淀粉廢水處理方法研究
摘 要：該文論述淀粉廢水處理方法研究發(fā)展概況，主要方法有：物理法、物理化學(xué)法、化學(xué)氧化法和生物處理法等；分析這些方法的優(yōu)缺點，并對其今后發(fā)展趨勢進行展望。
關(guān)鍵詞：淀粉,廢水,廢水處理
淀粉是一種非常重要的工業(yè)原料，它不僅應(yīng)用在食品工業(yè)領(lǐng)域，而且在制酒、制藥、紡織、化工等行業(yè)也被廣泛應(yīng)用。隨著淀粉工業(yè)的快速發(fā)展，對淀粉廢水處理也成為當(dāng)前重大問題，科研工作者都在不斷努力尋找適于各類淀粉廢水的處理方法，以解決因淀粉廢水而引起的環(huán)境問題。常見淀粉廢水有玉米淀粉廢水、馬鈴薯淀粉廢水、小麥淀粉廢水和木薯淀粉廢水等。淀粉廢水處理目的是去除廢水中污染物，使被處理廢水各項指標能達到排放標準。有關(guān)淀粉廢水處理技術(shù)文獻綜述已有許多報道[1-2],淀粉廢水處理方法主要有：物理法、物理化學(xué)法、化學(xué)氧化法和生物處理法等。本文綜述近年來國內(nèi)外有關(guān)處理淀粉廢水方法及其優(yōu)缺點。
1 物理法
1.1 吸附法
由于淀粉廢水含有微纖維素及淀粉顆粒，而纖維素是由許多直鏈纖維分子所組成，其中存在數(shù)目眾多羥基，這些羥基能形成許多氫鍵，纖維素分子間依靠這些氫鍵彼此膠結(jié)成束，膠束再定向排布成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，易于被吸附材料吸附。
李尉卿等[3]非別用粉煤灰活化漂珠、活化煤矸石等作為吸附材料，處理淀粉廢水，對淀粉廢水中有機物吸附去除具有顯著效果。
1.2 氣浮分離法
氣浮法是利用高壓狀態(tài)溶入大量氣體水—溶氣水作為工作液體，驟然降壓后釋放出無數(shù)微細氣泡，廢水中絮凝物粘附其上，使絮凝物視比重遠小于實際比重，隨著氣泡上升，將絮凝物浮至液面，達到液固分離的目的。氣浮法處理廢水具有分離時間短、裝置簡單、處理量大、富集倍數(shù)高、易于實現(xiàn)連續(xù)化和自動化等優(yōu)點。
Hryson等[4]采用氣浮提取蛋白飼料技術(shù)，可將淀粉廢水中蛋白質(zhì)、脂肪、纖維素等提取出以獲得蛋白飼料。麥文寧[5]采用氣浮分離技術(shù)使淀粉廢水分離技術(shù)使淀粉廢水中SS和COD去除率分別達80%和30%以上，有效減輕后續(xù)生物處理負荷。
1.3 膜分離法
膜分離法是借助膜的選擇滲透作用，在外界能量或化學(xué)位差推動下對混合物中溶質(zhì)和溶劑進行分離、分級、提純和富集。與其他傳統(tǒng)分離方法相比，膜分離具有過程簡單，經(jīng)濟性較好，往往沒有相變，分離系數(shù)較大，節(jié)能、高效、無二次污染，可在常溫下連續(xù)操作，可直接放大等優(yōu)點。在淀粉廢水處理中，Chen等采用超濾法從廢水中回收蛋白質(zhì)，該法采用醋酸纖維素管式膜，在蛋白質(zhì)凝固點下進行超濾運轉(zhuǎn)，同時用含酶洗滌劑對膜進行清洗[6]。甘薯生產(chǎn)淀粉廢水中含有一種具有生理活性蛋白質(zhì)，程坷偉等[7]利用中空纖維超濾設(shè)備對廢水進行初級濃縮以達到獲得較高濃度蛋白質(zhì)溶液，研究出最佳操作條件為：PH=6.5，溫度25℃，進料濃度小于0.15%。膜技術(shù)處理廢水雖然有很多優(yōu)點，但一次性投資大，膜材料性能、壽命、堵塞、清洗、處理量等問題仍未能很好解決，目前在工業(yè)化生產(chǎn)中推廣應(yīng)用尚有一定困難。
1.4 電磁效應(yīng)法
朱志昂[8]用磁電效應(yīng)配合添加絮凝劑工藝技術(shù)，對玉米淀粉廢水中蛋白質(zhì)、淀粉等可溶性有機固體物具有明顯析出和絮凝作用；可使玉米淀粉廢水固形物一次絮凝析出率達56%。并伴隨使廢水中pH升高，還有脫腥、除臭、殺菌之效；同時有效降低廢水中COD、BOD、SS，可作為生化處理達標排放有機廢水前道處理工序。
