馬鈴薯淀粉廢水MBR處理工藝
摘要：采用超濾+ 厭氧+膜生物反應器（MBR）工藝處理馬鈴薯淀粉廢水。結果表明，MBR 對COD 的去除率不小于99%，出水COD＜60 mg·L-1，BOD＜10 mg·L-1，ρ(TDS)＜1 000 mg·L-1，去除效果好，系統長期運行穩定。產水水質達到回用水水質要求。
關鍵詞：馬鈴薯淀粉廢水,超濾,厭氧,MBR
馬鈴薯淀粉廢水是以馬鈴薯為原料生產淀粉的生產過程中產生的廢液，是高污染的廢水，COD 含量可達10 000 mg·L-1 以上，不加處理直接排放將造成環境水體缺氧，使水生生物窒息死亡，給環境帶來巨大的危害[1]。我國馬鈴薯產業近年來發展迅速，在寧夏、甘肅、內蒙古等省（區）形成了產業化基地。目前，全國生產淀粉大小的企業數千家，馬鈴薯淀粉總量達40 多萬t，年加工馬鈴薯近300 萬t，年排放廢水800 多萬t，其中蛋白液（工藝廢水）約200 萬t[2]。研究采用超濾[3]+厭氧+膜生物反應器（MBR）工藝對馬鈴薯淀粉廢水進行處理，在回收了廢水中蛋白的同時處理后的廢水達到了城市綠化水質標準[4]和農田灌溉水質標準[5]。
1 試驗部分
1.1 廢水水質及廢水來源
馬鈴薯淀粉生產過程中，要排放大量的廢水，平均每生產1 t 淀粉需要加工6.5 t 左右的馬鈴薯，排放 20 t 左右的廢水，其中蛋白液5 t 左右；排放5 t 左右的濕廢渣，含水量80%以上，可干燥出1 t 干渣。一個生產5 000 t 淀粉的中型廠，年加工馬鈴薯約33 萬t，年排放廢水約10 萬t，其中蛋白液約2.5 萬t。這些廢水來自于3 個生產工段的3 種廢水，即沖洗廢水、蛋白液、淀粉洗滌提取廢水[6]。
試驗水樣取自甘肅省定西某淀粉加工廠淀粉生產工藝中濃縮分離旋流器溢流水，屬蛋白液和淀粉提取廢水的混合廢水，這類廢水處理難度最大。廢水水質：COD 為13～18 g·L-1，濁度為100～400 NTU，溶解性總固體質量濃度為5～6 g·L-1，SS 質量濃度為5～10 g·L-1，廢水水質變化波動較大。
1.2 工藝流程
工藝流程如圖1 所示。利用自動澄清分離工藝去除廢水中的較大的懸浮物，減輕袋式過濾器的負荷。上清液通過袋式過濾器，進一步去除小顆粒懸浮物，減輕對超濾膜系統的污堵和膜污染。利用超濾膜處理馬鈴薯淀粉廢水[3]。超濾處理后的廢水再利用厭氧生物反應器進行處理，最后采用MBR 處理后廢水可實現回用。
 |
1.3 試驗裝置
超濾設備如圖2 所示。采用平板超濾膜設備，膜材料為PE，超濾膜相對切割分子量為20 kD。
 |
厭氧反應器如圖3 所示。采用膜科學技術研究院自主研發設計的內循環厭氧反應器（IC），裝置為有機玻璃制成的圓柱形反應器，總容積70 L，有效容積66.4 L，內徑300 mm，高1 000 mm，沿柱高設置3 個取樣口。反應器常溫下運行，廢水由底部經布水系統進入反應器，出水由頂部溢流堰流出。產氣經氣液分離、水封后由濕式氣體流量計計量。
 |
MBR 如圖4 所示。膜材質為聚偏氟乙烯（PVDF），膜孔徑0.2 μm，膜內孔孔徑0.6 mm，外孔孔徑1.0 mm，操作壓力在0.01～0.05 MPa 之間。 MBR 有效容積為0.26 m3，內部被隔板分成2 個容積相等的部分，一側裝有膜，下方用穿孔管鼓風曝氣，MBR 配10 個曝氣頭，好氧反應區配6 個曝氣頭，并采用定時裝置控制蠕動泵間歇抽吸出水，每抽吸取13 min，停止抽吸進行曝氣2 min。循環往復進行動行。運行時水箱內水溫采用自動調整溫度由溫度補償系統進行溫度控制。
 |
1.4 分析項目[7]及檢測方法
COD 采用重鉻酸鉀氧化法測定；懸浮固體（SS） 采用標準重量法測定；濁度采用HI93703-11 便攜式濁度測定儀測定；pH 采用HI8424pH 計測定。
2 結果與討論
2.1 超濾膜系統
2.1.1 對COD 的去除效果
