摘要：綜述了近年來淀粉廢水處理的幾種技術， 分析了這些技術存在的問題， 并就技術的發(fā)展及開發(fā)研究方向提出了獨特的見解。

淀粉是一種重要的工業(yè)原料， 廣泛地應用于食品?化工?紡織?醫(yī)藥等多種行業(yè)[ 1] .在淀粉的生產過程中， 廢水的排放量很大， 每生產1 t 淀粉就要產生10 ~ 20 m3 廢水， 其主要成份為淀粉?蛋白質和糖類， 廢水的COD 值一般在8 000 ~ 30 000 mg ·L-1 ，BOD 值在5 000 ~ 20 000mg·L-1 ，SS 值在3 000~ 5 000 mg·L-1 ， pH 4 ~ 6 ， 屬酸性高濃度廢水[ 2 ~ 7] .另外， 有些淀粉廢水中還含有一定的SO32- ， SO42-濃度.目前中國共有大小淀粉廠300 多家， 共產生淀粉廢水1 600 萬m3·a-1 ， 如將該廢水直接排放到環(huán)境水體中， 將對環(huán)境造成嚴重污染[ 3] .因此， 研究一種快速?高效?低耗的淀粉處理方法是當務之急。

1 淀粉廢水處理技術的現狀

1 .1 絮凝沉淀處理法

絮凝沉淀法是一種物理化學處理法， 是通過加入絮凝劑， 使分散狀態(tài)的有機物脫穩(wěn)， 凝聚， 形成聚集狀態(tài)的粗顆粒物質從水中分離出來.其中絮凝劑的種類決定了絮凝沉淀效果。

一般常用的絮凝劑可分為無機?有機和微生物絮凝劑3 類.無機高分子絮凝劑主要是聚鋁與聚鐵類， 聚鋁類具有投藥量少?沉降速度快?顆粒密實?除濁色效果好等優(yōu)點；而聚鐵類除具有上述優(yōu)點外， 還具有價格低， pH 適用范圍廣等特點.有機高分子絮凝劑主要是季胺鹽類?聚胺鹽類以及聚丙烯酰胺類等.近年來， 人們趨向于應用那些無毒， 易生物降解， 原料來源廣泛， 價格低的天然改性高分子絮凝劑， 如：淀粉類?纖維類?植物胺類?聚多糖類.微生物絮凝劑不存在二次污染， 對人畜無害， 絮凝效果好， 沉淀物還可以作蛋白飼料等優(yōu)點日益引起人們的關注， 并進行了廣泛的研究和應用[ 8 ~ 10] 。

內蒙古環(huán)境科學研究所[ 11] 用堿式聚合氯化鋁為絮凝劑處理馬鈴薯淀粉廢水， 結果表明， 當質量分數為10 %堿式聚合氯合化鋁的投人量為1.00 和1.20 mL 時，COD 去除率最佳， 可達到47 %.若將經堿式聚合氯化鋁處理后的淀粉廢水再利用吸附柱進行吸附處理， 其COD 去除率可達到65 %。

張美華等[ 12] 用價格較便宜的聚鐵絮凝劑處理淀粉廢水， 在不調節(jié)pH 值的前提下， 在聚鐵溶液體積分數1 %用量2 mL·L-1廢水， 180 r·min-1 ， 攪拌10 s ， 沉降90 min ， 廢水COD 去除率95.7 %。

張佩芳等[ 13] 以聚N -乙酰-D -葡萄糖胺（又名甲殼質）為絮凝劑， 在pH 3 .5 的條件下， 依次加入適量的CaO ， 質量分數為0.1 %藻酸鈉， 質量分數為0 .2 %脫乙酰基甲殼質， 質量分數為0.6 %KMnO4 ， 再調適當的酸度， 攪拌靜置?過濾后， 廢水COD 去除率為68 %， 得到的凝聚物可作飼料或肥料， 不僅增加收入， 而且甲殼質便宜易得。

楊麗娟[ 14] 利用石灰做混凝劑?聚丙烯酞胺為絮凝劑， 對淀粉生產廢水進行處理， 結果表明， 處理后的淀粉廢水水質達到排放標準， 且該法具有基建資金少， 操作容易， 耗能低， 無二次污染等優(yōu)點。

鄧述波等[ 15] 用微生物絮凝劑對沈陽市南塔淀粉廠的黃漿水進行處理， 先加質量分數為1 %的CaCl2 溶液5 mL， 再加0 .3 mL·L-1微生物絮凝劑，調節(jié)pH 至9 ~ 10 ， 攪拌后沉降5 min ， 廢水的SS 和COD 去率分別為85 .5 %和68 .5 %， 而且沉淀出的固體可用做飼料， 為企業(yè)創(chuàng)造經濟效益。

