本文通過(guò)馬鈴薯淀粉廢水的水質(zhì)特點(diǎn)分析，結(jié)合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有成熟生化處理工藝，針對(duì)生物強(qiáng)化技術(shù)在生化處理階段的應(yīng)用，進(jìn)行了分析和研究。

　　《工業(yè)用水與廢水》是經(jīng)國(guó)家科學(xué)技術(shù)部批準(zhǔn)，全國(guó)化工給水排水設(shè)計(jì)技術(shù)中心站主辦，1970年創(chuàng)刊并國(guó)內(nèi)外公開(kāi)發(fā)行的專(zhuān)業(yè)性期刊。是中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)水工業(yè)分會(huì)工業(yè)給水排水委員會(huì)會(huì)刊。讀者對(duì)象為化工、石油、石化、電力、機(jī)械、冶金、輕工、紡織、市政工程等行業(yè)的給排水和環(huán)保專(zhuān)業(yè)的科研及工程技術(shù)人員以及大專(zhuān)院校的師生和相關(guān)管理人員。

　　在馬鈴薯淀粉加工過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的淀粉廢水。根據(jù)有關(guān)調(diào)查和統(tǒng)計(jì)，按萬(wàn)噸干淀粉生產(chǎn)規(guī)模計(jì)算，馬鈴薯淀粉廢水排放量平均為7萬(wàn)噸，其中蛋白廢水4萬(wàn)噸，淀粉洗滌廢水3萬(wàn)噸。淀粉廢水中含有大量的懸浮物(雜質(zhì))、蛋白質(zhì)和糖類(lèi)，污染物濃度變化較大，COD濃度一般在7000-40000mg/l，峰值可達(dá)到75000mg/l，SS濃度則高達(dá)4000-15000mg/l。

　　一、國(guó)內(nèi)外同類(lèi)廢水處理研究現(xiàn)狀分析

　　通常，對(duì)于淀粉廢水這種高濃度有機(jī)酸性廢水，目前，國(guó)內(nèi)外常見(jiàn)的成熟技術(shù)，基本上是采用預(yù)處理加生化處理的方法。據(jù)調(diào)研，包括美國(guó)、歐盟、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家，淀粉加工廢水80%以上是采用以生化法為主體的處理工藝。

　　生化處理法在國(guó)內(nèi)外污染治理行業(yè)中，是降解淀粉廢水的不可或缺的一種治理工藝，主要分為好氧生化法和厭氧生化法。好氧生化法包括活性污泥法、生物膜法、生物接觸氧化法等，厭氧生物法多采用UASB、ABR等厭氧反應(yīng)器。在我國(guó)大中型淀粉加工企業(yè)中，大多已建有不同規(guī)模的生化處理裝置，且多為厭氧+好氧的復(fù)合生化處理工藝。

　　(1)厭氧生化法

　　厭氧生化法可有效地提高生化池負(fù)荷，減小池容，大幅度降低動(dòng)力消耗，在同樣處理能力的情況下，厭氧生化的運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用只有好氧生化法的一半，同時(shí)可回收沼氣，因此具有較大的經(jīng)濟(jì)效益。但由于其處理不徹底，因此基本不能單獨(dú)使用。厭氧處理同時(shí)還可有效地去除廢水中的氨氮。這是一種較好的生物脫氮(有時(shí)也采用生物膜系統(tǒng))、脫磷系統(tǒng)。

　　(2) 好氧生化法

　　在水污染控制領(lǐng)域，好氧生物處理廣泛應(yīng)用于去除廢水中的有機(jī)物質(zhì)。好氧生物處理是在有游離氧(分子氧)存在的條件下，好氧微生物降解有機(jī)物，使其穩(wěn)定、無(wú)害化的處理方法。微生物利用廢水中存在的有機(jī)污染物(以溶解狀與膠體狀的為主)，作為營(yíng)養(yǎng)源進(jìn)行好氧代謝。

