您現在的位置: 中國污水處理工程網 >> 污水處理技術 >> 正文

馬鈴薯淀粉生產廢水來源及處理方法

發布時間:2020-1-16 13:40:18  中國污水處理工程網

  我國是馬鈴薯第一大生產國和第一大消費國。馬鈴薯營養和經濟價值均高,廣泛應用于食品、淀粉,飼料和醫藥等工業,尤其淀粉工業。隨著經濟的飛速發展,馬鈴薯淀粉企業生產規模和生產能力都不斷提升。甘肅省是馬鈴薯生產大省,馬鈴薯加工,尤其馬鈴薯淀粉生產,是甘肅省經濟發展的重要支柱產業。定西市是國內最大的馬鈴薯產區,有“中國薯都”之美稱。馬鈴薯為本地經濟發展和生活水平的提高作出了重要貢獻。但馬鈴薯淀粉在生產過程中,平均約6.5t馬鈴薯,能夠產出1t淀粉,5t薯渣和20t廢水。該廢水成分復雜,直接排放,既浪費物質資源和水資源,又嚴重污染生態環境。如何將其綠色化處理,綜合開發利用,實現環境效益與社會效益雙贏。尤其對于自然資源匱乏,干旱落后,水資源極度短缺的甘肅定西而言,更是意義非凡。

  1馬鈴薯淀粉廢水的主要來源、組成、性質和特點及其對環境的危害

  1.1馬鈴薯淀粉廢水的主要來源、組成、性質和特點

  馬鈴薯淀粉廢水為馬鈴薯淀粉生產中產生的廢水,可分為3類:第1類是馬鈴薯清洗水,主要含有小馬鈴薯、根、芽、葉、草和泥沙等;第2類是馬鈴薯淀粉提取廢水,也稱蛋白廢水,主要由馬鈴薯銼磨階段產生,占總廢水量的10%~20%,含有大量可溶性蛋白,少量淀粉微粒和纖維等不溶物,渾濁度高,為主要污染源;第3類是淀粉清洗水。其中第1、3類廢水可循環利用,僅蛋白廢水需要處理。蛋白廢水中主要含有淀粉、纖維、蛋白質、氨基酸、有機酸、脂肪、糖類、維生素等高濃度有機物。其中,蛋白質含量約2000~8000mg/L,化學耗氧量(COD)約6000~30000mg/L,固體懸浮物(SS)約8500~10000mg/L,回收利用潛力大。但直接生物降解難度高,且造成其中蛋白質等有用物質流失浪費。故處理淀粉提取廢水宜以資源化利用為主,生物處理為輔。

  馬鈴薯淀粉廢水的特點在于廢水量隨馬鈴薯淀粉生產季節性波動變化大。每年生產期主要集中于當年10月至翌年1月寒冷的秋冬之季,屬短周期間歇性生產,同時數目眾多的小型企業生產規模較小;廢水蛋白質含量高,曝氣處理時會產生大量泡沫。因此,廢水處理難度大,且先前多數企業污水處理工藝簡單,處理后廢水仍難達標排放,直接污染地表水體。

  1.2馬鈴薯淀粉廢水對環境的危害

  馬鈴薯淀粉廢水屬高濃度、高污染酸性有機廢水,進入環境后,一則其所含有機質會自然發酵產生吲哚、H2S、NH3等氣體污染環境;二則其高濃度的有機質引起水體富營養化,致使各種微生物迅速生長繁殖,更有甚者使致病菌或有害微生物極速繁衍,嚴重侵害水生動物,同時因有機質的氧化反應和微生物大量繁衍,耗盡水中溶解氧,導致水生生物缺氧窒息致死,嚴重污染相關水體及生態環境。甚至可能引起局部地區農田減產或絕收,廢水存留過長會發酵產生惡臭氣體,嚴重影響周邊居民正常生活生產。

  GB8978-1996《綜合污染物排放標準》規定的二級排放標準對排放水質的要求為:SS≤70mg/L,pH6.0~9.0,BOD≤30mg/L,COD≤150mg/L。故此類廢水必經適當處理,才能達標排放。

