紅薯淀粉廢水處理淺析

常凱

（安徽省環(huán)境科學(xué)研究院安徽省污水處理技術(shù)研究重點實驗室，安徽合肥 230022）

1 引言

紅薯長期以來一直被用于向全球不斷增長的人口提供淀粉和蛋白質(zhì)。紅薯淀粉的制作方法與其他來源的淀粉相似?；静襟E包括洗滌、研磨、篩選、凈化、濃縮和脫水［1］。紅薯淀粉的生產(chǎn)基本在9 月份到10 月份，具有明顯的季節(jié)性特點。紅薯淀粉廢水中的TP，TN，SS 基本都來自于洗薯、破碎和提取淀粉時的沙質(zhì)，細(xì)胞破碎的殘余物［2］。特別是農(nóng)村紅薯淀粉的加工大多是家庭作坊式，粗放落后的加工方式使淀粉品質(zhì)較差、出粉率低，從而導(dǎo)致紅薯淀粉銷售單價低。家庭作坊式淀粉生產(chǎn)耗水量大，每噸鮮薯耗水量達(dá)10 t 以上。

紅薯淀粉廢水有著高有機(jī)負(fù)荷的特點，COD 濃度高達(dá)5 000～10 000 mg/L。據(jù)統(tǒng)計，安徽潁上縣八里河流域淀粉廢水的COD 排放量達(dá)14 400 t、氨氮為270 t、總氮為750 t、總磷為76 t［3］。大量淀粉廢水排放造成八里河流域水體發(fā)黑發(fā)臭，COD、氨氮等水質(zhì)指標(biāo)超標(biāo)嚴(yán)重，水體缺氧導(dǎo)致魚蝦滅絕，水生態(tài)系統(tǒng)完全崩潰。由此可見，紅薯淀粉廢水的處理關(guān)乎水生環(huán)境，尋找到有效的處理紅薯淀粉廢水的方法至關(guān)重要。

由于紅薯淀粉廢水具有有機(jī)負(fù)荷高、季節(jié)性強(qiáng)、水質(zhì)水量波動大的特點，因此尋找到合適的工藝處理紅薯淀粉廢水十分困難，且紅薯淀粉廢水本身氮磷含量也高，去除COD 的同時也要求兼?zhèn)湟欢ǖ拿摰仔Ч?/p>

2 紅薯淀粉廢水水質(zhì)特征

由于生產(chǎn)方式粗放，且為家庭作坊式生產(chǎn)，八里河流域農(nóng)村地區(qū)生產(chǎn)紅薯淀粉產(chǎn)生的紅薯淀粉廢水的水質(zhì)波動大、季節(jié)性強(qiáng)。每年9—11 月份為紅薯淀粉廢水產(chǎn)生高峰期，其他時間因為生產(chǎn)紅薯淀粉粉絲也有粉絲廢水產(chǎn)生，直接排放對水體環(huán)境破壞大。紅薯淀粉廢水水質(zhì)特征見表1。

表1 紅薯淀粉廢水水質(zhì)

3 現(xiàn)有紅薯淀粉廢水處理方法

3.1 物理化學(xué)處理方法

3.1.1 自然沉淀法

物理沉淀方法如自然沉淀法可以去除廢水中密度較大的物質(zhì)，此外，紅薯淀粉廢水中的蛋白質(zhì)具有自然凝結(jié)的特性，可以通過自然沉淀的方法去除甚至回收利用。自然沉淀法是一種原始處理污水的方法，其耗時較長、去除效率較低。

3.1.2 絮凝沉淀法

絮凝沉淀法是目前較常用的處理紅薯淀粉廢水的方法，與自然沉淀法不同的是，絮凝沉淀法不僅工藝簡單，而且去除效果顯著。絮凝沉淀法的核心是尋找到高效的絮凝劑，長期以來，各類廢水處理都在研究高效的絮凝劑。絮凝劑大致可分為傳統(tǒng)無機(jī)絮凝劑、生物絮凝劑、微生物絮凝劑。

在傳統(tǒng)無機(jī)絮凝劑處理紅薯淀粉廢水研究方面，吳健等［2］使用磁絮凝方法，用PAC，PAM 傳統(tǒng)無機(jī)絮凝劑處理紅薯淀粉廢水。實驗結(jié)果表明，調(diào)節(jié)廢水的pH 為10，向500 mL 廢水投加30 mg 磁粉，投加1%PAC 3 mL、0.1%PAM 2 mL，攪拌速率為100～150 r/min，此時絮凝效果最好，控制絮凝沉淀時間為60 min，對于原水各指標(biāo)去除率分別為：SS 為95.32%、TP 為93.81%、TN 為38.13%。