　　有機(jī)物被微生物攝取后，通過(guò)代謝活動(dòng)，約有三分之一被分解、穩(wěn)定，并提供其生理活動(dòng)所需的能量;約有三分之二被轉(zhuǎn)化，合成為新的原生質(zhì)(細(xì)胞質(zhì))，即進(jìn)行微生物自身生長(zhǎng)繁殖。后者就是廢水生物處理中的活性污泥或生物膜的增長(zhǎng)部分，通常稱(chēng)其剩余活性污泥或生物膜，又稱(chēng)生物污泥。在廢水生物處理過(guò)程中，生物污泥經(jīng)固—液分離后，需進(jìn)行進(jìn)一步處理和處置。

　　好氧生物處理的反應(yīng)速度較快，所需的反應(yīng)時(shí)間較短，故處理構(gòu)筑物容積較小。且處理過(guò)程中散發(fā)的臭氣較少。所以，目前對(duì)中、低濃度的有機(jī)廢水基本上采用好氧生物處理法。

　　近年來(lái)，隨著對(duì)好氧生物反應(yīng)器的曝氣器、填料、菌種培養(yǎng)、曝氣池深度等方面的技術(shù)改進(jìn)，涌現(xiàn)出了生物強(qiáng)化反應(yīng)器、多段接觸氧化、改進(jìn)型SBR反應(yīng)器等新型技術(shù)，使好氧生物處理工藝在廢水處理，特別是諸如淀粉廢水等高濃度廢水處理工程中得到了廣泛發(fā)展。

　　二、生化法處理應(yīng)用中遇到的常見(jiàn)問(wèn)題

　　(2) 厭氧生化處理

　　通過(guò)廢水的預(yù)處理，可實(shí)現(xiàn)水中高分子有機(jī)物的有效去除，但生化階段負(fù)荷仍然很高。實(shí)際應(yīng)用中，一般都考慮厭氧生化處理，對(duì)廢水中大分子有機(jī)物進(jìn)行進(jìn)一步的去除，以降低后續(xù)好氧生化的主體工藝負(fù)荷。

　　實(shí)際運(yùn)行結(jié)果表明，在采用預(yù)處理后，進(jìn)入生化階段，廢水中所含有機(jī)物質(zhì)的分子量和分子鍵已明顯降低，在適宜的反應(yīng)條件下，厭氧生化確實(shí)可以達(dá)到較好的處理效果，一般，有機(jī)物的綜合去除效率可達(dá)到80%以上，可為后續(xù)處理提供了有利條件。

　　但是，在我國(guó)北方地區(qū)，由于馬鈴薯作物生長(zhǎng)區(qū)域特殊的氣候條件，作物成熟后，進(jìn)入淀粉加工周期時(shí)，大多已處于秋末初冬季節(jié)，氣候比較寒冷，地表溫度一般已降至0℃左右，個(gè)別地區(qū)和時(shí)段夜間最低溫度可達(dá)到-10~-20℃，為厭氧處理帶來(lái)了很大難度。

　　在厭氧狀態(tài)下，厭氧微生物活躍性較低，需要提高溫度以保證其活性。經(jīng)實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)，厭氧系統(tǒng)一般需要保證在10℃以上，才能保證厭氧微生物菌種活性，并取得較好的處理效果。

　　由于馬鈴薯淀粉廢水水量較大，厭氧系統(tǒng)停留時(shí)間較長(zhǎng)，且廢水流速較低。一般來(lái)說(shuō)，厭氧工序停留時(shí)間達(dá)到250小時(shí)以上，才能基本保證50%以上的有機(jī)物去除效果。停留時(shí)間650小時(shí)，COD去除率也僅有85%左右。這就為厭氧系統(tǒng)的加溫帶來(lái)了很大難度。實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，研究還發(fā)現(xiàn)，為保證厭氧系統(tǒng)的正常運(yùn)行，必須設(shè)置加溫裝置，而通過(guò)成本核算，厭氧系統(tǒng)加溫的費(fèi)用，可以達(dá)到整個(gè)污水處理系統(tǒng)整體運(yùn)行費(fèi)用的60%以上，給廢水處理帶來(lái)了巨大壓力。

