氨基酸生產(chǎn)廢水處理技術(shù)探討

梁志輝

0 引言

氨基酸是同生命活動有關(guān)的最基本的物質(zhì)，是構(gòu)成生物體蛋白質(zhì)的基本單位，與生物的生命活動有著密切的關(guān)系。它在生物體內(nèi)具有特殊的生理功能，是生物體內(nèi)不可缺少的營養(yǎng)成分之一。氨基酸在化工、醫(yī)藥和食品等方面有著極其廣泛的用途。氨基酸通過生物發(fā)酵、化學(xué)方法等被人工大量生產(chǎn)合成。在氨基酸生產(chǎn)過程中，經(jīng)常會排放大量的生產(chǎn)廢水，帶來許多嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，氨基酸生產(chǎn)行業(yè)廢水治理日益得到人們的重視。本文通過工程實(shí)踐總結(jié)，闡述了一種有效的氨基酸廢水治理方法。

1 污水組成及特點(diǎn)

氨基酸產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中一般會產(chǎn)生母液和洗水兩組廢水，兩種廢水組成成分基本相同。氨基酸母液廢水鹽分和COD值很高，鹽分主要為硫酸銨或氯化銨，氨氮濃度可以達(dá)到每升幾千至幾萬毫克以上，COD的形成主要為生產(chǎn)過程中氨基酸產(chǎn)品和副反應(yīng)等的殘余物，COD濃度也在每升幾千甚至到幾萬毫克。母液廢水水體相對較少。洗水主要為清洗氨基酸產(chǎn)品反應(yīng)容器過程形成，廢水中鹽分和污染物質(zhì)相對較低，氨氮和COD含量一般都在每升幾百到幾千毫克濃度。洗水水體相對較大，約為母液水量的3～5倍。

2 污水處理工藝方法

根據(jù)氨基酸廢水組成特點(diǎn)，該廢水組成共分濃水和洗液兩部分，廢水中主要污染物為氨氮和COD。本著節(jié)能減排資源化再生利用的原則，根據(jù)母液和洗水兩種廢水的組成特點(diǎn)，通過工程的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，可采取分別收集處理然后再綜合治理的措施。氨基酸母液水量相對較小，廢水中銨鹽（一般為硫酸銨或氯化銨）是氨基酸生產(chǎn)工藝過程合成的副產(chǎn)物，無重金屬或其他有毒有害物質(zhì)。母液中銨鹽濃度一般可以達(dá)到百分之十幾，銨鹽濃度較高，具有一定的回收利用價值，回收的硫酸銨或氯化銨一般可以作為化工原料或銨肥再利用。氨基酸母液的處理需要采取合理的回收處理工藝。氨基酸洗水廢水中氨氮和COD相對較低，水量是母液的幾倍，水量相對較大，廢水中銨鹽濃度較低，而且廢水中的氨氮和COD受生產(chǎn)過程和操作系統(tǒng)等原因影響，水質(zhì)水量變化較大，廢水采用直接回收利用工藝，一般回收成本較高，設(shè)備投資巨大，廢水中的有價值成分不利于回收再利用，一般采取物化或生物法等水處理工藝去除。

通過對氨基酸生產(chǎn)廢水組分分析，廢水中的氨氮和COD為主要治理對象。該廢水中的氨氮為廢水處理的重點(diǎn)難點(diǎn)。

氨氮廢水可供選擇的處理方法通常有物理法、化學(xué)法、物理化學(xué)法及生化法等。物理法有反滲透、土壤灌溉等；化學(xué)法有離子交換、折點(diǎn)加氯、含氨副產(chǎn)品生產(chǎn)、焚燒、催化裂解、電化學(xué)處理等；物理化學(xué)法有蒸餾法（即蒸汽汽提）、吹脫法等；生物法有藻類養(yǎng)殖、生物硝化等。雖然許多方法都能有效地去除氨氮，但目前只有幾種方法能在工程上真正用于含氨氮廢水的處理。處理技術(shù)的選擇主要取決于廢水的成分組成、要求達(dá)到的處理效果及經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)國內(nèi)外工程實(shí)例及資料介紹，目前處理氨氮廢水的實(shí)用方法主要有生物處理法、蒸餾法、折點(diǎn)加氯法、離子交換法及吹脫法、膜濃縮法等。

