氨基酸發(fā)酵廢水資源化利用工程案例研究

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(1.呼倫貝爾東北阜豐生物科技有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 162650；2.山東阜豐發(fā)酵有限公司， 山東 臨沂 276600；3.山東莒南縣食品藥品監(jiān)管局，山東 臨沂 276600)

氨基酸發(fā)酵廢水資源化利用工程案例研究

徐太海1，趙蘭坤1，賈召鵬2，范婷婷2，卞凱3

(1.呼倫貝爾東北阜豐生物科技有限公司，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 162650；2.山東阜豐發(fā)酵有限公司， 山東 臨沂 276600；3.山東莒南縣食品藥品監(jiān)管局，山東 臨沂 276600)

在比較了氨基酸發(fā)酵廢液處理及綜合利用方法的基礎(chǔ)上，總結(jié)出當(dāng)前普遍采用的處理氨基酸發(fā)酵廢液工藝，即發(fā)酵廢液→提取菌體蛋白→多效濃縮→噴漿造粒→有機無機復(fù)合肥.針對此工藝中存在的噴漿造粒過程中煙氣二次污染的問題，阜豐集團做了大量研究，提出了處理煙氣的解決工藝路徑.造粒煙氣經(jīng)處理后，粉塵的產(chǎn)生濃度由180 mg/m3降低至100 mg/m3，臭氣排放濃度從20(無量綱)降低到15(無量綱)，達到較好的污染物處理效果.

氨基酸；廢液；菌體蛋白；復(fù)合肥

循環(huán)經(jīng)濟模式管理是企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵問題[1]，它不僅直接關(guān)系到企業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟發(fā)展等社會問題，而且也關(guān)系到人們?nèi)找骊P(guān)注的環(huán)境問題.循環(huán)經(jīng)濟是以資源的高效利用和循環(huán)利用為核心，以“減量化、再利用、再循環(huán)”為原則，以低消耗、低排放和高效率為基本特征，是一種最大限度地利用資源和保護環(huán)境的經(jīng)濟發(fā)展模式，符合可持續(xù)發(fā)展理念的經(jīng)濟增長模式.企業(yè)可通過建立循環(huán)經(jīng)濟體系，合理有效地解決各種生產(chǎn)資源的優(yōu)化配置和副產(chǎn)物資源的再利用，提高產(chǎn)品附加值，適應(yīng)資源節(jié)約、提高企業(yè)競爭力的要求，使經(jīng)濟效益和生態(tài)環(huán)境兩方面實現(xiàn)雙贏，從而實現(xiàn)經(jīng)濟效益、環(huán)境效益、社會效益的協(xié)調(diào)統(tǒng)一.生物發(fā)酵制品生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生大量的高濃度發(fā)酵廢液，該廢液是指發(fā)酵液經(jīng)離心沉降、膜過濾等方式提取氨基酸后排放的廢液，此廢液中富含氨基酸、菌體和蛋白質(zhì)等固體物質(zhì)懸浮物，多種無機鹽，有機酸，生物素及還原糖等，無論是直接排放，還是簡單處理后外排，氨基酸發(fā)酵廢液均會對環(huán)境造成很大影響.

1 氨基酸發(fā)酵廢液處理的研究進展

2 復(fù)合肥生產(chǎn)工藝流程案例——以東北阜豐公司為例

利用氨基酸及其衍生制品的發(fā)酵廢液(含水量高)，其pH為3～4.從原氨基酸廠區(qū)經(jīng)管道輸送的發(fā)酵廢液經(jīng)過四效蒸發(fā)預(yù)濃縮后添加硫酸、液氨和磷鉀添加劑，經(jīng)攪拌、混勻和中和，最終制成的料液經(jīng)過噴漿造粒制備有機無機復(fù)合肥.

2.1 發(fā)酵廢液預(yù)濃縮

由于濃縮液的特殊性，達到預(yù)期的濃縮效果，必須采用多級濃縮，選用四效蒸發(fā)器來完成多級濃縮過程.