  2馬鈴薯淀粉廢水傳統處理方法

  目前,國內外馬鈴薯淀粉廢水常規處理方法,主要有物理化學法和生物法,實際應用中此二者各有利弊。

  2.1物理化學法

  馬鈴薯淀粉廢水常規處理的物理化學法包括自然處理法、單純曝氣法和絮凝沉淀法。

  2.1.1自然處理法

  自然處理法是利用自然界生物自身在生長代謝過程,不斷凈化淀粉廢水中的有機污染物。該方法操作簡便,投資少。但受諸多自然因素的影響,大面積推廣難度較大。楊鳳江等首先將玉米淀粉廢水經由格柵沉淀之后,再用之于飼養家禽,然后將廢水排入氧化塘自然發酵12d,再依次排入水葫蘆池和細綠萍池各凈化7d,最終達到農田灌溉水質標準,用于灌溉稻田、果樹和蔬菜等。

  2.1.2單純曝氣法

  所謂單純曝氣法指將廢水以普通空氣或含O3的空氣進行短時間曝氣,利用空氣中O2或O3的氧化及對揮發性物質的吹脫使廢水得以凈化,一般不單獨使用。處理成本高、停留時間長、處理效果一般,推廣受限。我國北方一些小型馬鈴薯淀粉廠,在生產工藝和生產季節等條件不適宜釆取生物處理法的情況下,采用沉淀分離與單純曝氣法組合工藝,先經沉淀分離減輕單純曝氣法的處理負荷,兼調節、穩定水質水量;再經后續單純曝氣以保證出水達標,同時將沉淀分離過程中生成的有機酸吹脫出去,使廢水pH值接近7。任燕等在溫度20℃、溶液pH10、以5.00g/h通入O32h,可使廢水總磷、氨氮、COD及懸浮物去除率分別達62.07%、62.71%、65.89%和84.12%,出水無惡臭味,pH7.05。O3降污中,采用泡沫富集可回收干物質的40.65%,其中蛋白質占66.21%,說明臭氧化處理既能有效去除污染物,又能回收廢水中有機質。

  2.1.3絮凝沉淀法

  所謂絮凝沉淀法指向廢水中加入絮凝劑,使其中的分散態有機質脫穩、凝聚,形成聚集態粗顆粒物從中分離。該法操作簡便,沉淀時間短、運行成本低、應用廣泛。總體上絮凝劑按照其化學組成分為無機和有機絮凝劑。無機絮凝劑包括無機凝聚劑和無機高分子絮凝劑;有機絮凝劑包括天然有機高分子絮凝劑、合成有機高分子絮凝劑和微生物絮凝劑。無機絮凝劑為低分子鋁鹽和鐵鹽。鋁鹽主要有Al2(SO4)3、KAl(SO4)2·12H2O和Na3AlO3。鐵鹽主要有FeCl3、FeSO4和Fe2(SO4)3。無機絮凝劑的主流產品是無機高分子絮凝劑,主要包括聚合氯化鋁(PAC)、聚合硫酸鋁(PAS)、聚合氯化鐵(PFC)、聚合硫酸鐵(PFS)等。天然有機高分子改性絮凝劑有:殼聚糖、淀粉、多糖、纖維素和蛋白質等的衍生物。影響絮凝效果的關鍵因素為絮凝劑種類、性質和品種。實現絮凝過程優化的核心技術是積極探索和研發新型、高效的絮凝劑。絮凝劑種類很多,但適于淀粉廢水處理的高效、環保、廉價絮凝劑仍需不斷研究探索。

