混凝沉淀法處理馬鈴薯淀粉廢水的應用研究
摘要：采用混凝沉淀法對馬鈴薯淀粉廢水進行了試驗及工程應用研究。結果表明，混凝劑種類、投加量、投加方式、pH及沉降時間對處理效果都起著重要作用。在pH為10左右，PAC投加量為5000mg·L-1，PAM投加量為3.2mg·L-1時，沉降30min，廢水COD去除率達58.14%；濁度去除率可達91.97%；SS去除率達91.11%。用混凝沉淀法處理馬鈴薯淀粉廢水可減輕后續(xù)生化處理系統(tǒng)的負擔，在蛋白回收生產(chǎn)工藝中應用，可提高蛋白的回收率。
淀粉廢水是在淀粉以及相關淀粉化工產(chǎn)品的生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的廢液，是食品工業(yè)中污染最嚴重的廢水之一。以馬鈴薯淀粉生產(chǎn)為例，生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生清洗廢水和生產(chǎn)廢水。清洗廢水COD、BOD含量不高，采用澄清沉淀的方法可循環(huán)使用；生產(chǎn)廢水由細胞液和工藝廢水組成，含有大量的有機物，COD高達10000～40000mg·L-1，排放過程中會產(chǎn)生大量的氣泡，直接進行生化處理有難度。需進行預處理，其目的是降低廢水中的有機物含量及濁度，減輕后續(xù)處理系統(tǒng)的負擔，同時實現(xiàn)蛋白的回收利用。
目前國內常用的預處理方法有混凝法[1-2]、發(fā)酵法[3-4]、氣浮法[5]和超濾法[6]。發(fā)酵法雖然可以回收淀粉廢水中的可溶性蛋白，但是COD去除率相對較低，還需進行二次處理[7]；氣浮法回收蛋白率不高，有機物去除率低；超濾法在回收蛋白的同時，可以降解廢水中的COD，是一種有前景的處理技術，但設備投資大，目前在馬鈴薯淀粉加工企業(yè)推廣有困難；混凝法具有投資操作簡單，有機物去除率高，運行穩(wěn)定[8]等優(yōu)點，筆者采用混凝沉淀法對馬鈴薯淀粉廢水進行處理，試驗效果較好，在蛋白回收生產(chǎn)工藝中應用，提高了蛋白回收率。
1試驗部分
1.1廢水水質
試驗用水取自青海某馬鈴薯淀粉廠旋流器出水。廢水水質見表1。
1.2分析項目及檢測方法
COD采用重鉻酸鉀氧化法測定；懸浮固體（SS）用標準重量法測定；濁度采用HI93703-11便攜式濁度測定儀測定；pH用HI8424pH計測定；蛋白采用考馬斯亮藍法測定。
1.3試驗方法
試驗分為三個階段，分別為燒杯試驗、現(xiàn)場試驗和工程應用。
燒杯試驗：一是混凝劑最佳條件的試驗研究，主要包括混凝劑種類、投加量、投加順序、pH及沉降時間；二是廢水消泡試驗的研究，包括消泡劑投加量和投加順序的影響。
現(xiàn)場試驗：結合廠區(qū)現(xiàn)有的沉淀池和加藥罐，在燒杯試驗數(shù)據(jù)基礎上進行現(xiàn)場試驗，研究廢水混凝沉淀和消泡情況。工程應用：以現(xiàn)場試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，將混凝沉淀技術應用于蛋白回收生產(chǎn)線，提高蛋白回收率。
2結果與討論
2.1燒杯試驗
2.1.1混凝劑的選擇
取16組廢水，每組250mL，按表2進行試驗，采用直觀分析法。結果表明，F(xiàn)eSO4的混凝效果最差，Al2(SO4)3、PAC和低鐵廣譜具有較好的混凝效果。分析原因為混凝劑對適用pH范圍不同，F(xiàn)eSO4主要在堿性條件下起作用，而馬鈴薯淀粉廢水屬于酸性廢水，F(xiàn)e2+很難使得廢水中的膠體雜質碰撞凝聚，形成絮體沉淀。相比較而言，其它幾種混凝劑適用pH范圍廣，可以形成很好的絮體，沉淀效果較好。
2.1.2不同混凝劑投加量對廢水處理效果的影響
選用三種混凝劑PAC、低鐵廣譜和硫酸鋁，在不改變原水pH、相同的攪拌速度和攪拌時間下，不斷變化混凝劑的投加量。如圖1所示，可以看出混凝劑的投加量對COD去除率影響很大，且隨著投藥量的加大，上清液的COD逐漸減少，COD去除率均呈現(xiàn)出先增大后降低的趨勢。再結合表1、2，分析試驗數(shù)據(jù)可知，混凝劑PAC優(yōu)先達到最佳投加量（5000mg·L-1），且去除效果明顯好于低鐵廣譜與硫酸鋁。故選定最佳混凝劑為PAC，以下試驗均以PAC為主。
2.1.3助凝劑PAM投加量及投加順序對去除效果的影響