2.2 中和攪拌

由于添加硫酸、液氨及鉀磷等營養(yǎng)元素后，濃縮液具有一定的黏度，很難混進原輔料中，如采用高壓設(shè)備，不但浪費動力，而且高倍濃縮液中的殘留硫酸銨對設(shè)備的磨損嚴重.經(jīng)過對上海、江蘇和浙江等多家攪拌設(shè)備廠家的考察，最終自行開發(fā)了高效攪拌罐，該攪拌機對物料的混合效果非常理想，節(jié)約動力的同時，使混料滿足了干法造粒的物性要求.

2.3 中和液的運送

經(jīng)試驗，高倍濃縮液溫度保持在80 ℃左右時其流動性相對較好，所以在高倍濃縮液儲罐中配置盤管加熱設(shè)備，維持母液溫度，從而實現(xiàn)高倍濃縮液的工業(yè)化輸送.

2.4 噴漿造粒

肥料造粒工藝采用噴漿造粒技術(shù)，目前噴霧干燥法是將濃縮的漿液通過噴嘴或離心轉(zhuǎn)盤噴出形成微小液滴，在高溫?zé)犸L(fēng)的作用下，水分迅速蒸發(fā)形成干燥顆粒，同時考慮連續(xù)生產(chǎn)等問題[10].然而，高溫?zé)犸L(fēng)進入造粒機進料箱后，與料液混合的方式會直接影響產(chǎn)品的質(zhì)量.如果高溫?zé)犸L(fēng)局部或全部直接沖擊料液液滴，會使料液發(fā)生碳化，造成產(chǎn)品質(zhì)量下降.

原有噴霧干燥滾筒造粒機的不足主要包括：高溫?zé)犸L(fēng)進入造粒機進料箱與料液混合的均勻度較差，產(chǎn)品容易發(fā)生碳化(發(fā)黑)現(xiàn)象，處于絕干的狀態(tài)，存在產(chǎn)品溶解度差、能耗較高等缺點.針對以上問題，對噴漿造粒機的高溫?zé)犸L(fēng)分布板結(jié)構(gòu)進行了改造，大大提高了高溫?zé)犸L(fēng)與料液混合的均勻度，經(jīng)過中試試驗，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量較高.該項改造的優(yōu)點在于：

1) 高溫?zé)犸L(fēng)進入進料箱與料液混合均勻.高溫?zé)犸L(fēng)進入進料箱后，遇到分布板的阻擋，小部分高溫?zé)犸L(fēng)沿分布板切線垂直方向從側(cè)面進入料液區(qū)域；大部分高溫?zé)犸L(fēng)沿切線方向向后運動，與另一側(cè)的熱風(fēng)相遇，產(chǎn)生渦流進入料液區(qū)域；同時在熱風(fēng)沿切線方向向后運動到開孔區(qū)時，部分熱風(fēng)通過開孔進入料液區(qū)域，使得高溫?zé)犸L(fēng)與料液充分混合.

2) 無碳化現(xiàn)象.由于高溫?zé)犸L(fēng)與料液混合均勻，比較容易控制高溫?zé)犸L(fēng)與噴漿量的關(guān)系，產(chǎn)品不會碳化，從而保持一定的含水量(成品的水分≤6%).

3) 產(chǎn)品溶解性好.造粒機機尾出料大粒約占15%，小粒約占85%，成品顆粒為無粉末小粒，約占65%，保證顆粒均勻，粒度在2～4 mm，顏色一致為棕褐色或黑褐色，水分應(yīng)≤6%，產(chǎn)品無碳化現(xiàn)象，水溶性較好.

4) 能耗降低.加裝上述熱風(fēng)分布板后，熱風(fēng)與料液混合均勻，進料箱內(nèi)熱能利用充分，機尾溫度下降幅度較大，克服了由于高溫?zé)犸L(fēng)混合不均勻造成的機尾溫度過高，熱能浪費的缺點.

3 噴漿造粒尾氣處理改進工藝——以東北阜豐公司為例

3.1 原有工藝路線

呂輝等[11]對噴漿造粒尾氣處理進行了實驗研究，為尾氣處理提供了一定的理論依據(jù).呼倫貝爾東北阜豐生物科技有限公司復(fù)混肥生產(chǎn)車間采用噴漿造粒技術(shù)，原有噴霧造粒法是將濃縮的漿液通過高壓噴槍噴出形成微小液滴，在高溫?zé)犸L(fēng)的作用下，水分迅速蒸發(fā)形成干燥顆粒.由于噴漿造粒機頭溫度較高(400 ℃左右)，料液中部分殘留的菌體蛋白在高溫下糊化，伴隨大量水蒸氣排出，略有焦糊味，且排放的煙氣中多為可揮發(fā)性氣體化合物，對環(huán)境有一定影響，因此需要對排放的煙氣進行凈化處理.