生物絮凝劑大致可劃分為利用微生物細(xì)胞進(jìn)行絮凝的絮凝劑；利用微生物的提煉物進(jìn)行絮凝的絮凝劑；利用大自然中的大分子物質(zhì)凝聚或者利用經(jīng)過對其改造的物質(zhì)進(jìn)行絮凝的絮凝劑［4］。近年來，殼聚糖以及聚谷氨酸等因為其良好的絮凝性能且綠色環(huán)保而被頻繁研究使用。

微生物絮凝劑是利用微生物代謝產(chǎn)物，包括多糖、糖蛋白、菌體等。微生物絮凝劑來源廣，生產(chǎn)周期短且效率高，不存在副產(chǎn)物有毒和生物降解等問題，因而得到了廣泛研究和應(yīng)用嘗試［5］。李琳、張清敏等［6］利用膠質(zhì)芽孢桿菌和釀酒酵母生產(chǎn)微生物絮凝劑，直接使用紅薯淀粉廢水培養(yǎng)，并利用它們的絮凝作用處理紅薯淀粉廢水。實驗結(jié)果表明，在適量CaCl2的作用下，2.5%的絮凝菌液、pH 為9.5 的實驗條件下，絮凝率可達(dá)97%，紅薯淀粉廢水COD 去除率達(dá)到65%。

劉雨［7］發(fā)現(xiàn)小麯子培養(yǎng)的微生物絮凝劑能夠有效去除紅薯淀粉廢水中的COD，同時兼?zhèn)淞己玫拿摰仔Ч?，并且篩洗出小麯子中有較好去除效果的優(yōu)勢菌種洋蔥伯克霍爾德菌和扣囊復(fù)膜酵母菌，通過正交實驗發(fā)現(xiàn)，搖瓶培養(yǎng)時間為36 h，pH 為8，離心條件為10 000 r/min，10 min，實驗條件的影響從高到低的順序為培養(yǎng)時間＞pH＞離心條件。紅薯淀粉廢水出水絮凝率為86.5%，COD 去除率為58.7%，TP 的去除率為85.5%。

3.1.3 絮凝-氣浮法

氣浮技術(shù)作為一種正在深入研究和不斷推廣的水處理技術(shù)，具有處理效率高、處理效果好、對水質(zhì)適應(yīng)廣等優(yōu)點。氣浮的原理是在廢水中注入或者生產(chǎn)微米級別氣泡，利用這些微米氣泡與水中絮體碰撞后黏附于絮體之上，使得兩者整體密度小于水而上浮，然后漂浮于廢水的表面，最后利用刮渣裝置排出系統(tǒng)［8-9］。與沉淀法相比較，氣浮法不僅能對沉淀物保持較高去除率，而且對懸浮物也有效果，加之投加絮凝劑，先絮凝后氣浮，對膠體物質(zhì)也有較好效果。

3.1.4 膜過濾法

膜過濾技術(shù)作為一種高效的廢水處理技術(shù)，其應(yīng)用較為廣泛，應(yīng)用前景較為廣闊［10］，可以對生活廢水、工業(yè)廢水、含油含煤廢水、重金屬離子廢水等進(jìn)行過濾處理［11］。膜過濾法處理淀粉類廢水具有以下優(yōu)勢：過濾效率高，可以分離多種物質(zhì)；設(shè)備體積小，操作簡單；可一次分離凈化，不會對環(huán)境產(chǎn)生二次污染。

3.2 生物處理方法

生物處理方法可作為紅薯淀粉廢水處理的二級處理工藝，通?？梢苑譃閰捬跎锾幚?、好氧生物處理和厭氧好氧生物處理。生物處理方法是利用微生物代謝的功能將廢水中的溶解態(tài)和膠體態(tài)的有機(jī)物質(zhì)去除，并且兼?zhèn)湟欢ǖ拿摰δ堋?/p>

好氧生物處理法有活性污泥法、生態(tài)塘法、生物接觸氧化法。僅僅使用好氧生物處理紅薯淀粉廢水的案例較少，因為僅用好氧處理高濃度有機(jī)淀粉廢水，很難達(dá)到去除有機(jī)物及脫氮的效果。

厭氧生物處理方法有升流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧接觸氧化（ACP）、厭氧流化床（AFB）、厭氧折板反應(yīng)池（ABR）和厭氧濾池（AF）［12］。其中，UASB 技術(shù)及發(fā)展最為成熟，已然成為處理高濃度有機(jī)淀粉廢水的主要工藝。