  白波以PAC、PFS、PAM(聚丙烯酰胺)等絮凝劑處理高濃度馬鈴薯淀粉廢水。以去除COD為目標,得出PAC為最適合混凝劑,其最佳投藥量500mg/L,COD去除率達44%,進一步超濾分離,COD去除率可升至77%。李芳蓉等以天然無機高分子膨潤土為原料,以化學改性法制備了膨潤土復合無機高分子絮凝劑和自配膨潤土復合無機高分子絮凝劑,并應用于淀粉廢水處理,效果較為理想,處理后淀粉廢水清澈透明。試驗表明,廢水中SS和COD的去除受溶液pH值影響較大,pH值越低效果越好。張亞群等研究了pH值、混凝劑PAC和助凝劑PAM用量三個因素對復合處理馬鈴薯淀粉廢水混凝效果的影響。結果表明,在pH值約為5,PAC和PAM用量分別是6.0和0.4g/L的條件下效果較理想,COD和蛋白質去除率分別達41.7%和82.8%,減輕了后續處理系統負擔。謝安等[9]將PFS與自制的(預干燥法)陽離子變性淀粉絮凝劑復配處理馬鈴薯淀粉廢水,試驗表明,相同條件下,高取代度陽離子變性淀粉絮凝劑對廢水的絮凝效果更好。取代度0.3903,加入量0.1%,廢水初始pH6.0,與PFS復配使用時,COD去除率達61.32%,其絮凝效果比相同投加量的傳統PAM絮凝劑平均高約10%。王有樂等[10]使用常規化學絮凝劑AlCl3、Fe2(SO4)3、PAM以及有機和無機之間的相互復配對馬鈴薯淀粉廢水絮凝預處理,確定了較佳絮凝劑AlCl3+PAM組合,其較佳pH值為4,較佳投藥量AlCl3+PAM(200+3)mg/L,10%CaCl2助凝劑投加量10ml/L。結果是,濁度、COD和色度去除率分別為95.06%、41.08%和90.63%,其優點為,處理效果好、投藥量少、助凝劑投加量少、較佳pH值在原廢水pH值范圍內、處理成本低(11.05元/t廢水)、產生污泥量少(649g/t廢水)等。劉玉峰等以PAM作為絮凝劑,在PAM投加量70mg/L,pH5,溫度20℃,反應時間40min的最佳工藝條件下,處理馬鈴薯淀粉加工廢水,結果表明,COD、蛋白質、BOD和SS去除率分別為30%~40%、45%~55%、10%~15%和50%~60%,后續處理負擔減輕了很多。朱泉雯等采用絮凝法對馬鈴薯淀粉廢水進行預處理后回灌農田,將廢水中大量有機營養物質進行回收利用。試驗表明,在原水pH值為5,絮凝劑Fe2(SO4)3+PAM的投加量分別為200mg/L和3.5mg/L,靜置5min條件下,濁度和COD去除率分別為90.57%和42.35%。預處理后廢水直接回灌農田,土壤化學性狀和農作物(揚麥12)生長情況都較對照田明顯提高。

  2.2生物處理法

  馬鈴薯淀粉廢水含有大量懸浮態、溶解性或呈膠體狀態的有機污染物,不含有毒物質,可生化性良好,采用生物法處理能夠取得理想的去除效果。

  2.2.1厭氧處理

  厭氧法處理淀粉廢水的最終產物是可作為能源回收利用的可燃氣體(以CH4為主);在低費用運轉的處理工藝下,剩余污泥既易于脫水濃縮又數量少,可用作肥料;面臨能源日益短缺的形勢下,該法屬資源回收型的低能耗處理工藝,日益受到全世界重視。厭氧發酵法處理淀粉廢水主要有厭氧流化床(AFB)、升流式厭氧污泥床(UASB)和厭氧接觸法(ACP),以及厭氧濾池(AF)和兩相厭氧消化法(TPAD)等。其中UASB處理法最優,能耗低、剩余污泥少、處理效率高。UASB內水流方向與產氣上升方向一致,既減少了堵塞幾率,更加強了對污泥床的攪拌混合作用,有利于微生物與進水基質間接觸混合及顆粒污泥之形成。該工藝投資省、運行費用低、操作簡便,且產生可供利用的沼氣,獲得較好經濟效益和環境效益。黃健平等利用改良USAB作為產CH4反應器處理淀粉廢水,試驗以低負荷啟動方式,利用提高進水COD濃度逐級提高容積負荷和增大處理量,反應器中水力條件采用強制內回流控制,使改良UASB在最佳條件下運行產CH4。產CH4速率高達0.539m3/d,出水CODCr<600mg/L。陳曉燕等通過自行制作的UASB裝置,探討馬鈴薯淀粉廢水厭氧處理過程中溫度、pH值優化控制,試驗表明,UASB裝置去除馬鈴薯淀粉廢水COD的環境優化組合條件是溫度約35℃,pH值略大于7.5,COD去除率接近90%,并隨處理時間不斷提升,出水COD<300mg/L。鄭國臣等添加微量元素(Fe、Mn、Zn等)于厭氧折流板反應器(ABR)處理廢水過程中,進水COD6000mg/L,堿度1900mg/L的條件下,ABR系統后端格室產CH4由0.68m3/d升高至1.66m3/d。系統對COD的去除率由51%提高到62%。結果表明,微量元素投加可有效刺激ABR發酵聯合產、氫產CH4系統中厭氧污泥的活性,產甲烷活性增強,產氫作用受到抑制,系統處理效能明顯提高。

