小麥淀粉生產(chǎn)廢水資源化及處理技術(shù)研究

陶令霞

摘要：近年來隨著小麥淀粉的需求增大，對于小麥淀粉廢水處理的技術(shù)要求也越來越高，各個部門都十分重視小麥淀粉的廢水資源化處理及技術(shù)的研究。本文介紹了小麥淀粉廢水生產(chǎn)的來源并且對其成分進(jìn)行分析，探究了小麥淀粉廢水資源化處理的方法和技術(shù)，以期實(shí)現(xiàn)小麥淀粉的可持續(xù)生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：小麥淀粉廢水;資源化處理;技術(shù)研究

中圖分類號：F323.22 ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

作為一種重要的化工原料，淀粉在食品制造、化學(xué)化工、紡織業(yè)、造紙業(yè)、制藥業(yè)等行業(yè)應(yīng)用廣泛。用小麥、馬鈴薯及大米等農(nóng)產(chǎn)品進(jìn)行加工制造淀粉的深加工行業(yè)就是淀粉工業(yè)。其中，小麥作為淀粉加工制作的良好原料是世界上種植范圍最廣泛的農(nóng)作物之一，其優(yōu)勢在于低糊化溫度和熱黏度。目前，我國作為世界上第一淀粉生產(chǎn)大國，10萬噸級以下中小型淀粉廠占比多，生產(chǎn)單位產(chǎn)品所消耗的水及蒸汽量大，淀粉流失嚴(yán)重，產(chǎn)率低。分析其原因可能為工藝落后不具備廢水處理能力;投資和運(yùn)行成本過大等。淀粉生產(chǎn)廢水中含大量有機(jī)污染物，如果廢水直接進(jìn)行排放的話，在造成資源浪費(fèi)的同時也會造成二次污染，使得環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞[1]。

1 小麥淀粉廢水生產(chǎn)來源

目前小麥淀粉提取方法主要有馬廷法、全旋流法等。最常用的馬廷法大致生產(chǎn)流程如圖1所示：

從其生產(chǎn)過程來看，淀粉乳和副產(chǎn)品谷朊粉是在分離、洗滌及烘干等過程中產(chǎn)生的，因此，生產(chǎn)廢水主要由兩部分構(gòu)成，分別是沉降池里的上清液及離心后產(chǎn)生的黃漿水。上清液的有機(jī)物含量較低，黃漿水的有機(jī)物含量較高，在兩者混合之后進(jìn)行排放就形成了小麥淀粉生產(chǎn)廢水[2]。

2 小麥淀粉廢水成分分析

淀粉、可溶性蛋白質(zhì)是小麥淀粉廢水中的主要成分，其余還有戊聚糖、纖維素、灰分及無機(jī)鹽等。小麥淀粉生產(chǎn)廢水可以細(xì)分為戊聚糖廢水（又名高濃度廢水）、生產(chǎn)污水（又名低濃度廢水），以高濃度COD（≥10 000 mg/L）、高B/C、碳水化合物和氮磷等營養(yǎng)物質(zhì)豐富、高亞硫酸鹽和硫酸鹽濃度為主要特征。表1和表2是兩種廢水的基本數(shù)據(jù)介紹[3]。

3 小麥淀粉生產(chǎn)廢水資源化處理方法

3.1 物理生物結(jié)合回收植物蛋白

有機(jī)物質(zhì)較多、濃度較高及懸浮物含量較多等是小麥淀粉生產(chǎn)污水的特點(diǎn)。李東偉等運(yùn)用物理法和生物法結(jié)合的工藝進(jìn)行小麥淀粉廢水處理，將廢水中的植物蛋白進(jìn)行回收制作飼料，圖2是具體的回收工藝流程[4]。