　　(2)好氧生化系統(tǒng)

　　好氧生化系統(tǒng)，一般采用生物接觸氧化池等成熟生化工藝，以保證穩(wěn)定的處理效果，控制處理單元建設(shè)成本和運(yùn)行成本。

　　以生物接觸氧化池為例，實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，研究發(fā)現(xiàn)，由于厭氧處理環(huán)節(jié)的效果并不明顯，且相當(dāng)不穩(wěn)定。在生物接觸氧化池等好氧生化系統(tǒng)中，大量有機(jī)污染物的存在，容易造成生物填料的阻塞，影響好氧生物菌種與廢水中有機(jī)物充分結(jié)合，進(jìn)而延長(zhǎng)處理時(shí)間，影響處理效果。

　　而且，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，研究還發(fā)現(xiàn)，好氧生物菌種的培養(yǎng)和保持，也是影響系統(tǒng)運(yùn)行的一個(gè)特殊因素。

　　由于馬鈴薯淀粉為短季節(jié)生產(chǎn)，全年污水處理系統(tǒng)有8個(gè)月以上處于閑置狀態(tài)，依靠系統(tǒng)本身培養(yǎng)和養(yǎng)護(hù)好氧生物菌種，在好氧階段，是十分困難的。而一旦開(kāi)始生產(chǎn)，又需要系統(tǒng)馬上投入運(yùn)行并發(fā)揮穩(wěn)定作用，從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，單靠系統(tǒng)內(nèi)菌種的自身生長(zhǎng)和循環(huán)，效果非常之差。

　　三、生物強(qiáng)化處理技術(shù)的研究

　　1.摒棄厭氧環(huán)節(jié)，突出生物強(qiáng)化技術(shù)

　　由于好氧階段運(yùn)行周期相對(duì)較短，且自身降解環(huán)節(jié)可產(chǎn)生一定熱量，通過(guò)中試試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)，即使在當(dāng)?shù)剌^寒冷的運(yùn)行時(shí)段內(nèi)，好氧工藝穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，仍可保證較高的溫度(一般可達(dá)到7-15℃)，通常情況下，廢水無(wú)需特殊加溫。

　　基于以上原因，研究大膽決定，摒棄厭氧工序，直接利用好氧系統(tǒng)對(duì)廢水進(jìn)行處理，并在該環(huán)節(jié)采用生物強(qiáng)化菌種技術(shù)，加強(qiáng)處理效果。

　　生物強(qiáng)化處理工藝就是向廢水處理系統(tǒng)中投加從自然界中篩選的優(yōu)勢(shì)菌種或通過(guò)基因組合技術(shù)產(chǎn)生的高效菌種，提高廢水的處理效率，以去除某一種或某一類(lèi)有害物質(zhì)的方法。它是通過(guò)向自然菌群中投加具有特殊作用的微生物來(lái)增加生物量，以強(qiáng)化菌群對(duì)某一特定環(huán)境或特殊污染物的反應(yīng)。應(yīng)用此技術(shù)的基本前提是本土降解菌已在其生存環(huán)境中表現(xiàn)出一定的代謝能力，引入外源強(qiáng)化菌后菌群的數(shù)量、種類(lèi)及對(duì)目標(biāo)污染物的降解能力均有所增強(qiáng)，從而有效發(fā)揮生物強(qiáng)化的作用。投加的菌種需要滿(mǎn)足3個(gè)基本條件：菌體活性高;在廢水處理系統(tǒng)中能競(jìng)爭(zhēng)生存，并可維持相當(dāng)數(shù)量;可快速降解目標(biāo)污染物。

　　本研究中的生物強(qiáng)化菌種來(lái)源于同類(lèi)廢水處理系統(tǒng)。經(jīng)過(guò)前期篩選，培養(yǎng)出特定的適于處理含糖、蛋白的高濃度高分子有機(jī)廢水的微生物優(yōu)勢(shì)菌種，對(duì)生物處理系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)化處理，使其盡快適應(yīng)這種特殊水質(zhì)，提高廢水的處理效率。