  2.2.2好氧處理

  相較于厭氧法,處理淀粉加工廢水時好氧生物法不足之處較多,如需要充氧、無能量回收、微生物所需營養多、動力消耗大和污泥量大等,僅適合低濃度有機廢水處理。通常淀粉廢水COD較高,故其處理中較少單獨應用好氧處理法。好氧處理法主要有生物氧化塘法、接觸氧化法和SBR法。好氧生物法多用作淀粉廢水處理的后續處理。蘇宏等用加壓SBR法處理淀粉廢水,在進水COD3500~4000mg/L,停留時間8~12h時,COD去除率94%~96.7%,出水COD<150mg/L,可達標排放。加壓SBR法較普通SBR法,生化反應速度快、耐負荷沖擊能力更強,且有機物去除率高。

  2.2.3厭氧、好氧聯合處理

  因淀粉廢水有機負荷高,處理難度大,僅單一生物處理較難達到理想效果,故多采用厭、好氧聯合處理。毛海亮等以UASB-SBR工藝處理淀粉廢水。針對其有機負荷高、可生化性好之特性,先以UASB工藝處理,降解淀粉廢水中大部分有機物,之后再于SBR段好氧生物處理,使廢水中有機物進一步降解。結果表明,經顆粒化UASB穩定處理后,出水COD<500mg/L,又經SBR處理后,出水清澈且COD<100mg/L。該處理系統具有處理效果穩定、耐沖擊負荷、運行費用低且管理簡單等優點。廖立欽等使用霉菌(黑根霉、黑曲霉、青霉、白地霉)和酵母菌(擬內孢霉酵母、產朊假絲酵母)兩類菌種對馬鈴薯廢水進行處理,確定效果最佳菌株為青霉菌和擬內孢霉酵母菌,發酵時間5d。由正交試驗得,在馬鈴薯廢水中分別接入2%青霉菌和3%擬內孢霉酵母菌后處理6d,最終廢水COD由16286mg/L降至6216mg/L,去除率62.38%。具體聯系污水寶或參見http://www.qrnlka.icu更多相關技術文檔。

  3馬鈴薯淀粉廢水資源化利用處理

  針對淀粉工業廢水的特點,研究者一直在尋找一種快捷、高效、低能耗的淀粉廢水處理方法。但迄今為止仍未找到一種特別經濟有效的處理和回收利用的技術方法,因此,廢水的資源化處理成為目前國內外的研究熱點。馬鈴薯淀粉廢水主要含有淀粉、蛋白質和有機酸等,資源回收利用,既有經濟效益,也能有效降低其中有機污物濃度,使后續處理負擔減輕。以下介紹幾種主要的馬鈴薯淀粉廢水資源化處理的方法。