1 .2 氣浮處理法

氣浮法是利用高壓狀態(tài)溶入大量氣體的水（溶氣水）， 作為工作液體， 驟然減壓后釋放出無數微細氣泡， 廢水中的絮凝物粘附其上， 使絮凝物的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.氣浮法處理廢水時， 應根據實際的處理物料和工業(yè)使用條件選擇絮凝劑及操作條件， 并選擇適宜的氣浮劑用量[ 16 ， 17] 。

買文寧[ 18 ， 19] ， BO JIN 等[ 20 ， 21] 采用氣浮分離技術從淀粉廢水中提取蛋白飼料， 在得到蛋白飼料的同時， 去除了廢水中80 %的SS 和30 %的COD ， 有效地減輕了后續(xù)生物處理的有機負荷.

牧劍波等[ 22] 取湖北某淀粉廠廢水， 采用氣浮一體化裝置進行實驗研究.在實驗流程中， 加入了藥劑的廢水通過泵進入一體化裝置中， 產生的溶氣水直接由柱體下部通入.驟然減壓后產生的微泡與從液面下方某處加入的廢水形成逆流接觸， 廢水中的絮凝物被粘附在微泡上隨氣泡上升至柱頂排出，柱下方處理后的清水經由液面控制裝置流出.通過實驗， 分析了絮凝劑?氣浮劑及各操作參數對處理效果的影響， 得出在進料位置70 cm ， 進氣量120 L·h-1 ， 進料量100 mL·min-1 ， 液面高度127 cm 時為最佳操作條件。

1 .3 生物處理法

生物處理法可分為厭氧生物處理法和好氧生物處理法.厭氧生物處理法是指無分子氧條件下通過厭氧微生物（包括兼氧微生物）的作用， 將淀粉廢水中各種復雜的有機物分解為甲烷和CO2 等物質的過程， 同時把部分有機質合成細菌胞體， 通過氣?液?固分離， 使污水得到凈化.在淀粉廢水處理中用到的厭氧生物處理方法有上流式厭氧污泥床反應器（UASB）?厭氧填料床?厭氧濾池?厭氧折流板反應器（ABR）?厭氧塘等方法， 但以UASB 處理法最優(yōu)， 能耗低?剩余污泥少?處理效率高等優(yōu)點， 在國內外進行了廣泛的研究和應用[ 23~ 27] .好氧生物處理法是指有分子氧條件下通過好氧微生物的作用，將淀粉廢水中各種復雜的有機物進行好氧降解， 使污水得到凈化.在淀粉廢水處理中用到的好氧生物處理方法有SBR 法?CASS 法?接觸氧化法?好氧塘法等.由于淀粉廢水有機負荷高， 處理難度大， 在實際生產中往往將好氧處理法和厭氧處理法結合而用， 幾種常見的處理方法如下：

1 .3 .1 UASB -SBR 法

該方法采用UASB -SBR兩級串聯(lián)的厭氧與好氧相結合技術， 厭氧是該技術的主體.它針對淀粉廢水有機負荷高， 易生化的特性， 使淀粉廢水大部分有機物進行降解， 然后再進入SBR 進行好氧生物處理， 以進一步降解廢水中的有機物， 最終使廢水達標排放[ 28] .UASB 反應器是由污泥層?污泥懸浮層?沉淀區(qū)?三相分離器組成， 其中污泥層和三相分離器是其主要組成部分.大部分的有機物在高活性的污泥層轉化為CH4 和CO2 ， 三相分離器完成了氣?液?固三相的分離.SBR是序批式活性污泥法的簡稱， 是反應和沉淀在同一個裝置中進行的間歇式活性污泥處理法， 一個運行周期有進水?反應?沉淀?排水排泥和閑置5 個基本過程組成。

毛海亮等[ 29， 30] 取上海浦南筋粉廠的廢水為處理對象， 采用不銹鋼制成的UASB 試驗反應器， 其有效容積70 L ， 總高度為2 500 mm， 內徑為220mm ， 外設加熱夾套.反應器上配有溫度傳感器， pH傳感器， 可對反應過程進行實時監(jiān)測和相應自動控制.UASB 反應器后設置電磁閥控制流向SBR 反應槽的流量， 由碳鋼制成的SBR 反應槽， 有效容積為60 L， 用于對UASB 出水的好氧處理， 以保證出水達標， 最后由電磁閥控制處理后廢水的及時排出.整個系統(tǒng)設備可自動控制?及時監(jiān)控.效果較好.淀粉廢水通過初沉?pH 調節(jié)預處理， 經UASB 和SBR 聯(lián)合處理， 出水COD 可達到100 mg·L-1以下。

