米粉廢水處理技術(shù)探究

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【摘要】非糯性大米經(jīng)研磨、蒸煮、塑性、冷卻等工序制成的產(chǎn)品——米粉是我國(guó)南方地區(qū)的主要主食食品。作為一種常見(jiàn)的大米加工食品，高濃度的懸浮物和有機(jī)污染物是米粉廢水顯著的水質(zhì)特點(diǎn)。本文在米粉廢水處理工藝相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)米粉廢水處理技術(shù)的進(jìn)展，對(duì)米粉廢水處理技術(shù)中的上流式厭氧污泥床（UASB）、水解酸化—SBR法、厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）和混凝預(yù)處理等處理技術(shù)的研究進(jìn)展進(jìn)行闡述。

【關(guān)鍵詞】米粉廢水；研究進(jìn)展；處理技術(shù)

1前言

作為民間傳統(tǒng)主食之一，中國(guó)南方地區(qū)是米粉主要的食用地區(qū)。隨著時(shí)展，在中國(guó)北方地區(qū)乃至世界各地，物美價(jià)廉的米粉也逐漸受到廣泛的歡迎和喜愛(ài)。米粉的市場(chǎng)正逐漸擴(kuò)大且其銷(xiāo)量不斷激增。米粉在我國(guó)主要是由一些民間作坊或小型加工廠生產(chǎn)。但是，如果米粉生產(chǎn)廢水沒(méi)有得到妥善處理，直接排入水體，高濃度有機(jī)污染物廢水將會(huì)對(duì)水環(huán)境造成巨大危害。在生產(chǎn)過(guò)程中洗米、脫漿工序是米粉廢水的主要來(lái)源，除此之外清洗加工區(qū)地面的廢水也是米粉廢水的主要來(lái)源，其中主要含有蛋白質(zhì)和部分可溶性淀粉、高濃度的懸浮物、有機(jī)污染物和較高的COD值是米粉廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，其中有機(jī)污染物的濃度COD約為15000～25000mg/L，BOD約為4500～5500mg/L左右。并且因?yàn)槊追蹚U水易腐敗的特點(diǎn)，加工環(huán)境的變換會(huì)導(dǎo)致較大排水量的廢水水質(zhì)發(fā)生變化[1]。目前，兩相厭氧-SBR法、水解酸化-SBR法、UASB-生物接觸法、混凝預(yù)處理-ABR-SBR組合工藝以及利用米粉廢水資源化處理是國(guó)內(nèi)常用的米粉廢水處理工藝。根據(jù)米粉廢水的性質(zhì)，學(xué)者們正在嘗試研究出一種能耗低、效率高的處理方法。筆者在大量參考文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，總結(jié)出目前米粉廢水處理工藝的研究進(jìn)展，同時(shí)瞻望了米粉廢水處理工藝的發(fā)展遠(yuǎn)景，為米粉廢水能夠經(jīng)濟(jì)、有效地處理提供參考依據(jù)。

2米粉廢水處理工藝

2.1物理化學(xué)處理

作為物化處理法的混凝沉淀法，是指通過(guò)向廢水中投加混凝劑，使其中的膠粒物質(zhì)發(fā)生凝聚和絮凝而分離出來(lái)，以達(dá)到凈化廢水的目的。其中水溫、溶液pH值、混凝劑種類(lèi)均影響混凝沉淀效果。以成本低、工藝簡(jiǎn)單為特點(diǎn)的混凝沉淀法已引起人們的廣泛關(guān)注，并在多領(lǐng)域進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與研究。郭育碩等通過(guò)混凝預(yù)處理方法研究PAC、硫酸鋁及PAC與PAM助凝劑復(fù)配對(duì)米粉廢水混凝處理的絮凝效果，對(duì)比處理后各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，其中混凝劑種類(lèi)、投加量、投加方式、pH值及沉降時(shí)間都對(duì)處理效果有著不同程度的影響。在PAC投加量為6g/L，PAM投加量為2.4mg/L，pH值為10左右，沉降30min時(shí)處理效果最優(yōu)。