  3.1蛋白質的回收

  回收淀粉廢水中的蛋白質主要是將其中溶解性蛋白質提取出來作為飼料蛋白或者它用,為其后續生物處理減輕負荷。當前主要有以下4種方法。

  3.1.1絮凝沉淀法

  此法通過添加綠色無毒絮凝劑,使蛋白質膠體脫穩沉淀析出,處理成本低,回收效果明顯。此類絮凝劑有蒙脫土、海藻酸鈉、羧甲基纖維素、生物絮凝劑、殼聚糖等天然絮凝劑,其中中小型企業回收馬鈴薯蛋白最適合使用羧甲基纖維素。周添紅等采用改性方法制備了蒙脫土基絮凝吸附材料,并應用于馬鈴薯淀粉廢水的處理。結果表明,其對COD吸附量最高達245mg/g,濁度去除率最高達93%,處理后廢水pH4.7~7.0,因蒙脫土和淀粉廢水本身都無毒害作用,故經絮凝后吸附材料和大量蛋白質等營養物質沉淀下來,可用作家禽飼料或有機化肥。裴兆意以殼聚糖為絮凝劑處理馬鈴薯淀粉廢水,回收蛋白質,結果表明,pH4.5,殼聚糖投加量0.05g/L時,蛋白質回收率達62.7%。殼聚糖無毒、無二次污染,故絮凝得到的蛋白質可作為動物飼料。也可按蛋白質遇熱變性沉淀的原理,鋪設加熱裝置于沉淀池中,通過加熱升溫,使廢水中蛋白質沉淀。盡管此法可使蛋白質去除率大大提高,但加熱能耗遠高于產生的效益,也不可取。陶德錄通過加熱將廢水中的蛋白質絮凝、沉淀,再濃縮,每1t廢水可回收蛋白飼料35kg,其粗蛋白質質量分數為24%~40%。客觀地講,加熱絮凝法既能耗高又導致蛋白質變性;絮凝過程易發生共沉淀而使雜質包裹于蛋白質絮狀物中,直接降低產品純度。

  3.1.2堿提酸沉法

  此法利用等電點時蛋白質的溶解度最小而易沉淀析出的性質回收蛋白質。但在投加大量酸和堿調節pH值時既增加了費用,又引入了常用工業酸堿含有的重金屬,故回收的蛋白質不宜作飼料。此法漸已淘汰,不宜推廣。任瓊瓊等以堿提酸沉加超濾法提取蛋白質于馬鈴薯淀粉廢水。經響應曲面法和單因素試驗優化堿提酸沉工藝,得到最佳工藝參數為:堿提pH9.35,堿提時間59min;酸沉pH3.41,酸沉時間10min。蛋白質提取率達54.24%。酸沉液采用10ku超濾膜進一步提取,最終蛋白質總提取率達93.42%。

  3.1.3超濾法

  目前超濾技術是回收蛋白質常用的方法。超濾法是依靠半透膜選擇透過性,以壓力或濃度為驅動力,截留廢水中蛋白質。膜分離技術過濾過程簡單、易于控制,已廣泛應用于各行業。而且兼有分離、濃縮、純化和精制功能,以及高效、節能、環保和分子級過濾等特征。常用超濾膜有醋酸纖維素膜、聚砜膜、聚酰胺膜等。采用此法處理馬鈴薯淀粉生產廢水,既屬處理效果好的純物理過程,不引入化學試劑,無二次污染,又屬環保性水處理方法。高效節能的超濾法,在回收過程中保持常溫又不添加藥劑,保證了回收蛋白質的質量和安全性。Harmen等利用超濾法回收馬鈴薯淀粉廢水蛋白質,先以滲濾法預濃縮,再以截留相對分子質量為5~150ku的親水聚醚砜、親水聚偏氟乙烯和新型再生纖維素3種膜材料,回收廢水中的蛋白質,回收率均達82%。陳鈺等[26]采用聚砜中空纖維內壓式超濾膜組件回收馬鈴薯廢水蛋白質,在室溫22℃,pH5.8,操作壓力為0.10MPa的條件下,回收率達80.46%。張澤俊等以超濾技術結合泡沫分離技術回收馬鈴薯蛋白質。在壓力0.15MPa,流量30L/h時,證明了截留相對分子質量15ku的醋酸纖維素膜適合蛋白質回收,回收率達85%。呂建國等進行了超濾膜回收馬鈴薯淀粉廢水蛋白質的中試實驗,采用截留相對分子質量20ku的聚乙烯膜在25℃、壓力0.2MPa、進口流量160L/min時,蛋白質回收率和COD截留率分別高于90%和50%。王應平等采用膜集成技術深度處理馬鈴薯淀粉廢水,以截留分子量10ku的超濾膜+反滲透處理工藝,2次去除已經絮凝沉淀處理后的有機物。結果表明,在25℃,壓力0.15MPa條件下,超濾膜對SS的去除率>99%,COD的去除率15%~25%;超濾出水經反滲透膜處理后,COD去除率≥98.8%。系統長期運行穩定,出水BOD5<10mg/L,COD<100mg/L,去除效果好,產水可達標排放。

