马铃薯淀粉生产废水来源及全自动刮刀过滤器处理方法

马铃薯淀粉*废水来源及全自动刮刀过滤器处理方法

　　1马铃薯淀粉废水的主要来源、组成、性质和特点及其对环境的危害

　　1.1马铃薯淀粉废水的主要来源、组成、性质和特点

　　马铃薯淀粉废水为马铃薯淀粉*中产生的废水，可分为3类：第1类是马铃薯清洗水，主要含有小马铃薯、根、芽、叶、草和泥沙等;第2类是马铃薯淀粉提取废水，也称蛋白废水，主要由马铃薯锉磨阶段产生，占总废水量的10%～20%，含有大量可溶性蛋白，少量淀粉微粒和纤维等不溶物，浑浊度高，为主要污染源;第3类是淀粉清洗水。其中第1、3类废水可循环利用，仅蛋白废水需要处理。蛋白废水中主要含有淀粉、纤维、蛋白质、氨基酸、有机酸、脂肪、糖类、维生素等高浓度有机物。其中，蛋白质含量约2000～8000mg/L，化学耗氧量(COD)约6000～30000mg/L，固体悬浮物(SS)约8500～10000mg/L，回收利用潜力大。但直接生物降解难度高，且造成其中蛋白质等有用物质流失浪费。故处理淀粉提取废水宜以资源化利用为主，生物处理为辅。

　　马铃薯淀粉废水的特点在于废水量随马铃薯淀粉*季节性波动变化大。每年*期主要集中于当年10月至翌年1月寒冷的秋冬之季，属短周期间歇性*，同时数目众多的小型企业*规模较小;废水蛋白质含量高，曝气处理时会产生大量泡沫。因此，废水处理难度大，且*前多数企业污水处理工艺简单，处理后废水仍难达标排放，直接污染地表水体。

　　1.2马铃薯淀粉废水对环境的危害

　　马铃薯淀粉废水属高浓度、高污染酸性有机废水，进入环境后，*则其所含有机质会自然发酵产生吲哚、H2S、NH3等气体污染环境;二则其高浓度的有机质引起水体富营养化，致使各种微生物迅速生长繁殖，更有甚者使致病菌或有害微生物*速繁衍，严重侵害水生动物，同时因有机质的氧化反应和微生物大量繁衍，耗尽水中溶解氧，导致水生生物缺氧窒息致死，严重污染相关水体及生态环境。甚至可能引起局部地区农田减产或绝收，废水存留过长会发酵产生恶臭气体，严重影响周边居民正常生活*。

　　GB8978-1996《综合污染物排放标准》规定的二*排放标准对排放水质的要求为：SS≤70mg/L，pH6.0～9.0，BOD≤30mg/L，COD≤150mg/L。故此类废水必经适当处理，才能达标排放。

　　2马铃薯淀粉废水传统处理方法

　　目前，国内外马铃薯淀粉废水常规处理方法，主要有物理化学法和生物法，实际应用中此二者各有利弊。

　　2.1物理化学法

　　马铃薯淀粉废水常规处理的物理化学法包括自然处理法、单纯曝气法和絮凝沉淀法。

　　2.1.1自然处理法

　　自然处理法是利用自然界生物自身在生长代谢过程，不断净化淀粉废水中的有机污染物。该方法操作简便，投资少。但受诸多自然因素的影响，大面积推广难度较大。杨凤江等**将玉米淀粉废水经由格栅沉淀之后，再用之于饲养家禽，然后将废水排入氧化塘自然发酵12d，再依次排入水葫芦池和细绿萍池各净化7d，*终达到农田灌溉水质标准，用于灌溉稻田、果树和蔬菜等。

　　2.1.2单纯曝气法

　　所谓单纯曝气法指将废水以普通空气或含O3的空气进行短时间曝气，利用空气中O2或O3的氧化及对挥发性物质的吹脱使废水得以净化，*般不单独使用。处理成本高、停留时间长、处理效果*般，推广受限。