2.2生物處理

生物處理是通過(guò)微生物的降解過(guò)程將廢水中的有機(jī)污染物分解并轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)以?xún)艋瘡U水的過(guò)程，其包括厭氧、好氧生物處理方法，同時(shí)因?yàn)樯锾幚矸ú粌H在處理效果上優(yōu)良，而且其使用成本相對(duì)較小，因此生物處理法在高濃度有機(jī)廢水處理中被廣泛使用。本文重點(diǎn)介紹厭氧生物處理。厭氧生物處理法在處理過(guò)程中可以大大降低能耗，而且還可以回收生物能（沼氣）；同時(shí)厭氧微生物有可能對(duì)好氧微生物不能降解的一些有機(jī)物進(jìn)行降解或部分降解。目前，升流式厭氧污泥床（UASB）也是厭氧發(fā)酵法處理米粉廢水的主要種類(lèi)之一。馬三劍等[2]通過(guò)試驗(yàn)表明，米粉廢水可以通過(guò)升流式厭氧反應(yīng)器（UASB）來(lái)處理，并具有穩(wěn)定運(yùn)行狀況。通過(guò)周期為兩個(gè)月的污泥馴化，3.5gCOD/（L⋅d）的容積負(fù)荷上升到了13gCOD/（L⋅d），COD去除率約為94%，當(dāng)容積負(fù)荷再次提高到25gCOD/（L⋅d）左右，COD的去除率在停留時(shí)間從原先24小時(shí)變?yōu)?2小時(shí)的條件下仍可達(dá)92%左右。實(shí)驗(yàn)表明，反應(yīng)器處理效率基本不受廢水的COD負(fù)荷變化的影響，當(dāng)廢水進(jìn)水COD為13000mg/L，環(huán)境操作溫度為37±1℃，容積負(fù)荷為21.5gCOD/（L⋅d），水力停留時(shí)間為15小時(shí)，廢水COD去除率可達(dá)94%。

2.3復(fù)合處理

米粉廢水具有高濃度的有機(jī)物，因此在處理過(guò)程中使用單一的處理方法難以進(jìn)行徹底處理。多種處理工藝的結(jié)合，不僅可以提高處理效率，而且可以平衡不同方法的優(yōu)缺點(diǎn)，達(dá)到更好的處理結(jié)果。鐘晚生[3]在江西省宜春市上高縣環(huán)境監(jiān)測(cè)站利用UASB-生物接觸法，通過(guò)監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)某米粉廠廢水排放口中廢水的pH值、COD、NH3-N進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過(guò)分析監(jiān)測(cè)結(jié)果，表明UASB-生物接觸氧化法可有效去除米粉廢水中COD，并且使出水COD大部分均保持在30～40mg/L的范圍內(nèi)；pH值在6～9之間；NH3-N的排放濃度為0.1-11mg/L之間。陸燕勤等[4]采用兩相厭氧-SBR法處理桂林市瓦窯米粉廠的生產(chǎn)廢水，即利用兩相厭氧池對(duì)廢水進(jìn)行預(yù)處理后再通過(guò)SBR池進(jìn)行深層處理，如此SBR池的運(yùn)載負(fù)荷可有效降低。系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果表明，在經(jīng)過(guò)兩相厭氧預(yù)處理后米粉廢水的COD和BOD的去除率分別為53.0%和31.0%，COD和BOD的濃度分別減少為753mg/L和587mg/L。經(jīng)過(guò)SBR池處理后，COD和BOD的濃度分別減少為77.1mg/L和24.3mg/L。此外，陸燕勤等[5]還詳細(xì)講解了水解酸化-SBR法處理米粉廠生產(chǎn)廢水的工程實(shí)例。經(jīng)近三年的穩(wěn)定運(yùn)行，由系統(tǒng)監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：BOD/COD≈0.53的原水，經(jīng)水解酸化預(yù)處理后BOD/COD≈0.64，BOD和COD的去除率分別為34.0%和45.0%，且SS的去除率高達(dá)83%。此結(jié)果表明水解酸化法在去除部分COD、BOD和大部分SS的同時(shí)，還可以將大分子有機(jī)物降解成小分子有機(jī)物，實(shí)現(xiàn)較好的預(yù)處理效果。經(jīng)SBR反應(yīng)池處理，出水COD和BOD濃度分別達(dá)到77.1mg/L和24.3mg/L，BOD和COD的去除率分別為95.2%和97.1%左右，SS濃度為20.6mg/L，去除率達(dá)到90%上。唐海等[6]根據(jù)米粉廢水的有機(jī)污染物和懸浮物濃度都較高的水質(zhì)特點(diǎn)，在處理廢水過(guò)程中采用混凝預(yù)處理/ABR/SBR組合工藝進(jìn)行處理。最終實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：對(duì)COD、BOD5、SS和氨氮的去除率分別達(dá)到98%、97.5%、82.6%和86.7%，可以有效去除廢水中的有機(jī)污染物以及懸浮物質(zhì)。