單套造粒煙氣理論產(chǎn)總量為83 521 Nm3/h，2015年，呼倫貝爾市環(huán)境保護監(jiān)測站對呼倫貝爾東北阜豐生物科技有限公司造粒煙氣驗收的檢測結(jié)果顯示：煙塵的產(chǎn)生質(zhì)量濃度為180 mg/m3，臭氣排放濃度為20(無量綱)，達到國家標(biāo)準值.

原有煙氣凈化系統(tǒng)方案如下：復(fù)合肥生產(chǎn)車間的11套噴漿造粒系統(tǒng)排放的煙氣由11臺引風(fēng)機(單臺煙氣量為83 521 Nm3/h，9開2備)引出后以130～140 ℃進入文丘里除塵器，經(jīng)文丘里噴水除塵后以70 ℃左右進入一級噴淋塔，經(jīng)一級噴淋降溫到60 ℃后再經(jīng)生物吸附，到達電除霧時煙氣溫度降到55～60 ℃，煙氣由電除霧除味后經(jīng)煙囪排出.

除塵水的路線如下：文丘里除塵器中的除塵水(出水溫度85 ℃左右)通過泵送至除塵水池，自行降溫后溫度可降至60～70 ℃；除塵后的降溫水繼續(xù)用于噴淋洗滌.

原有工藝噴漿造粒過程中使用噴淋降溫處理煙氣，但是噴淋降溫效果不好，進入電除塵的煙氣溫度較高(60 ℃)，因此排放煙氣氣味較大.進入電除塵的煙氣溫度是影響除塵除味效果的關(guān)鍵因素，如果煙氣溫度降到50 ℃以下，就會有質(zhì)的變化.對廢氣進行除塵后的廢水溫度為70～80 ℃，高于外界環(huán)境溫度，且因廢水中含有肥料的成分而散發(fā)出令人不悅的氣味，在原有工藝中，這部分水直接排放到露天建設(shè)的沉降池中，經(jīng)沉降的除塵水自行降溫后循環(huán)使用，導(dǎo)致少量水蒸氣擴散到周圍，惡臭氣體排至外界，給工廠周邊環(huán)境帶來了一定影響.

原有煙氣凈化系統(tǒng)工藝流程簡圖如圖1所示.

圖1 原有煙氣凈化系統(tǒng)工藝流程Fig.1 Process of original flue gas purification system

3.2 改進的工藝技術(shù)

3.2.1 改造內(nèi)容

主要對原有噴漿造粒尾氣處理工藝進行改進，新增涼水塔、換熱器和空氣源臭氧發(fā)生器等設(shè)備，以降低噴漿造粒產(chǎn)生的粉塵、異味.工程案例為呼倫貝爾東北阜豐生物科技有限公司復(fù)混肥生產(chǎn)車間噴漿造粒系統(tǒng)的煙氣凈化，在原有煙氣凈化系統(tǒng)的基礎(chǔ)上進行部分改造.改造部分如下：

1) 將原有的除塵系統(tǒng)封閉起來，有效防止因除塵水出水溫度與環(huán)境溫度差值大造成的無組織排放.

2) 增加板式換熱器對除塵水進行降溫，降低循環(huán)除塵水體系的溫度，從而使煙氣溫度降低，提高電除霧的處理能力.

3) 新增涼水塔和降溫水池，對降溫水進行降溫回用處理.

4) 在電除霧后增加空氣源臭氧發(fā)生器等設(shè)備對煙氣進行強氧化后再排放.

3.2.2 工藝技術(shù)方案

1) 工藝流程

改進后的工藝流程如圖2所示.

