淀粉废水处理研究

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淀粉废水处理研究

徐发凯 王宝山 谭磊

摘要 淀粉废水具有COD、BOD浓度高、可生化性好的特点，其处理工艺已日趋成熟，但废水处理成本偏高使企业污水处理设施运营成本偏高，导致该类废水的处理存在一定的局限性，传统的污水处理工艺不符合现代科学发展的要求。本文以某玉米淀粉生产所排放的污水为例，从污水的来源及特点出发，结合目前国内淀粉废水处理工艺，针对废水处理中沼气利用问题进行经济效益分析，对该类高浓度有机废水的处理提供经济分析。

关键字 淀粉废水 EGSB 接触氧化 沼气利用

1.前言

我国是淀粉生产大国，目前年产淀粉1000万吨以上，淀粉产量仅次于美国居世界第二位。玉米淀粉在各类淀粉中所占比例最大，约为80％。淀粉在造纸业、纺织业、食品加工业、胶粘剂生产以及其它精细化工领域有着广泛的用途。近年来随着淀粉生产技术以及清洁生产技术的发展，淀粉生产在节水方面有了长足的进步，淀粉企业吨产品用水量明显下降，废水循环利用率明显提高，但由于循环次数增加，废水中的CODcr、N、P以及无机盐都有严重积累，使得淀粉废水中污染物浓度相应增加，造成污染治理难度增加。

2.淀粉废水来源及特点

传统淀粉厂排水主要集中在原料清洗输送、浸泡车间、纤维榨水、浮选浓缩、蛋白压滤等工艺。其中浮选浓缩工段排水量最大，约占总水量的60%-70%，COD约为3000-25000mg/L。淀粉厂排水主要来源于浮选浓缩工艺、蛋白压滤工艺，其他工段用水可实现闭路循环。由于淀粉中含有大量蛋白类物质，若蛋白提取效率不高，会造成废水中有机氮和有机磷的含量偏高。使用不同原料生产淀粉和生产工艺的差异，各淀粉生产企业所产生的水污染物浓度略有不同。表1为林泽县某玉米淀粉厂产生的水污染物浓度表。

表1 某玉米淀粉厂产生的水污染物浓度表

原料 CODCr(mg/L) BOD5(mg/L) 悬浮物(mg/L) 氨氮(mg/L) 总磷(mg/L)

玉米 4000-15000 2400-6000 1000-5000 20-100 10-80

3.淀粉生产废水处理技术综述

目前各淀粉生产企业生产废水治理工艺主要为高效厌氧+好氧技术。常用的厌氧方法有UASB法、EGSB法等，好氧方法有SBR、接触氧化等方法。

以玉米淀粉废水为例，根据资料调研，表2列出目前国内应用较多的玉米淀粉生产废水处理工艺、投资和运行费用，表3为各处理工艺处理效果情况。

表2 常用高浓度废水处理工艺、投资及费用

序号 处理工艺 规模(t/d) 投资

(万元) 费用(元/t) 特点

1 EGSB+生物接触氧化法 1200 330 0.74 生物接触氧化法，是一种介于活性污染法与生物膜中间的工艺，有较高的容积负荷和适应能力，另外，在生物处理后接混凝气浮工序，因而整个工艺的污染物去除率较高。

2 EGSB+SBR法 400 140.2 1.14 此工艺处理玉米淀粉废水可生化性较好，经厌氧处理后，CODCr去除率可达93%，厌氧出水经好氧曝气后CODCr去除率只需达到70%以上即可达标排放。 精品word完整版-行业资料分享

3 UASB+接触氧化法 1000 223 0.63 该公司污水回用作循环水利用进行节水，导致不可生化物质大量积累，有机物得不到较好的处理，另外，接触氧化也不能进一步处理这种难于降解的有机物质及氨氮。因此处理后出水部分指标不能达标。

4 UASB+SBR法 3000 243 0.40 此工艺处理玉米淀粉废水，反应器容积负荷较高，处理能力较大，且废水有机物生化性好，总氮、氨氮易于达标排放。

表3 废水处理工艺效果

处理工艺 指标 水量

(t/d) pH CODCr

(mg/L) BOD5

(mg/L) SS

(mg/L) 氨氮

(mg/L)