廢水通過進(jìn)水口進(jìn)入格柵，隨后進(jìn)入設(shè)有機(jī)械攪拌裝置的調(diào)節(jié)池內(nèi)，為了防止懸浮物的大量沉淀，需要進(jìn)行不間斷的機(jī)械攪拌，也便于后來的植物蛋白回收。廢水經(jīng)過調(diào)節(jié)池進(jìn)入氣浮池，通過氣水流的連續(xù)攪拌，廢水能夠和混凝劑進(jìn)行充分混合，大顆粒也在絮體的相互碰撞之下形成，由于氣泡上浮及進(jìn)水壓力的作用，使得微細(xì)氣泡黏附在被去除的微小油滴和懸浮物上浮至水面，在刮渣機(jī)的作用下實(shí)現(xiàn)水和懸浮物的互相分離。經(jīng)過一系列處理之后，廢水中的懸浮物質(zhì)含量明顯下降，植物蛋白也能夠輕松回收[5]。

3.2 廢水二次利用進(jìn)行單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)

細(xì)菌B-2從廢水處理池中篩選獲得，通過利用淀粉廢水中的殘留有機(jī)物進(jìn)行營養(yǎng)繁殖，在進(jìn)行廉價尿素及磷酸二氫鈉的添加之后，菌體的生長量就有大幅提升[6]。作為一種簡單易行的工藝，適合進(jìn)行大規(guī)模的單細(xì)胞蛋白生產(chǎn)，得到的單細(xì)胞蛋白產(chǎn)出率在0.1～0.5 kg/kg[CODCr]，使得廢水中的COD水平顯著下降（去除率為60%～90%）。

4 小麥淀粉生產(chǎn)廢水處理技術(shù)探究

從當(dāng)下小麥淀粉生產(chǎn)過程來看，廢水的產(chǎn)出已經(jīng)成為必然，造成廢水排出的主要原因是小麥淀粉的原料為淀粉和谷朊粉，在利用其生產(chǎn)淀粉的過程中必然會造成排除廢水內(nèi)的可溶性蛋白數(shù)量大大提升，如果將這樣的廢水不經(jīng)過處理直接排除到大自然中，不光會造成生產(chǎn)企業(yè)成本上升、利潤下降，最嚴(yán)重的是還會直接導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境的破壞。從當(dāng)下我國淀粉廠實(shí)際情況來看，雖然有很多淀粉廠已經(jīng)意識到按照規(guī)定處理廢水、保護(hù)環(huán)境的必要性，但是其選擇的廢水處理方法不光效率較低，而且成本也比較高，這樣也會直接影響到企業(yè)的生產(chǎn)效率。因此，筆者從淀粉廠實(shí)際情況出發(fā)，大膽摒棄了傳統(tǒng)的廢水處理方法，探究了新型廢水處理方法的效率。

4.1 化學(xué)絮凝處理法

化學(xué)絮凝處理法與其他方法不同，通過物理化學(xué)方法去除廢水中的膠體物質(zhì)和懸浮物質(zhì)。在生產(chǎn)出的廢水中加入相應(yīng)的絮凝劑，可直接對廢水的物質(zhì)進(jìn)行脫穩(wěn)、凝聚，分離廢水中的顆粒物，直接實(shí)現(xiàn)廢水處理的目的。與其他的廢水處理方法相比，化學(xué)絮凝處理法具有成本低、操作簡單、效率高的優(yōu)點(diǎn)。不僅如此，由于化學(xué)絮凝劑主要是根據(jù)一定的化學(xué)原理實(shí)現(xiàn)廢水處理，因此其對反應(yīng)物種類和形式?jīng)]有太高的要求，比如，有人會選擇聚鐵進(jìn)行廢水處理，且這樣的廢水處理效率比較高，往往能達(dá)到90%以上，且廢水的COD值可以達(dá)到500以下，完全符合國家的廢水排放標(biāo)準(zhǔn)[7]。

除此之外，相關(guān)研究人員還曾研究出將PAM作為絮凝劑，將工業(yè)廢渣作為混凝劑，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)廢水的處理。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)是可以充分合理利用工業(yè)廢渣，因此成本較低，現(xiàn)在有很多淀粉廠依然在使用這樣的方法，且廢水處理的效果還是非常好的。

