氨基酸發(fā)酵廢水的分類處理和利用

，，，，

(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)

玉米加工過程由初加工產(chǎn)品淀粉至深加工淀粉糖、氨基酸，此過程除主產(chǎn)品外，還包括纖維、玉米胚芽、浸泡液、淀粉糖脫色廢渣和氨基酸提取液等副產(chǎn)品，是優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、延長產(chǎn)業(yè)鏈和增加產(chǎn)品附加值的具體表現(xiàn).加工過程中產(chǎn)生的廢水主要包括各車間提取氨基酸后產(chǎn)生的廢水(高濃廢水)、各車間濃縮冷凝水及糖化廢水(中濃廢水)、各車間設(shè)備清洗水(低濃廢水)、鍋爐反滲透排污水、循環(huán)冷卻排污水等生產(chǎn)廢水以及生活污水等.應(yīng)根據(jù)不同的水質(zhì)特點對廢水進行相應(yīng)的處理和處置.母液和沖洗水構(gòu)成了氨基酸產(chǎn)品生產(chǎn)過程中的主要廢水來源，兩者成分基本相同[1].關(guān)于氨基酸發(fā)酵廢水的處理，前人已做了大量的研究工作，如石璐從多種樣品中篩選菌種，共篩得10 株霉菌和2 株細菌，這些絮凝劑產(chǎn)生菌的絮凝率在70%以上[2]；田健等篩選的PannonibacterphragmitetusMB7菌株具有較高的絮凝活性，能夠應(yīng)用發(fā)酵液預(yù)處理[3]；同時，溶氧濃度與營養(yǎng)元素對味精廢水的生物處理的影響等也有一些研究成果[4].

呼倫貝爾東北阜豐生物科技有限公司目前采用的A2/O和AB工藝，廢水中COD和氨氮的去除效率均達90%以上，兩項主要指標(biāo)值優(yōu)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準》(GB 18918—2002)中的一級A標(biāo)準限值，遠低于《味精工業(yè)污染物排放標(biāo)準》(GB 19431—2004)和《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準》(GB 25461—2010)等行業(yè)標(biāo)準限值要求.根據(jù)高、中、低濃度廢水的成分，有針對性地采取相應(yīng)的處理措施，既可以提高資源的利用率，又可以降低污染物排放，產(chǎn)生更好的經(jīng)濟、社會和環(huán)境效益.

1 水資源利用與清潔生產(chǎn)水平概況

以呼倫貝爾東北阜豐生物科技有限公司為例，新鮮水主要用于制糖車間、谷氨酸車間、谷氨酸鈉車間和蘇氨酸車間，其次是生活用水、設(shè)備清洗用水以及鍋爐用水.谷氨酸車間發(fā)酵罐由于中水不能滿足谷氨酸的發(fā)酵要求而產(chǎn)生部分循環(huán)水外排；其余生產(chǎn)廢水分高、中、低濃度分別進入污水處理站的不同工序處理，處理后的污水部分經(jīng)過深度處理(好氧深度處理、砂濾)后回用于循環(huán)水站，中水回用于生產(chǎn)循環(huán)水冷卻系統(tǒng)，循環(huán)水利用率達到90%，單位產(chǎn)品耗水量為8.20 m3/t，兩項指標(biāo)均達到《清潔生產(chǎn)標(biāo)準味精行業(yè)》一級標(biāo)準.