  超濾法設備投資較高,適宜大型企業,且超濾膜易吸附蛋白質、糖類等,造成膜堵塞和膜污染影響持續工作,可通過改變膜特性、滲透條件和料液湍流程度等方式來減輕膜堵塞。

  3.1.4單細胞蛋白的回收

  某些菌種本身含有豐富蛋白質,又能利用廢水中營養物質生產蛋白質,可用來提取單細胞蛋白。張玉斌等[30]利用熱帶假絲酵母菌發酵處理馬鈴薯淀粉廢水。控制溫度28℃,pH5.0,接種量15%(體積比),發酵時間28h,CODCr去除率達75.4%,可回收單細胞蛋白7.43g/L。

  3.2利用馬鈴薯淀粉廢水生產能源氣體

  將高濃度淀粉廢水利用產CH4細菌在高效厭氧條件下處理,能生產可作為燃料使用的CH4氣體。資源化利用淀粉廢水生產CH4氣是最好選擇之一,可通過在中、大型淀粉加工企業配套CH4氣的精制、罐裝和運輸設備來實現。該內容在2.2節生物處理法,2.2.1節厭氧處理中已有詳述,在此不再累述。

  3.3利用馬鈴薯淀粉廢水生產微生物絮凝劑

  微生物絮凝劑是由微生物產生的具有絮凝活性的有機高分子,可生物降解,降解產物對生態環境無害,以淀粉廢水為培養基進行工業化生產可有效降低生產成本。已廣泛用于淀粉廢水處理,其活性高,絮凝范圍廣、通常不受pH值、溫度及離子強度等影響。顏東方等以馬鈴薯淀粉廢水為培養液,復篩得1株高產絮凝物質的酵母菌F5,試驗所得最佳營養條件:以0.05g/100ml(NH4)2SO4為氮源,1ml/100ml甘油為外加碳源,添加0.1g/100mlMgCl2和0.1g/100mlKH2PO4。此條件下發酵,絮凝活性提取物得率1.36g/L,發酵液對高嶺土懸濁液絮凝率達94.6%,原廢水COD去除率達93.7%。王有樂等研究了根霉M9和M17復配產生復合型微生物絮凝劑的絮凝特性,并優化得到了馬鈴薯淀粉廢水對該復合菌的培養條件:廢水COD1600mg/L,0.04g/LKH2PO4,添加0.3g/LCO(NH2)2、無需添加碳源和調節pH值,M9和M17分別接種60ml/L和40ml/L后培養35h。此條件下投加5ml/L發酵液,經培養微生物后的廢水COD和濁度去除率分別達93.60%和82.87%。可直接經好氧處理達標排放,也可與凈水混合后灌溉種植基地。趙起政等從馬鈴薯淀粉廢水和黃河污水排放口附近污泥中經分離純化初篩和復篩,得到6株絮凝活性大于60%的細菌,并按照等體積比例復配,絮凝率最高達96.41%。此法生產高活性微生物絮凝劑,成本低,絮凝效果較好,廢水COD降幅大。

  3.4利用馬鈴薯淀粉廢水生產微生物油脂

  淀粉廢水中的有機物能夠被某些菌株利用于生長繁殖而生產微生物油脂,是以低成本獲得生物柴油的重要途徑。以馬鈴薯淀粉廢水為培養基,可篩選獲取產油真菌,為生物柴油提供廉價油脂來源。鐘娜等利用淀粉廢水耐高COD梯度馴化粘紅酵母菌,并篩選出1株油脂質量分數25.7%,受淀粉廢水COD高達75000mg/L的粘紅酵母,培養33h后,菌體油脂質量分數29.5%,粘紅酵母生物量達25.3g/L,廢水COD降至5600mg/L,降解率92.5%。王宏勛等初步研究了馬鈴薯淀粉廢水資源化利用,結果表明,馬鈴薯淀粉廢水能夠被刺孢小克銀漢霉有效利用生產多不飽和脂肪酸(GLA),GLA含量達到229.72mg/L、生物量達16.31g/L,COD去除率達76.31%。此方法利用微生物既產生了微生物油脂,還有效去除了COD,開辟了一條經濟可行的馬鈴薯淀粉廢水資源化利用的新途徑。