2 物理化學(xué)法
淀粉生產(chǎn)所排放廢水中含有蛋白質(zhì)、淀粉、糖類及懸浮物，廢水呈高分散系膠體溶液，這種膠體一般較穩(wěn)定，一次，治理這類廢水首先要破壞其膠體狀態(tài)。化學(xué)絮凝法正是通過藥劑物理化學(xué)作用，破壞廢水膠體，使分散狀態(tài)有機物脫穩(wěn)、凝聚，形成聚集狀態(tài)粗顆粒物質(zhì)從水中分離而出。
在淀粉廢水處理研究中，絮凝沉淀法因其可有效降低廢水濁度和色度，能去除多種高分子有機物而被廣泛采用。近年來，絮凝劑開發(fā)從傳統(tǒng)無機絮凝劑發(fā)展到無機高分子，有機高分子絮凝劑，目前正在進一步探討微生物絮凝劑。
2.1 無機絮凝劑處理法
無機絮凝劑于1960年研制成功并在全世界廣泛使用。傳統(tǒng)無機低分子絮凝劑因存在腐蝕性強、穩(wěn)定性差、運輸與儲存麻煩等缺點，逐步被具有來源廣泛、生產(chǎn)方法多、應(yīng)用工藝簡便等優(yōu)點的鐵鹽高分子絮凝劑所取代。無機高分子絮凝劑主要是聚鐵和聚鋁類，聚鋁類具有投藥少、沉降速度快、顆粒密實、除濁色效果佳等優(yōu)點；而具鐵類除具上述優(yōu)點外，還有價格低、適用范圍寬等特點。
2.2 有機絮凝劑處理法
有機絮凝劑一般可分為合成有機高分子絮凝劑和天然高分子絮凝劑。此類絮凝劑主要是利用吸附架橋作用，使形成絮體大而密實，沉降性能好，處理過程時間短，近年已廣泛應(yīng)用于淀粉廢水處理中。
2.3 微生物絮凝劑處理法
自上世紀80年代出現(xiàn)了許多微生物絮凝劑，但目前用于淀粉廢水處理的微生物絮凝劑尚不多。考慮與其他絮凝劑混合使用可以達到多種作用，微生物絮凝還是值得研究的，但前景不是很好，故不再贅述。
3 化學(xué)氧化法
Fenton試劑具有很高的氧化電位（2.8V），當(dāng)用于降解有機物時氫氧根自由基通過引發(fā)鏈反應(yīng)最終可將有機物氧化為最簡單分子H2O和C2O。黃曉麗等[9]利用Fenton試劑對淀粉廢水進行處理，得出最佳工藝條件為：時間2h，pH8，F(xiàn)e2+H2O2加入量為1:2，廢水COD去除率在80%以上。
4 生物處理方法
廢水生物處理方法就好似提供合適條件，利用微生物新陳代謝作用，使廢水中呈溶解或膠體狀態(tài)有機污染物被降解，且轉(zhuǎn)化為有用物質(zhì)，使廢水得以凈化。相比廢水理化處理方法，如吸附和混凝，這些方法只是將有機物從廢水中轉(zhuǎn)移，還需要考慮后續(xù)處理，沒有達到標本皆治。而生物處理法比較徹底降解有機物，故生物處理法越來越受到重視，也是廢水處理主要途徑，但生物處理法只適合可生化廢水。
此外，利用光合細菌凈化高濃度有機廢水也越來越受到人們重視。光合細菌在厭氧環(huán)境下，利用廢水中有機物作為光合作用碳源和供氫體，合成細胞物質(zhì)，有機污染物質(zhì)被降解，廢水得到凈化。在實際應(yīng)用中，為提高各單元處理效率，同時降低成本，通常是采用組合工藝處理淀粉廢水。
4.1 好養(yǎng)生物處理法
好養(yǎng)生物處理需要提供一定營養(yǎng)物質(zhì)，且需要曝氣而使運行費用很高，最主要是這種處理系統(tǒng)只適于處理低濃度有機廢水，故其單獨操作對淀粉廢水處理沒有很大意義。一般用在厭氧生物后續(xù)處理，適于處理低濃度有機廢水，而淀粉廢水COD一般較高，所以應(yīng)用較少。
4.1.1 活性污泥法
活性污泥法是廢水處理領(lǐng)域中應(yīng)用最為廣泛的一種，而SBR是其中較為成熟，采用最較多的工藝，但是用SBR工藝處理淀粉廢水的研究尚不成熟。
4.1.2 生物接觸氧化法
