污水处理工艺研究
张玲娟 苏海岩 王小军
摘要：马铃薯变性淀粉清洁生产工艺，解决在马铃薯变性淀粉生产中大量污水的处理问题，最终能降低生产过程中的污水量，提高污泥中细菌在高盐环境下的处理能力，使马铃薯变性淀粉污水达到排放标准及污水的循环再利用。
The production process of potato starch cleaning, solved in the production of modified potato starch in a large number of sewage treatment problems, finally can reduce the amount of sewage in the production process, improve the processing ability of bacteria in the sludge in high salt environment, the modified potato starch wastewater to achieve discharge standards and sewage recycling.
关键词：污水处理；清洁；降低成本；复合变性；排污
在原有工艺的基础上，进行改进及优化，原有的工艺是通过单一的变性达到要求，加入单一的试剂进行化学反应，为保证产品性能，加药量较大，给反应结束后的后续洗涤工作形成很大的压力，需用大量的软水来洗涤反应过后的产品，从而去除残留在反应体系中的药品、副反应生成的产物及大量的盐份，这样就产生大量的污水，加大污水处理压力及增加污水处理成本。基于这种情况，我们研究对马铃薯淀粉进行复合变性处理，也就是说用几种变性方法交替进行，使产品质量达到所需要求，也就是用最少的试剂，达到最好的效果，使产品中的各项指标达到要求，经过此种方法达到清洁生产、降低了生产中的污水产生最小。对马铃薯变性淀粉污水进行优化处理，加入一定量的试剂，将清洁生产出来的污水再一次净化，来提高污泥中的吞噬细菌在高盐环境下的处理能力，从而优化马铃薯变性淀粉污水处理工艺，使之用最简化的方式达到污水排放标准。污水的回收利用，在原有的处理基础上，通过优化后的处理，使污水能够重复利用。
一、实验一
第一步：对现在我们所采用的马铃薯淀粉不同反应的单一变性处理，计算其污水总产生量，并对几种单一变性淀粉进行污水处理剂使用，并看其效果：
1、根据马铃薯醋酸酯生产工艺基础，进行酯化反应，将马铃薯淀粉与软按1：1.1的比例，调成淀粉乳，达到21波美度，用2.8%浓度的液碱将PH值调至8.5，在常温下加入4%的酸酐，反应1小时后，用3%左右的盐酸将PH值调至6-7，进行洗涤、脱水、干燥，得马铃薯醋酸酯淀粉，计算此马铃薯醋酸酯淀粉产生的总污水量。
2、根据马铃薯磷酸酯生产工艺基础，进行交联反应，将马铃薯淀粉与软水按1：1.1的比例，调成淀粉乳，达到20波美度，用2.6%浓度的液碱将PH值调至11.5，45摄氏度条件下加入0.1%的三偏磷酸钠，反应2小时后，用6%左右的盐酸将PH值调至6-8，进行洗涤、脱水、干燥，得马铃薯磷酸酯淀粉，计算此马铃薯磷酸酯淀粉产生的总污水量。
3、根据马铃薯氧化淀粉生产工艺基础，进行氧化反应，将马铃薯淀粉与软水按1：1.1的比例，调成淀粉乳，达到21波美度，用2.8%浓度的液碱将PH值调至8.5，42摄氏度条件下加入3%的次氯酸钠，反应2小时后，用10%左右的盐酸将PH值调至6-7，进行洗涤、脱水、干燥，得马铃薯氧化淀粉，计算此马铃薯氧化淀粉产生的总污水量。
根据上述三种单一变性淀粉实验情况，得到如下结论：
表1污水产生量
|
实验编号 |
PA2016032801 |
PJ2016032802 |
PO2016032803 |
|
反应用水/Kg |
260 |
220 |
250 |
|
洗涤用水/Kg |
345 |
330 |
340 |
|
废水统计 |
605 |
550 |
590 |
|
药品残余 |
cA |
0.05% |
无 |
0.08% |
|
P12 |
\ |
无 |
无 |
|
Cl离子 |
无 |
无 |
无 |
从上述数字显示，每吨变性淀粉产生的污水量平均在6吨左右，马铃薯交联淀粉污水的产生量要低于其它两种，下一步采取在马铃薯单一变性的基础上，采用马铃薯复合变性加工，然后计算其产生的污水总量。
二、实验二
第二步：根据第一步我们所采用的马铃薯淀粉不同反应的单一变性处理得到的数据显示结果，我们对几种单一变性淀粉进行第二次的变性处理，并看其效果。
1、根据国标GB29929-2013马铃薯乙酰化二淀粉磷酸酯生产要求，首先将马铃薯淀粉与软水按1：1.1的比例，调成淀粉乳，达到21波美度，用3.0%浓度的液碱将PH值调至8.0，在常温下加入4%的酸酐，反应1小时后，用3.0%浓度的液碱将PH值调至11.0-11.5，45摄氏度条件下加入0.2%的三偏磷酸钠，反应2小时后，用8%左右的盐酸将PH值调至6-8，进行洗涤、脱水、干燥，得马铃薯乙酰化二磷酸酯淀粉，计算此马铃薯乙酰化二磷酸酯淀粉产生的总污水量。