為了考察助凝劑PAM投加量及投加順序對COD的去除效果，變化PAM投加量和投加順序，固定絮凝劑PAC投加量5000mg·L-1及其它條件不變，見圖2（1#為PAC+PAM；2#為PAM+PAC）。結果顯示，在PAM投加量為2～3.5mg·L-1范圍內，處理效果最好，且以PAM投加量為3.2mg·L-1為最佳。超過該范圍繼續(xù)增大投藥量時，去除率上升緩慢甚至有下降趨勢。故本試驗確定助凝劑PAM的最佳投藥量為3.2mg·L-1。PAC與PAM投加順序對COD影響顯著，去除率可變化22.64%，投加順序應以先加PAC為宜。
2.1.4pH對去除效果的影響
在PAC投加量5000mg·L-1，PAM投加量（3.2mg·L-1），其它條件不變的情況下，改變pH，來考察pH對去除率的影響，如圖3所示。結果顯示pH在10左右，處理效果最好。故最佳pH在10左右。此外，試驗中還發(fā)現(xiàn)Ca(OH)2不但可以調節(jié)pH，還可作為增重劑，有助于沉淀[10]。從工程實際考慮其本身價格低廉，也可減少工程費用。
2.1.5沉降時間對混凝效果的影響
對馬鈴薯淀粉廢水進行混凝試驗。混凝后靜沉，每隔5min抽取液體表層的上清液測定COD，考察沉降時間對去除率的影響，試驗結果如圖4所示。沉降時間對去除率影響很大，隨著時間的延長，去除率呈上升趨勢，30min后，去除率趨于平緩。故就本研究而言最佳沉降時間為30min。
2.1.6消泡劑投加量及投加順序的影響
為了改善淀粉加工企業(yè)的生產(chǎn)環(huán)境，在確定混凝最佳條件的基礎上，輔以消泡劑進行消泡試驗，消泡劑投加量及投加順序的影響見表3和圖5。
從表3及圖5可知，消泡劑投加量及投加順序對廢水處理效果差別很大，總體來說先絮凝再消泡效果最好，其他兩種投加方式效果差，且隨著消泡劑量的增加，消泡時間逐漸縮短，但增加到0.12mL·L-1時，消泡時間減少不明顯。分析原因為廢水混凝之后形成的大顆粒絮體通過吸附、架橋作用為泡沫的吸附創(chuàng)造了更加有利的環(huán)境，因而消泡效果好。混凝劑和消泡劑混合則造成相互之間的反應，抑制了混凝和消泡的作用。考慮到經(jīng)濟因素，最終選定有機硅消泡劑的投藥量為0.12mL·L-1，且投加順序應以先投混凝劑再加消泡劑為宜。
2.2現(xiàn)場試驗
利用淀粉廠沉淀池、加藥罐進行現(xiàn)場試驗，處理水量為4m3·h-1，廢水直接進入沉淀池，混凝劑PAC（5%）、助凝劑PAM（1%）和有機硅消泡劑（0.1%）分別分批加入藥劑計量箱中，現(xiàn)場測定結果見表4。
結果顯示，有機污染指標COD、濁度、SS去除率分別為58.14%、91.97%、91.11%，消泡時間僅為5s，現(xiàn)場試驗效果良好，該方法較好的解決了后續(xù)生化處理系統(tǒng)的負擔，改善了現(xiàn)場的工作環(huán)境。
2.3工程應用
青海某淀粉廠建有一條進料流量為40m3·h-1的馬鈴薯蛋白回收生產(chǎn)線，生產(chǎn)線廢水先經(jīng)換熱器預加熱至30℃，再經(jīng)瞬間加藥罐加熱至90℃使蛋白質變性，之后進入離心分離器進行固液分離，分離出的濃蛋白液經(jīng)蒸汽加熱烘干，最后經(jīng)粉碎機粉碎后可得成品蛋白，該工藝在生產(chǎn)過程中蛋白回收率較低，約在10%。為了提高蛋白回收率，將混凝沉淀技術應用于該工藝中，在瞬間加熱前增加混凝劑投加和pH調節(jié)工序。經(jīng)過一段時間的運行，發(fā)現(xiàn)新工藝運行狀況較好，蛋白回收率提高到40%左右，蛋白回收效果明顯，有推廣價值。
3結論
采用混凝沉淀法處理馬鈴薯淀粉廢水效果較好，且混凝劑種類、投加量、投加方式、pH、沉降時間、消泡劑投加量及投加順序都對處理效果有著不同程度的影響。在pH為10左右，PAC投加量為5000mg·L-1，PAM投加量為3.2mg·L-1，沉降30min，有機硅消泡劑投加量為0.12mL·L-1時，處理效果最優(yōu)，且投加順序以先加絮凝劑再加助凝劑及先絮凝再消泡為宜。
現(xiàn)場試驗效果良好，主要污染指標COD、SS及濁度均得到了大幅去除，對產(chǎn)生的泡沫去除明顯，改善了生產(chǎn)環(huán)境。
將混凝沉淀法應用于蛋白回收生產(chǎn)線，可以提高蛋白回收率，實行資源利用，在馬鈴薯淀粉廢水處理中有推廣價值。
本文轉自“乾來環(huán)保”。
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