厌氧生化法处理淀粉排放废水研究综述

     淀粉生产过程中排放大量废水,且废水COD浓度高,有关淀粉废水处理方法的研究越来越受到重视。厌氧生化法是处理淀粉废水的重要方法之一,本文就目前国内外淀粉废水的各种厌氧处理方法进行综述,介绍淀粉废水处理方面的研究成果。

    【关键词】厌氧;淀粉废水;处理

    淀粉废水有玉米淀粉废水,马铃薯淀粉废水,小麦淀粉废水和木薯淀粉废水等。在淀粉加工过程中产生的高浓度酸性废水,主要是溶解性的淀粉和少量蛋白质,COD通常为1000~30000mg/L,SS为1500mg/L。国家环保总局在国家环境科技发展/十五计划纲要指出,继续把淀粉工业的废水污染控制技术作为重要内容进行研究,目前国内外常用的处理方法总体上可分为生化法和物化法两种处理方法,但在实践中多采用生物处理,由于有机物浓度高,尤以厌氧法为首选。

    1厌氧生化法

    厌氧法处理淀粉废水具有能耗低,污泥产量少,在降解污染物的同时能回收能源的特点。目前,厌氧法处理淀粉废水主要有上流式厌氧污泥床、厌氧流化床、折流厌氧污泥床等。

    1·1上流式厌氧污泥床(UASB)

    上流式厌氧污泥床(简称UASB)反应器是荷兰Wageningen农业大学的Lettinga等人于1973-1977年间研制成功的,该技术在国内外已经发展成为厌氧处理的主流技术之一。

    李燕等〔1〕采用上流式厌氧污泥床装置,对面粉厂中的淀粉废水处理进行了试验研究。试验结果表明,用UASB处理高浓度淀粉废水是可行的,当淀粉废水的COD为4000~8000mg/L时,COD负荷达4~5kg/(m3·d)处理效率可达90%以上。

    杨景亮等〔2〕采用UASB反应器处理维生素B12和淀粉生产混和废水,在中温条件下,保持反应体系在中性和偏碱性条件下,COD容积负荷最大为30kg/(m3·d)的时候,COD去除率为80%。

    张振家等〔3〕采用UASB反应器处理淀粉废水,在反应器COD容积负荷保持在10kg/(m3·d)以上时,COD去除率可达90%以上,有机氮去除率亦达80%,为后续处理打下良好基础。管锡增〔4〕等采用改良UASB反应器对配制的淀粉水进行了处理。在141~151天时,负荷达到11kg/(m3·d),COD去除率达到92%以上。

    UASB反应器在处理固体悬浮物浓度较高的废水时易引起堵塞和短流,并且初次启动和形成稳定颗粒污泥用时较长,需要设计合理的三相分离器。

    1·2厌氧滤池(AF)

    厌氧生物滤池是60年代末,美国的Young和McC-arty开发的。厌氧生物滤池是装填有滤料的厌氧生物反应器,在滤料的表面形成了以生物膜形态生长的微生物群体,在滤料的空隙中则截留了大量悬浮生长的厌氧微生物,废水通过滤料层向上流动或向下流动时,废水中的有机物被截留、吸附及分解转化为甲烷和二氧化碳等。

    Ahn等〔5〕对厌氧滤池处理马铃薯淀粉废水的动力学特性进行了研究。结果表明对出水COD的预测受进水水质的影响严重。

    Mihsra等〔6〕采用泡沫胶床厌氧生物反应器通过接种培养及加入CaCO3与一些诸如Ni、Co、Mo等微量元素将生物膜固定在泡沫胶上生长,对某一食品厂排出的马铃薯淀粉废水进行处理,在COD负荷为3·85kg/(m3·d),水力停留时间8d的条件下,COD去除率为71%,产气量为11·6L/d,其中含甲烷85%。而且此反应器运行稳定,不受废水成分及负荷变化的影响,耐受高的有机负荷。

    刘素英等〔7〕以小麦淀粉废水为研究对象,以厌氧生物滤池为反应设备,模拟厌氧生化工艺运行,得出可供实际操作的运行条件。小麦淀粉废水厌氧生化所需水力停留时间在5~20天之间,最佳pH值范围为6·8~7·4,最佳有机容积负荷为7~8kgCOD/(m3·d)。AF在运行中常出现堵塞和短流现象,且需要大量的填料和对填料进行定期清洗。

  1·3厌氧流化床(AFB)

    厌氧流化床是在厌氧反应器内添加固体颗粒载体,细颗粒载体为微生物的附着生长提供了较大的比表面积,使床内的微生物浓度很高(一般可达30gVSS/L)。栾金义〔8〕等将生物流化床与接触氧化法相结合的复合生物流化床方法,使淀粉废水先经过流化的生物载体后再经填料层,处理北京某淀粉厂的废水,COD去除率达90%左右,废水可达标排放。该方法可使生物流化床技术与接触氧化法的优缺点相互补充,大大提高了处理效率。

    Matsumoto〔9〕用小试厌氧流化床处理淀粉废水,当pH为5·8时产甲烷过程会受到轻微抑制,亦得出系统运行的最佳pH为6·2,但该系统运行时间只有15d,还不能保证其长期运行的稳定性。

