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马铃薯淀粉废水处理工艺探讨
王 婕
（贵州师范学院化学与生命科学学院，贵州 贵阳 550018）
摘 要：在马铃薯淀粉加工过程中产生大量的高浓度酸性有机废水，直接排放会对环境造成严重影响，因此对马铃薯淀粉加工产生的废水的处理越来越受到广泛的关注。本文主要论述了马铃薯淀粉废水的特点及目前比较成熟的淀粉废水处理工艺，并对各工艺的优缺点进行了比较。
关键词：马铃薯；淀粉；水处理；工艺
前言
马铃薯是一种口感良好，营养价值高的植物，是继小麦、玉米、和水稻之后的第四大经济作物。马铃薯的栽培过程十分简单，并且易成活产量大，因此在世界范围内被广泛种植。在马铃薯的成分中，淀粉的含量大概在14%以上，因此是生产淀粉的主要原料。来自于马铃薯的淀粉具有质量好、纯度高、易转化的优势。近几年，中国马铃薯的总产量在世界上遥遥领先，因此马铃薯产业在中国也得到了迅速的发展。目前，我国马铃薯生产大中型企业有五十多家，通过引进国外先进的生产设备和生产技术，其生产质量均能达到欧洲水平。
然而，在马铃薯淀粉的生产过程中，会产生大量的高浓度有机废水。国内的许多企业因为资金匮乏，环保意识不足等原因，对废水不做处理，任意排放，因此对环境造成了很大的污染。因此，马铃薯淀粉废水的处理工艺成为许多学者关注的热点。
1· 马铃薯淀粉废水的产生及主要污染物
马铃薯产生废水的来源主要有马铃薯洗涤废水、提取过程中产生的废水、薯浆脱水过程中产生的废水、洗涤和淀粉精制过程中的废水、冷凝器及干燥器中的冷却水等。其中，提取过程中产生的废水量最大。
马铃薯清洗废水中COD 及BOD5 的值偏低，因为主要是悬浮物污染，而在淀粉生产及精制过程中产生的废水有很高的COD 及BOD5 值，这主要因为在这些过程中产生的废水中含有大量的糖类、蛋白质、淀粉、树脂等等。
2· 马铃薯淀粉废水产生的危害
马铃薯淀粉废水中含有大量的有机物，这些物质很容易变成好氧微生物的供给，在这些有机物被微生物降解的过程中，会消耗掉大量的溶解氧，这样水体就会呈现氧匮乏状态，严重时会威胁到水生动植物的生存。同时，水体中的厌氧微生物也会消耗一部分有机污染物，在厌氧降解过程中，会将水质恶化，水的颜色会发黑并且散发臭味，严重污染环境。因此，未经处理的淀粉废水如果直接排放，将会造成水体的污染与破坏，恶化水源，污染环境，从而威胁人类的生命。对日益缺乏的水资源来说，也是一种极大的浪费。因此，淀粉废水已经成为我国水处理中重点治理的污水项目。
3· 马铃薯淀粉废水处理工艺的现状
因为淀粉废水量多危害大，因此许多研究学者一直在努力寻找一种处理时间短、处理效果好、消耗能源少的处理工艺。目前，我国存在的处理工艺主要有物化处理法和微生物处理法。
3.1 物化处理法
物化处理法主要是应用一些物理化学反应将淀粉废水中的有机物去除，达到净化废水的目的。主要有以下几种方法。
3.1.1 絮凝沉淀法
絮凝沉淀法是一种物化处理方法，其处理成本比较低，因此得到广泛的应用。絮凝沉淀法主要应用絮凝剂破坏废水中稳定的胶体状态，将废水中糖类、蛋白质等物质沉淀出来，达到去除的目的，从而降低废水的COD 及BOD5 的数值。因此絮凝剂的性能就决定了此方法的好坏，是水处理技术的关键。目前市场上絮凝剂的种类繁多，主要有无机絮凝剂、有机高分子絮凝剂及复合型絮凝剂。如何让絮凝剂更加高效环保成了学者们十分关注的重点。