2 廢水處理概述

氨基酸發(fā)酵高濃度廢水提取蛋白后進行濃縮，噴漿造粒生產(chǎn)有機-無機復(fù)混肥.濃縮產(chǎn)生的冷凝水與中濃度廢水一起進入污水處理站的厭氧設(shè)施，厭氧產(chǎn)生的沼氣回收后進入熱風(fēng)爐燃燒.厭氧排水與各車間低濃度廢水一起進入污水處理站進行好氧生化處理；生活污水經(jīng)過隔油池隔油后進入化糞池收集，排往好氧池生化處理，好氧處理后的污水部分經(jīng)過深度處理(好氧深度處理、砂濾)后回用于循環(huán)水站和廠區(qū)綠化，部分直接排往城市污水處理廠；發(fā)酵罐循環(huán)水排污至產(chǎn)業(yè)園區(qū)泄洪渠；蒸氣冷凝水回收后直接回用于動力鍋爐；反滲透后高濃度鹽水與提取蛋白后的高濃廢水噴漿造粒生產(chǎn)有機-無機復(fù)混肥；液氨罐區(qū)噴淋廢水直接進入好氧池生化處理.污水處理站排污口和發(fā)酵罐循環(huán)水排污口均安裝了在線監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)運行穩(wěn)定.東北阜豐公司污水處理工藝流程見圖1.

圖1 污水處理工藝流程示意圖Fig.1 The treatment process of sewage

3 分類處理

3.1 高濃度廢水處理

劉麗等[6]利用濃縮味精廢液稀釋液作為枯草芽孢桿菌F-2(Bacillussubtilis)的培養(yǎng)基，培養(yǎng)效果較好，并對該培養(yǎng)基的優(yōu)化方法進行了進一步研究.閆靈均[7]等提出了利用谷氨酸發(fā)酵高濃度廢液與玉米秸稈水解混合生產(chǎn)生物絮凝劑、機復(fù)合肥和菌體蛋白飼料的味精廢水資源化綜合利用方案.陳佳等[8]充分利用味精廢水和棉粕資源，利用微生物發(fā)酵，降低了底物中的游離棉酚，并將非蛋白氮轉(zhuǎn)化為微生物蛋白質(zhì)，提高產(chǎn)品蛋白質(zhì)的質(zhì)量.章佳佳等[9]采用味精生產(chǎn)過程中的離交尾液作為發(fā)酵基質(zhì)生產(chǎn)普魯蘭多糖.由武漢城市建設(shè)學(xué)院研究開發(fā)的微生物絮凝劑普魯蘭，用于味精廢水的預(yù)處理，濁度去除99%以上，COD去除達30%～40%，蛋白質(zhì)回收率達86.9%[10].

隨著技術(shù)的發(fā)展，蛋白提取工藝也在不斷改進.氨基酸廢液中的氨基酸態(tài)氮和氨氮均可被釀酒酵母較好地利用.曾德霞等[11]研究表明：通過改善發(fā)酵工藝，可較好地將氨基酸廢液中的氨氮轉(zhuǎn)化為酵母菌體蛋白.各味精生產(chǎn)廠家一般都對母液中的菌體蛋白進行提取和回收處理，根據(jù)菌體的特點，常用的方法有高速離心分離法、超濾法和絮凝沉淀等[12].在絮凝沉淀法應(yīng)用過程中，聚丙烯酸鈉絮凝效果好、用量少、無毒，能適應(yīng)較低范圍的pH，在味精廢水菌體蛋白回收中已被廣泛使用.田曉燕等[13]的研究結(jié)果表明：絮凝劑質(zhì)量分數(shù)為0.2%和0.4%的蛋白絮凝效果接近，從節(jié)約資源角度考慮，選取絮凝劑配成0.2%為優(yōu)化質(zhì)量分數(shù)，同時確定發(fā)酵尾液的最佳控制溫度為50～60 ℃.周濤等[14]研究了去除谷氨酸菌體過程中酶解的最佳工藝條件.

