紅薯淀粉廢水處理淺析

常凱

（安徽省環境科學研究院安徽省污水處理技術研究重點實驗室，安徽合肥 230022）

1 引言

紅薯長期以來一直被用于向全球不斷增長的人口提供淀粉和蛋白質。紅薯淀粉的制作方法與其他來源的淀粉相似。基本步驟包括洗滌、研磨、篩選、凈化、濃縮和脫水［1］。紅薯淀粉的生產基本在9 月份到10 月份，具有明顯的季節性特點。紅薯淀粉廢水中的TP，TN，SS 基本都來自于洗薯、破碎和提取淀粉時的沙質，細胞破碎的殘余物［2］。特別是農村紅薯淀粉的加工大多是家庭作坊式，粗放落后的加工方式使淀粉品質較差、出粉率低，從而導致紅薯淀粉銷售單價低。家庭作坊式淀粉生產耗水量大，每噸鮮薯耗水量達10 t 以上。

紅薯淀粉廢水有著高有機負荷的特點，COD 濃度高達5 000～10 000 mg/L。據統計，安徽潁上縣八里河流域淀粉廢水的COD 排放量達14 400 t、氨氮為270 t、總氮為750 t、總磷為76 t［3］。大量淀粉廢水排放造成八里河流域水體發黑發臭，COD、氨氮等水質指標超標嚴重，水體缺氧導致魚蝦滅絕，水生態系統完全崩潰。由此可見，紅薯淀粉廢水的處理關乎水生環境，尋找到有效的處理紅薯淀粉廢水的方法至關重要。

由于紅薯淀粉廢水具有有機負荷高、季節性強、水質水量波動大的特點，因此尋找到合適的工藝處理紅薯淀粉廢水十分困難，且紅薯淀粉廢水本身氮磷含量也高，去除COD 的同時也要求兼備一定的脫氮除磷效果。

2 紅薯淀粉廢水水質特征

由于生產方式粗放，且為家庭作坊式生產，八里河流域農村地區生產紅薯淀粉產生的紅薯淀粉廢水的水質波動大、季節性強。每年9—11 月份為紅薯淀粉廢水產生高峰期，其他時間因為生產紅薯淀粉粉絲也有粉絲廢水產生，直接排放對水體環境破壞大。紅薯淀粉廢水水質特征見表1。

表1 紅薯淀粉廢水水質

3 現有紅薯淀粉廢水處理方法

3.1 物理化學處理方法

3.1.1 自然沉淀法

物理沉淀方法如自然沉淀法可以去除廢水中密度較大的物質，此外，紅薯淀粉廢水中的蛋白質具有自然凝結的特性，可以通過自然沉淀的方法去除甚至回收利用。自然沉淀法是一種原始處理污水的方法，其耗時較長、去除效率較低。

3.1.2 絮凝沉淀法

絮凝沉淀法是目前較常用的處理紅薯淀粉廢水的方法，與自然沉淀法不同的是，絮凝沉淀法不僅工藝簡單，而且去除效果顯著。絮凝沉淀法的核心是尋找到高效的絮凝劑，長期以來，各類廢水處理都在研究高效的絮凝劑。絮凝劑大致可分為傳統無機絮凝劑、生物絮凝劑、微生物絮凝劑。

在傳統無機絮凝劑處理紅薯淀粉廢水研究方面，吳健等［2］使用磁絮凝方法，用PAC，PAM 傳統無機絮凝劑處理紅薯淀粉廢水。實驗結果表明，調節廢水的pH 為10，向500 mL 廢水投加30 mg 磁粉，投加1%PAC 3 mL、0.1%PAM 2 mL，攪拌速率為100～150 r/min，此時絮凝效果最好，控制絮凝沉淀時間為60 min，對于原水各指標去除率分別為：SS 為95.32%、TP 為93.81%、TN 為38.13%。

