红薯淀粉废水处理浅析

常凯

（安徽省环境科学研究院安徽省污水处理技术研究重点实验室，安徽合肥 230022）

1 引言

红薯长期以来一直被用于向全球不断增长的人口提供淀粉和蛋白质。红薯淀粉的制作方法与其他来源的淀粉相似。基本步骤包括洗涤、研磨、筛选、净化、浓缩和脱水［1］。红薯淀粉的生产基本在9 月份到10 月份，具有明显的季节性特点。红薯淀粉废水中的TP，TN，SS 基本都来自于洗薯、破碎和提取淀粉时的沙质，细胞破碎的残余物［2］。特别是农村红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质较差、出粉率低，从而导致红薯淀粉销售单价低。家庭作坊式淀粉生产耗水量大，每吨鲜薯耗水量达10 t 以上。

红薯淀粉废水有着高有机负荷的特点，COD 浓度高达5 000～10 000 mg/L。据统计，安徽颍上县八里河流域淀粉废水的COD 排放量达14 400 t、氨氮为270 t、总氮为750 t、总磷为76 t［3］。大量淀粉废水排放造成八里河流域水体发黑发臭，COD、氨氮等水质指标超标严重，水体缺氧导致鱼虾灭绝，水生态系统完全崩溃。由此可见，红薯淀粉废水的处理关乎水生环境，寻找到有效的处理红薯淀粉废水的方法至关重要。

由于红薯淀粉废水具有有机负荷高、季节性强、水质水量波动大的特点，因此寻找到合适的工艺处理红薯淀粉废水十分困难，且红薯淀粉废水本身氮磷含量也高，去除COD 的同时也要求兼备一定的脱氮除磷效果。

2 红薯淀粉废水水质特征

由于生产方式粗放，且为家庭作坊式生产，八里河流域农村地区生产红薯淀粉产生的红薯淀粉废水的水质波动大、季节性强。每年9—11 月份为红薯淀粉废水产生高峰期，其他时间因为生产红薯淀粉粉丝也有粉丝废水产生，直接排放对水体环境破坏大。红薯淀粉废水水质特征见表1。

表1 红薯淀粉废水水质

3 现有红薯淀粉废水处理方法

3.1 物理化学处理方法

3.1.1 自然沉淀法

物理沉淀方法如自然沉淀法可以去除废水中密度较大的物质，此外，红薯淀粉废水中的蛋白质具有自然凝结的特性，可以通过自然沉淀的方法去除甚至回收利用。自然沉淀法是一种原始处理污水的方法，其耗时较长、去除效率较低。

3.1.2 絮凝沉淀法

絮凝沉淀法是目前较常用的处理红薯淀粉废水的方法，与自然沉淀法不同的是，絮凝沉淀法不仅工艺简单，而且去除效果显著。絮凝沉淀法的核心是寻找到高效的絮凝剂，长期以来，各类废水处理都在研究高效的絮凝剂。絮凝剂大致可分为传统无机絮凝剂、生物絮凝剂、微生物絮凝剂。

在传统无机絮凝剂处理红薯淀粉废水研究方面，吴健等［2］使用磁絮凝方法，用PAC，PAM 传统无机絮凝剂处理红薯淀粉废水。实验结果表明，调节废水的pH 为10，向500 mL 废水投加30 mg 磁粉，投加1%PAC 3 mL、0.1%PAM 2 mL，搅拌速率为100～150 r/min，此时絮凝效果最好，控制絮凝沉淀时间为60 min，对于原水各指标去除率分别为：SS 为95.32%、TP 为93.81%、TN 为38.13%。

生物絮凝剂大致可划分为利用微生物细胞进行絮凝的絮凝剂；利用微生物的提炼物进行絮凝的絮凝剂；利用大自然中的大分子物质凝聚或者利用经过对其改造的物质进行絮凝的絮凝剂［4］。近年来，壳聚糖以及聚谷氨酸等因为其良好的絮凝性能且绿色环保而被频繁研究使用。

微生物絮凝剂是利用微生物代谢产物，包括多糖、糖蛋白、菌体等。微生物絮凝剂来源广，生产周期短且效率高，不存在副产物有毒和生物降解等问题，因而得到了广泛研究和应用尝试［5］。李琳、张清敏等［6］利用胶质芽孢杆菌和酿酒酵母生产微生物絮凝剂，直接使用红薯淀粉废水培养，并利用它们的絮凝作用处理红薯淀粉废水。实验结果表明，在适量CaCl2的作用下，2.5%的絮凝菌液、pH 为9.5 的实验条件下，絮凝率可达97%，红薯淀粉废水COD 去除率达到65%。

刘雨［7］发现小麯子培养的微生物絮凝剂能够有效去除红薯淀粉废水中的COD，同时兼备良好的脱氮除磷效果，并且筛洗出小麯子中有较好去除效果的优势菌种洋葱伯克霍尔德菌和扣囊复膜酵母菌，通过正交实验发现，摇瓶培养时间为36 h，pH 为8，离心条件为10 000 r/min，10 min，实验条件的影响从高到低的顺序为培养时间＞pH＞离心条件。红薯淀粉废水出水絮凝率为86.5%，COD 去除率为58.7%，TP 的去除率为85.5%。

3.1.3 絮凝-气浮法

气浮技术作为一种正在深入研究和不断推广的水处理技术，具有处理效率高、处理效果好、对水质适应广等优点。气浮的原理是在废水中注入或者生产微米级别气泡，利用这些微米气泡与水中絮体碰撞后黏附于絮体之上，使得两者整体密度小于水而上浮，然后漂浮于废水的表面，最后利用刮渣装置排出系统［8-9］。与沉淀法相比较，气浮法不仅能对沉淀物保持较高去除率，而且对悬浮物也有效果，加之投加絮凝剂，先絮凝后气浮，对胶体物质也有较好效果。