　　2.1.3絮凝沉淀法

　　所谓絮凝沉淀法指向废水中加入絮凝剂，使其中的分散态有机质脱稳、凝聚，形成聚集态粗颗粒物从中分离。该法操作简便，沉淀时间短、运行成本低、应用广泛。总体上絮凝剂按照其化学组成分为无机和有机絮凝剂。无机絮凝剂包括无机凝聚剂和无机高分子絮凝剂;有机絮凝剂包括天然有机高分子絮凝剂、合成有机高分子絮凝剂和微生物絮凝剂。无机絮凝剂为低分子铝盐和铁盐。无机絮凝剂的主流产品是无机高分子絮凝剂，主要包括聚合氯化铝(PAC)、聚合硫酸铝(PAS)、聚合氯化铁(PFC)、聚合硫酸铁(PFS)等。天然有机高分子改性絮凝剂有：壳聚糖、淀粉、多糖、纤维素和蛋白质等的衍生物。影响絮凝效果的关键因素为絮凝剂种类、性质和品种。实现絮凝过程优化的核心*是积*探索和研发新型、高效的絮凝剂。絮凝剂种类很多，但适于淀粉废水处理的高效、环保、廉价絮凝剂仍需不断研究探索。

　　2.2生物处理法

　　马铃薯淀粉废水含有大量悬浮态、溶解性或呈胶体状态的有机污染物，不含有毒物质，可生化性良好，采用生物法处理能够取得理想的去除效果。

　　2.2.1厌氧处理

　　厌氧法处理淀粉废水的*终产物是可作为能源回收利用的可燃气体;在低费用运转的处理工艺下，剩余污泥既易于脱水浓缩又数量少，可用作肥料;面临能源日益短缺的形势下，该法属资源回收型的低能耗处理工艺，日益受到全*重视。厌氧发酵法处理淀粉废水主要有厌氧流化床、升流式厌氧污泥床和厌氧接触法，以及厌氧滤池(AF)和两相厌氧消化法(TPAD)等。其中UASB处理法*优，能耗低、剩余污泥少、处理效率高

　　2.2.2好氧处理

　　相较于厌氧法，处理淀粉加工废水时好氧生物法不足之处较多，如需要充氧、无能量回收、微生物所需营养多、动力消耗大和污泥量大等，仅适合低浓度有机废水处理。通常淀粉废水COD较高，故其处理中较少单独应用好氧处理法。

　　2.2.3厌氧、好氧联合处理

　　因淀粉废水有机负荷高，处理难度大，仅单*生物处理较难达到理想效果，故多采用厌、好氧联合处理。毛海亮等以UASB-SBR工艺处理淀粉废水。针对其有机负荷高、可生化性好之特性，*以UASB工艺处理，降解淀粉废水中大部分有机物，之后再于SBR段好氧生物处理，使废水中有机物进*步降解。结果表明，经颗粒化UASB稳定处理后，出水COD<500mg/L，又经SBR处理后，出水清澈且COD<100mg/L。该处理系统具有处理效果稳定、耐冲击负荷、运行费用低且管理简单等优点。廖立钦等使用霉菌(黑根霉、黑曲霉、青霉、白地霉)和酵母菌(拟内孢霉酵母、产朊假丝酵母)两类菌种对马铃薯废水进行处理，确定效果*菌株为青霉菌和拟内孢霉酵母菌，发酵时间5d。由正交试验得，在马铃薯废水中分别接入2%青霉菌和3%拟内孢霉酵母菌后处理6d，*终废水COD由16286mg/L降至6216mg/L，去除率62.38%。

　　3马铃薯淀粉废水资源化利用处理

　　针对淀粉工业废水的特点，研究者*直在寻找*种快捷、高效、低能耗的淀粉废水处理方法。但迄今为止仍未找到*种特别经济有效的处理和回收利用的*方法，因此，废水的资源化处理成为目前国内外的研究热点。马铃薯淀粉废水主要含有淀粉、蛋白质和有机酸等，资源回收利用，既有经济效益，也能有效降低其中有机污物浓度，使后续处理负担减轻。以下介绍几种主要的马铃薯淀粉废水资源化处理的方法。

