馬鈴薯淀粉加工廢水“物化+模塊”處理試驗研究

祁煥軍 雷曉婷 雷金銀 王銳 紀立東 楊洋 周麗娜

（1.寧夏大學農學院，寧夏銀川 750021；2.寧夏農林科學院農業資源與環境研究所，寧夏銀川 750002）

1 引言

馬鈴薯產業是寧夏南部山區經濟支柱產業之一［1］，具有比較突出的優勢和顯著的經濟效益，為當地的經濟發展和農民增收作出了重要貢獻。目前，寧南山區馬鈴薯年種植面積達到21萬hm2［2］，年產鮮薯200萬t以上，加工各類淀粉制品14萬t以上，已成為全國重要的馬鈴薯產業基地［3］。20世紀90年代初期，馬鈴薯淀粉產業的興起為山區農民增收提供了新的增長點，有力地拉動了當地經濟的發展，取得了良好的經濟效益和顯著的社會效益。目前，馬鈴薯淀粉加工業已成為寧南山區農業產業化進程中的龍頭支柱產業，各淀粉企業年加工消化馬鈴薯量約占寧南山區馬鈴薯產量的1/3，產值達4億多元［4］。然而馬鈴薯淀粉生產過程中消耗大量的水，隨之而產生的淀粉加工廢水的污染問題也日益凸現出來，給生態環境帶來極大壓力［5］，成為限制加工企業進一步發展的瓶頸問題。據測算，每加工生產1 t精淀粉需耗水6 t，按寧南山區各淀粉企業年生產淀粉總量7×104t計算，則年耗水量為4.2×105t。寧南山區每年排放的淀粉廢水將近3×106t，廢水中含有大量有機污染物，長期放置會腐敗發臭，不但污染環境還影響周圍居民的正常生活。對馬鈴薯淀粉生產過程中產生的廢液進行綜合治理及回收利用已刻不容緩。

對馬鈴薯淀粉加工廢水的主要處理方法為物化法和生物組合工藝技術［6］。物化法主要包括混凝沉淀法、吸附法、中和法、氧化還原法等［7-8］；生物組合工藝技術主要包括活性污泥法、生物膜法、土壤處理法等［9-10］。朱泉雯等［11］、王應平等［12］研究證明，不論是物化法還是生物組合工藝技術，處理效果均比較好，都能夠達到國家污水排放標準。但是由于寧南山區馬鈴薯淀粉加工季節性強、加工期短，一般在收獲后冬季11—12月和次年的3—4月加工生產，溫度低，導致成熟的廢水處理技術應用起來效果不佳，維護運營費用高等問題突出。鑒于此，本文通過“物化＋模塊”的方法，研發符合當地氣候環境條件和馬鈴薯淀粉加工特點的廢水處理工藝和裝置，為進一步探索高效、安全、成本低和簡單易行的淀粉廢水處理方法，穩固發展當地馬鈴薯支柱產業，防止生態環境日益惡化，提供科技支撐和技術裝備。

2 試驗部分

2.1 試驗規模

設備設計處理量為1 t/d。

2.2 廢水來源及水質

試驗場地定在寧南山區西吉萬里淀粉廠，廢水來自于工藝排放廢水（未經任何處理）。廢水水質為：COD值20 000～28 000mg/L；BOD5值200～800mg/L；SS值5 000～6 000mg/L。

2.3 分析項目及檢測方法

COD采用重鉻酸鉀氧化法測定；BOD5運用五日培養法測定；SS用標準重量法測定。

2.4 工藝流程

工藝流程如圖1所示。設備設計淀粉工藝廢水經過圓筒式旋流筒除去部分懸浮物與淀粉，再經過過渡池進入物化分離裝置，通過加入相關絮凝劑形成泥水分離的狀態，然后經過好氧凈化裝置的納米級模塊凈化，處理后的廢水達到GB 25461—2010《淀粉工業水污染物排放標準》要求。

圖1 工藝流程

2.5 設備結構

設備俯視圖如圖2所示。

圖2 設備俯視圖

3 結果與討論

3.1 處理設備的優缺點對比

Guo JY等［13］研究表明，生物法處理效果好、穩定，但是存在投資占地大等問題，需要常年持續維護生物菌活性，從表1中也可以對比得出相同結果，且在當地低溫條件下效果嚴重受限。任婷等［14］研究表明，物化法處理快速、簡單易行，但是絮凝劑投入量大，處理成本太高。結合寧南山區冷涼氣候的特點和馬鈴薯淀粉加工全年主要在春季3—4月和冬季11—12月集中生產的實際，在現有處理技術的基礎上，提出“物化＋模塊”的方法，將處理過程模塊化，在前期快速除渣的基礎上，再絮凝分離，最后通過好氧納米膜過濾凈化，使水質可達到旱作農田灌溉水質標準。不僅突出了快速、靈活、系統穩定的優勢，而且保證了使用周期長，一般膜材料可用10年以上，有效降低了處理、運行、維護成本。

表1 不同廢水處理工藝優缺點對比分析

3.2 廢水處理效果分析

取樣分析“物化＋模塊”處理方法各處理階段的水質指標，見表2。

表2 設備各個結構環節COD，BOD5，SS值檢測結果

由表2可知，通過旋流塔實現快速除渣，去除率可達65%以上，在此基礎上，通過物化分離，去除率達90%以上。通過好氧納米膜過濾，去除率達到99%以上，最后處理出水COD為128.8 mg/L，BOD5為7.2mg/L，SS為98.6mg/L，各指標達到了GB 25461—2010《淀粉工業水污染物排放標準》，見表3。

表3 淀粉工業水污染物排放標準 mg/L

4 結論

采用“物化＋模塊”方法不受溫度、時間的影響，投資較低，設備簡單，處理效果顯著，處理后的廢水COD值降至128.8 mg/L，去除率超過99%，廢水BOD5值降至7.2 mg/L，去除率超過98.6%，SS的去除率達到了98.6%，去除效果好，廢水水質達到GB 25461—2010《淀粉工業水污染物排放標準》要求，可實現達標排放。研究結果表明，該工藝符合寧夏南部山區低溫氣候條件和馬鈴薯淀粉加工全年主要在春季3—4月和冬季11—12月集中生產的實際情況。