3.1.4 膜过滤法

膜过滤技术作为一种高效的废水处理技术，其应用较为广泛，应用前景较为广阔［10］，可以对生活废水、工业废水、含油含煤废水、重金属离子废水等进行过滤处理［11］。膜过滤法处理淀粉类废水具有以下优势：过滤效率高，可以分离多种物质；设备体积小，操作简单；可一次分离净化，不会对环境产生二次污染。

3.2 生物处理方法

生物处理方法可作为红薯淀粉废水处理的二级处理工艺，通常可以分为厌氧生物处理、好氧生物处理和厌氧好氧生物处理。生物处理方法是利用微生物代谢的功能将废水中的溶解态和胶体态的有机物质去除，并且兼备一定的脱氮功能。

好氧生物处理法有活性污泥法、生态塘法、生物接触氧化法。仅仅使用好氧生物处理红薯淀粉废水的案例较少，因为仅用好氧处理高浓度有机淀粉废水，很难达到去除有机物及脱氮的效果。

厌氧生物处理方法有升流式厌氧污泥床（UASB）、厌氧接触氧化（ACP）、厌氧流化床（AFB）、厌氧折板反应池（ABR）和厌氧滤池（AF）［12］。其中，UASB 技术及发展最为成熟，已然成为处理高浓度有机淀粉废水的主要工艺。

厌氧好氧处理方法，顾名思义，就是一套工艺中同时有厌氧处理和好氧处理，这样不仅能够保持对有机物的高效去除，还能兼备一定的脱氮除磷效果，目前在淀粉废水处理中被广泛应用。例如李生等［13］利用气浮-UASB-SB 工艺处理红薯淀粉废水。实验结果表明，在进水COD 为12 000 mg/L，BOD5为6 400 mg/L，悬浮物为800～1 400 mg/L 时，组合工艺出水水质能达到《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级排放标准。褚华宁［14］研究了UASB工艺处理红薯淀粉废水，并优化了UASB 的启动条件和各项参数。李桂荣［15］等用两级UASB－A/O 处理红薯湿淀粉废水，出水COD≤93 mg/L，氨氮≤7 mg/L。还有利用此类工艺处理其他类高浓度有机淀粉废水的案例，例如冯雷等［16］用IC－AB 工艺处理高浓度有机生产废水，设计规模为2 500 m3/d，进水CODCr达1 万mg/L，实验结果表明，出水CODCr92 mg/L，BOD517 mg/L，SS 36 mg/L，可达《污水综合排放标准》（GB 8978—1996）一级标准。

4 红薯淀粉废水资源化利用

根据表1 红薯淀粉废水水质特点可知，红薯淀粉废水含有浓度较高的蛋白质以及高COD，红薯淀粉废水不仅可生化性良好，并且有着资源化利用的可行性，通常通过一定的处理回收其中的蛋白质成分。回收蛋白质可采用絮凝沉淀法、碱提酸沉法以及超滤法。

絮凝沉淀法即采用絮凝沉淀使淀粉废水中的蛋白质成分沉淀分离，从而达到提取蛋白质的目的，絮凝沉淀法不仅工艺简单，并且在回收蛋白质的同时可完成对红薯淀粉废水的初步处理。

碱提酸沉法是利用等电点时蛋白质的溶解度最小而易沉淀析出的性质回收蛋白质［17］。红薯淀粉废水可通过加碱调节，碱性条件下红薯淀粉废水将会发生沉淀现象，但是由于加碱会引入金属离子，因此此方法回收的蛋白质不适合作为动物饲料，现在普遍不提倡此方法。

超滤法依靠半透膜选择透过性，以压力或浓度为驱动力，截留淀粉废水中的蛋白质。此方法操作简单、易于控制，但其成本过高，并且超滤截留的半透膜也较难处理，因此也不适用于红薯淀粉废水的蛋白质回收。

5 结语

综上所述，不管是物理化学方法还是生物处理方法，对红薯淀粉废水的处理都有一定效果，但是并没有单一的处理方法或者处理工艺能够达到红薯淀粉废水的高效处理，通常采用预处理—厌氧—好氧联合处理工艺处理红薯淀粉废水，预处理可以有效减少后续生化段的运行负荷，厌氧能够保证有机物的有效去除，好氧能够兼备一定的脱氮除磷效果。预处理可采用絮凝工艺，絮凝工艺是一种操作运行简单、对各项污染物去除均有效果的处理方法，目前很受青睐，其技术难点在于絮凝剂的选用，但国内外众多研究者已经发现很多处理效果较好的絮凝剂，所以絮凝预处理作为组合工艺的一环，经济、便捷且重要。絮凝处理的同时，可进行相关絮凝剂处理红薯淀粉废水沉淀物的蛋白质回收可行性研究，以求达到经济效益最大化。经过预处理的废水再通过后续厌氧好氧处理，以达到淀粉工业排放标准。

近年来，红薯淀粉废水的肆意排放对水体环境造成很大的破坏，特别是淮河流域，“十二五”以及“十三五”期间，国家水专项都有攻克红薯淀粉废水污染的实施方案，由此可见，红薯淀粉废水治理对于水体环境健康至关重要。根据如今的发展趋势，不仅要处理好红薯淀粉废水，也要重视淀粉生产环节，研究低污染生产技术，使废水产生量减少，末端还要研究红薯淀粉废水的蛋白质回收利用，做到源头治理、经济效益、环境效益的统一。