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物理与生物过程相结合的新型处理木薯淀粉废水

J. Fettig，V。Pick，U。Austermann-Haun，M。Blumberg和NV Phuoc

摘 要

将溶解空气浮选，膨胀颗粒污泥床（EGSB）反应器中的厌氧降解以及垂直流人工湿地中的好氧后处理相结合 的中试工厂用于处理木薯淀粉废水已有超过2.25年的历史。结果表明，在稳定的操作条件下，有机物（化学需氧量gt; 98％），氮（凯氏定氮gt; 90％）和氰化物（总氰化物gt; 99％）可以非常有效地去除。磷的去除效率较低（总磷降低50％）。对于中小型木薯加工厂来说，包括几个可持续发展方面（例如现场生产的能量，较低的操作要求和最少的化学药品使用）在内的处理概念可能会引起人们的兴趣。

关键词厌氧处理，人工湿地，溶解气浮法，木薯废水

介绍

J. Fettig（通讯作者） V.挑选

应用科学大学Ostwestfalen-Lippe，校园Hoexter，D- 37671 Hoexter，

德国

电子邮件：joachim.fettig@hs-owl.de

奥斯特曼·豪恩

应用科学大学Ostwestfalen-Lippe，校园Detmold，D- 32756 Detmold，

德国

1. 布伦伯格

Blumberg顾问，Gaensemarkt 10，D-37120 Bovenden， 德国

1. 佛考

越南国立大学环境与资源研究所，胡志明市胡志明市第10区Hien Thanh Street 142

越南

越南-德国联合研究机构和公司小组正在研究减少越南南部西贡 同奈河流域水污染的概念。该项目的目标是开发技术和管理工具， 以可持续地改善亚热带和热带地区的地表水质量。在一个子项目 中，对木薯淀粉废水的处理已进行了中试规模的研究。

木薯淀粉的生产是东南亚一些国家的重要经济部门。在工业提取过程中，每吨淀粉产生约15 m3的废水，废水中富含有机化合物。还发现氰化物是一种有毒物质，因为木薯根中的氰基葡萄糖苷在生产过程中释放出来，经过酶水解后迅速降解为氰化物^[8].

亚洲其他国家/地区的一些大型木薯淀粉生产厂采用不同的反应器原理进行厌氧处理废水，例如，上流厌氧污泥床

（UASB）反应器，上流厌氧滤池或厌氧池，大多数情况下未经任何预处理即可运行（Annachhatre和Amatya; Bal amp;

可以在厌氧反应器系统中将氰化物去除（Gijzen等。 ; 西勒与温特）并在有氧条件下（Kaewkannetra等。).在实验室规模的调查中，已经评估了天然过滤器（包括沙子，砾石， 土壤，椰子纤维和竹编）的潜力（Hidayat等。).结果表明，湿地系统也可能适合处理木薯淀粉废水。最近，研究了生 产 过 程 中的节水节能技术（Chavalparit 和Ongwandee）

在越南，十多年前提出了一个概念，其中包括初次沉淀， UASB反应器中的厌氧处理以及包括连接的生长反应器和氧化池的 有氧后处理（希恩等。).但是，由于利率超过20％所引起的高投资成本以及废水法规的缓慢执行，迄今为止的处理方法 是让废水流经一系列厌氧池，然后排入河流。在2008年至2012年 期间，一些大型工厂建造了厌氧处理单元（通常为UASB反应器），

Dhagat; Rajesh Banu 等。Annachhatre; Colin等。).已经证明

doi: 10.2166/wst.2013.354

Rajbhandari 和

并与好氧池相结合，作为清洁发展机制（CDM）项目的一部分。

日本或欧洲合作伙伴根据联合国框架通过排放信用提供资金

气候变化公约（UNFCCC2011).作为一种低成本解决方案， 一些中型植物最近开始用合成帆布覆盖第一个厌氧池，以收集和 利用产生的沼气（Hoang2002)). 此外，一些小公司还建造了厌氧滤池和有氧后处理槽（Phuoc和Phuong2012).由于没有沼气收集，因此没有利用厌氧工艺的主要优点。

这项研究的主要目的是确定适合中小型公司的技术处理方法和基于自然的处理方法是否可以满足相当于50 mg / L生化需氧量（BOD5）的排放要求，总氮30 mg / L（总N），总磷6mg / L

符合越南标准TCVN 5945 B类的总氰化物0.1 mg / L（re）， 以及是否可以可靠地操作。

材料和方法

在小型公司中，淀粉是通过沉淀分离的，而在大型工厂中，离心筛分提取器更为常见。后一种分离过程为废水提供了较高比例的溶解有机物质和较低比例的颗粒物。在这项研究中，中试工厂位于一家应用离心的公司。表格1所调查废水的成分由Mai所调查（2006）

因此，废水在预处理单元中经历由厌氧微生物引起的酸化。尽管有一定量的营养，但有机物是主要成分。比较未过滤样品和过滤样品，发现总悬浮固体（ TSS） 约占化学需氧量

（COD）的25％。因此，在生物处理之前去除TSS被认为是该工艺方案的重要组成部分。

开发的处理概念包括物理预处理，有机物的厌氧降解和有氧后处理。该过程方案显示在图1.据我们所知，技术和基于自然的过程的特定组合是处理此类废水的一种新颖方法。该概念的详细描述在其他地方给出（Pick等。2011）