厭氧好氧處理方法，顧名思義，就是一套工藝中同時有厭氧處理和好氧處理，這樣不僅能夠保持對有機(jī)物的高效去除，還能兼?zhèn)湟欢ǖ拿摰仔Ч?，目前在淀粉廢水處理中被廣泛應(yīng)用。例如李生等［13］利用氣浮-UASB-SB 工藝處理紅薯淀粉廢水。實驗結(jié)果表明，在進(jìn)水COD 為12 000 mg/L，BOD5為6 400 mg/L，懸浮物為800～1 400 mg/L 時，組合工藝出水水質(zhì)能達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級排放標(biāo)準(zhǔn)。褚華寧［14］研究了UASB工藝處理紅薯淀粉廢水，并優(yōu)化了UASB 的啟動條件和各項參數(shù)。李桂榮［15］等用兩級UASB－A/O 處理紅薯濕淀粉廢水，出水COD≤93 mg/L，氨氮≤7 mg/L。還有利用此類工藝處理其他類高濃度有機(jī)淀粉廢水的案例，例如馮雷等［16］用IC－AB 工藝處理高濃度有機(jī)生產(chǎn)廢水，設(shè)計規(guī)模為2 500 m3/d，進(jìn)水CODCr達(dá)1 萬mg/L，實驗結(jié)果表明，出水CODCr92 mg/L，BOD517 mg/L，SS 36 mg/L，可達(dá)《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）一級標(biāo)準(zhǔn)。

4 紅薯淀粉廢水資源化利用

根據(jù)表1 紅薯淀粉廢水水質(zhì)特點可知，紅薯淀粉廢水含有濃度較高的蛋白質(zhì)以及高COD，紅薯淀粉廢水不僅可生化性良好，并且有著資源化利用的可行性，通常通過一定的處理回收其中的蛋白質(zhì)成分?；厥盏鞍踪|(zhì)可采用絮凝沉淀法、堿提酸沉法以及超濾法。

絮凝沉淀法即采用絮凝沉淀使淀粉廢水中的蛋白質(zhì)成分沉淀分離，從而達(dá)到提取蛋白質(zhì)的目的，絮凝沉淀法不僅工藝簡單，并且在回收蛋白質(zhì)的同時可完成對紅薯淀粉廢水的初步處理。

堿提酸沉法是利用等電點時蛋白質(zhì)的溶解度最小而易沉淀析出的性質(zhì)回收蛋白質(zhì)［17］。紅薯淀粉廢水可通過加堿調(diào)節(jié)，堿性條件下紅薯淀粉廢水將會發(fā)生沉淀現(xiàn)象，但是由于加堿會引入金屬離子，因此此方法回收的蛋白質(zhì)不適合作為動物飼料，現(xiàn)在普遍不提倡此方法。

超濾法依靠半透膜選擇透過性，以壓力或濃度為驅(qū)動力，截留淀粉廢水中的蛋白質(zhì)。此方法操作簡單、易于控制，但其成本過高，并且超濾截留的半透膜也較難處理，因此也不適用于紅薯淀粉廢水的蛋白質(zhì)回收。

5 結(jié)語

綜上所述，不管是物理化學(xué)方法還是生物處理方法，對紅薯淀粉廢水的處理都有一定效果，但是并沒有單一的處理方法或者處理工藝能夠達(dá)到紅薯淀粉廢水的高效處理，通常采用預(yù)處理—厭氧—好氧聯(lián)合處理工藝處理紅薯淀粉廢水，預(yù)處理可以有效減少后續(xù)生化段的運(yùn)行負(fù)荷，厭氧能夠保證有機(jī)物的有效去除，好氧能夠兼?zhèn)湟欢ǖ拿摰仔ЧｎA(yù)處理可采用絮凝工藝，絮凝工藝是一種操作運(yùn)行簡單、對各項污染物去除均有效果的處理方法，目前很受青睞，其技術(shù)難點在于絮凝劑的選用，但國內(nèi)外眾多研究者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)很多處理效果較好的絮凝劑，所以絮凝預(yù)處理作為組合工藝的一環(huán)，經(jīng)濟(jì)、便捷且重要。絮凝處理的同時，可進(jìn)行相關(guān)絮凝劑處理紅薯淀粉廢水沉淀物的蛋白質(zhì)回收可行性研究，以求達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益最大化。經(jīng)過預(yù)處理的廢水再通過后續(xù)厭氧好氧處理，以達(dá)到淀粉工業(yè)排放標(biāo)準(zhǔn)。

近年來，紅薯淀粉廢水的肆意排放對水體環(huán)境造成很大的破壞，特別是淮河流域，“十二五”以及“十三五”期間，國家水專項都有攻克紅薯淀粉廢水污染的實施方案，由此可見，紅薯淀粉廢水治理對于水體環(huán)境健康至關(guān)重要。根據(jù)如今的發(fā)展趨勢，不僅要處理好紅薯淀粉廢水，也要重視淀粉生產(chǎn)環(huán)節(jié)，研究低污染生產(chǎn)技術(shù)，使廢水產(chǎn)生量減少，末端還要研究紅薯淀粉廢水的蛋白質(zhì)回收利用，做到源頭治理、經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益的統(tǒng)一。