马铃薯淀粉加工废水“物化+模块”处理试验研究

祁焕军 雷晓婷 雷金银 王锐 纪立东 杨洋 周丽娜

（1.宁夏大学农学院，宁夏银川 750021；2.宁夏农林科学院农业资源与环境研究所，宁夏银川 750002）

1 引言

马铃薯产业是宁夏南部山区经济支柱产业之一［1］，具有比较突出的优势和显著的经济效益，为当地的经济发展和农民增收作出了重要贡献。目前，宁南山区马铃薯年种植面积达到21万hm2［2］，年产鲜薯200万t以上，加工各类淀粉制品14万t以上，已成为全国重要的马铃薯产业基地［3］。20世纪90年代初期，马铃薯淀粉产业的兴起为山区农民增收提供了新的增长点，有力地拉动了当地经济的发展，取得了良好的经济效益和显著的社会效益。目前，马铃薯淀粉加工业已成为宁南山区农业产业化进程中的龙头支柱产业，各淀粉企业年加工消化马铃薯量约占宁南山区马铃薯产量的1/3，产值达4亿多元［4］。然而马铃薯淀粉生产过程中消耗大量的水，随之而产生的淀粉加工废水的污染问题也日益凸现出来，给生态环境带来极大压力［5］，成为限制加工企业进一步发展的瓶颈问题。据测算，每加工生产1 t精淀粉需耗水6 t，按宁南山区各淀粉企业年生产淀粉总量7×104t计算，则年耗水量为4.2×105t。宁南山区每年排放的淀粉废水将近3×106t，废水中含有大量有机污染物，长期放置会腐败发臭，不但污染环境还影响周围居民的正常生活。对马铃薯淀粉生产过程中产生的废液进行综合治理及回收利用已刻不容缓。

对马铃薯淀粉加工废水的主要处理方法为物化法和生物组合工艺技术［6］。物化法主要包括混凝沉淀法、吸附法、中和法、氧化还原法等［7-8］；生物组合工艺技术主要包括活性污泥法、生物膜法、土壤处理法等［9-10］。朱泉雯等［11］、王应平等［12］研究证明，不论是物化法还是生物组合工艺技术，处理效果均比较好，都能够达到国家污水排放标准。但是由于宁南山区马铃薯淀粉加工季节性强、加工期短，一般在收获后冬季11—12月和次年的3—4月加工生产，温度低，导致成熟的废水处理技术应用起来效果不佳，维护运营费用高等问题突出。鉴于此，本文通过“物化＋模块”的方法，研发符合当地气候环境条件和马铃薯淀粉加工特点的废水处理工艺和装置，为进一步探索高效、安全、成本低和简单易行的淀粉废水处理方法，稳固发展当地马铃薯支柱产业，防止生态环境日益恶化，提供科技支撑和技术装备。

2 试验部分

2.1 试验规模

设备设计处理量为1 t/d。

2.2 废水来源及水质

试验场地定在宁南山区西吉万里淀粉厂，废水来自于工艺排放废水（未经任何处理）。废水水质为：COD值20 000～28 000mg/L；BOD5值200～800mg/L；SS值5 000～6 000mg/L。

2.3 分析项目及检测方法

COD采用重铬酸钾氧化法测定；BOD5运用五日培养法测定；SS用标准重量法测定。

2.4 工艺流程

工艺流程如图1所示。设备设计淀粉工艺废水经过圆筒式旋流筒除去部分悬浮物与淀粉，再经过过渡池进入物化分离装置，通过加入相关絮凝剂形成泥水分离的状态，然后经过好氧净化装置的纳米级模块净化，处理后的废水达到GB 25461—2010《淀粉工业水污染物排放标准》要求。

图1 工艺流程

2.5 设备结构

设备俯视图如图2所示。

图2 设备俯视图

3 结果与讨论

3.1 处理设备的优缺点对比

Guo JY等［13］研究表明，生物法处理效果好、稳定，但是存在投资占地大等问题，需要常年持续维护生物菌活性，从表1中也可以对比得出相同结果，且在当地低温条件下效果严重受限。任婷等［14］研究表明，物化法处理快速、简单易行，但是絮凝剂投入量大，处理成本太高。结合宁南山区冷凉气候的特点和马铃薯淀粉加工全年主要在春季3—4月和冬季11—12月集中生产的实际，在现有处理技术的基础上，提出“物化＋模块”的方法，将处理过程模块化，在前期快速除渣的基础上，再絮凝分离，最后通过好氧纳米膜过滤净化，使水质可达到旱作农田灌溉水质标准。不仅突出了快速、灵活、系统稳定的优势，而且保证了使用周期长，一般膜材料可用10年以上，有效降低了处理、运行、维护成本。

表1 不同废水处理工艺优缺点对比分析

3.2 废水处理效果分析

取样分析“物化＋模块”处理方法各处理阶段的水质指标，见表2。

表2 设备各个结构环节COD，BOD5，SS值检测结果

由表2可知，通过旋流塔实现快速除渣，去除率可达65%以上，在此基础上，通过物化分离，去除率达90%以上。通过好氧纳米膜过滤，去除率达到99%以上，最后处理出水COD为128.8 mg/L，BOD5为7.2mg/L，SS为98.6mg/L，各指标达到了GB 25461—2010《淀粉工业水污染物排放标准》，见表3。

表3 淀粉工业水污染物排放标准 mg/L

4 结论

采用“物化＋模块”方法不受温度、时间的影响，投资较低，设备简单，处理效果显著，处理后的废水COD值降至128.8 mg/L，去除率超过99%，废水BOD5值降至7.2 mg/L，去除率超过98.6%，SS的去除率达到了98.6%，去除效果好，废水水质达到GB 25461—2010《淀粉工业水污染物排放标准》要求，可实现达标排放。研究结果表明，该工艺符合宁夏南部山区低温气候条件和马铃薯淀粉加工全年主要在春季3—4月和冬季11—12月集中生产的实际情况。