铁岭地区玉米淀粉工业废水资源化利用方式及环境效益分析

王 浩

(铁岭市环境保护科学研究院，辽宁铁岭 112000)

铁岭市位于辽宁省北部，松辽平原中段，是辽宁省粮食主产区之一，拥有四个全国商品粮基地县，主要粮食作物玉米年产量约为20亿kg，素有“辽北粮仓”的美誉。由于铁岭及周边地区玉米资源优势明显，该区域布局了多家玉米淀粉生产企业，仅铁岭全市的淀粉生产能力就达到200万t/a。这些淀粉生产企业在对地方经济做出贡献的同时，也向环境排放了大量的污染物，尤其是废水和异味对周围环境影响较大。淀粉工业废水属于高浓度有机废水，在生化降解的同时对沼气进行回收是治理废水的一个新方向，对于减少环境污染，降低废水治理成本，节约能源具有积极意义。淀粉工业废水资源化利用方式已在铁岭地区作为首选治理方案进行推广。

1 淀粉工业废水水质特性及处理工艺

1.1 淀粉工业废水产生环节

玉米淀粉生产工序可以概括为浸泡、破碎、精磨、分离四个阶段。在浸泡阶段:经筛选净化后的原料玉米输送至浸泡系统，一般采用亚硫酸溶液浸泡，浸泡后送蒸发工序浓缩成玉米浆。在破碎阶段:玉米浆经二道磨破碎、二次胚芽悬液分离，胚芽送洗涤系统，底流浆料送入精磨工序。在精磨阶段:经分离出胚芽后的稀浆料通过压力曲筛，筛下物为粗淀粉乳，筛上物进行精磨，精磨后分离出来的粗淀粉浆液与压力曲筛筛下的粗淀粉乳汇合后进入淀粉分离工序。在分离阶段:分离出的粗淀粉乳经除砂、过滤，进入主离心机进行离心分离，底流淀粉乳经洗涤浓缩后制成精淀粉乳产品。

淀粉工业废水产生环节主要为:浸泡阶段玉米浆蒸发浓缩过程产生冷凝废水、粗磨阶段胚芽分离后胚芽干燥过程产生废水、精磨阶段纤维分离后纤维脱水干燥产生废水、淀粉分离阶段淀粉洗涤浓缩产生废水以及蛋白脱水干燥产生废水。

1.2 淀粉工业废水水质特性

对铁岭地区4家淀粉企业生产废水污染物产生浓度进行取样监测，监测结果见表1。

淀粉工业废水属高浓度有机废水，主要含有淀粉、糖类、蛋白质、纤维素、脂肪、酶类及维生素等有机物质，根据监测结果可知，淀粉工业废水COD浓度在 8700～11600mg/L，BOD浓度在 5300～7200mg/L，SS浓度在700～1000mg/L，NH3－N浓度在200～300mg/L，SO2－4浓度在300～600mg/L。可生化性较好，宜采用厌氧+好氧生化处理工艺。

1.3 淀粉工业废水处理工艺

铁岭地区淀粉工业废水多采用厌氧+好氧生化处理方式，行业普遍治理工艺流程见图1。

该废水处理方式对淀粉工业废水的处理效果较好，处理后排水能够满足污水厂入水要求。但是，在废水处理环节，由于产生沼气、恶臭、污泥等污染物，造成了环境的二次污染，主要为格栅间、污泥浓缩池产生恶臭、栅渣、污泥，厌氧处理设施产生沼气、恶臭等，对周围环境影响较大。

表1 铁岭地区淀粉企业工业废水污染物产生浓度监测结果表 (mg/L)

图1 淀粉工业废水治理工艺图

2 淀粉工业废水资源化利用方式

2.1 沼气收集工艺

据统计，每吨淀粉工业废水厌氧发酵后能够产生1.5～2.5m3沼气，将这些沼气收集利用，变废为宝，极大地减少了污水处理设施对环境的二次污染。经实测，厌氧生化系统产生的沼气成分为:CH4约占70%，CO2约占30%，H2S约占0.05%。产生的沼气首先进行脱硫脱水，避免腐蚀管道，然后由增压机进行增压，在混空系统混入空气，按原料气∶空气=2∶1进行混合，混合后沼气品质为CH4≥41%，CO2≤20%，热值15～20MJ/m3。混空系统空气来自格栅间、污泥浓缩间集中引风，以减少恶臭排放。混空后沼气经缓冲罐和加臭后输送至燃气管道加以利用。沼气收集工艺流程见图2。

