾池、縱向折流套筒式厭氧污泥床(VBASB)、厭氧折流板反應(yīng)器(ABR)等工藝也有應(yīng)用。
(4)單純曝氣法
用空氣或含臭氧的空氣對(duì)廢水進(jìn)行短時(shí)間的曝氣，通過空氣氧化、臭氧氧化以及對(duì)揮發(fā)物質(zhì)的吹脫以取得凈化效果，一般不單獨(dú)使用。
我國北方一些以馬鈴薯為原料的小型淀粉廠，在生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)季節(jié)等條件不適宜釆取生物處理法時(shí)可采用沉淀分離一單純曝氣法組合工藝，通過沉淀分離，可減輕單純曝氣法的處理負(fù)荷，還有調(diào)節(jié)、穩(wěn)定水質(zhì)水量的作用。后續(xù)單純曝氣的目的是保證處理后出水達(dá)標(biāo)，同時(shí)也可把沉淀分離過程中生成的有機(jī)酸吹脫出去，使廢水達(dá)中性。
(5)膜分離技術(shù)
用來處理淀粉廢水的膜分離技術(shù)主要是反滲透和超濾。國外應(yīng)用膜分離技術(shù)去除馬鈴薯淀粉廢水中的COD，并濃縮回收蛋白質(zhì)。我國在這方面也有研究，下面介紹應(yīng)用超濾技術(shù)處理馬鈴薯淀粉廢水的模擬研究。
實(shí)驗(yàn)采用兩級(jí)中空纖維超濾膜組件串聯(lián)，聚丙烯腈(PAN)膜在前,孔徑大一些，切釗分子量選在10萬左右，以去除大的顆粒及部分COD，使蛋白質(zhì)通過；聚砜(PS)膜在后，切割分子量選為1.5萬左右，主要對(duì)蛋白質(zhì)濃縮。南京實(shí)驗(yàn)室純水設(shè)備操作條件：操作壓力0.1MPa，進(jìn)料流量70L/h、溫度為室溫，超濾前調(diào)節(jié)料液pH值3.5左右。進(jìn)水COD值8175mg/L，經(jīng)超濾處理后COD值3610mg/L，COD去除率為55.8%，后面可接其他處理技術(shù)使廢水達(dá)標(biāo)。污染后的膜，用40℃、0.1mol/LNaOH溶液清洗，恢復(fù)率90%左右。應(yīng)用超濾技術(shù)時(shí)，原料液預(yù)處理非常重要。
(6)光合細(xì)菌
利用光合細(xì)菌(Photosynthetic Bacteria，簡稱PSB)處理淀粉廢水不僅有機(jī)污染物去除率高，投資省，占地少，且菌體污泥是對(duì)人畜無害，富含營養(yǎng)的蛋白飼料。因此，法是一種非常有前途的凈化高濃度有機(jī)廢水的處理技術(shù)。
(7)淀粉廢水的資源化回收技術(shù)
淀粉廢水中含有豐富的營養(yǎng)物質(zhì)，如能從淀粉廢水中回收有用物質(zhì)，既變廢為寶，綜合利用，又能減小廢液處理的費(fèi)用。我國在利用淀粉廢水生產(chǎn)飼料酵母、提取淀粉酶等方面都有研究。
三、淀粉廢水處理工藝
目前，國內(nèi)外經(jīng)常采用的淀粉廢水處理工藝有如下幾種。
(1)厭氧-好氧串聯(lián)工藝
厭氧部分一般采用UASB、厭氧濾池、厭氧塘、縱向折流套筒式厭氧污泥床(VBASB)處理工藝，好氧部分可采用生物接觸氧化、循環(huán)式活性污泥法等工藝，厭氧前面采用調(diào)節(jié)池預(yù)曝氣、沉淀等預(yù)處理，好氧后面一般接氣浮、吸附、過濾等后處理，以保證出水達(dá)標(biāo)。
(2)兩段好氧串聯(lián)工藝
該工藝可為生物接觸氧化與氧化塘串聯(lián)，如江西國藥廠淀粉分廠就是采用這種工藝。也可采用酵母菌-焦炭固定床生物膜兩段好氣處理工藝。
(3)化學(xué)絮凝-活性炭吸附
國內(nèi)外常用的淀粉廢水處理方法是生化法，該方法具有技術(shù)成熟，效果較好，運(yùn)行可靠等特點(diǎn)。其缺點(diǎn)是占地面積大，基建投資高，技術(shù)難度大，搡作管理復(fù)雜等。南京EDI純水設(shè)備國內(nèi)一些中小型淀粉廠由于技術(shù)和經(jīng)濟(jì)條件有限，尤其是北方地區(qū)，冬季氣溫低，采用生化法處理淀粉廢水更加困難。用化學(xué)絮凝、活性炭吸附的流程處理淀粉廢水，具有基建投資少，工藝簡單，搡作容易，能耗低，對(duì)氣溫的變化適應(yīng)性強(qiáng)，特別適用于該類中小型淀粉廠。
處理流程為：廢水→反應(yīng)池(加入混凝劑，可利用工業(yè)廢渣DSZ)，調(diào)節(jié)pH值為9~11)→管道反應(yīng)器(加入絮凝劑，可用PAM)→斜板沉淀池→上清水(用工業(yè)廢酸調(diào)節(jié)pH值為6~9)→砂濾池→炭塔→出水排放。
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