EGSB+生物接触氧化法 进水水质

1200 5.5 10000 6000 2000 40

出水水质 6-9 100 60 70 8

去除率 ≥99% ≥99% ≥96.5% >80%

EGSB+SBR法 进水水质

400 6 7000 3500 2200 50

出水水质 6-9 147 73.5 66 10

去除率 ≥97.9% ≥97.9% ≥91% >80%

UASB+接触氧化法 进水水质

1000 5 15000 7000 1000 100

出水水质 6-9 300 210 200 25

去除率 ≥98% ≥97% 80% >75%

UASB+SBR法 进水水质

3000 5 10000 6000 1000 50

出水水质 6-9 100 60 20 10

去除率 ≥99% ≥99% ≥98% >80%

从以上各玉米淀粉废水处理工程实例可以看出，淀粉废水经厌氧+好氧二级生化处理后，出水水质基本可以满足二级排放标准要求，在增加气浮等后续处理工序时，出水可以达到一级排放标准要求限值。

但由于以上各工序基本都未对厌氧工序中产生的沼气进行综合利用，因此各处理方案的经济成本相对较高，这就造成本生产企业生产成本的增加，也造成对资源的利用率不够。因此存在部分企业将未经处理达标的高浓度废水直接排放，或经简单沉淀处理后外排，直接污染地表水或污染地下水。

4.厌氧沼气综合利用经济效益分析

高浓度废水处理投资相对较大，且运行费用较高。废水中的有机污染物在厌氧条件下经微生物降解，转化成甲烷、CO2等，所产沼气含甲烷大于60%，可作为再生能源重新利用，既去除了有机污染物又回收了能源，将废水处理产生的沼气进行综合利用可获得较高的经济效益。

本文结合林泽某玉米淀粉厂生产废水处理工艺，对厌氧沼气的综合利用进行经济评述。

4.1 废水处理工艺

该玉米淀粉厂根据废水CODCr、BOD5含量高、可生化性好、SS沉降性好等特点，废水采用EGSB+活性污泥池+气浮处理工艺。废水处理工艺流程见图1。 精品word完整版-行业资料分享

4.2主要工艺特点及处理效果

(1)EGSB反应器特点

EGSB反应器即膨胀颗粒污泥床反应器，是UASB反应器的更新换代产品，目前在国内外的工程中已普遍应用。EGSB反应器的构造特点是具有很大的高径比，一般可达2-5，反应器的高度高达16-20m。EGSB反应器由第一厌氧反应室和第二厌氧反应室叠加而成，每个厌氧反应器的顶部各设一个气-固-液三相分离器，如同两个UASB反应器的上下重叠串联。 EGSB反应器具有以下特点：

A、容积负荷率高，水力停留时间短：EGSG反应器生物量大(可达60g/L)，污泥龄长。特别是由于存在着内、外循环，传质效果好，处理高浓度有机废水，进水容积负荷可达15-25kgCOD/m3.d。

B、抗冲击负荷强：在EGSB反应器中，当COD负荷增加时，沼气的产生量随之增加，由此内循环的气提增大。处理高浓度废水时，循环流量可达进水流量的10-20倍。废水中高浓度和有害物质得到充分稀释，大大降低有害程度，从而提高了反应器的耐冲击负荷能力；当COD负荷较低时，沼气产量也低，形成较低的内循环流。因此，内循环实际为反应器起到了自动平衡COD冲击负荷的作用。