2、根据国标GB29931-2013马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯生产要求，进行醚化交联反应，首先将马铃薯淀粉与软水按1：1.1的比例，调成淀粉乳，达到21波美度，用2.8%浓度的液碱将PH值调至11.5，42摄氏度条件下加入2%的环氧丙烷，同时加入氮气，充分将反应体系中反应20小时后，加入0.1%的三偏磷酸钠，反应2小时后，用3%左右的盐酸将PH值调至6-8，进行洗涤、脱水、干燥，得马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯淀粉，计算此马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯淀粉产生的总污水量。
3、根据国标GB29931-2013马铃薯氧化羟丙基生产要求，进行氧化醚化反应，首先将马铃薯淀粉与软水按1：1.1的比例，调成淀粉乳，达到21波美度，用2.8%浓度的液碱将PH值调至11.5，42摄氏度条件下加入2%的环氧丙烷，同时加入氮气，充分将反应体系中反应20小时后，用8%左右的盐酸将PH值调至8.5-9，加入3%的次氯酸钠，反应2小时后，用10%左右的盐酸将PH值调至6-7，进行洗涤、脱水、干燥，得马铃薯氧化羟丙基淀粉，计算此马铃薯氧化羟丙基淀粉产生的总污水量。
根据上述三种复合变性淀粉实验情况，得到如下结论：
表2三种复合变性淀粉污水产生量
|
实验编号 |
PJA2016052501 |
PPOJ2016052601 |
POJ2016052701 |
|
反应用水/Kg |
270 |
253 |
260 |
|
洗涤用水/Kg |
40 |
40 |
50 |
|
废水统计 |
310 |
293 |
310 |
药品
残余 |
cA |
0.01% |
无 |
无 |
|
P12 |
无 |
无 |
无 |
|
Cl离子 |
无 |
无 |
无 |
从上述分析数字显示，每吨变性淀粉产生的污水量平均在3吨左右，马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯污水的产生量要低于其它两种，达到任务要求。在此基础上进行几种变性淀粉对于污水处理能力的实验。
目前我公司水处理工艺是如下环节，第一环节污水首先进入固定格栅去除水中大颗粒杂质及漂浮物。第二环节进入预沉及搅拌、调节池防止固体悬浮物沉降发臭同时进行水量水质强化调节，污水调节均匀后可以降低与防止设备处理负荷冲击。第三环节进入混凝沉降设备—斜管沉淀池，同时加入絮凝剂及混凝剂去除部分悬浮物及部分有机物；加入氢氧化钠调节PH在7.0-7.5之间，防止酸化；淀粉污水缺乏氮磷，根据污水COD高低，投加尿素、二胺，使厌氧单元C：N：P=（200-300）：5:1 好氧单元C：N：P=100：5:1。第四环节出水入中间池，进行加温控制，温度30°至40°，由泵提升至UBF厌氧池，厌氧处理是整个污水处理的核心单元，大量有机物在此降解，厌氧处理过程中产生含有硫化氢、一氧化碳、二氧化碳等气体经废气回收处理装置。第五环节进入预曝气池吹脱剩余废气增加水体含氧量，通过悬浮活性污泥法与池中附着生长的生物膜法，有机结合，去除水中有机物。最后环节出水入气浮设备，气浮设备作为深度处理，通常认为是三级处理，也是最后一级处理，设备有加药装置，可以调节PH、加入絮凝剂、混凝剂后，处理过的污水达标进入排放池处理。
污水处理第一部分试验，根据上述工艺，做出的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯按照不同的指标及不同的比例做为絮凝剂加入到污水处理的第三环节及最后一个环节，进行对污水处理的效果进行分析。
表3相同添加量不同沉降基的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯处理效果
|
沉降基ml |
1.20 |
1.35 |
1.47 |
1.50 |
1.61 |
标准 |
|
氨氮mg /l |
30 |
32 |
35 |
37 |
42 |
≤35 |
|
总氮mg /l |
43 |
45 |
48 |
51 |
54 |
≤55 |
|
总磷mg /l |
3 |
4 |
4 |
5 |
5 |
≤5 |
|
PH(6-9) |
6.5 |
6.7 |
7.2 |
7.7 |
7.9 |
6-9 |
|
悬浮物mg /l |
55 |
57 |
58 |
59 |
63 |