生物接觸氧化處理技術(shù)[10]的實質(zhì)之一是在池內(nèi)填充填料，已經(jīng)充氧的污水浸沒全部填料，并以一定的流速流過填料。在填料上布滿生物膜，污水與生物膜充分接觸，在生物膜上微生物新陳代謝的作用下，污水中的有機污染物得以去除，污水得到凈化，因此，又稱為“淹沒式生物濾池”。另外還有用曝氣的方法向微生物提供氧，這種方法稱為“曝氣接觸法”。
生物接觸氧化法明顯介于活性污泥法與生物濾池兩者間的生物處理技術(shù)，兼具兩者的優(yōu)點，處理效果較好，因此被廣泛應(yīng)用于污水處理領(lǐng)域。
4.2 厭氧生物處理法
厭氧生物處理是指再無分子氧條件下，通過微生物作用，將有機物降解為CH4和CO2的過程，適于高濃度有機廢水的處理。在厭氧處理過程中產(chǎn)生的甲烷有相當(dāng)高的熱值，而且其產(chǎn)量非常大，所以可以說生物厭氧處理是一種將廢水處理和能源回收相結(jié)合的技術(shù)，符合節(jié)能環(huán)保原則和發(fā)展趨勢。
廢水厭氧處理中應(yīng)用比較多的是UASB工藝，采用該工藝處理淀粉廢水可以達到較高的去除率，而且運行穩(wěn)定。韓玉芬[11]對UASB處理紅薯淀粉廢水的可行性進行分析，得出UASB在常溫條件下對紅薯淀粉廢水處理可行。工藝運行的結(jié)果表明，采用UASB處理淀粉廢水有機物去除率高，處理效果較好，是一套可大量節(jié)省基建投資的可行的工藝，在淀粉廢水處理方面具有廣闊的發(fā)展應(yīng)用前景和顯著的經(jīng)濟、社會、環(huán)境效益。
4.3 厭氧—好氧組合工藝處理法
高濃度淀粉廢水先進行厭氧處理，大幅度降低COD，但出水COD仍很高，在數(shù)千mg/L，仍需好氧處理，才能達標排放，因此國內(nèi)外研究較多的是厭氧—好氧組合工藝處理高濃度淀粉廢水。張之丹等[12]采用厭氧好氧氣浮工藝處理淀粉廢水，在進水COD平均為26800mg/L，SS為4200mg/L時，其出水COD和SS分別為121mg/L和31mg/L，平均去除率分別為99.5%和99.2%。
4.4 膜分離—生物處理法
膜生物反應(yīng)器是將膜分離技術(shù)中超微濾組建與污水生物處理中生物反應(yīng)器相結(jié)合而開發(fā)新型系統(tǒng)。膜生物反應(yīng)器幾乎能將所有微生物截留在生物反應(yīng)器中，使反應(yīng)器中生物污泥濃度提高，污泥泥齡延長，可有效去除氨氮，對難降解工業(yè)廢水也非常有效。膜過濾作用使出水清澈透明，無懸浮物，可直接回用。與常規(guī)生物處理法相比，膜生物處理工藝出水水質(zhì)友誼、剩余污泥量少、占地面積小、抗沖擊負荷能力強、易于自動化控制管理。
4.5 光合細菌處理法
淀粉廢水處理方法中另一類運用較多方法就是應(yīng)用光合細菌降解有機物。光合細菌是能在厭氧條件下進行光合作用，但不釋放氧氣的細菌的總稱；用于凈化有機廢水光合細菌主要是紅假單胞菌屬，其利用光合作用將有機物降解。利用光合細菌處理有機廢水，不僅去除率高，且節(jié)省能耗，投資省，占地少，菌體污泥對人畜無害，是富含營養(yǎng)的蛋白飼料。
5 結(jié)束語
在眾多的處理工藝中，厭氧—好氧處理工藝不失為一種好的處理方法，它處理廢水出水水質(zhì)好，而且運行穩(wěn)定。
對淀粉廢水處理應(yīng)依據(jù)淀粉廢水的水質(zhì)特點研究運行穩(wěn)定、處理效果好、受環(huán)境影響小、費用低的新方法。繼續(xù)對淀粉廢水處理所用混凝劑研究，尤其是對無毒、無害微生物絮凝劑研究。大力發(fā)展清潔生產(chǎn)，循環(huán)經(jīng)濟，繼續(xù)研究回收淀粉廢水中的用用物質(zhì)，選擇廢水處理和資源化相結(jié)合的處理技術(shù)。應(yīng)加快研究快速、高效、低能耗淀粉廢水處理方法，使淀粉廢水處理穩(wěn)定達標，又可以回收用用組分，以提高企業(yè)經(jīng)濟效益。
參考文獻
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