  3.5利用馬鈴薯淀粉廢水生產多糖

  普魯蘭多糖是一種由出芽短梗霉發酵所產生的類似葡聚糖、黃原膠的胞外水溶性黏質多糖。因其具有良好成膜、成纖維、阻氣、粘接、易加工、無毒性等特性,已廣泛應用于醫藥、食品、化工和石油等領域。Barnetta等研究了利用不同酶水解馬鈴薯淀粉廢水生成普魯蘭多糖的方法。用普魯蘭多糖酶和β-淀粉酶水解廢水的普魯蘭產量是用普魯蘭多糖酶和淀粉普糖苷酶水解的2倍,前后二者水解產物主要分別為麥芽糖和葡萄糖,可見酶水解產物可影響普魯蘭的產量。陳潔等不用酶水解而以馬鈴薯淀粉廢水為碳源,發酵培養出芽短梗霉W2003,制得普魯蘭多糖,既簡化了發酵工藝,降低了生產成本,又減輕了環境污染。陳潔等還研究了用出芽短梗霉在不用酶水解淀粉廢水的條件下的優化處理工藝,考察不同COD淀粉廢水對出芽短梗霉的生長影響,廢水中有機物總量及COD去除情況的影響。結果表明,淀粉廢水COD濃度大小對出芽短梗霉生長無影響,有機物濃度隨處理時間增長而降低,但最終代謝物———普魯蘭多糖的量隨廢水濃度升高而增加,COD去除率隨廢水濃度升高而增大。用出芽短梗霉對馬鈴薯淀粉廢水進行生物處理,實現了環境保護和經濟效益雙贏。

  3.6利用馬鈴薯淀粉廢水生產乳酸

  Jin等[39]利用少根根霉(DAR36017),采用糖化發酵馬鈴薯淀粉廢水和玉米淀粉廢水生產L-乳酸,在淀粉廢水質量濃度20~60g/L時,發酵40h,乳酸產量達19.5~44.3g/L,此過程無需補充氮源。Huang等利用少根根霉(DAR36017)和米根霉(DAR2062),采用同步糖化發酵方法,以馬鈴薯淀粉廢水為培養基生產乳酸,并研究了其生化動力學和生長pH值、溫度和底物。試驗結果表明,在pH6.0,溫度30℃,馬鈴薯淀粉質量濃度20g/L時,有利于淀粉糖化和乳酸發酵,發酵36~48h,乳酸產量1.5~3.5g/L。為資源化利用馬鈴薯淀粉廢水和低成本生產乳酸開辟了新途徑。

  4馬鈴薯淀粉廢水處理主要存在的問題

  馬鈴薯淀粉廢水處理存在的難點問題主要有:①廢水量大,有機物含量高,COD值高。一般中小型淀粉廠,生產1t淀粉的同時平均排放廢水20m3。②生物處理法要求工藝能快速啟動且耐低溫。但厭氧工藝啟動非常慢,一般需要3~6個月。厭氧反應器一般還要保證溫度在(35±3)℃。但受馬鈴薯收獲時間限制,淀粉生產和廢水的產生具有季節性,該類企業最長的連續生產周期在秋冬季節,且僅約4個月。③處理成本較高。淀粉生產企業利潤低,多無力承受高成本處理工藝。現階段,生化處理對水溫要求嚴格,尤其是厭氧生物處理,冬季低溫的不利影響更加明顯,必須消耗大量蒸汽來維持溫度,處理成本太高,難以承擔。化學法回收所得的馬鈴薯蛋白質已變性,純度低,且回收的蛋白質在干燥過程中易發生褐變,產品色澤深。要提高品質還需進一步純化,回收成本增加。盡管目前超濾法處理回收效果最好,無化學物質的添加,與化學處理相比,所得馬鈴薯蛋白質品質及純度均較高,但是其設備昂貴,且超濾膜易被堵塞,設備需定期清洗維護方能連續使用。④淀粉提取和濃縮工藝水(第2、3類廢水)泡沫嚴重。此類淀粉廢水屬于細胞液工藝水,產生于馬鈴薯淀粉車間淀粉濃縮工序,經由管道流至污水處理車間時,泡沫層體積較大,且泡沫比較穩定,靜置5~90min,泡沫體積僅由占總體積的50%降至35%,因此,細胞液廢水中泡沫問題常規方法無法解決,妨礙了后續處理單元的正常運行,如初沉池、氣浮機、厭氧及好氧反應器等。⑤廢水營養源不足。對淀粉廢水進行生化處理時,除碳源、氮源外的其它營養物質少,生化反應不易進行。

