玉米淀粉生产节水与废水处理实践研究

玉米淀粉清洁生产与废水处理对策石宪奎1乔壮明2杨云峰21黑龙江科技学院资源与环境系,哈尔滨150027；2济南十方环保有限公司，济南250101；摘要：研究了玉米淀粉生产节水的方法，结果表明，通过工艺水的循环利用能够实现节水、节能及废物的回收利用。分析了节水给废水处理带来的问题并提出了解决办法。关键词：玉米淀粉清洁生产废水处理淀粉不仅在食品行业，而且在非食品领域（如造纸、纺织等方面）也有着广泛的应用[6]。我国生产淀粉的原料主要以玉米为主，占整个淀粉行业的75%。1996-2001年的6年中，年产量从264万吨增加到530万吨，平均年递增率14.9%。尽管如此，中国目前年人均消耗淀粉仅4kg左右，大大低于世界平均水平，因此随着经济的发展和人民生活水平的提高，淀粉工业必有一个较大的发展。然而在淀粉的生产过程中，会产生大量的高浓度有机废水；据估计年排放量已由1996年的2000万吨增至目前的9000多万吨[4]，给环境带来了巨大的危害；故搞好淀粉行业的废水治理是十分重要的。1工艺废水来源及特点玉米淀粉加工工艺一般为湿磨法工艺，产生的工艺水特性如表1表1玉米淀粉生产污染物和排放量污染物废水种类COD(mg/L)BOD5(mg/L)SS(mg/L)废水量t/t产品玉米浸泡水30000～5000020000～3000080020～30黄浆7000～90004000～6000400～80020皮渣1500～30001000～20001000010工艺水500～1500300～10003000～500020～30综合废水(排放口)3000～90001000～50001500040～602玉米淀粉生产节水方法分析山东某玉米淀粉厂日处理玉米1200吨，年产淀粉33万吨，2003年后开始节水，节水之前用水6-7m3/吨淀粉，一般排水4000m3/d，最高5500m3/d，节水后用水3-3.5m3/吨淀粉，一般正常排水1700m3/d，水循环途径如图1，图1淀粉生产节水流程图其中的虚线是工艺改造后的路线，过程简述如下：①筛后玉米原料经水洗池，输送到泡料罐的同时滤水返回沉淀罐，底部渣滓去板框压滤，压滤水回沉淀罐，沉淀罐清水回水洗，在沉淀罐加杀菌灭藻剂（7天一次）；洗后玉米与浸泡液混合后浸泡约50小时，母液排出，其中2/3的母液用石灰中和后制菲叮去板框压滤，菲叮外运，压滤水去三效浓缩，其中的1/3的母液与菲叮压滤水一起进三效浓缩，浓缩后产生的水去制酸；③由浸泡罐放出的玉米经水洗涤，洗涤水去沉降罐，上清液去制酸，其余水就此排放；④玉米经一级胚芽分离后筛分和压榨产生的水返回到一级脱胚工序；⑤纤维经压力曲筛形成的分离说去沉降罐，上清液用来制酸；⑥压力曲筛上的纤维经压榨得到的水返回到曲筛；⑦浮选槽中流水分别被用于玉米洗涤、胚芽洗涤、蛋白分离和压力曲筛冲洗水；⑧蛋白真空过滤后得滤液进入沉降罐，上清液也用于制酸；⑨淀粉乳脱出的水0.5m3/吨淀粉用于淀粉洗涤和1-1.5m3/吨淀粉蛋白分离；在生产过程中，只有淀粉洗涤需连续加水3-3.5m3/吨淀粉,而在玉米洗涤和淀粉乳脱水阶段根据实际情况加水3经济效益评价该厂从2002年6月开始进行工艺节水尝试，变化趋势见图2。2345670123456789101112月份用水量m3/吨产品2001年2002年2003年图2节水前后用水量的变化趋势目前当地水价格为1.06元/吨水，完成上述改造后，仅从清水使用费，污水治理费，排污热损失费及排污水固形物损失等方面综合经济效益近18496.2元/天（26.87元/吨淀粉），经济效果是显著的。4节水后出现的问题及解决方法由于水循环次数增加，废水COD在15000～18000mg/L甚至高达20000mg/L以上。废水中的COD、N、P以及无机盐都有比较严重的积累，对原有工艺的稳定运行产生了许多不利因素。新出现的问题主要集中在以下几个方面：4.1厌氧结晶问题在厌氧系统中会形成鸟粪石（MgNH4PO4），当废水中含有高浓度溶解的正磷酸盐时，NH4+-N和Mg2+则可形成MgNH4PO4。MgNH4PO4主要发生在两个地方：1）管道弯头和水泵入口处2）厌氧沉淀池进水处，严重时会在UASB底部即污泥层中大量积累。