氨基酸廢水中含有氨基酸、殘?zhí)呛投喾N植物所需的微量元素，可采用濃縮、水解和中和等工藝，再造粒制成有機復(fù)合肥，用于提高農(nóng)作物產(chǎn)量.趙萌等[15]把味精生產(chǎn)過程中排放的高濃度含氮有機廢水混合后，經(jīng)四效蒸發(fā)器，利用蒸氣進行蒸發(fā)濃縮、調(diào)制后與污水廠排放的高氨氮剩余污泥一并送入噴漿造粒機造粒，干燥后制成有機復(fù)混肥.張一等[16]選用“三內(nèi)”技術(shù)噴漿造粒干燥機來生產(chǎn)復(fù)混肥，證明了剩余污泥及高濃度有機廢水噴漿造粒制備復(fù)混肥的工藝改造切實可行.在大量理論和實踐研究的基礎(chǔ)上，呼倫貝爾東北阜豐生物科技有限公司采取以下措施對企業(yè)產(chǎn)生的高濃度廢水進行合理利用.

1) 高濃度廢水蛋白提取

高濃度廢水是各氨基酸車間發(fā)酵液，經(jīng)提取氨基酸產(chǎn)品后的廢液.收集后，送往環(huán)保車間統(tǒng)一處理.由于高濃廢水pH普遍較低(pH 3.0～6.0)，混合后pH為3.5～4.5.在廢液中加入絮凝劑，菌體蛋白絮凝后經(jīng)過濾得到清液和濕菌體蛋白.濕菌體蛋白采用管束烘干后外售.物料冷凝水直接去環(huán)保車間好氧工段處理，此工段物料烘干過程全部在管束內(nèi)完成，不會有異味產(chǎn)生.管束干燥機干燥物料所產(chǎn)生的物料蒸汽采用循環(huán)冷卻水冷卻后去環(huán)保車間處理，循環(huán)冷卻水回用.

2) 廢液濃縮

提取完菌體蛋白之后的高濃廢液與反滲透高鹽水混合后，采用四效降膜式蒸發(fā)器進行濃縮至60 ℃.濃縮產(chǎn)生的冷凝水經(jīng)密閉管道輸送至調(diào)節(jié)池，經(jīng)噴淋調(diào)節(jié)后進入IC(Internal circulation)厭氧裝置.

3) 噴漿造粒

肥料生產(chǎn)采用噴漿滾筒造粒工藝，濃縮后的料液中加入鈉鹽、鉀鹽等混合，由熱風(fēng)爐提供熱風(fēng)進入滾筒造粒機，濃縮后的料液從噴槍口噴入，在熱風(fēng)作用下干燥并實現(xiàn)造粒.

3.2 IC厭氧處理

根據(jù)廢水特點，厭氧處理裝置采用在IC反應(yīng)器的基礎(chǔ)上開發(fā)成功的第三代高效厭氧反應(yīng)器-內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器.IC反應(yīng)器由上、下兩個反應(yīng)室組成.下反應(yīng)室為高負荷區(qū)，水力負荷和產(chǎn)氣負荷都很大.上反應(yīng)室為低負荷區(qū)，水力負荷和產(chǎn)氣負荷比下反應(yīng)室小得多，有利于污泥的滯留.由于上反應(yīng)室有足夠的空間來接納下反應(yīng)室過分膨脹的污泥，避免了污泥的過量流失.IC反應(yīng)器通過上下2 個動力學(xué)過程不同的反應(yīng)室的設(shè)置，實現(xiàn)了“高負荷與污泥流失相分離”，既保持反應(yīng)器內(nèi)的高生物量，又強化了傳質(zhì)過程，故有機負荷很高，IC反應(yīng)器COD負荷可高達25 kg/(m3·d)，處理高濃度廢水效率達到80%～85%.項目產(chǎn)生的沼氣經(jīng)脫硫后替代燃煤燃燒，有效節(jié)約了能源，厭氧排水進入好氧處理池.

3.3 ASND好氧處理

污水處理中有機物的降解需要篩選適當(dāng)?shù)木篬17].好氧處理工藝采用阜豐集團與北京工商大學(xué)[18]聯(lián)合開發(fā)的ASND(Aerobic simultaneous nitrification and denitrification)技術(shù)，首創(chuàng)采用新型好氧反硝化菌株構(gòu)建高效微生物菌群，可以在同一反應(yīng)裝置內(nèi)同時進行目前國內(nèi)污水處理工藝中必須分開在2～3 個反應(yīng)裝置內(nèi)發(fā)生的生化/硝化/反硝化3 個步驟反應(yīng).