≤70 |
|
BOD5mg /l |
57 |
59 |
60 |
63 |
65 |
≤70 |
|
CODmg /l |
276 |
278 |
280 |
285 |
286 |
≤300 |
从表3可以看出在相同添加量的情况下马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯沉降基越低污水处理的各项指标越符合国标GB25461-2010排放标准。
表4相同添加量不同羟丙基含量的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯处理效果
|
羟丙基含量% |
1.5 |
2.0 |
2.8 |
3.3 |
3.5 |
GB25461-2010 |
|
氨氮mg /l |
25 |
24 |
22 |
19 |
18 |
≤35 |
|
总氮mg /l |
39 |
37 |
36 |
35 |
30 |
≤55 |
|
总磷mg /l |
3 |
3 |
3 |
2 |
2 |
≤5 |
|
PH(6-9) |
6.7 |
6.7 |
6.6 |
6.5 |
7.0 |
6-9 |
|
悬浮物mg /l |
49 |
47 |
45 |
42 |
40 |
≤70 |
|
BOD5mg /l |
42 |
40 |
37 |
34 |
31 |
≤70 |
|
CODmg /l |
148 |
130 |
128 |
115 |
107 |
≤300 |
从表4可以看出相同添加量的情况下羟丙基含量越高的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯污水处理的各项指标越符合国标GB25461-2010排放标准。
污水处理第二部分试验，根据上述数据提供显示，我们将选用羟丙基含量为3.5%、沉降基为1.2ml的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯在不同添加量的情况下污水处理的效果。
表5不同添加量（污水总量的百分数）相同指标的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯处理效果
|
添加量% |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
标准 |
|
氨氮mg /l |
32 |
30 |
31 |
33 |
35 |
≤35 |
|
总氮mg /l |
43 |
40 |
46 |
42 |
48 |
≤55 |
|
总磷mg /l |
3 |
2 |
3 |
3 |
3 |
≤5 |
|
PH(6-9) |
6.6 |
7.0 |
7.3 |
7.6 |
7.8 |
6-9 |
|
悬浮物mg/l |
55 |
53 |
57 |
58 |
60 |
≤70 |
|
BOD5mg /l |
57 |
52 |
60 |
64 |
67 |
≤70 |
|
CODmg /l |
276 |
230 |
260 |
275 |
296 |
≤300 |
实验结果表明，添加2%的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯处理效果最佳。
综上所述本项目马铃薯变性淀粉清洁生产工艺及污水处理工艺的研究达到了预期效果，得出羟丙基含量为3.5%、沉降基为1.2ml的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯在添加2%的情况下污水处理效果达到最优。
三、实验报告
实验名称：相同添加量不同沉降基马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯用于污水处理2016120101
实验材料：
|
项目 |
沉降基ml |
来源 |
设备 |
马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯 |
1.20 |
自制 |
格栅 |
|
1.35 |
预沉池 |
|
1.47 |
搅拌池 |
|
1.50 |
调节池 |
|
1.61 |
斜管沉淀池 |
|
尿素Kg |
25 |
外购 |
|
|
二胺Kg |
25 |
外购 |
|
|
|
|
|
|
实验步骤：
马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯加入量为1%。
1、污水经排水沟汇集后首先进入固定格栅去除水中大颗粒杂质及漂浮物。综合污水PH在6.5-6.9之间，COD 5000mg/L BOD 1500 SS 550 mg/L
2、进入预沉及搅拌、调节池防止固体悬浮物沉降发臭同时进行水量水质强化调节，污水调节均匀后可以降低与防止设备处理负荷冲击。