圖2 改進后的煙氣凈化系統(tǒng)工藝流程Fig.2 Process of improved flue gas purification system

2) 改造工藝方案

煙氣凈化系統(tǒng)方案如下：復(fù)合肥生產(chǎn)車間的9套噴漿造粒系統(tǒng)排放的煙氣由9臺引風(fēng)機引出后以130～140 ℃進入文丘里除塵器，經(jīng)文丘里除塵器除塵后以約80 ℃進入一級噴淋塔，經(jīng)一級噴淋塔降溫至70 ℃后再經(jīng)二級噴淋塔降溫至60 ℃；降溫氣體進入氣液換熱器進一步降溫至50 ℃后進入引風(fēng)機，由引風(fēng)機引出后進入電除霧，然后進入空氣源臭氧發(fā)生器進一步除味；新增加空氣源臭氧發(fā)生器以后，造成了造粒機整體引風(fēng)系統(tǒng)受阻嚴重，引風(fēng)受阻后造粒機和熱風(fēng)爐都會出現(xiàn)正壓狀態(tài)，造成整體設(shè)施不能正常運行，所以還要新增加一臺引風(fēng)機，才能保證造粒系統(tǒng)的正常運行，故在空氣源臭氧發(fā)生器后加一引風(fēng)機后煙氣由煙囪高空排放.

除塵水的路線如下：文丘里除塵器中的除塵水(出水溫度85 ℃左右)通過泵送至除塵水池，去除污泥后再進入降溫水池降溫，溫度可降至60～70 ℃；降溫水經(jīng)泵送至二級噴淋塔再用，由二級噴淋塔出水通過泵輸送到一級噴淋塔，經(jīng)過一級噴淋塔的降溫水再由泵輸出，一部分經(jīng)管道送至文丘里除塵器，另一部分水經(jīng)過地溝管道回流至除塵水池，除塵污泥通過壓濾機壓濾后，固體返回造粒系統(tǒng).板式換熱器中的水換熱后，通過涼水塔降溫后循環(huán)使用.

3.2.3 改造后的廢氣排放量

造粒煙氣經(jīng)處理后，粉塵的產(chǎn)生質(zhì)量濃度由180 mg/m3降低至100 mg/m3，臭氣排放濃度從20(無量綱)降低到15(無量綱)，最終通過100 m的煙囪排入大氣.煙塵和臭氣排放濃度均能滿足并低于GB 9078—1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標(biāo)準》二級標(biāo)準中煙塵200 mg/m3、臭氣20(無量綱)限值要求，達到明顯的除味和降低有色粉塵排放量的理想效果.

4 結(jié) 論

經(jīng)過研究及實踐，得出一套系統(tǒng)的氨基酸發(fā)酵廢水資源化利用方法，通過工藝改造，解決噴漿造粒過程中的廢氣污染問題，然而工藝中仍存在一次性投資設(shè)備大的缺點.因此，如何在保證處理效率的同時降低成本是下一步的研究方向.

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Casestudyontheutilizationofaminoacidfermentationwastewater

XU Taihai1, ZHAO Lankun1, JIA Zhaopeng2, FAN Tingting2, BIAN Kai3

(1.Northeast Hulun Buir Fufeng Biotechnology Co., Ltd., Hulun Buir 162650, China; 2.Shandong Fufeng Fermentation Co., Ltd., Linyi 276600, China; 3.Junan County Food and Drug Administration, Linyi 276600, China)

Based on the comparison and comprehensive utilization of amino acid fermentation wastewater treatment methods, this paper summarized the current commonly used treatment process of the amino acid fermentation wastewater: fermented waste liquid→extraction of bacterial protein→multiple effect concentration→spray granulation→organic inorganic compound fertilizer. A lot of researches on the secondary pollution of gas in the process of spray granulation in Fufeng group has been carried out. After gas treatment, the concentration of dust was reduced from 180 mg/m3to 100 mg/m3, and the concentration of odor emission reduced from 20 (dimensionless) to 15 (dimensionless).

amino acid; waste liquid; bacterial protein; compound fertilizer

2017-10-11

徐太海(1981—)，男，黑龍江七臺河人，工程師，研究方向為環(huán)境保護與生態(tài)修復(fù)技術(shù)，E-mail:xutaihai1019@126.com.

X792

A

1674-2214(2017)04-0224-04

朱小惠)