反應(yīng)器內(nèi)微生物菌種之間形成物質(zhì)利用微循環(huán)和互補，反應(yīng)裝置內(nèi)硝化產(chǎn)物直接進行反硝化，高濃度廢水中有機物COD可直接作為反硝化碳源，而反硝化反應(yīng)產(chǎn)生的堿度補充硝化所消耗的堿度.形成每種反應(yīng)的產(chǎn)物成為下一步反應(yīng)的原料的鏈式反應(yīng)模式，因此可以處理高濃度COD有機負荷和氨氮負荷，脫氮工藝變得簡單高效，COD可降解效率達到90%以上，氨氮脫除率達到90%以上.脫氮產(chǎn)物為N2，回到大自然，并使高濃度廢水中的大部分COD有機物成為生化和反硝化的碳源，污泥產(chǎn)量極少，沒有二次污染.

3.4 深度凈化和回用

廢水通過ASND好氧處理后，部分外排，大部分仍采用ASND技術(shù)進一步深度好氧處理，然后通過砂濾凈化.經(jīng)過砂濾池凈化的水體用于循環(huán)冷卻水補充和綠化用水.

發(fā)酵高濃廢液噴漿造粒過程中添加Na，K等鹽成分以提高肥料肥效，反滲透和循環(huán)水站排水主要污染物為Na，K等鹽，因此將其摻入發(fā)酵高濃廢液中濃縮，制造肥料，在減少污染物排放的同時，也實現(xiàn)了廢棄物綜合利用.

生產(chǎn)的有機-無機復(fù)混肥中鹽分主要以Na、K為主，反滲透高鹽水對含鹽量的貢獻僅為0.3%左右，其余大量鹽分另外添加，因此反滲透高鹽水用于濃縮噴漿造粒，能夠滿足肥料標(biāo)準的要求.

4 結(jié) 論

提取工段產(chǎn)生的高濃度廢水提取蛋白后進行濃縮送噴漿造粒生產(chǎn)復(fù)混肥，濃縮冷凝水與各車間物料蒸發(fā)產(chǎn)生的冷凝水、糖化廢水匯合進入?yún)捬豕ざ翁幚砗?，再與各車間產(chǎn)生的設(shè)備清洗水、經(jīng)過隔油池和化糞池處理后的生活污水合并進入好氧氣工段處理.經(jīng)厭氧+好氧處理后的廢水，監(jiān)測結(jié)果達到《味精工業(yè)污染物排放標(biāo)準》(GB 19431—2004)后，部分廢水再經(jīng)過好氧深度處理和砂慮實現(xiàn)中水回用，另一部分廢水全部排入城市污水處理廠，全部廢水能夠做到達標(biāo)排放.污水排放的各項指標(biāo)中，總氮這項指標(biāo)在《味精工業(yè)污染物排放標(biāo)準》(GB 19431—2004)中未給出明確的限值要求，《淀粉工業(yè)水污染物排放標(biāo)準》(GB 25461—2010)也根據(jù)目前行業(yè)的生產(chǎn)情況規(guī)定了總氮間接排放55 mg/L、直接排放30 mg/L的限值要求，目前東北阜豐公司的處理工藝可以滿足行業(yè)排放標(biāo)準要求.總氮作為城市污水處理的一項重要常規(guī)指標(biāo)，通過對現(xiàn)有工藝的改良，通過控制碳氮比、好氧及缺氧段溶氧等采取針對性措施，在污染物排放穩(wěn)定達標(biāo)的基礎(chǔ)上進一步提高總氮的處理效率，將產(chǎn)生更高的社會和環(huán)境效益.