孫振等[ 31] 以山東某食品集團的淀粉廠廢水為處理對象， 采用UASB-SBR 法對原廢水處理工藝改造后， 進水COD 在10 000 mg·L-1左右， 經系統(tǒng)處理后COD 小于150 mg·L-1 ， 去除率達到了98 %~99 %。

1 .3 .2 SR-UASB-CASS 法

該方法針對淀粉廢水有一定SO32- ， SO2-4 含量， 會對產甲烷菌有抑制作用， 在工藝流程選擇上采取脫硫措施， 降低水中硫酸鹽和亞硫酸鹽的濃度， 保證生化處理的正常運行[ 32] .其中SR 系統(tǒng)是前生物處理設施， 兼有調節(jié)水質水量和酸化作用， 將含亞硫酸鹽?硫酸鹽廢水中的蛋白類高分子化合物和復合鹽分解轉化為水溶性的有機酸及少量的醇和酮等， 以提高廢水的可生化性.SR 系統(tǒng)出水進入UASB 反應器， UASB 是該技術的主體設備， 降解廢水中的大部分有機物.然后進入CASS 反應系統(tǒng)，CASS 是循環(huán)式好氧活性污泥生物反應系統(tǒng)， 是SBR 工藝的改進型， 其流程由進水?反應?沉淀?排水等基本過程組成， 各階段形成一個循環(huán)。

甘海南等[ 33] 以濟南啤酒有限公司白馬山啤酒廠的玉米淀粉廢水為處理對象， 采用德國專利技術的利浦罐作為UASB 的主體設備， 內設先進合理的三相分離器和布水系統(tǒng).整個工藝處理能力強， 承受有機負荷高， 對各種沖擊有較強的穩(wěn)定性與恢復能力。

1 .3 .3 生物塘法

生物塘是一種利用天然凈化能力處理廢水的生物處理設施， 該技術在20 世紀50年代以后得到快速發(fā)展， 尤其是在生活污水和有機工業(yè)廢水處理中應用最多.生物塘根據塘內的微生物類型?供養(yǎng)方式和功能分為厭氧塘?兼性塘和好氧塘， 針對淀粉廢水有機物濃度高， 富含營養(yǎng)物的特性， 可采用厭氧塘?兼性塘?好氧塘相結合的生物塘處理技術[ 34 ， 35] 。

沈仲韜[ 36] 根據海門縣淀粉廠污水的水質特征， 設計了以廢水治理為主體， 結合養(yǎng)魚?灌溉?水生植物等的一個綜合的生物塘技術.該廠利用廠區(qū)附近總面積約15 000 m2 的3 個廢棄魚塘， 采用了厭氧?兼氧?好氧相結合的生物塘工藝.廢水首先通過中和沉淀池， 調節(jié)pH 值達7 左右， 絮凝沉淀大部分懸浮物.然后廢水進入其中的一個廢棄魚塘作為厭氧塘，COD 降低60 %.接著再進入另一個廢棄魚塘作為水生植物塘， 水中種植的各種水生植物發(fā)生光合作用產生氧氣， 使塘中呈現兼性狀態(tài)， 再降解廢水中60 %的COD .最后進入第三個廢棄魚塘， 通過向該塘進行人工增氧， 使其呈現好氧狀態(tài)， 塘中養(yǎng)殖的魚?鴨?黃鱔等水生動物利用廢水中有機物作食料， 使COD 再降解80 %， 出水達標排放或進行農田灌溉。

楊鳳江等[ 37] 將玉米淀粉廢水經格柵沉淀后用于喂豬?雞等， 廢水排人氧化塘自然發(fā)酵1 ~ 2 d ， 排入水葫蘆池凈化7 d ， 再排入細綠萍池， 凈化7 d ， 達到了農田灌溉水質標準， 這部分水可用于灌溉稻田?果樹和蔬菜等。

陳勇等[ 38] 采用物理一生物接觸氧化一生物塘法串聯(lián)處理工藝對廢水進行治理， 處理效果明顯，處理后各項水質指標均達到了污水綜合排放二級標準。

1 .4 光合細菌法

光合細菌法簡稱PSB ， 是在厭氧條件下進行不放氧光合作用的細菌總稱.用于凈化有機廢水的光合細菌主要是紅假單胞菌屬， 它能利用有機物作為光合作用的碳源和供氫體， 并能耐受高濃度的有機物， 分解將其除去[ 39， 40] .20 世紀70 年代， 日本的小林正泰等經實驗研究揭示了光合細菌的重要作用，以后人們開始逐步運用光合細菌處理高濃度有機廢水。