造成MgNH4PO4的大量积累是由于[Mg2+]·[NH4+]·[PO43-]的浓度积大于MgNH4PO4溶度积Ksp(12.7)，这是一个相当严重的问题，轻则堵塞出水管路，重则造成厌氧反应器沉淀物增加，使反应器容积变小。针对这种情况，应在以下几个方面加以控制解决：（1）严格控制进入厌氧反应器的悬浮性蛋白并尽量去除水中胶体性蛋白，可通过添加絮凝剂或高效分离机来控制污水中蛋白含量。（2）定期排泥，防止MgNH4PO4在反应器底部积累。（3）出水管路定期清洗，可用10%的盐酸+缓蚀剂浸泡管道或采用U-PVC管。由于U-PVC耐腐蚀以及表面光滑，结晶不易在管壁上吸附。（4）采用新工艺，CO2分压增加可缓解MgNH4PO4的形成。由于EGSB反应器高度都在15米以上，反应器下部CO2分压增大，可缓解MgNH4PO4的析出。但如[Mg2+]·[NH4+]·[PO43-]浓度积积很高，则效果不好。（5）适当添加Fe盐。铁盐与PO43可形成Fe3(PO4)2，使鸟粪石达不到饱和程度，多余的铁用来形成FeS或FeCO3。（6）车间适当补充鲜水，稀释Mg2+、PO43-、NH4+-N的浓度。4.2高氨氮带来的问题高氨氮废水除对厌氧反应器形成晶体外，对厌氧、好氧反应器的稳定运行都有一定影响。氨氮的毒性是由游离氨引起的，实践证明，氨氮浓度在500mg/L以上，PH值在7.2以上，所形成的颗粒污泥形状不规则，成扁平状，游离氨对未驯化的颗粒污泥产甲烷活性的50%IC值为50mg/L，高氨氮厌氧出水对好氧工艺的影响也是明显的。NH4+转化为硝酸盐如下反应：NH4++3/2O2—NO2-+2H++H20，综合氨氧化和细胞体合成反应方程式如下：NO2-+1/2O2→NO3-，由于DO的限制，NH4+的氧化如停留在NO2-阶段，而NO2-具有还原性，可能会影响出水COD值，故设计好氧工艺时，应考虑完整的脱氮工艺，所以在现场调试过程中应具有对总氮、有机氮、氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的监测能力，才能为调试提供数据支持。5结论（1）玉米淀粉生产用水量一般与生产工艺、单元设备性能、玉米原料质量和日常管理有关，在保证产品质量的前提下，节水和节能可达到一个最佳值。（2）进行干物的有效回收是解决节水与废水处理之间的矛盾，实现清洁生产的关键。（3）设计、调试时应明确不同车间所排废水的水量、水质，根据实际情况合理选择工艺。如有些变性淀粉废水COD不高，但硫酸盐较高，则最好超越到好氧；而有些厂出水有低浓度的赖氧酸废水（COD：3000～5000mg/L）则最好与原淀粉废水混合后，共同经厌氧处理后在进行好氧处理。另外，由于车间用水循环次数增加，不可生化的COD比例有所增加。所以，调试时应尽量采取低的污泥负荷，增加停留时间。第一作者:石宪奎,男,1967年生,副教授,北京科技大学在读博士,从事废水厌氧生物处理方面的研究.2003年黑龙江省教育厅科技基金资助项目(No.10531144)E-mail:[e-mail],电话：[phone]ResearchonacleanerproductionprocessofmaizestarchandcountermeasuresofwastewatertreatmentShiXiankui1QiaoZhuangming2YiangYunfen21.HeilongjiangInstituteofScienceandTechnology,150027Harbin,China2.JinanShifangwateraffairCO.LTD,Jinan,250100,ChinaAbstract:Watersavingmethodsformaizestarchproductionisinvestigatedandtheresultsindicatedthatprocesswaterrecyclecanmeetwatersaving,energysavingandreuseofwastefromthesystem.Moreover,thecountermeasuresagainstwastewatertreatmentispresent.Keywords:maizestarchcleanerproductionwastewatertreatment