2.4資源化處理

米粉廢水中含有大量的高濃度有機(jī)物，如果直接采用工藝處理，不僅高濃度有機(jī)物會(huì)對(duì)處理造成較大困難，并且如果一次性排放，米粉廢水中的大量殘留營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均會(huì)造成巨大浪費(fèi)。所以當(dāng)前學(xué)者們的研究熱點(diǎn)也聚焦于對(duì)米粉廢水的資源化處理。目前，通過(guò)米粉廢水進(jìn)行單細(xì)胞蛋白的培養(yǎng)來(lái)達(dá)到蛋白質(zhì)回收與以微生物燃料電池實(shí)現(xiàn)米粉廢水的能量回收等工藝，是目前米粉廢水資源化處理的主要研究方向。王凱等[7]利用氧化石墨烯（GO）修飾石墨刷作為微生物燃料電池（MFC）陽(yáng)極，從而達(dá)到米粉廢水產(chǎn)電以及能源回收的目的，在米粉廢水的COD濃度為1200mg/L時(shí)，微生物燃料電池MFC可達(dá)到1273.89mW•m-2的最大功率密度，同時(shí)可以從米粉廢水中回收0.97kWh•kg-COD的能量，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)米粉廢水的能量回收和二次利用。王杰等[8]利用米粉廢水中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)培養(yǎng)扣囊內(nèi)孢霉，在使其快速地生長(zhǎng)的同時(shí)，運(yùn)用發(fā)酵工藝：（NH4）2SO4濃度2g/L、發(fā)酵溫度25℃、初始pH值6.5、（V/V）的接種量6%，發(fā)酵24h。數(shù)據(jù)表明，扣囊內(nèi)孢霉在處理廢水過(guò)程中，用于生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的扣囊內(nèi)孢霉菌體蛋白產(chǎn)率為4.34g/L。實(shí)現(xiàn)以米粉廢水為原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的同時(shí)降低了米粉廢水的處理難度的愿景。

3結(jié)論與展望

目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)米粉廢水處理技術(shù)的研究已取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。但是，許多新技術(shù)的測(cè)試和研究是具有針對(duì)性的，因?yàn)榇蠖鄶?shù)處理過(guò)程的運(yùn)營(yíng)和管理成本很高或與實(shí)際的米粉生產(chǎn)狀況不符。目前，生物處理是處理米粉廢水的最廣泛的方法之一，其中厭氧和好氧處理方法占有重要地位。為了使小型工廠能夠承受這些處理技術(shù)的投資，目前研究米粉廢水的主要方向是研究一種更經(jīng)濟(jì)有效的處理方法?？紤]到米粉廢水的高生物降解性和高濃度的有機(jī)物，生物處理應(yīng)成為處理過(guò)程的重要組成部分。同時(shí)，米粉廢水的含量要用廢水中的懸浮物濃度過(guò)高進(jìn)行預(yù)處理。由于處理的初始階段也是必不可少的，因此目前對(duì)米粉廢水處理的研究重點(diǎn)還包括復(fù)合處理過(guò)程。在排水的水質(zhì)持續(xù)改善的同時(shí)，米粉廢水的深度處理也是重要的一步[9]。

作者:郭育碩 劉潔 韋盼 李學(xué)強(qiáng) 趙文玉 單位:桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院