本文通過馬鈴薯淀粉廢水的水質特點分析，結合國內外現有成熟生化處理工藝，針對生物強化技術在生化處理階段的應用，進行了分析和研究。

　　《工業用水與廢水》是經國家科學技術部批準，全國化工給水排水設計技術中心站主辦，1970年創刊并國內外公開發行的專業性期刊。是中國土木工程學會水工業分會工業給水排水委員會會刊。讀者對象為化工、石油、石化、電力、機械、冶金、輕工、紡織、市政工程等行業的給排水和環保專業的科研及工程技術人員以及大專院校的師生和相關管理人員。

　　在馬鈴薯淀粉加工過程中，會產生大量的淀粉廢水。根據有關調查和統計，按萬噸干淀粉生產規模計算，馬鈴薯淀粉廢水排放量平均為7萬噸，其中蛋白廢水4萬噸，淀粉洗滌廢水3萬噸。淀粉廢水中含有大量的懸浮物(雜質)、蛋白質和糖類，污染物濃度變化較大，COD濃度一般在7000-40000mg/l，峰值可達到75000mg/l，SS濃度則高達4000-15000mg/l。

　　一、國內外同類廢水處理研究現狀分析

　　通常，對于淀粉廢水這種高濃度有機酸性廢水，目前，國內外常見的成熟技術，基本上是采用預處理加生化處理的方法。據調研，包括美國、歐盟、日本等發達國家，淀粉加工廢水80%以上是采用以生化法為主體的處理工藝。

　　生化處理法在國內外污染治理行業中，是降解淀粉廢水的不可或缺的一種治理工藝，主要分為好氧生化法和厭氧生化法。好氧生化法包括活性污泥法、生物膜法、生物接觸氧化法等，厭氧生物法多采用UASB、ABR等厭氧反應器。在我國大中型淀粉加工企業中，大多已建有不同規模的生化處理裝置，且多為厭氧+好氧的復合生化處理工藝。

　　(1)厭氧生化法

　　厭氧生化法可有效地提高生化池負荷，減小池容，大幅度降低動力消耗，在同樣處理能力的情況下，厭氧生化的運轉費用只有好氧生化法的一半，同時可回收沼氣，因此具有較大的經濟效益。但由于其處理不徹底，因此基本不能單獨使用。厭氧處理同時還可有效地去除廢水中的氨氮。這是一種較好的生物脫氮(有時也采用生物膜系統)、脫磷系統。

　　(2) 好氧生化法

　　在水污染控制領域，好氧生物處理廣泛應用于去除廢水中的有機物質。好氧生物處理是在有游離氧(分子氧)存在的條件下，好氧微生物降解有機物，使其穩定、無害化的處理方法。微生物利用廢水中存在的有機污染物(以溶解狀與膠體狀的為主)，作為營養源進行好氧代謝。

　　有機物被微生物攝取后，通過代謝活動，約有三分之一被分解、穩定，并提供其生理活動所需的能量;約有三分之二被轉化，合成為新的原生質(細胞質)，即進行微生物自身生長繁殖。后者就是廢水生物處理中的活性污泥或生物膜的增長部分，通常稱其剩余活性污泥或生物膜，又稱生物污泥。在廢水生物處理過程中，生物污泥經固—液分離后，需進行進一步處理和處置。

　　好氧生物處理的反應速度較快，所需的反應時間較短，故處理構筑物容積較小。且處理過程中散發的臭氣較少。所以，目前對中、低濃度的有機廢水基本上采用好氧生物處理法。

　　近年來，隨著對好氧生物反應器的曝氣器、填料、菌種培養、曝氣池深度等方面的技術改進，涌現出了生物強化反應器、多段接觸氧化、改進型SBR反應器等新型技術，使好氧生物處理工藝在廢水處理，特別是諸如淀粉廢水等高濃度廢水處理工程中得到了廣泛發展。

　　二、生化法處理應用中遇到的常見問題

　　(2) 厭氧生化處理

　　通過廢水的預處理，可實現水中高分子有機物的有效去除，但生化階段負荷仍然很高。實際應用中，一般都考慮厭氧生化處理，對廢水中大分子有機物進行進一步的去除，以降低后續好氧生化的主體工藝負荷。

　　實際運行結果表明，在采用預處理后，進入生化階段，廢水中所含有機物質的分子量和分子鍵已明顯降低，在適宜的反應條件下，厭氧生化確實可以達到較好的處理效果，一般，有機物的綜合去除效率可達到80%以上，可為后續處理提供了有利條件。

　　但是，在我國北方地區，由于馬鈴薯作物生長區域特殊的氣候條件，作物成熟后，進入淀粉加工周期時，大多已處于秋末初冬季節，氣候比較寒冷，地表溫度一般已降至0℃左右，個別地區和時段夜間最低溫度可達到-10~-20℃，為厭氧處理帶來了很大難度。

　　在厭氧狀態下，厭氧微生物活躍性較低，需要提高溫度以保證其活性。經實際運行監測，厭氧系統一般需要保證在10℃以上，才能保證厭氧微生物菌種活性，并取得較好的處理效果。

　　由于馬鈴薯淀粉廢水水量較大，厭氧系統停留時間較長，且廢水流速較低。一般來說，厭氧工序停留時間達到250小時以上，才能基本保證50%以上的有機物去除效果。停留時間650小時，COD去除率也僅有85%左右。這就為厭氧系統的加溫帶來了很大難度。實際運行過程中，研究還發現，為保證厭氧系統的正常運行，必須設置加溫裝置，而通過成本核算，厭氧系統加溫的費用，可以達到整個污水處理系統整體運行費用的60%以上，給廢水處理帶來了巨大壓力。