2.1 膜法濃縮工藝

自從膜分離技術(shù)問世以來，人們很快就發(fā)現(xiàn)它在環(huán)境工程中的作用。在目前能源緊張、水資源缺乏和環(huán)境污染日益嚴(yán)重的年代，膜分離技術(shù)得到世界各國的重視，并已發(fā)展成為重要的產(chǎn)業(yè)，被認(rèn)為是20世紀(jì)末到21世紀(jì)中期最具發(fā)展前途的高技術(shù)之一。因膜分離技術(shù)分離的對象是流體，因此主要適用于廢水、廢液、廢氣的處理，即利用膜能截留廢水、廢氣中某些污染物而讓水或空氣透過，從而達(dá)到將污染物從水中脫除的目的。又例如在節(jié)流方面，膜法是凈水技術(shù)的前沿，膜法處理工業(yè)廢水具有低能耗、可實(shí)行閉路循環(huán)、無二次污染等特點(diǎn)。由于膜分離技術(shù)在水處理方面有著獨(dú)特的優(yōu)勢，經(jīng)過近30年的開發(fā)，目前已廣泛用于工業(yè)廢水和生活污水的處理和凈化，成為世界各國競相研究、開發(fā)和應(yīng)用的熱點(diǎn)。

膜技術(shù)處理污水具有諸多優(yōu)點(diǎn)，但由于膜材料生產(chǎn)技術(shù)的局限性和技術(shù)流程，膜在壓力下不可避免地會被栓塞，容易被污染，會斷絲，必須定期反洗、清潔、檢查，后期運(yùn)營成本很高。因此膜應(yīng)用范圍還只是在生產(chǎn)純水系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。膜技術(shù)在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用，目前還處于應(yīng)用探索嘗試階段，受水質(zhì)影響很大，膜容易被污染堵塞、反沖洗維護(hù)頻率高、濃縮程度有限，濃縮液處理也相對麻煩。而且工業(yè)污水受生產(chǎn)工藝和操作水平影響，水質(zhì)也有較大區(qū)別，因此膜技術(shù)在工業(yè)污水的應(yīng)用，首先需要對水質(zhì)進(jìn)行分析，然后通過小試或中試確認(rèn)可使用后才可以應(yīng)用，或者結(jié)合其他處理工藝共同使用。

2.2 生化處理工藝

該工藝?yán)蒙锞鷮⒂袡C(jī)氮轉(zhuǎn)化為氨氮，再通過硝化與反硝化將硝態(tài)氮還原成氣態(tài)氮從水中逸出，從而達(dá)到脫氮的目的。但由于生物菌所能承受氨氮的濃度較低，一般不能超過200 mg／L，當(dāng)氨氮高于200～300 mg／L時，會抑制細(xì)菌生長繁殖。因此該工藝適用于氨氮含量低于200 mg／L左右具備可生化性處理的低濃度氨氮廢水。

2.3 傳統(tǒng)填料式的吹脫工藝

該工藝是利用廢水中所含的氨氮等揮發(fā)性物質(zhì)的實(shí)際濃度與平衡濃度之間存在的差異，在堿性條件下用空氣吹脫，使廢水中的氨氮等揮發(fā)性物質(zhì)不斷地由液相轉(zhuǎn)移到氣相中，從而達(dá)到從廢水中去除氨氮的目的。但由于氨氮在水中存在溶解平衡關(guān)系，當(dāng)氣液兩相的氨處于平衡狀態(tài)時，水中的氨氮將不能被吹脫逸出，因此該工藝不適用于高濃度氨氮廢水。且傳統(tǒng)填料式吹脫工藝還存在吹脫效率低、時間長、對溫度要求高、填料易結(jié)垢等缺點(diǎn)。

2.4 蒸氨汽提法

蒸氨氣提法也是利用氨氮的氣相濃度和液相濃度之間的氣液平衡關(guān)系對氨氮進(jìn)行分離，該工藝先將廢水加堿將p H調(diào)高，然后將蒸氣通入廢水中，當(dāng)蒸氣壓超過外界壓力時，廢水沸騰從而加速了氨氮等揮發(fā)性物質(zhì)的逸出過程。與傳統(tǒng)填料式吹脫相同的是，當(dāng)氣液兩相中氨達(dá)到平衡時，蒸氨氣提法也不能繼續(xù)使水中氨氮持續(xù)逸出，因此單次氣提也不能將氨氮完全脫除，若采用連續(xù)多次氣提進(jìn)行脫氮則會大大增加投資成本和運(yùn)行成本。

以上2種方法處理結(jié)果一般只能將氨氮處理至100～200 mg／L左右。另外對于廢水中含有濃度較高的銨鹽廢水（一般氨氮濃度在20 000 mg／L以上相對經(jīng)濟(jì)），可以采用多效蒸發(fā)系統(tǒng)蒸餾直接回收銨鹽法，回收的銨鹽可以作為副產(chǎn)品，但是蒸餾液仍會有少量氨氮物質(zhì)殘留，需要進(jìn)一步進(jìn)行處理。