4.2 化學(xué)——生物復(fù)合絮凝處理法

生物絮凝處理法與化學(xué)絮凝處理法方法相似，但是廢水處理的原理不同。其主要是通過生物絮凝劑，對廢水進(jìn)行氧化還原、酸堿中和等化學(xué)反應(yīng)，去除廢液中有機(jī)物、無機(jī)物、重金屬離子及有毒污染物等，最終析出沉淀物，這些沉淀物可以由淀粉廠售給養(yǎng)殖場作為飼料。當(dāng)下經(jīng)常用到的方法是在廢水中加入濃度為1%的CaCl2溶液和生物絮凝劑0.3 mL/L，調(diào)節(jié)pH值至9～10，充分?jǐn)嚢瑁o置5分鐘，即可在廢水中析出一定沉淀物，而這些沉淀物就可以用來制作飼料。此方法除了上述化學(xué)絮凝法的優(yōu)點(diǎn)以外，其還可以為淀粉廠創(chuàng)造額外的收入，降低淀粉廠的生產(chǎn)成本，提高其整體效益[8]。

4.3 生物處理法

生物處理法主要有兩個大方向，即好氧生物廢水處理法和厭氧生物廢水處理法，主要用于去除水中有機(jī)物。好氧生物廢水處理法主要指的是在條件允許的大環(huán)境下，利用喜好氧氣的微生物作用，對產(chǎn)出的廢水內(nèi)有機(jī)物進(jìn)行降解，從而達(dá)到凈化的作用。比如，當(dāng)下會用到的SBR法和CASS法都是利用的這一原理。而厭氧生物廢水處理法主要指的是在沒有分子氧參與的環(huán)境下，利用厭氧分子將廢水中的有機(jī)物分解為甲烷和二氧化碳，達(dá)到凈化廢水的效果?，F(xiàn)在一般會利用上流式厭氧污泥床反應(yīng)器進(jìn)行反應(yīng)，同樣應(yīng)用較多的還有AF法和ABR法等。這一方法的優(yōu)點(diǎn)是占地省、運(yùn)行相對穩(wěn)定、耗能小、維護(hù)少，但通常會導(dǎo)致廢水內(nèi)的有機(jī)負(fù)荷升高，因此，處理廢水的過程難度較大，故常會將這兩種不同的方法結(jié)合在一起，以此提高廢水處理的效率[9]。

4.4 光合細(xì)菌法

光合細(xì)菌法主要是指在厭氧條件下在廢水中加入可進(jìn)行光合作用的細(xì)菌，使其在進(jìn)行不耗氧的光合作用過程中分解并去除有機(jī)物，現(xiàn)在經(jīng)常用到的是紅假單孢菌。這一廢水處理方法的最大優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)楣夂霞?xì)菌能夠承受非常高濃度的有機(jī)酸，因此處理時不需要進(jìn)行稀釋，成本非常低且耗能低、占地面積小，而且光合細(xì)菌法還可顯著去除氮、磷等污染物。淀粉生產(chǎn)廢水中含有大量的蛋白質(zhì)和戊聚糖，采用傳統(tǒng)的廢水處理方法不光效率低下，而且會浪費(fèi)資源，因此，現(xiàn)在淀粉廠對廢水的處理一般是通過化學(xué)和生物原理對廢水內(nèi)有機(jī)物加以轉(zhuǎn)換，在防止環(huán)境污染的同時做到節(jié)約資源，提高淀粉廠效益[10]。

5 結(jié)語

綜上所述，我國目前對于小麥淀粉廢水的處理和回收有了很大進(jìn)展，由于高濃度無毒的廢水主要是回收蛋白和戊聚糖，因此，生化法及絮凝沉淀法是首選方法。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，小麥淀粉的生產(chǎn)污水資源化處理一定會更上一層樓，并最終實(shí)現(xiàn)可持續(xù)化生產(chǎn)、實(shí)現(xiàn)可再生能源的利用[11]。

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