馬鈴薯淀粉廢水中含有大量的有機物，廢水中的COD 都在10 g·L-1 以上。采用超濾技術回收馬鈴薯生產廢水中的蛋白后，可大大降低廢水中的有機物的含量。控制操作壓力為0.2 MPa，進水流速為 160 L·h-1 條件下，超濾對廢水COD 的去除效果如圖5 所示。從圖5 中可以看出，馬鈴薯淀粉生產工藝廢水經過超濾過濾后，對有機物的去除率在55%以上，為后續廢水的處理起到了良好的預處理效果。
2.1.2 對SS 的去除效果
超濾對廢水SS 的去除效果如圖6 所示。由圖 6 可知，超濾對于SS 的去除率已經達到了99%以上，總體上來講超濾對SS 的去除率效果很好，但是超濾的出水SS 并不是0，而是60～80 mg·L-1 之間。分析認為，出現這種現象的主要原因可能是在超濾的過程中，一些小分子的膠體物質透過了超濾膜，由于各種原因，穿透超濾膜的這些小分子物質又重新聚合成為大分子物質，但是，這種SS 含量進入厭氧反應器不會影響厭氧反應器的功能。
2.2 厭氧反應器
2.2.1 厭氧反應器的啟動及馴化
厭氧反應器的啟動接種污泥接種量20 L，接種后反應器內污泥質量濃度19 g·L-1。接種前先將污泥顆粒進行篩細處理，再用COD 為500 mg·L-1 的廢水持續8～10 h 進行漂洗和活化。
污泥進入厭氧反應器后，注入一定濃度的淀粉廢水，靜置24 h 后開始間歇進料。該階段的主要目的是使污泥逐漸適應新基質，并提供適宜的營養成分，逐步提高污泥活性，因此不追求反應器的負荷、處理效率和出水質量。當COD 去除率達到75%以上，出水水質穩定，表明反應器啟動結束。
2.2.2 HRT 對COD 去除效果的影響
由于直接使用馬鈴薯淀粉廢水對顆粒污泥進行馴化，進入厭氧反應器反應器時，厭氧反應器中的微生物基本已經適應新的運行條件，厭氧反應器運行 5 d 后基本呈穩定狀態。在試驗中廢水是經沉淀、袋式過濾、超濾處理后進入厭氧反應器系統。廢水的 COD 為6～9 g·L-1，HRT 隨著出水量的減少而增加，試驗考察了HRT 對COD 去除效果的影響，結果如圖7 所示。
從圖7 中可以看出，厭氧反應器對有機物的去除效果隨著時間的變化而變化，在前期反應器對有機物的去除率隨著時間的延長而呈上升趨勢，當停留時間超過4 h 后，有機物的去除率上升幅度減緩，因此將HRT 定為5 h。
2.2.3 厭氧反應器對COD 的去除效果
確定水力停留時間為5 h，厭氧反應器對COD 的去除效果如圖8 所示。從圖8 中可以看出，進水的 COD 波動很大，對厭氧反應器有一定的沖擊，但是厭氧反應器在運行的過程中，有很高的抗沖擊能力。反應器對污水中的COD 去除率一直保持在70%～ 90%，出水COD 波動不大，反應器運行穩定，去除效果明顯，滿足了試驗設計的要求。
2.3 MBR
2.3.1 MBR 的啟動及馴化
MBR 是將膜分離技術的高效過濾和高濃度活性污泥生物降解進行了非常有利的結合，減少了二沉池和污泥回流系統的建設，在運行成本、能耗以及處理效果等方面均具有優勢[8]。
由于MBR 是活性污泥和膜技術相結合的技術，有著活性污泥和膜技術兩者的共同優點和特點，因此，在試驗初期，需要進行活性污泥的培養與馴化，首先進行好氧活性污泥的培養，培養的方法采用悶曝的方法，逐步提高進水負荷，為期1 個月。試驗所用廢水為厭氧反應器出水。
2.3.2 HRT 對COD 去除效果的影響
由于直接使用厭氧反應器出水對活性污泥進行馴化，進入MBR 反應器時，反應池中的微生物基本已經適應新的運行條件，設備運行5 d 后基本呈穩定狀態。廢水的COD 為1 g·L-1 左右，HRT 隨著出水量的減少而增加，試驗考察了HRT 對COD 去除效果的影響，出水量為20 ～1.12 L·h-1，系統的HRT 對廢水中COD 的去除效果如圖9所示。