图2 沼气收集工艺流程图

2.2 工程投资及设备

企业进行沼气资源化利用的投资主要包括设备购置费、安装工程费和土建工程费，设备占地面积小，一般选择在厂区空地进行安装，无需征地费用。购置设备包括原料气脱硫塔、原料气储气柜、原料气加压机、冷干机及混空系统。以10000m3/d原料气规模为例，设备购置费约200万元左右，安装工程费约100万元左右，土建工程费约200万元左右，全部投资可以控制在600万元以内。

3 淀粉工业废水资源化利用环境效益分析

3.1 减少温室气体排放、节约能源

由于人类活动而排放的温室气体是引发全球气候变暖的主要原因，沼气的主要成分是CH4，其产生温室效应的作用是CO2的20倍以上，对臭氧层的破坏能力是CO2的7倍。将淀粉工业废水厌氧发酵产生的沼气收集利用，以铁岭地区200万t/a淀粉生产能力进行计算，每年可减少排放沼气1600万m3，相当于节约燃煤1万t。近年来，随着我国经济的高速发展，我国能源短缺及结构性矛盾日益突出，而煤作为不可再生的能源在我国能源结构中有着举足轻重的作用，相比于沼气，煤炭在长途运输及应用方面要有较大优势。因此，对放空沼气进行收集作为燃料能源，将沼气无功排放变为有效利用，在节约能源方面，在调节能源消费结构方面，在减缓区域煤炭需求方面，均具有积极意义。

3.2 减少城市燃煤烟气排放

沼气作为清洁燃料替代燃煤，可以大幅减少燃煤烟气的排放量。以铁岭地区工业与市政民用耗能比为7∶3计算，燃煤采用铁煤集团热值较高的洗块煤种，分析沼气和燃煤各自燃烧后所排放的污染物的量，计算结果见表2。

表2 燃烧沼气与燃煤污染物比较表

由表2可以看出，相同热值状态下，沼气燃烧排放的CO量为燃煤排放CO量的0.13%，NOx为燃煤的69.6%，SO2为燃煤的10.8%，烟尘为燃煤的2.4%。燃烧沼气排放的各种污染物的量均远低于燃煤污染物的量。以铁岭地区200万t/a淀粉生产能力计算，通过淀粉工业废水资源化利用的实施，可以收集到1600万m3沼气，可代替1.0万t燃煤，减少CO排放量77.5 t/a，减少NOx排放量22.6t/a，减少烟尘排放量197.2t/a，减少SO2排放量85.6t/a，具有较好的环境效益。

3.3 减少恶臭影响

淀粉企业排放的工业废水在生化治理的同时，产生沼气、恶臭等二次污染物，对周围大气环境有一定影响，尤其是恶臭对人们情绪层面的影响较大，具体表现在精神烦躁不安、思想不集中等方面。一般淀粉企业设定恶臭大气环境影响防护距离为300～500m，而实际情况是，该距离内往往有居民居住，在短时间内又得不到搬迁，而500m外的居民仍能感觉到恶臭影响，极易引起居民上访投诉。通过对恶臭主要产生部位格栅间、污泥浓缩间进行封闭，集中引风至沼气混空系统中作为气源，可极大降低污水处理设施的恶臭影响，减轻二次环境污染。

4 结论

淀粉工业废水资源化利用方式在增加企业经济效益的同时，对解决废水处理过程中对环境造成二次污染具有积极作用，是节能减排政策在淀粉行业的落实和体现，是高浓度有机废水实现减排增效的新思路和新方向。其环境效益主要表现在减少温室气体排放、减少城市燃煤烟气污染、节约燃煤、减少恶臭影响等方面。淀粉工业废水资源化利用方式在铁岭地区的成功推广对于促进铁岭地区节能减排、优化能源消费结构具有重要意义，有利于提升城市环境品位，有利于城市环境的可持续发展。

［1］方品贤，江欣，奚元福.环境统计手册［M］.成都:四川科学技术出版社，1985:45－88.

［2］本项目组.铁岭十方沼气收集精制生物质能源项目可行性研究报告［R］.长春:中国市政工程东北设计研究院，2008.

［3］王艳，吕维华，姜红波，等.淀粉废水处理技术研究进展［J］.应用化工，2010，39(10):1568－1573.

［4］李艳春.UASB/接触氧化工艺处理玉米淀粉废水研究 ［J］.气象与环境学报，2009，25(1):68－71.