中试工厂设计用于连续处理高达12 m3/ d的废水。在流入工厂之前，水会流过三个缓冲罐，总水力停留时间为3.5小时。在此阶段，pH降至4.5。

表1 |木薯淀粉废水的组成

a微生物酸化3.5小时后。TSS：总悬浮固体；COD：化学需氧量；BOD5：5天生化需氧量。

由于微生物快速酸化。结果，胶态有机物在不添加任何化学物质的情况下絮凝，并且在浮选阶段的去除效率比新鲜废水要好得多。在运行的最初几个月中观察到这种效果后，在中和单元中不再调节pH值。

进行了溶气浮选（DAF）以去除大部分TSS。Aquatectorreg; 微浮reg;装置（德国Enviplan公司）在2.5-3.0 m / h的水力表面负荷下运行。由于在浮选之前给聚合物絮凝剂加料只能稍微改善TSS的去除，因此在常规操作期间不添加絮凝剂。

中央处理阶段是厌氧过程（扩展的颗粒污泥床（EGSB）反 应器，ANAFIT-AC型，德国Hagerthorn;Elsauml;sser公司），将有机物 转化为沼气。反应器的性能很大程度上取决于稳定的工艺条 件和较低的悬浮固体负荷。这是通过优化上游DAF流程实现的。EGSB反应器在35WC的温度和4-5 m / h的水力负荷下运行。它 用啤酒厂废水处理厂的污泥播种。调节pH至6.8加入氢氧化钠。无需加热，因为原废水温度已经达到要求的水平。

对于后处理，设计了垂直流人工湿地（VFCW）。该装置的液 压表面负荷约为30 L /（m2·d），平均有机表面负荷相当于72 g COD /（m2·d）。废水收集在一个小的水池中，该水池是采样点， 并通过液体倾卸器排放到木薯淀粉公司经营的泻湖中。

图1 |治疗方案方案。

使用Merck Spectroquant测试试剂盒现场测量了COD，铵

（NH4-N），硝酸盐（NO3-N），磷酸盐（PO4-P）和挥发性有机酸的参数.此外，环境和资源研究所根据美国标准方法对COD，BOD5，凯氏氮（KN），总磷和总氰化物进行了测定（pha).用波纹管式气体流量计记录沼气产量，并用Draeger X-am 7000仪器测量其甲烷含量。

结果和讨论

该工厂的技术组件于2009年12月投入运行，而湿地的建设于2010年秋季完成。

数据呈现在图2显示在2.25年的运行中进水和出水COD浓度。从4月中旬到6月/ 7月，该公司不生产淀粉，因为没有原材料。这会导致中试工厂的运行中断8至12周。进水浓度的波动是由 于淀粉生产过程中条件的变化。

可以得出结论图2在浮选和厌氧降解达到几乎恒定的COD去除之前，必须适应厌氧生物质。在第350天开始进行湿地操作后，处理系统提供的废水浓度较低且稳定。

平均COD浓度显示在图3在使用所有处理单元时的最后五个操作阶段。因此，通过浮选去除TSS有助于将COD去除20-25％。在厌氧反应器中

图2在2.25年的运行中进水和出水COD浓度。

图3 |最近五个操作阶段的平均COD浓度。

COD消除约为60％。在湿地中进行进一步的去除，该湿地主要在有氧条件下运行。基于62个样品，所有阶段的平均COD排放浓度为137plusmn;73 mg / L，对应于总COD去除效率超过98％。可以假设剩余的有机物主要是不可生物降解的，因为在所有测得的废水样品中，BOD5值均远低于越南标准的50 mg / L。

EGSB反应器的有机负荷显示在图4作为时间的函数。由于厌氧污泥的适应期，开始时它很低。15 kg COD /（msup3;·d）的设计载荷在图中以100％线表示。经过一年多的使用，该值明显超过了极限值，并且在短期压力测试中，该最大值达到了

44 kg COD /（msup3;·d）。偶尔观察到一些较低的值是由于流量并不总是

图4EGSB反应器的有机负荷。

由于淀粉生产过程中废水流量不均匀，所以流量保持恒定。已经测量了EGSB反应器中产生的沼气的数量和组成。平均

发现超过70％的甲烷。校正至正常条件（VN）后计算出的比甲烷产量为 0.31msup3;CH4 每千克COD （消除）。该值接近于VNfrac14;0.35msup3;/ kg COD（消除）的化学计量甲烷产量，表明该数据是结论性的（Austermann-Haun）

在工厂运营的第一阶段，仅将KN和氨确定为氮成分。发现通过浮选去除TSS有助于消除KN 10-40％。观察到厌氧反应器中KN的去除量很小，而在湿地中KN的去除量却很大。后者可归因于有机物的进一步降解以及硝化作用。

该结论得到了包括表2在最后两个操作阶段。因此，VFCW 废水中的有机氮（Org.-N）和NH4-N浓度都非常低。有趣的是，

表2 |不同氮成分的平均浓度

第七阶段 第八阶段

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