生物絮凝劑大致可劃分為利用微生物細胞進行絮凝的絮凝劑；利用微生物的提煉物進行絮凝的絮凝劑；利用大自然中的大分子物質凝聚或者利用經過對其改造的物質進行絮凝的絮凝劑［4］。近年來，殼聚糖以及聚谷氨酸等因為其良好的絮凝性能且綠色環保而被頻繁研究使用。

微生物絮凝劑是利用微生物代謝產物，包括多糖、糖蛋白、菌體等。微生物絮凝劑來源廣，生產周期短且效率高，不存在副產物有毒和生物降解等問題，因而得到了廣泛研究和應用嘗試［5］。李琳、張清敏等［6］利用膠質芽孢桿菌和釀酒酵母生產微生物絮凝劑，直接使用紅薯淀粉廢水培養，并利用它們的絮凝作用處理紅薯淀粉廢水。實驗結果表明，在適量CaCl2的作用下，2.5%的絮凝菌液、pH 為9.5 的實驗條件下，絮凝率可達97%，紅薯淀粉廢水COD 去除率達到65%。

劉雨［7］發現小麯子培養的微生物絮凝劑能夠有效去除紅薯淀粉廢水中的COD，同時兼備良好的脫氮除磷效果，并且篩洗出小麯子中有較好去除效果的優勢菌種洋蔥伯克霍爾德菌和扣囊復膜酵母菌，通過正交實驗發現，搖瓶培養時間為36 h，pH 為8，離心條件為10 000 r/min，10 min，實驗條件的影響從高到低的順序為培養時間＞pH＞離心條件。紅薯淀粉廢水出水絮凝率為86.5%，COD 去除率為58.7%，TP 的去除率為85.5%。

3.1.3 絮凝-氣浮法

氣浮技術作為一種正在深入研究和不斷推廣的水處理技術，具有處理效率高、處理效果好、對水質適應廣等優點。氣浮的原理是在廢水中注入或者生產微米級別氣泡，利用這些微米氣泡與水中絮體碰撞后黏附于絮體之上，使得兩者整體密度小于水而上浮，然后漂浮于廢水的表面，最后利用刮渣裝置排出系統［8-9］。與沉淀法相比較，氣浮法不僅能對沉淀物保持較高去除率，而且對懸浮物也有效果，加之投加絮凝劑，先絮凝后氣浮，對膠體物質也有較好效果。

3.1.4 膜過濾法

膜過濾技術作為一種高效的廢水處理技術，其應用較為廣泛，應用前景較為廣闊［10］，可以對生活廢水、工業廢水、含油含煤廢水、重金屬離子廢水等進行過濾處理［11］。膜過濾法處理淀粉類廢水具有以下優勢：過濾效率高，可以分離多種物質；設備體積小，操作簡單；可一次分離凈化，不會對環境產生二次污染。

3.2 生物處理方法

生物處理方法可作為紅薯淀粉廢水處理的二級處理工藝，通常可以分為厭氧生物處理、好氧生物處理和厭氧好氧生物處理。生物處理方法是利用微生物代謝的功能將廢水中的溶解態和膠體態的有機物質去除，并且兼備一定的脫氮功能。

好氧生物處理法有活性污泥法、生態塘法、生物接觸氧化法。僅僅使用好氧生物處理紅薯淀粉廢水的案例較少，因為僅用好氧處理高濃度有機淀粉廢水，很難達到去除有機物及脫氮的效果。

厭氧生物處理方法有升流式厭氧污泥床（UASB）、厭氧接觸氧化（ACP）、厭氧流化床（AFB）、厭氧折板反應池（ABR）和厭氧濾池（AF）［12］。其中，UASB 技術及發展最為成熟，已然成為處理高濃度有機淀粉廢水的主要工藝。