　　3.1蛋白质的回收

　　回收淀粉废水中的蛋白质主要是将其中溶解性蛋白质提取出来作为饲料蛋白或者它用，为其后续生物处理减轻负荷。当前主要有以下4种方法。

　　3.1.1絮凝沉淀法

　　此法通过添加绿色无毒絮凝剂，使蛋白质胶体脱稳沉淀析出，处理成本低，回收效果明显。此类絮凝剂有蒙脱土、海藻酸钠、羧甲基纤维素、生物絮凝剂、壳聚糖等天然絮凝剂，其中中小型企业回收马铃薯蛋白*适合使用羧甲基纤维素。

　　3.1.2碱提酸沉法

　　此法利用等电点时蛋白质的溶解度*小而易沉淀析出的性质回收蛋白质。但在投加大量酸和碱调节pH值时既增加了费用，又引入了常用工业酸碱含有的重金属，故回收的蛋白质不宜作饲料。此法渐已淘汰，不宜推广。

　　3.1.3超滤法

　　目前超滤*是回收蛋白质常用的方法。超滤法是依靠半透膜选择透过性，以压力或浓度为驱动力，截留废水中蛋白质。膜分离*过滤过程简单、易于控制，已广泛应用于各行业。而且兼有分离、浓缩、纯化和精制功能，以及高效、节能、环保和分子*过滤等特征。常用超滤膜有醋酸纤维素膜、聚砜膜、聚酰胺膜等。

　　超滤法设备投资较高，适宜大型企业，且超滤膜易吸附蛋白质、糖类等，造成膜堵塞和膜污染影响持续工作，可通过改变膜特性、渗透条件和料液湍流程度等方式来减轻膜堵塞。

　　3.1.4单细胞蛋白的回收

　　某些菌种本身含有丰富蛋白质，又能利用废水中营养物质*蛋白质，可用来提取单细胞蛋白。

　　3.2利用马铃薯淀粉废水*能源气体

　　将高浓度淀粉废水利用产CH4细菌在高效厌氧条件下处理，能*可作为燃料使用的CH4气体。资源化利用淀粉废水*CH4气是*选择之*，可通过在中、大型淀粉加工企业配套CH4气的精制、罐装和运输设备来实现。

　　3.3利用马铃薯淀粉废水*微生物絮凝剂

　　微生物絮凝剂是由微生物产生的具有絮凝活性的有机高分子，可生物降解，降解产物对生态环境无害，以淀粉废水为培养基进行工业化*可有效降低*成本。

　　3.4利用马铃薯淀粉废水*微生物油脂

　　淀粉废水中的有机物能够被某些菌株利用于生长繁殖而*微生物油脂，是以低成本获得生物柴油的重要途径。

　　3.5利用马铃薯淀粉废水*多糖

　　普鲁兰多糖是*种由出芽短梗霉发酵所产生的类似葡聚糖、黄原胶的胞外水溶性黏质多糖。因其具有良好成膜、成纤维、阻气、粘接、易加工、无毒性等特性，已广泛应用于医药、食品、化工和石油等*域。