3、进入混凝沉降设备—斜管沉淀池，同时加入不同沉降基的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯絮凝剂及混凝剂去除部分悬浮物及部分有机物；加入氢氧化钠调节PH在7.0-7.5之间，防止酸化；淀粉污水缺乏氮磷，根据污水COD高低，投加尿素、二胺，使厌氧单元C：N：P=（200-300）：5:1；氧单元C：N：P=100：5:1。斜管沉淀池出水PH在7.0-7.5之间，COD 1800mg/L BOD 800 SS 350 mg/L。
4、出水入中间池，进行加温控制，温度30°至40°，由泵提升至UBF厌氧池，厌氧处理是整个污水处理的核心单元，大量有机物在此降解，厌氧处理过程中产生含有硫化氢、一氧化碳、二氧化碳等气体经废气回收处理装置。UBF厌氧池出水PH在7.0-7.5之间，COD 700mg/L;BOD 230 SS 100 mg/L 氨氮89 mg/L
5、进入预曝气池吹脱剩余废气增加水体含氧量，出水入A/B二级高低负荷复合氧化池要求含氧量2.5-3.0mg/L，通过悬浮活性污泥法与池中附着生长的生物膜法，有机结合，去除水中有机物。好氧池出水PH在7.0-7.5之间，COD 306g/L;BOD 87 、SS70mg/L 氨氮64mg/L
6、出水入气浮设备，气浮设备作为深度处理，通常认为是三级处理，也是最后一级处理，设备有加药装置，可以调节PH、加入不同沉降基的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯絮凝剂、混凝剂，出水口PH在7.0左右，COD 276mg/L BOD 57 SS 55 mg/L 氨氮30 mg/L，处理过的污水达标进入排放池。
相同添加量不同沉降基的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯处理效果
|
沉降基ml |
1.20 |
1.35 |
1.47 |
1.50 |
1.61 |
标准 |
|
氨氮mg /l |
30 |
32 |
35 |
37 |
42 |
≤35 |
|
总氮mg /l |
43 |
45 |
48 |
51 |
54 |
≤55 |
|
总磷mg /l |
3 |
4 |
4 |
5 |
5 |
≤5 |
|
PH(6-9) |
6.5 |
6.7 |
7.2 |
7.7 |
7.9 |
6-9 |
|
悬浮物mg /l |
55 |
57 |
58 |
59 |
63 |
≤70 |
|
BOD5mg /l |
57 |
59 |
60 |
63 |
65 |
≤70 |
|
CODmg /l |
276 |
278 |
280 |
285 |
286 |
≤300 |
此实验表明马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯沉降基为1.2%时对污水的处理效果最为显著。
四、实验总结
（一）综上所述本项目马铃薯变性淀粉清洁生产工艺及污水处理工艺的研究达到了预期效果，得出羟丙基含量为3.5%、沉降基为1.2ml的马铃薯羟丙基二淀粉磷酸酯在添加2%的情况下污水处理效果达到最优。
（二）是马铃薯淀粉清洁生产过程中，变性方式与所加的每一种试剂对产品质量的影响分析，首先进行交联，根据产品的各项指标，在国家法律法规允许前提下，确定所选试剂的种类，并根据所选试剂种类与马铃薯淀粉进行化学反应，在反应过程中，对反应的各种条件进行平行及交叉试验，然后再进行酯化，根据所要求的数据并对其结果进行分析，不同的交联程度与不同的酯化程度对产品质量的影响分析。
（三）是通过系列实验所选用的变性方式所形成的产品，都能满足对污水处理的要求，达到未经优化前的产品质量，也就是说，我们不仅要考虑清洁生产工艺，同时也要考虑产品本身的理化指标情况及最终产品在终端使用情况，目前已达到了要求，通过本本项目系列实验解决了上述的难点及问题。
参考文献：
［1］吕世安.中国马铃薯产业发展现状与趋势[J]. 湖北民族学院学报: 自然科学版, 2002, 20( 4).
［2］危朝安. 在全国马铃薯产业发展经验交流会上的讲话[J].中国马铃薯, 2007, 21( 6)
［3］李玉阔, 张巍.马铃薯生产存在的问题与发展对策[J]. 现代 农业科技, 2009.
［4］李勤志,冯中朝.我国马铃薯生产存在的主要问题及对策研究[J].长江蔬菜(学术版), 2009, 18.
［5］胡海舰,王健, 柳春柱. 推行清洁生产审核的意义及举措[J].内蒙古环境科学, 2009,21（3） :60.62
［6］国家发展和改革委员会，国家环境保护总局.清洁生产审核暂行办法[J].中国环保产业, 2004（10）：1-2.