2.5 離子交換法

沸石是含水的鈣、鈉以及鋇、鉀的鋁硅酸鹽礦物，因其含有一價和二價陽離子，具有離子交換性，因此沸石具有離子交換的能力，可將廢水中的NH＋4交換出來。該工藝的缺點(diǎn)是只適用于氨氮含量在50 mg／L以下的廢水，且交換劑用量大需再生，再生頻繁，并且再生液需要再次脫氨氮。采用該工藝還要求對廢水作預(yù)處理以除去懸浮物，因此該法的成本較高，同等濃度下，處理費(fèi)用為其他工藝的1.5～2倍。

2.6 折點(diǎn)加氯工藝

折點(diǎn)加氯工藝是利用氯氣通入水中所發(fā)生的水解反應(yīng)生成次氯酸和次氯酸鹽，通過次氯酸與水中氨氮發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，將氨氮氧化成氮?dú)舛コ?。該方法的缺點(diǎn)是加氯量大、費(fèi)用高、操作安全性差，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重，容易發(fā)生危險，工藝過程中每氧化1 mg／L的氨氮要消耗14.3 mg／L的堿度，從而增加了總?cè)芙夤腆w的含量，比較適合低濃度氨氮廢水的處理。

3 污水處理工藝的確定

母液和洗水中的主要污染物為氨氮和COD，母液中銨濃度和COD很高，應(yīng)對其進(jìn)行脫鹽預(yù)處理，回收硫酸銨；脫鹽后的濃水帶有少量的氨氮和COD（約每升幾百毫克濃度），可以并入洗水處理工藝系統(tǒng)混合處理。洗水中的主要污染物為COD和氨氮，廢水中COD可以采用生化法去除，廢水中的氨氮高達(dá)每升幾千毫克，會對生化處理生物菌產(chǎn)生抑制作用，需要對廢水中氨氮進(jìn)行脫氮預(yù)處理。根據(jù)洗水水質(zhì)情況，采用吹脫氨氮技術(shù)，降低廢水中的氨氮，使廢水具備可生化處理工藝標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)氨基酸廢水水質(zhì)和生產(chǎn)工藝情況，對生產(chǎn)中的濃水和洗水?dāng)M采用分別收集預(yù)處理＋厭氧＋二級A／O生化工藝。

4 污水處理工藝流程

污水處理工藝流程圖如圖1所示。

圖1 污水處理工藝流程圖

（1）生產(chǎn)工藝產(chǎn)生濃水進(jìn)入濃水收集池收集，通過提升泵提升至三效蒸發(fā)系統(tǒng)進(jìn)行蒸發(fā)脫鹽回收硫酸銨，蒸發(fā)液進(jìn)入綜合收集池。（2）生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的洗水進(jìn)入綜合收集池，同濃水蒸發(fā)液混合、均質(zhì)，由提升泵提升至混凝反應(yīng)槽加入氫氧化鈣和PA M，調(diào)節(jié)p H值，自流進(jìn)入沉淀池固液分離。（3）沉淀池上清液自流進(jìn)入過渡池，底部污泥進(jìn)入污泥脫水系統(tǒng)進(jìn)脫水干化處理。（4）過渡池內(nèi)污水由提升泵提升至氨氮吹脫系統(tǒng)進(jìn)行脫氮處理后調(diào)節(jié)p H值，自流進(jìn)入水解酸化池。（5）水解酸化池內(nèi)污水由提升泵提升至UASB系統(tǒng)，去除部分COD，UASB出水自流進(jìn)入中間池。（6）中間池內(nèi)污水由提升泵送入二級A／O系統(tǒng)進(jìn)行生化處理，進(jìn)一步去除廢水中COD和氨氮，使廢水中的污染物達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。（7）生化系統(tǒng)出水進(jìn)入出水觀察池，池內(nèi)廢水進(jìn)入其他污水處理系統(tǒng)。

5 結(jié)語

氨基酸廢水因?yàn)樯a(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)管理水平、生產(chǎn)線工人操作水平等因素的影響，會出現(xiàn)廢水水量、水質(zhì)的波動變化，給污水處理工藝選擇帶來困難，增加污水處理設(shè)備系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，提高了污水處理運(yùn)行成本，導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本上升。想要處理好氨基酸廢水，需要企業(yè)不斷地提高自身的管理水平，減少廢水排放量和降低廢水中污染物含量。

［1］張巖.雙口垃圾填埋場垃圾滲瀝液處理設(shè)施改造優(yōu)化［D］.南開大學(xué)，2009

［2］傅紅.氣升式三相環(huán)流生物反應(yīng)器處理催化劑生產(chǎn)廢水的研究［D］.天津大學(xué)，2008