  5馬鈴薯淀粉廢水處理技術研究發展方向和應用前景展望

  近年來,國家對馬鈴薯淀粉廢水的處理日趨重視,但對其資源化利用的技術水平仍較低,有待于進一步探索、研發和提高,并加以大規模推廣應用,開發應用前景廣闊。從資源節約和經濟效益的兩方面考慮,資源化回收利用,節能減排是馬鈴薯淀粉廢水處理的必然選擇。馬鈴薯淀粉廢水資源化回收利用,既節約了資源,減少了廢水對環境污染,又減輕了后續處理負擔。今后一段時間馬鈴薯淀粉廢水處理研究發展方向主要是:①積極探索和研發能夠根本解決馬鈴薯淀粉廢水污染問題的生化處理兼有效成分提取為主的綜合利用項目。雖然研究者通過參考和借鑒其他淀粉廢水的處理方法,時有新工藝和新方法產生,且室內模擬試驗效果很好,但主要為生化及物化處理。對于高濃度有機廢水馬鈴薯淀粉廢水的處理而言,傳統絮凝法對溫度變化適應性強且能耗低,但單一方法去除效率較低,處理效果不理想,故必須選擇優缺點互補的多種方法結合,并積極探究回收淀粉、蛋白質等有效成分與生化處理綜合利用的項目,切實解決馬鈴薯淀粉廢水污染問題。②力求經濟效益與資源節約雙贏。傳統處理工藝僅限于降解馬鈴薯淀粉廢水中的污染物,忽視其有用成分的回收綜合利用,造成資源浪費。故今后的研發重點應為高效節能、回收利用、變廢為寶的新工藝,并力求降低成本,低碳環保、節能減排。③優選核心為蛋白質提取的物化-生化處理工藝。盡可能有效提取并回收蛋白液中蛋白質,減少后續處理中泡沫的影響。可有效利用生產過程中的余熱提高水溫,便于廢水中蛋白質的提取和回收。④加強功能性微生物的選育和配套的高效率生物反應器的研究力度。近年來,趨向于研發絮凝效率高、適用范圍廣的復合絮凝劑和易降解、無二次污染的微生物絮凝劑。生物法處理薯類淀粉廢水的主要途徑是利用廢水中的營養物質生產和回收油脂、多糖、蛋白質等產品,效果雖好,但啟動慢、受水溫等影響大,且獨立厭氧或好氧生物處理效果差,故應著力開發高效的能抗沖擊負荷、能快速啟動的廢水處理方法與回收利用有效成分相結合的綜合工藝。目前最好的資源化途徑是厭氧處理淀粉廢水生產CH4氣體。

  綜上所述,馬鈴薯淀粉廢水來源廣泛,利用其回收蛋白質,生產微生物絮凝劑、微生物油脂,多糖以及乳酸皆為高效利用馬鈴薯淀粉廢水,節約資源、變廢為寶、環境友好的方法。努力開發科學、經濟、高效、綠色環保、綜合利用率高的淀粉廢水處理方法,徹底解決馬鈴薯淀粉生產中的廢液污染問題,是馬鈴薯淀粉廢水綜合利用的重中之重。(來源:糧食與飼料工業  作者:李芳蓉 等)

相關推薦
技術工藝案例
什么行业赚钱女性