C、避免了固形物沉积：有一些废水中含有大量的悬浮物质，会在UASB等流速较慢的反应器内容易发生累积，将厌氧污泥逐渐置换，最终使厌氧反应器的运行效果恶化乃至失效。而在EGSB反应器中，高的液体和气体上升流速，将悬浮物冲击出反应器。

D、基建投资省、占地面积小：由于EGSB反应器的容积负荷率比普通的UASB反应器要高2-4倍以上，则EGSB反应器的体积为普通UASB反应器的1/4-1/2左右。而且有很大的高径比，所以占地面积省，还可降低反应器的基建投资。

E、依靠沼气提升实现自身的内循环，减少能耗：厌氧流化床载体的膨胀和流化，是通过出水回流出水泵加压实现，因此必须消耗一部分动力。而EGSB反应器正常运行时是以自身产生的沼气作为提升动力，实现混合液内循环，从而减少能耗。

F、减少药剂投量，降低运行成本：内外循环的液体量相当于第一级厌氧出水的回流，对pH起缓冲作用，使反应器内的pH保持稳定。可减少进水的投碱量，从而节约药剂用量，减少运行费用。

G、出水稳定性好：EGSB反应器相当有上、下两个UASB反应器串联运行，下面一个UASB反应器具有很高的有机负荷率，起“粗”处理作用，上面一个UASB反应器的负荷较低，起“精”处理作用。 精品word完整版-行业资料分享

(2)废水处理效果

根据废水中各污染物的去除率，表4给出了废水处理工艺流程中各处理工段的处理效果。从表中可以看出，本工艺处理高浓度淀粉废水，采用“初沉池、EGSB反应器、脱氮反应器+活性污泥池”三种处理工序，在对高浓度有机物处理的同时增加了脱氮反应器，对氨氮进行强化脱除。外排废水满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中二级标准要求。

表4 EGSB处理工艺效果

工 艺 段 项 目 CODCr

(mg/L) BOD5

(mg/L) SS

(mg/L) 氨氮

(mg/L)

初沉池 进 水

出 水

去除率 10000

<9000

>10% 6000

<500

>17% 3000

<1500

>50%

EGSB反应器 进 水

出 水

去除率 9000

<900

>90% 5000

<400

>92% 1500

<900

>40%

脱氮反应器

＋活性污泥池 进 水

出 水

去除率 900

<150

>83% 400

<30

>93% 900

<100

>89% 100

<8

>92%

气浮池 进 水

出 水

去除率 150

<100

>33% 30

<20

>33% 100

<70

>30% 8

4.3 沼气综合利用经济效益分析

利用该工艺处理淀粉废水，设计处理量为1500t/d，总投资约500万元。运行费用以1.0元/吨废水考虑，考虑厌氧过程中沼气作为能源用于发电的效益。

按厌氧去除每公斤COD 产生0.3m3沼气计算，扩建工程实际处理废水量为1500t/d，日产沼气量为3700m3沼气；沼气中含60-70%甲烷，其热值约23000-27000kJ/m3，当用于发电时，可发电2.5kwh/m3(沼气)，每天的总发电量约为9250kwh，需建设500kW燃气发电机一台。以0.50元/度(电)计，发电运行费用0.12元/度。则产生经济效益为3515元/d，折合吨水效益为2.82元/t(废水)，扣除废水运行费用，同时不考虑余热利用效益，则扩建工程废水处理年净效益为108.8万元。

厌氧沼气除用于发电外，还可供燃气锅炉作为燃料使用，以节省煤炭资源。该淀粉厂外排废水采用厌氧+好氧二级生化处理，目前该企业20t/h燃煤蒸汽锅炉已改造为燃煤、燃气混烧锅炉，同时将废水处理的厌氧沼气引入蒸汽锅炉中作为燃料使用，节约了煤炭资源，废水处理得到有效保证。

5. 结论

(1)高浓度有机废水采取“厌氧＋好氧”处理工艺，排放废水水质可满足《污水综合排放标准》(GB8978-1996)中二级标准要求。