　　(2)好氧生化系統

　　好氧生化系統，一般采用生物接觸氧化池等成熟生化工藝，以保證穩定的處理效果，控制處理單元建設成本和運行成本。

　　以生物接觸氧化池為例，實際運行過程中，研究發現，由于厭氧處理環節的效果并不明顯，且相當不穩定。在生物接觸氧化池等好氧生化系統中，大量有機污染物的存在，容易造成生物填料的阻塞，影響好氧生物菌種與廢水中有機物充分結合，進而延長處理時間，影響處理效果。

　　而且，在實際應用過程中，研究還發現，好氧生物菌種的培養和保持，也是影響系統運行的一個特殊因素。

　　由于馬鈴薯淀粉為短季節生產，全年污水處理系統有8個月以上處于閑置狀態，依靠系統本身培養和養護好氧生物菌種，在好氧階段，是十分困難的。而一旦開始生產，又需要系統馬上投入運行并發揮穩定作用，從實際應用來看，單靠系統內菌種的自身生長和循環，效果非常之差。

　　三、生物強化處理技術的研究

　　1.摒棄厭氧環節，突出生物強化技術

　　由于好氧階段運行周期相對較短，且自身降解環節可產生一定熱量，通過中試試驗，研究發現，即使在當地較寒冷的運行時段內，好氧工藝穩定運行時，仍可保證較高的溫度(一般可達到7-15℃)，通常情況下，廢水無需特殊加溫。

　　基于以上原因，研究大膽決定，摒棄厭氧工序，直接利用好氧系統對廢水進行處理，并在該環節采用生物強化菌種技術，加強處理效果。

　　生物強化處理工藝就是向廢水處理系統中投加從自然界中篩選的優勢菌種或通過基因組合技術產生的高效菌種，提高廢水的處理效率，以去除某一種或某一類有害物質的方法。它是通過向自然菌群中投加具有特殊作用的微生物來增加生物量，以強化菌群對某一特定環境或特殊污染物的反應。應用此技術的基本前提是本土降解菌已在其生存環境中表現出一定的代謝能力，引入外源強化菌后菌群的數量、種類及對目標污染物的降解能力均有所增強，從而有效發揮生物強化的作用。投加的菌種需要滿足3個基本條件：菌體活性高;在廢水處理系統中能競爭生存，并可維持相當數量;可快速降解目標污染物。

　　本研究中的生物強化菌種來源于同類廢水處理系統。經過前期篩選，培養出特定的適于處理含糖、蛋白的高濃度高分子有機廢水的微生物優勢菌種，對生物處理系統進行強化處理，使其盡快適應這種特殊水質，提高廢水的處理效率。

　　2.生物強化處理工藝優點

　　(a)生物強化處理工藝比一般的廢水生物治理方法對BOD5 、COD或目標污染物的去除效果更佳。

　　(b)生物強化處理工藝不僅能有效消除污泥膨脹，改善污泥沉降性能，而且能顯著減少污泥總量。

　　(c)生物強化處理工藝具有較強的抗沖擊負荷能力。

　　(d)在生物強化處理工藝中投加一定量的優勢菌種，增大系統中有效菌種的比例，可明顯縮短廢水處理系統的啟動時間。

　　通過實際應用，研究發現，即使在既有的普通處理系統中，采用生物強化菌種技術，也可以大大縮短系統反應時間，提高處理效率。

　　實際研究中，通過單獨的生物強化反應器，可明顯提高好氧生化系統的抗沖擊能力，經中試試驗，在COD濃度達到20000mg/l的有機負荷下，好氧系統仍能保持較高的處理效果，并穩定運行。

　　三、生物強化技術的應用

　　根據上述工藝方案的特點，對各處理工藝步驟進行設計和研究，結合北方地區馬鈴薯淀粉生產企業生產周期、作物產地氣候特點及生產工藝特點，確定構成處理工藝各單元的運行控制條件。

　　生化處理工藝單元及運行控制條件，已結合本地區現有企業內污水處理系統進行實際試運行試驗。通過實際調研和分析，北方地區馬鈴薯淀粉生產周期較短——平均為100-120天。由于淀粉生產線生產周期較短，而厭氧生化處理工藝啟動時間較長，在生產的很長一個周期內，無法起到明顯作用。同時，由于厭氧反應系統對溫度要求相對較高，而馬鈴薯淀粉生產周期，在北方地區，多已處于較寒冷的秋末或冬初，地表最低氣溫一般均達到了零下20度左右，不利于厭氧反應系統的運行(正常運行必須考慮加溫)。故此，在生化處理階段，經過反復論證，實際應用中，結合生物強化處理單元，生化系統可實現放棄厭氧工序，直接進行好氧生化處理。通過生物強化系統的引進，保證處理效果。

　　好氧生化處理階段試驗反應溫度為10℃，通過投加復合菌種后經選育技術培養的高效工程菌種，可取得了良好的去除效果，經實際運行監測，COD平均去除率達90-93%，BOD平均去除率達到85-90%，取得了良好的處理效果。

　　參考文獻：

　　1.李善平，《淀粉生產廢水處理的運行與管理》，中國環境科學出版社，2000.1;

　　2.王凱軍，《實用水處理技術叢書--發酵工業廢水處理》，化學工業出版社，2003.10;

　　3.唐受印，《食品工業廢水處理》，化學工業出版社，2001.5;