谢安等在处理马铃薯淀粉废水的过程中应用了絮凝剂复配技术，通过正交实验的方法优化出最佳的絮凝工艺。实验表明，当处理pH=9 的淀粉废水，利用阳离子聚丙烯酰胺0.1%和聚合氯化铝0.2%的复配絮凝剂，能够将废水的COD值去除率达到56.24%。岑超平等用石灰乳中和淀粉黄浆水，然后分别用进口高分子絮凝剂进行絮凝，有很好的净化效果。并且此法得到的絮凝产物能够进行脱水分离之后回收再利用。韩冬等在马铃薯淀粉废水处理时，通过利用PAC 与PAM 共混的絮凝剂，在最优配比下，得到COD 去除率58%的最佳效果。
种种研究表明，絮凝沉淀法是一种工艺简单，费用低廉，受环境影响低的处理工艺。但是此法处理后的废水水质一般，对小分子的有机物去除效率还比较低，有待进一步优化。
3.1.2 物理吸附法
物理吸附法是利用淀粉废水中的纤维素、淀粉等有机污染物容易被活性炭等吸附剂吸附的特点处理淀粉废水的一种方法。研究表明，物理吸附法具有高效、节能的特定，因此普遍被中小企业采用。此方法的关键是吸附剂的选择，常用的吸附剂主要有活性炭、粉煤灰、活化煤矸石等。
李尉卿等通过吸附法处理马铃薯淀粉废水，分别对比了活化煤矸石、粉煤灰活化漂珠等吸附剂的吸附效果，其COD去除率分别为89.6%、87.8%。郑兰香等考察了活性炭作为吸附剂处理淀粉废水的效果，分别考察了活性炭粒径、吸附环境等因素对吸附速率与吸附量的影响。
然而，吸附法并不能达到理想的处理效果，并且活性炭价格比较高，因此限制了其广泛应用。目前，学者发现粘土矿物材料也具有很好的吸附效果，是一种新型的吸附剂，能够应用于有机废水的处理中。
3.1.3 膜分离技术
膜分离技术是一种高效、环保、节能、分子级过滤、易于控制、过程简单的处理工艺。吕建国等通过超滤膜技术对马铃薯淀粉废水进行了处理，结果表明，此方法对淀粉废水中蛋白质的截留率很大，能够有效去除废水中的蛋白质大分子。但是膜处理过程中容易出现膜堵塞等问题，并且投资比较大，对于许多中小型马铃薯淀粉生产企业还无法接受，其应用也就受到一定限制。
3.1.4 气浮法
气浮法能够实现气固分离，回收废水中的有机物的目的。此方法耗时短、装置简单，处理量大，并且适用于自动化和连续化。牧剑波等利用气浮一体化装置对某淀粉厂废水进行了处理，其COD 去除率能够达到90%以上。然而此法操作管理较复杂，对设备性能要求高，因此在其广泛应用上还存在困难。
3.2 微生物处理法
微生物处理法是利用微生物通过自身新陈代谢将有机废水中的有机物进行降解达到无害化，从而将废水净化的处理工艺。一般根据微生物的代谢特性，可以将微生物处理法划分为厌氧微生物处理法和好氧微生物处理法。该法在处理马铃薯淀粉废水方面以处理费用低效果好而得到广泛应用。
3.2.1 厌氧微生物法
厌氧微生物法不仅低能耗，效果好，并且能够产生可回收资源。因为厌氧微生物代谢产物主要是甲烷，这是一种可燃性气体，是目前流行的清洁能源。厌氧发酵产生的剩余污泥量也很少，并且容易进行脱水浓缩，进行处理后还能够作为有机肥使用。因此，厌氧微生物法受到世界各国的关注。以下简单介绍几种常见的厌氧发酵处理淀粉废水的方法。
3.2.1.1 升流式厌氧污泥床（UASB）
升流式厌氧污泥床技术近些年在国内游很快的发展。事实证明这种处理方法是实现废水资源化的一种非常成熟的处理工艺，不仅能够解决环境污染的问题，还能获得有效资源，同时获得环境效益和经济效益。张振家等利用升流式厌氧污泥床处理淀粉废水得到了很好的效果。在适宜的容积负荷下，其COD 去除率大于90%，有机氮去除率也能够达到80%。李燕等在处理高浓度淀粉废水的过程中也应用了UASB 工艺，实验证明上流式厌氧污泥床处理高浓度淀粉废水能够达到很好的效果。
