鐵嶺地區(qū)玉米淀粉工業(yè)廢水資源化利用方式及環(huán)境效益分析

王 浩

(鐵嶺市環(huán)境保護科學研究院，遼寧鐵嶺 112000)

鐵嶺市位于遼寧省北部，松遼平原中段，是遼寧省糧食主產區(qū)之一，擁有四個全國商品糧基地縣，主要糧食作物玉米年產量約為20億kg，素有“遼北糧倉”的美譽。由于鐵嶺及周邊地區(qū)玉米資源優(yōu)勢明顯，該區(qū)域布局了多家玉米淀粉生產企業(yè)，僅鐵嶺全市的淀粉生產能力就達到200萬t/a。這些淀粉生產企業(yè)在對地方經(jīng)濟做出貢獻的同時，也向環(huán)境排放了大量的污染物，尤其是廢水和異味對周圍環(huán)境影響較大。淀粉工業(yè)廢水屬于高濃度有機廢水，在生化降解的同時對沼氣進行回收是治理廢水的一個新方向，對于減少環(huán)境污染，降低廢水治理成本，節(jié)約能源具有積極意義。淀粉工業(yè)廢水資源化利用方式已在鐵嶺地區(qū)作為首選治理方案進行推廣。

1 淀粉工業(yè)廢水水質特性及處理工藝

1.1 淀粉工業(yè)廢水產生環(huán)節(jié)

玉米淀粉生產工序可以概括為浸泡、破碎、精磨、分離四個階段。在浸泡階段:經(jīng)篩選凈化后的原料玉米輸送至浸泡系統(tǒng)，一般采用亞硫酸溶液浸泡，浸泡后送蒸發(fā)工序濃縮成玉米漿。在破碎階段:玉米漿經(jīng)二道磨破碎、二次胚芽懸液分離，胚芽送洗滌系統(tǒng)，底流漿料送入精磨工序。在精磨階段:經(jīng)分離出胚芽后的稀漿料通過壓力曲篩，篩下物為粗淀粉乳，篩上物進行精磨，精磨后分離出來的粗淀粉漿液與壓力曲篩篩下的粗淀粉乳匯合后進入淀粉分離工序。在分離階段:分離出的粗淀粉乳經(jīng)除砂、過濾，進入主離心機進行離心分離，底流淀粉乳經(jīng)洗滌濃縮后制成精淀粉乳產品。

淀粉工業(yè)廢水產生環(huán)節(jié)主要為:浸泡階段玉米漿蒸發(fā)濃縮過程產生冷凝廢水、粗磨階段胚芽分離后胚芽干燥過程產生廢水、精磨階段纖維分離后纖維脫水干燥產生廢水、淀粉分離階段淀粉洗滌濃縮產生廢水以及蛋白脫水干燥產生廢水。

1.2 淀粉工業(yè)廢水水質特性

對鐵嶺地區(qū)4家淀粉企業(yè)生產廢水污染物產生濃度進行取樣監(jiān)測，監(jiān)測結果見表1。

淀粉工業(yè)廢水屬高濃度有機廢水，主要含有淀粉、糖類、蛋白質、纖維素、脂肪、酶類及維生素等有機物質，根據(jù)監(jiān)測結果可知，淀粉工業(yè)廢水COD濃度在 8700～11600mg/L，BOD濃度在 5300～7200mg/L，SS濃度在700～1000mg/L，NH3－N濃度在200～300mg/L，SO2－4濃度在300～600mg/L。可生化性較好，宜采用厭氧+好氧生化處理工藝。

1.3 淀粉工業(yè)廢水處理工藝

鐵嶺地區(qū)淀粉工業(yè)廢水多采用厭氧+好氧生化處理方式，行業(yè)普遍治理工藝流程見圖1。

該廢水處理方式對淀粉工業(yè)廢水的處理效果較好，處理后排水能夠滿足污水廠入水要求。但是，在廢水處理環(huán)節(jié)，由于產生沼氣、惡臭、污泥等污染物，造成了環(huán)境的二次污染，主要為格柵間、污泥濃縮池產生惡臭、柵渣、污泥，厭氧處理設施產生沼氣、惡臭等，對周圍環(huán)境影響較大。

表1 鐵嶺地區(qū)淀粉企業(yè)工業(yè)廢水污染物產生濃度監(jiān)測結果表 (mg/L)

圖1 淀粉工業(yè)廢水治理工藝圖

2 淀粉工業(yè)廢水資源化利用方式

2.1 沼氣收集工藝

據(jù)統(tǒng)計，每噸淀粉工業(yè)廢水厭氧發(fā)酵后能夠產生1.5～2.5m3沼氣，將這些沼氣收集利用，變廢為寶，極大地減少了污水處理設施對環(huán)境的二次污染。經(jīng)實測，厭氧生化系統(tǒng)產生的沼氣成分為:CH4約占70%，CO2約占30%，H2S約占0.05%。產生的沼氣首先進行脫硫脫水，避免腐蝕管道，然后由增壓機進行增壓，在混空系統(tǒng)混入空氣，按原料氣∶空氣=2∶1進行混合，混合后沼氣品質為CH4≥41%，CO2≤20%，熱值15～20MJ/m3?；炜障到y(tǒng)空氣來自格柵間、污泥濃縮間集中引風，以減少惡臭排放?；炜蘸笳託饨?jīng)緩沖罐和加臭后輸送至燃氣管道加以利用。沼氣收集工藝流程見圖2。