由圖9 可知，8 h 內MBR 系統對有機物的去除率隨著停留時間的延長而上升，8～12 h 期間處理效率略有增長，但并不明顯，12 h 以后呈下降趨勢。究其原因：8 h 以內，食料充足，停留時間增長，活性污泥有更充分時間來降解污水中的有機物；8～12 h 期間，雖然泥水接觸時間充分，但食料提供并不充足，所以處理效率只能略微增長；停留時間繼續增長，單位時間活性污泥獲得的食料就更少，成為活性污泥生長的限制因素，導致去除效果變差。綜合考慮出水水質與經濟因素，確定8 h 為最佳水力停留時間。
2.3.3 MBR 對COD 的去除效果
MBR 對COD 的去除效果如圖10 所示。從圖 10 中可以看出，MBR 在水力停留時間為8 h 時， MBR 系統對污水中的COD 去除率在95%左右。這充分說明馬鈴薯淀粉廢水經過超濾、厭氧反應處理后的殘余有機物經過生物反應加上膜過濾后可以有效地去除，去除效果明顯。系統出水的COD 都在 50 mg·L-1 以下，已經達到了回用水水質標準。
2.4 整體工藝的處理效果
工藝對COD 處理效果如圖11 所示。從圖11 中可以看出，馬鈴薯淀粉廢水經過系統處理后，有機物得到有效地處理，處理效果非常好，出水COD 在 50 mg·L-1 以下，BOD5、溶解性總固體等指標均達到了城市污水再生利用城市雜用水水質（GB/T18920－2002）標準中的城市綠化水質標準，具體數值如表1 所示。
由表1 可知，馬鈴薯淀粉廢水經過本工藝技術進行處理，處理后廢水的幾項重要指標均達到了國家城市污水再生利用城市雜用水水質（GB/T 18920－2002）標準中的城市綠化水質標準，可以用于城市綠化使用，同時對照農田灌溉水質標準（GB 5084－2005），也已達到農田灌溉水質標準的要求，可以用于農田灌溉用水。
3 結論
馬鈴薯淀粉廢水處理難度大，在國內尚未有成熟的工藝，采用超濾+厭氧+MBR 工藝處理該廢水，處理后的廢水水質可以達到GB/T 18920－2002 中的城市綠化水質標準以及GB 5084－2005 要求，可作為城市綠化用水和農田灌溉用水使用。
結果表明，該工藝技術運行穩定，有機物的去除率可以達到99%，處理效果好，有較大的實際意義。
參考文獻：
[1] 謝昕, 王榮民, 宋鵬飛, 等. 淀粉工業廢水處理現狀[J].上海環境科學,2004,23(05):215-218,226.
[2] 楊勁峰, 趙繼紅. 馬鈴薯淀粉廢水處理技術研究[J].糧食流通技術,2009(03):30-32.
[3] 呂建國, 安興才. 膜技術回收馬鈴薯淀粉廢水中蛋白質的中試研究[J].中國食物與營養,2008(04):37-40.
[4] 中華人民共和國建設部. GB/T 18920-2002 城市污水再生利用城市雜用水水質標準[S].國家質量監督檢驗檢疫總局,2002.
[5] 農業部環境保護科研監測所. GB5084-2005 農田灌溉水質標準[S].中華人民共和國農業部,2005.
[6] 閆維東, 陶德錄. 馬鈴薯淀粉生產廢水綜合利用技術研究[J].江蘇環境科技,2007,20(2):12-14.
[7] 國家環境保護總局. GB18918-2002 城鎮污水處理廠污染物排放標準[S].2002.
[8] Yamamoto K, Hiasa M, Mahmood T, et al. Direct solid -liquid separation using hollow fiber membrane in an activedsludge aeration tank[J].Wat Sci Tech.,1989,21:43-54.
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
如果需要了解更加詳細的內容，請點擊下載 
2011021802.pdf
下載該附件請登錄，如果還不是本網會員，請先注冊