3.2.1.2 厌氧填料床（AFB）
厌氧填料床内填充着流化状态的载体，这些载体具有粒径小、比表面积大的特点。厌氧微生物能够在载体表面形成生物膜，从而与废水进行接触更加充分，从而厌氧菌的活性也比较高，大大提高了设备的处理效率。
3.2.1.3 垂直折流厌氧污泥床（VBASB）
垂直折流厌氧污泥床工艺是升流式厌氧污泥床工艺、厌氧接触法以及厌氧滤池的综合工艺。对于高浓度的有机废水来说，VBASB 比其他方法更加实用。贺晓红等经试验验证了VBASB 法在处理淀粉废水过程中的经济高效性。其产生的污泥为活性良好的颗粒状污泥，为下一步处理奠定了良好的基础。
除此之外，厌氧接触法、厌氧折流板反应器、厌氧滤池也是比较常见的厌氧微生物处理工艺。
3.2.2 好氧微生物法近些年来，学者针对好氧微生物法在废水处理应用过程中的机理及优缺点进行了大量研究，事实表明，好氧微生物法相对于厌氧微生物法来说，还存在许多不足。在处理马铃薯淀粉废水方面，应用比较广泛的主要有接触氧化法、生物氧化塘法以及SBR 法。
廖鑫凯等利用SBR 工艺处理淀粉废水，取得了很好的效果。实验表明，对于淀粉浓度小于0.1g/L 的淀粉废水来说，完全曝气SBR 工艺就能够达到很好的处理效果，达到国家规定的排放标准。苏宏等还利用加压SBR 技术处理淀粉废水，也达到了很好的处理效果，实验结果证明，加压SBR 比普通SBR 具有更快的生化反应速率，并且对有机物的去除率更高，耐负荷冲击力也更强大。
3.2.3 厌氧+好氧微生物处理工艺
无论是厌氧微生物处理工艺还是好氧微生物处理工艺，均存在不足之处，对于浓度高，污染大的马铃薯淀粉废水的处理来说，单独的厌氧或好氧处理是不够的，因此将两种工艺有效的进行结合形成的新型微生物处理工艺便应运而生。在实际生产过程中，可以先应用厌氧微生物处理工艺处理高浓度的淀粉废水，降低废水中有机物的含量，之后再利用好氧微生物对其进行进一步的处理。经过厌氧发酵后的废水再经过好氧发酵后，其出水水质基本能够达到国家污水排放的标准。目前，UASB-SBR 组合工艺是许多学者研究的重点。
3.2.4 光合细菌降解工艺
光合细菌降解工艺是当前比较新的一种降解淀粉废水有机物的方法。这种方法利用太阳能为能源，大大降低了能耗，并且对有机污染物的去除率也很高，是一种非常有前途的处理高浓度淀粉废水的工艺方法。处理后得到的菌体污泥还是很好的蛋白饲料，能够产生很好的经济效益。
3.3 将淀粉废水进行资源化利用
淀粉中的有机废物主要是糖类、蛋白质和有机酸等，如果能够进行回收利用，能够变废为宝，减轻其对环境的污染。有关报道称，淀粉废水能够作为对虾饵料的生产原料，利用热带假丝酵母菌株对淀粉进行水解，从而得到单细胞蛋白。我国在利用淀粉废水生产饲料酵母，提取淀粉酶等方面的研究还有很多，因此将淀粉废水作为资源再利用将是一种非常有前景的处理工艺。
4· 结论
目前，对于马铃薯废水的处理已经得到广泛的关注，也不断有新的工艺方法产生。但是对于该废水的处理还是比较集中在物化与生物处理方面。对于有高浓度有机废物的马铃薯淀粉废水来说，单一的处理方法肯定不能达到很好的处理效果，因此将已经成熟的处理方法进行有效的结合，使其优劣互补，再加上资源综合利用的工艺，便能从根本上解决马铃薯淀粉废水的污染问题。
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