圖2 沼氣收集工藝流程圖

2.2 工程投資及設備

企業(yè)進行沼氣資源化利用的投資主要包括設備購置費、安裝工程費和土建工程費，設備占地面積小，一般選擇在廠區(qū)空地進行安裝，無需征地費用。購置設備包括原料氣脫硫塔、原料氣儲氣柜、原料氣加壓機、冷干機及混空系統(tǒng)。以10000m3/d原料氣規(guī)模為例，設備購置費約200萬元左右，安裝工程費約100萬元左右，土建工程費約200萬元左右，全部投資可以控制在600萬元以內。

3 淀粉工業(yè)廢水資源化利用環(huán)境效益分析

3.1 減少溫室氣體排放、節(jié)約能源

由于人類活動而排放的溫室氣體是引發(fā)全球氣候變暖的主要原因，沼氣的主要成分是CH4，其產生溫室效應的作用是CO2的20倍以上，對臭氧層的破壞能力是CO2的7倍。將淀粉工業(yè)廢水厭氧發(fā)酵產生的沼氣收集利用，以鐵嶺地區(qū)200萬t/a淀粉生產能力進行計算，每年可減少排放沼氣1600萬m3，相當于節(jié)約燃煤1萬t。近年來，隨著我國經(jīng)濟的高速發(fā)展，我國能源短缺及結構性矛盾日益突出，而煤作為不可再生的能源在我國能源結構中有著舉足輕重的作用，相比于沼氣，煤炭在長途運輸及應用方面要有較大優(yōu)勢。因此，對放空沼氣進行收集作為燃料能源，將沼氣無功排放變?yōu)橛行Ю茫诠?jié)約能源方面，在調節(jié)能源消費結構方面，在減緩區(qū)域煤炭需求方面，均具有積極意義。

3.2 減少城市燃煤煙氣排放

沼氣作為清潔燃料替代燃煤，可以大幅減少燃煤煙氣的排放量。以鐵嶺地區(qū)工業(yè)與市政民用耗能比為7∶3計算，燃煤采用鐵煤集團熱值較高的洗塊煤種，分析沼氣和燃煤各自燃燒后所排放的污染物的量，計算結果見表2。

表2 燃燒沼氣與燃煤污染物比較表

由表2可以看出，相同熱值狀態(tài)下，沼氣燃燒排放的CO量為燃煤排放CO量的0.13%，NOx為燃煤的69.6%，SO2為燃煤的10.8%，煙塵為燃煤的2.4%。燃燒沼氣排放的各種污染物的量均遠低于燃煤污染物的量。以鐵嶺地區(qū)200萬t/a淀粉生產能力計算，通過淀粉工業(yè)廢水資源化利用的實施，可以收集到1600萬m3沼氣，可代替1.0萬t燃煤，減少CO排放量77.5 t/a，減少NOx排放量22.6t/a，減少煙塵排放量197.2t/a，減少SO2排放量85.6t/a，具有較好的環(huán)境效益。

3.3 減少惡臭影響

淀粉企業(yè)排放的工業(yè)廢水在生化治理的同時，產生沼氣、惡臭等二次污染物，對周圍大氣環(huán)境有一定影響，尤其是惡臭對人們情緒層面的影響較大，具體表現(xiàn)在精神煩躁不安、思想不集中等方面。一般淀粉企業(yè)設定惡臭大氣環(huán)境影響防護距離為300～500m，而實際情況是，該距離內往往有居民居住，在短時間內又得不到搬遷，而500m外的居民仍能感覺到惡臭影響，極易引起居民上訪投訴。通過對惡臭主要產生部位格柵間、污泥濃縮間進行封閉，集中引風至沼氣混空系統(tǒng)中作為氣源，可極大降低污水處理設施的惡臭影響，減輕二次環(huán)境污染。

4 結論

淀粉工業(yè)廢水資源化利用方式在增加企業(yè)經(jīng)濟效益的同時，對解決廢水處理過程中對環(huán)境造成二次污染具有積極作用，是節(jié)能減排政策在淀粉行業(yè)的落實和體現(xiàn)，是高濃度有機廢水實現(xiàn)減排增效的新思路和新方向。其環(huán)境效益主要表現(xiàn)在減少溫室氣體排放、減少城市燃煤煙氣污染、節(jié)約燃煤、減少惡臭影響等方面。淀粉工業(yè)廢水資源化利用方式在鐵嶺地區(qū)的成功推廣對于促進鐵嶺地區(qū)節(jié)能減排、優(yōu)化能源消費結構具有重要意義，有利于提升城市環(huán)境品位，有利于城市環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

［1］方品賢，江欣，奚元福.環(huán)境統(tǒng)計手冊［M］.成都:四川科學技術出版社，1985:45－88.

［2］本項目組.鐵嶺十方沼氣收集精制生物質能源項目可行性研究報告［R］.長春:中國市政工程東北設計研究院，2008.

［3］王艷，呂維華，姜紅波，等.淀粉廢水處理技術研究進展［J］.應用化工，2010，39(10):1568－1573.

［4］李艷春.UASB/接觸氧化工藝處理玉米淀粉廢水研究 ［J］.氣象與環(huán)境學報，2009，25(1):68－71.