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——米粉是我國南方地區(qū)的主要主食食品。作為一種常見的大米加工食品，高濃度的懸浮物和有機污染物是米粉廢水顯著的水質(zhì)特點。本文在米粉廢水處理工藝相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，總結(jié)米粉廢水處理技術(shù)的進展，對米粉廢水處理技術(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)的研究進展進行闡述。

【關(guān)鍵詞】米粉廢水；研究進展；處理技術(shù)

1前言

作為民間傳統(tǒng)主食之一，中國南方地區(qū)是米粉主要的食用地區(qū)。隨著時展，在中國北方地區(qū)乃至世界各地，物美價廉的米粉也逐漸受到廣泛的歡迎和喜愛。米粉的市場正逐漸擴大且其銷量不斷激增。米粉在我國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)廢水沒有得到妥善處理，直接排入水體，高濃度有機污染物廢水將會對水環(huán)境造成巨大危害。在生產(chǎn)過程中洗米、脫漿工序是米粉廢水的主要來源，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、有機污染物和較高的COD值是米粉廢水的水質(zhì)特點，其中有機污染物的濃度COD約為15000～25000mg/L，BOD約為4500～5500mg/L左右。并且因為米粉廢水易腐敗的特點，加工環(huán)境的變換會導(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的基礎(chǔ)上，總結(jié)出目前米粉廢水處理工藝的研究進展，同時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、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，以達(dá)到凈化廢水的目的。其中水溫、溶液pH值、混凝劑種類均影響混凝沉淀效果。以成本低、工藝簡單為特點的混凝沉淀法已引起人們的廣泛關(guān)注，并在多領(lǐng)域進行實驗與研究。郭育碩等通過混凝預(yù)處理方法研究PAC、硫酸鋁及PAC與PAM助凝劑復(fù)配對米粉廢水混凝處理的絮凝效果，對比處理后各項指標(biāo)數(shù)據(jù)，其中混凝劑種類、投加量、投加方式、pH值及沉降時間都對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時處理效果最優(yōu)。

2.2生物處理

生物處理是通過微生物的降解過程將廢水中的有機污染物分解并轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)以凈化廢水的過程，其包括厭氧、好氧生物處理方法，同時因為生物處理法不僅在處理效果上優(yōu)良，而且其使用成本相對較小，因此生物處理法在高濃度有機廢水處理中被廣泛使用。本文重點介紹厭氧生物處理。厭氧生物處理法在處理過程中可以大大降低能耗，而且還可以回收生物能（沼氣）；同時厭氧微生物有可能對好氧微生物不能降解的一些有機物進行降解或部分降解。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之一。馬三劍等[2]通過試驗表明，米粉廢水可以通過升流式厭氧反應(yīng)器（UASB）來處理，并具有穩(wěn)定運行狀況。通過周期為兩個月的污泥馴化，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的去除率在停留時間從原先24小時變?yōu)?2小時的條件下仍可達(dá)92%左右。實驗表明，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），水力停留時間為15小時，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物，因此在處理過程中使用單一的處理方法難以進行徹底處理。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，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)測站利用UASB-生物接觸法，通過監(jiān)測設(shè)備對某米粉廠廢水排放口中廢水的pH值、COD、NH3-N進行實時監(jiān)測。通過分析監(jiān)測結(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廢水進行預(yù)處理后再通過SBR池進行深層處理，如此SBR池的運載負(fù)荷可有效降低。系統(tǒng)運行結(jié)果表明，在經(jīng)過兩相厭氧預(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)廢水的工程實例。經(jīng)近三年的穩(wěn)定運行，由系統(tǒng)監(jiān)測結(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，還可以將大分子有機物降解成小分子有機物，實現(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)米粉廢水的有機污染物和懸浮物濃度都較高的水質(zhì)特點，在處理廢水過程中采用混凝預(yù)處理/ABR/SBR組合工藝進行處理。最終實驗結(jié)果表明：對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物，如果直接采用工藝處理，不僅高濃度有機物會對處理造成較大困難，并且如果一次性排放，米粉廢水中的大量殘留營養(yǎng)物質(zhì)均會造成巨大浪費。所以當(dāng)前學(xué)者們的研究熱點也聚焦于對米粉廢水的資源化處理。目前，通過米粉廢水進行單細(xì)胞蛋白的培養(yǎng)來達(dá)到蛋白質(zhì)回收與以微生物燃料電池實現(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，微生物燃料電池MFC可達(dá)到1273.89mW•m-2的最大功率密度，同時可以從米粉廢水中回收0.97kWh•kg-COD的能量，進而實現(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養(yǎng)物質(zhì)培養(yǎng)扣囊內(nèi)孢霉，在使其快速地生長的同時，運用發(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。實現(xiàn)以米粉廢水為原料生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白的同時降低了米粉廢水的處理難度的愿景。

3結(jié)論與展望

目前，國內(nèi)外對米粉廢水處理技術(shù)的研究已取得了長足的進步。但是，許多新技術(shù)的測試和研究是具有針對性的，因為大多數(shù)處理過程的運營和管理成本很高或與實際的米粉生產(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)濟有效的處理方法。考慮到米粉廢水的高生物降解性和高濃度的有機物，生物處理應(yīng)成為處理過程的重要組成部分。同時，米粉廢水的含量要用廢水中的懸浮物濃度過高進行預(yù)處理。由于處理的初始階段也是必不可少的，因此目前對米粉廢水處理的研究重點還包括復(fù)合處理過程。在排水的水質(zhì)持續(xù)改善的同時，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 趙文玉 單位:桂林理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院