王宇新等[ 41] 采用球形紅桿菌L2 進行中試實驗.原廢水首先進入預處理槽， 加入合適劑量的絮凝劑調節(jié)pH 值和絮凝固型物， 然后經初沉淀槽沉淀后上清液流入PSB 處理槽.該槽是該工藝的主體， 其光照白天采用日光， 晚上采用白熾燈， 光照度不低于1 500 lx ， 溶解氧值控制在0 .2 ~ 0 .5 mg·L-1 ， 處理溫度30 ℃左右， pH 7 ， 停留時間36 ~ 42h ， 廢水處理量4 m3·d-1 ，COD 最大容積負荷6 .7 kg·m-3·d-1 .處理后的流出液經二沉淀槽后， 上清液可再進入曝氣槽進行二級處理， 使廢水達標排放.原水COD 24 805 mg ·L-1 ， 經預處理沉淀后為16 794 mg·L-1 ， 處理后1 058 mg·L-1 ，COD 去除率為95 .7 %， 曝氣處理后COD 降至300 mg·L-1以下，去除率為98.1 %。

2 存在問題

由于淀粉廢水排放量大， 有機負荷高， 污染嚴重， 且處理難度大， 以上所列舉的淀粉廢水處理方法在實際中都有應用， 但也都存在一些問題。

1）絮凝沉淀法處理淀粉廢水， 雖具有基建投資少?工藝簡單?操作容易?能耗低?對氣溫的變化適應性強.但絮凝沉淀法去除效率較低， 尤其是對廢水中小分子有機物的去除率更低， 往往需要和其它處理方法結合使用， 廢水才能達標排放。

2）氣浮法處理廢水， 雖具有分離時間短?裝置簡單?處理量大?占地面積小等優(yōu)點.但氣浮法的處理效率與進料位置?進氣量?液面高度?氣浮劑用量等操作條件密切相關， 操作管理復雜， 同時對處理設備性能要求較高， 投資費用和運行費用都較高。

3）生物法處理淀粉廢水， 具有技術成熟可靠?耐沖擊能力強?處理效果好， 尤其以UASB 反應器為主體的厭氧生物處理工藝在降解污染物的同時還能回收能源甲烷氣， 在淀粉廢水處理中得到了廣泛應用.但生物處理法占地面積大， 能耗大， 投資費用和運行費用高， 受廢水的水溫?pH?有毒物質等環(huán)境條件影響較大。

4）光合細菌法處理淀粉廢水具有機污染物去除率高， 投資省， 占地少， 且菌體污泥是對人畜無害?富含營養(yǎng)的蛋白飼料， 是一種非常有前途的凈化高濃度有機廢水的處理技術.但光合細菌法對溫度變化敏感， 需要相應的加熱和保溫裝置， 晚上需要較強的白織燈光照， 運行費用較高， 管理不便等。

3 展望

針對淀粉廢水的特點， 結合淀粉廢水處理方法的研究現狀， 應從如下幾方面加大淀粉廢水處理方法的研究和開發(fā)應用。

1）繼續(xù)對淀粉廢水處理中所用混凝劑的研究，尤其是對無毒無害的微生物絮凝劑的研究， 通過研究混凝劑的種類?混凝劑的用量和沉淀時間， 提高廢水的處理效果.

2）進行生物處理新方法的探討， 根據淀粉廢水的水質特點研究運行穩(wěn)定?處理效果好?受環(huán)境影響小?費用低的新方法， 如對于生產規(guī)模不大的淀粉廠， 甲烷氣無回收價值， 可研究用水解酸化法代替目前應用最多的UASB 處理法， 水解酸化法受廢水的氣溫?有毒物質等環(huán)境條件影響較小， 投資費用也較低。

3）大力發(fā)展清潔生產， 循環(huán)經濟， 繼續(xù)研究回收淀粉廢水中的有用物質， 如通過混凝沉淀和混凝氣浮回收廢水中的懸浮物進行蛋白飼料的生產， 利用淀粉廢水中的營養(yǎng)組分發(fā)展生態(tài)農業(yè)建設， 對廢水進行厭氧消化回收甲烷氣體等， 在回收利用這些物質的同時也降低了廢水的處理難度.另外， 淀粉廢水中有毒有害物質少， 應加大對淀粉廢水深度處理回用的研究， 選擇廢水處理和資源化利用相結合的處理技術。

4）應加強淀粉廢水綜合處理方法的研究和應用， 即對以上所介紹的混凝沉淀法?氣浮法?生物法結合而用， 既能使廢水處理穩(wěn)定達標， 又可回收有用組分， 提高企業(yè)經濟效益。