厭氧好氧處理方法，顧名思義，就是一套工藝中同時有厭氧處理和好氧處理，這樣不僅能夠保持對有機物的高效去除，還能兼備一定的脫氮除磷效果，目前在淀粉廢水處理中被廣泛應用。例如李生等［13］利用氣浮-UASB-SB 工藝處理紅薯淀粉廢水。實驗結果表明，在進水COD 為12 000 mg/L，BOD5為6 400 mg/L，懸浮物為800～1 400 mg/L 時，組合工藝出水水質能達到《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）一級排放標準。褚華寧［14］研究了UASB工藝處理紅薯淀粉廢水，并優化了UASB 的啟動條件和各項參數。李桂榮［15］等用兩級UASB－A/O 處理紅薯濕淀粉廢水，出水COD≤93 mg/L，氨氮≤7 mg/L。還有利用此類工藝處理其他類高濃度有機淀粉廢水的案例，例如馮雷等［16］用IC－AB 工藝處理高濃度有機生產廢水，設計規模為2 500 m3/d，進水CODCr達1 萬mg/L，實驗結果表明，出水CODCr92 mg/L，BOD517 mg/L，SS 36 mg/L，可達《污水綜合排放標準》（GB 8978—1996）一級標準。

4 紅薯淀粉廢水資源化利用

根據表1 紅薯淀粉廢水水質特點可知，紅薯淀粉廢水含有濃度較高的蛋白質以及高COD，紅薯淀粉廢水不僅可生化性良好，并且有著資源化利用的可行性，通常通過一定的處理回收其中的蛋白質成分。回收蛋白質可采用絮凝沉淀法、堿提酸沉法以及超濾法。

絮凝沉淀法即采用絮凝沉淀使淀粉廢水中的蛋白質成分沉淀分離，從而達到提取蛋白質的目的，絮凝沉淀法不僅工藝簡單，并且在回收蛋白質的同時可完成對紅薯淀粉廢水的初步處理。

堿提酸沉法是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［17］。紅薯淀粉廢水可通過加堿調節，堿性條件下紅薯淀粉廢水將會發生沉淀現象，但是由于加堿會引入金屬離子，因此此方法回收的蛋白質不適合作為動物飼料，現在普遍不提倡此方法。

超濾法依靠半透膜選擇透過性，以壓力或濃度為驅動力，截留淀粉廢水中的蛋白質。此方法操作簡單、易于控制，但其成本過高，并且超濾截留的半透膜也較難處理，因此也不適用于紅薯淀粉廢水的蛋白質回收。

5 結語

綜上所述，不管是物理化學方法還是生物處理方法，對紅薯淀粉廢水的處理都有一定效果，但是并沒有單一的處理方法或者處理工藝能夠達到紅薯淀粉廢水的高效處理，通常采用預處理—厭氧—好氧聯合處理工藝處理紅薯淀粉廢水，預處理可以有效減少后續生化段的運行負荷，厭氧能夠保證有機物的有效去除，好氧能夠兼備一定的脫氮除磷效果。預處理可采用絮凝工藝，絮凝工藝是一種操作運行簡單、對各項污染物去除均有效果的處理方法，目前很受青睞，其技術難點在于絮凝劑的選用，但國內外眾多研究者已經發現很多處理效果較好的絮凝劑，所以絮凝預處理作為組合工藝的一環，經濟、便捷且重要。絮凝處理的同時，可進行相關絮凝劑處理紅薯淀粉廢水沉淀物的蛋白質回收可行性研究，以求達到經濟效益最大化。經過預處理的廢水再通過后續厭氧好氧處理，以達到淀粉工業排放標準。

近年來，紅薯淀粉廢水的肆意排放對水體環境造成很大的破壞，特別是淮河流域，“十二五”以及“十三五”期間，國家水專項都有攻克紅薯淀粉廢水污染的實施方案，由此可見，紅薯淀粉廢水治理對于水體環境健康至關重要。根據如今的發展趨勢，不僅要處理好紅薯淀粉廢水，也要重視淀粉生產環節，研究低污染生產技術，使廢水產生量減少，末端還要研究紅薯淀粉廢水的蛋白質回收利用，做到源頭治理、經濟效益、環境效益的統一。