　　2.生物強(qiáng)化處理工藝優(yōu)點(diǎn)

　　(a)生物強(qiáng)化處理工藝比一般的廢水生物治理方法對(duì)BOD5 、COD或目標(biāo)污染物的去除效果更佳。

　　(b)生物強(qiáng)化處理工藝不僅能有效消除污泥膨脹，改善污泥沉降性能，而且能顯著減少污泥總量。

　　(c)生物強(qiáng)化處理工藝具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力。

　　(d)在生物強(qiáng)化處理工藝中投加一定量的優(yōu)勢(shì)菌種，增大系統(tǒng)中有效菌種的比例，可明顯縮短廢水處理系統(tǒng)的啟動(dòng)時(shí)間。

　　通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，研究發(fā)現(xiàn)，即使在既有的普通處理系統(tǒng)中，采用生物強(qiáng)化菌種技術(shù)，也可以大大縮短系統(tǒng)反應(yīng)時(shí)間，提高處理效率。

　　實(shí)際研究中，通過(guò)單獨(dú)的生物強(qiáng)化反應(yīng)器，可明顯提高好氧生化系統(tǒng)的抗沖擊能力，經(jīng)中試試驗(yàn)，在COD濃度達(dá)到20000mg/l的有機(jī)負(fù)荷下，好氧系統(tǒng)仍能保持較高的處理效果，并穩(wěn)定運(yùn)行。

　　三、生物強(qiáng)化技術(shù)的應(yīng)用

　　根據(jù)上述工藝方案的特點(diǎn)，對(duì)各處理工藝步驟進(jìn)行設(shè)計(jì)和研究，結(jié)合北方地區(qū)馬鈴薯淀粉生產(chǎn)企業(yè)生產(chǎn)周期、作物產(chǎn)地氣候特點(diǎn)及生產(chǎn)工藝特點(diǎn)，確定構(gòu)成處理工藝各單元的運(yùn)行控制條件。

　　生化處理工藝單元及運(yùn)行控制條件，已結(jié)合本地區(qū)現(xiàn)有企業(yè)內(nèi)污水處理系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際試運(yùn)行試驗(yàn)。通過(guò)實(shí)際調(diào)研和分析，北方地區(qū)馬鈴薯淀粉生產(chǎn)周期較短——平均為100-120天。由于淀粉生產(chǎn)線生產(chǎn)周期較短，而厭氧生化處理工藝啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，在生產(chǎn)的很長(zhǎng)一個(gè)周期內(nèi)，無(wú)法起到明顯作用。同時(shí)，由于厭氧反應(yīng)系統(tǒng)對(duì)溫度要求相對(duì)較高，而馬鈴薯淀粉生產(chǎn)周期，在北方地區(qū)，多已處于較寒冷的秋末或冬初，地表最低氣溫一般均達(dá)到了零下20度左右，不利于厭氧反應(yīng)系統(tǒng)的運(yùn)行(正常運(yùn)行必須考慮加溫)。故此，在生化處理階段，經(jīng)過(guò)反復(fù)論證，實(shí)際應(yīng)用中，結(jié)合生物強(qiáng)化處理單元，生化系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)放棄厭氧工序，直接進(jìn)行好氧生化處理。通過(guò)生物強(qiáng)化系統(tǒng)的引進(jìn)，保證處理效果。

　　好氧生化處理階段試驗(yàn)反應(yīng)溫度為10℃，通過(guò)投加復(fù)合菌種后經(jīng)選育技術(shù)培養(yǎng)的高效工程菌種，可取得了良好的去除效果，經(jīng)實(shí)際運(yùn)行監(jiān)測(cè)，COD平均去除率達(dá)90-93%，BOD平均去除率達(dá)到85-90%，取得了良好的處理效果。

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