　　3.6利用马铃薯淀粉废水*乳酸

　采用糖化发酵马铃薯淀粉废水和玉米淀粉废水*L-乳酸，在淀粉废水质量浓度20～60g/L时，发酵40h，乳酸产量达19.5～44.3g/L，此过程无需补充氮源。

　　4马铃薯淀粉废水处理主要存在的问题

　　马铃薯淀粉废水处理存在的难点问题主要有：①废水量大，有机物含量高，COD值高。*般中小型淀粉厂，*1t淀粉的同时平均排放废水20m3。②生物处理法要求工艺能快速启动且耐低温。但厌氧工艺启动非常慢，*般需要3～6个月。厌氧反应器*般还要保证温度在(35±3)℃。但受马铃薯收获时间限制，淀粉*和废水的产生具有季节性，该类企业*长的连续*周期在秋冬季节，且仅约4个月。③处理成本较高。淀粉*企业利润低，多无力承受高成本处理工艺。现阶段，生化处理对水温要求严格，尤其是厌氧生物处理，冬季低温的不利影响更加明显，必须消耗大量蒸汽来维持温度，处理成本太高，难以承担。化学法回收所得的马铃薯蛋白质已变性，纯度低，且回收的蛋白质在干燥过程中易发生褐变，产品色泽深。要提高品质还需进*步纯化，回收成本增加。尽管目前超滤法处理回收效果*，无化学物质的添加，与化学处理相比，所得马铃薯蛋白质品质及纯度均较高，但是其设备昂贵，且超滤膜易被堵塞，设备需定期清洗维护方能连续使用。④淀粉提取和浓缩工艺水(第2、3类废水)泡沫严重。此类淀粉废水属于细胞液工艺水，产生于马铃薯淀粉车间淀粉浓缩工序，经由管道流至污水处理车间时，泡沫层体积较大，且泡沫比较稳定，静置5～90min，泡沫体积仅由占总体积的50%降至35%，因此，细胞液废水中泡沫问题常规方法无法解决，妨碍了后续处理单元的正常运行，如初沉池、气浮机、厌氧及好氧反应器等。⑤废水营养源不足。对淀粉废水进行生化处理时，除碳源、氮源外的其它营养物质少，生化反应不易进行。

　　5马铃薯淀粉废水处理*研究发展方向和应用前景展望

　　近年来，*对马铃薯淀粉废水的处理日趋重视，但对其资源化利用的*水平仍较低，有待于进*步探索、研发和提高，并加以大规模推广应用，开发应用前景广阔。从资源节约和经济效益的两方面考虑，资源化回收利用，节能减排是马铃薯淀粉废水处理的必然选择。马铃薯淀粉废水资源化回收利用，既节约了资源，减少了废水对环境污染，又减轻了后续处理负担。今后*段时间马铃薯淀粉废水处理研究发展方向主要是：①积*探索和研发能够根本解决马铃薯淀粉废水污染问题的生化处理兼有效成分提取为主的综合利用项目。虽然研究者通过参考和借鉴其他淀粉废水的处理方法，时有新工艺和新方法产生，且室内模拟试验效果很好，但主要为生化及物化处理。对于高浓度有机废水马铃薯淀粉废水的处理而言，传统絮凝法对温度变化适应性强且能耗低，但单*方法去除效率较低，处理效果不理想，故必须选择优缺点互补的多种方法结合，并积*探究回收淀粉、蛋白质等有效成分与生化处理综合利用的项目，切实解决马铃薯淀粉废水污染问题。②力求经济效益与资源节约双赢。传统处理工艺仅限于降解马铃薯淀粉废水中的污染物，忽视其有用成分的回收综合利用，造成资源浪费。故今后的研发重点应为高效节能、回收利用、变废为宝的新工艺，并力求降低成本，低碳环保、节能减排。③优选核心为蛋白质提取的物化-生化处理工艺。尽可能有效提取并回收蛋白液中蛋白质，减少后续处理中泡沫的影响。可有效利用*过程中的余热提高水温，便于废水中蛋白质的提取和回收。④加强功能性微生物的选育和配套的高效率生物反应器的研究力度。近年来，趋向于研发絮凝效率高、适用范围广的复合絮凝剂和易降解、无二次污染的微生物絮凝剂。生物法处理薯类淀粉废水的主要途径是利用废水中的营养物质*和回收油脂、多糖、蛋白质等产品，效果虽好，但启动慢、受水温等影响大，且独立厌氧或好氧生物处理效果差，故应着力开发高效的能抗冲击负荷、能快速启动的废水处理方法与回收利用有效成分相结合的综合工艺。目前*的资源化途径是厌氧处理淀粉废水*CH4气体。

　　综上所述，马铃薯淀粉废水来源广泛，利用其回收蛋白质，*微生物絮凝剂、微生物油脂，多糖以及乳酸皆为高效利用马铃薯淀粉废水，节约资源、变废为宝、环境友好的方法。努力开发科学、经济、高效、绿色环保、综合利用率高的淀粉废水处理方法，彻底解决马铃薯淀粉*中的废液污染问题，是马铃薯淀粉废水综合利用的重中之重。