    1·4厌氧折流板(ABR)反应器

    厌氧折流板(ABR)反应器是每个反应室都是一个相对独立的上流式污泥床系统,其中污泥以颗粒形式或絮状形式存在。废水由导流板引导上下折流前进,依次通过每个格室的污泥床直至出口,此过程中废水中的有机物与厌氧污泥反复接触而得到去除。

    徐金兰等〔10〕采用ABR反应器研究人工配制淀粉废水在酸化过程中的特征及调控措施.在酸化初期,各隔室pH逐级升高,COD和VAF逐隔室降低,具有明显的两段厌氧消化的特点。完全酸化期,各隔室pH降到3·5~4·5范围后就保持相对稳定,各隔室出水COD与进水COD接近。酸化过程中污泥浓度逐渐降低,VAF累积,VAF中甲酸、丙酸、丁酸浓度升高,随时间延长,并无自然恢复迹象。采用单独调控碱度或降低负荷的方式,系统都难以恢复正常,只有采用在碱度和负荷同时调控时,约60d后系统恢复正常。

    沈耀良〔11〕等对ABR反应器处理高浓度淀粉加工废水的效果及污泥特性进行研究,在中温35士0·5℃、进水COD负荷为12~18kg/(m3·d)、HRT=12~24h时,COD的去除率可达72%~96%。研究表明,不同条件下反应器不同隔室中的VFA及pH的变化呈现出显著的相分离及移动的特征,反应器中形成SVI为18~25mL/g、平均粒径为2~3mm大者可达4~5mm、性能良好的颗粒污泥,且其特性随不同隔室而呈现出相应的变化规律。该方法对高浓度淀粉加工废水具有稳定高效的处理效果。

    总之,利用厌氧法处理淀粉废水,不仅有机污染物去除效果明显,工艺稳定,能耗低,剩余污泥产量少,而且还可以产生甲烷等作为能源气体。因此在处理淀粉废水等高浓度有机废水中得到广泛应用。但厌氧处理法容易受到废水的水温、pH、有毒物质等环境条件影响,还存在着出水浓度高、污泥培养周期长等缺点。

    2组合工艺处理淀粉废水

    由于淀粉废水的有机浓度很高,所以在处理中很少使用单一处理方法,一般是将多种处理方法结合使用,使各种方法的优缺点相互补充,以提高效率。胡威夷〔12〕推荐了某玉米淀粉厂厌氧-好氧相结合的处理工艺,该工程成功地运用常温UASB生产工艺处理淀粉废水,并在常温条件下实现了UASB反应器接种活性污泥的颗粒化,在国内淀粉行业尚属首次。

    戴建强〔13〕等在中温35±1℃条件下,采用UASB和混合活性污泥串联的方法来处理玉米淀粉生产废水,当COD在7000~8000mg/L,HRT为18h时,废水经两步处理后,COD的去除率在97%以上。经二级生化处理的出水达到国家规定的排放标准。

    毛海亮〔14〕等采用UASB-SBR工艺处理淀粉废水。充分利用UASB高效高负荷的处理优势,使废水得到有效治理。试验结果表明,废水经颗粒化UASB稳定处理后,出水COD可降到500mg/L以下,再经SBR处理后出水COD可降到100mg/L以下。

    郭静〔15〕等利用上流式厌氧污泥床一厌氧滤柱系统(UASB-UAF)在低负荷条件下,对加拿大McCain食品有限公司提供的马铃薯车何生产废水进行了长达420d的实验处理,COD的总去除率大于95%,SS、VSS的去除率均大于98%。

    淀粉废水处理方法在实际应用中,往往单一方法的运用,处理效率不理想,而将各种方法组合起来,使它们的优缺点相互补充,可以达到更高的处理效果。

    3存在问题

    由于淀粉废水排放量大,有机负荷高,以上所列举的淀粉废水处理方法在实际中都有应用,但也都存在一些问题。

    (1)厌氧生化法处理淀粉废水,具有技术成熟可靠、耐冲击能力强、处理效果好,尤其以UASB反应器为主体的厌氧生物处理工艺在实际中应用广泛。但是厌氧处理效果受废水的水温、pH、有毒物质等环境条件影响较大。

    (2)我国部分地区淀粉加工受原料生长周期影响而具有周期性。如宁夏南部山区的淀粉加工每年都在马铃薯收获季节即9、10月份至次年1月左右。因此,处理淀粉废水的构筑物在非淀粉加工期被闲置下来,而在每年9、10月份要重新启动。这种实际情况限制了生化法在马铃薯淀粉废水处理上的应用。

    4展望

    针对淀粉废水的特点,结合淀粉废水厌氧处理方法的研究现状,应从如下几方面加大淀粉废水处理方法的研究和开发应用:

    (1)研究厌氧生化工艺的快速启动方法,以满足我国部分地区淀粉加工受原料生长周期影响而具有周期性的特点。

    (2)培育并分离低温条件下处理淀粉废水的菌株,以减少北方地区冬季处理淀粉废水因保温要求而增加的运行费用。

   5结语

    我国淀粉加工企业分布广且废水COD浓度高,淀粉废水处理方法的研究越来越受到重视。厌氧生化法作为处理淀粉废水的重要方法之一,把废水处理和能源回收相结合,符合节能减排的环保原则和发展趋势。各种厌氧处理方法的处理特点不同,而将各种方法结合起来,可以使它们的优点相互补充,达到较高的处理效果。