發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水的處理工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

丁志剛

關(guān)鍵詞：透明質(zhì)酸廢水；污水處理；發(fā)酵法

在設(shè)計發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理工藝的過程中，相關(guān)單位和工作人員要明確其項目概況和主要處理需求，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合實際情況合理選擇主要的處理工藝，以滿足發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水的實際處理需求，實現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)、社會經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境之間的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。

1 項目概況

本研究所選案例為某公司發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸和谷氨酰胺綜合廢水的處理工藝。該工程廢水總量是2 000 m3/d，包括透明質(zhì)酸廢水800 m3/d、谷氨酰胺廢水1 200 m3/d。廢水經(jīng)過處理后，出水水質(zhì)指標(biāo)達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（CJ343—2010）B等級的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，且與當(dāng)?shù)匚鬯畯S的接管標(biāo)準(zhǔn)相符。本研究主要對發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺過程中產(chǎn)生的綜合廢水處理工藝應(yīng)用進(jìn)行分析。

2 發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理工藝的具體應(yīng)用分析

2.1 工藝基礎(chǔ)

通過對產(chǎn)品生產(chǎn)工藝中各類裝置污水排放水質(zhì)和水量的深入分析，結(jié)合同行業(yè)同類企業(yè)的污水排放資料，本次污水處理項目主要確定了以下4項工藝基礎(chǔ)。

（1）因為透明質(zhì)酸的主要發(fā)酵原料是葡萄糖、玉米漿、磷酸二氫鉀、氫氧化鈉、液氨、乙醇等物質(zhì)，所以其廢水中含有這些物質(zhì)以及發(fā)酵過程中形成的中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品等。

有機(jī)污染物的濃度較高，具有較好的可生化性，且無機(jī)鹽引入量很低。因此，排放的廢水含鹽量較低。

（2）因為谷氨酰胺的發(fā)酵原料主要是葡萄糖、玉米漿、硫酸銨、磷酸二氫鉀、氫氧化鈉、液氨等物質(zhì)，所以其廢水中含有這些物質(zhì)以及發(fā)酵過程中形成的中間產(chǎn)品和最終產(chǎn)品等，有機(jī)污染物的濃度較高，具有較好的可生化性。同時，因為其原料的培養(yǎng)基是硫酸銨且添加量很大，加之離子交換中的陽離子交換床再生劑為硫酸，所以排放的廢水硫酸根濃度很高，會在一定程度上影響厭氧處理工藝[1]。

（3）由于發(fā)酵中使用了硫酸銨且pH調(diào)節(jié)中使用了液氨，排放的廢水中氨氮濃度較高。

（4）因為發(fā)酵中添加了一些磷酸二氫銨，排放的廢水總磷（Total Phosphorus，TP）指標(biāo)較高，所以在具體處理中需要應(yīng)用除磷工藝。

根據(jù)上述工藝基礎(chǔ)分析，本次污水處理系統(tǒng)方案設(shè)計需要將實際的水質(zhì)情況作為依據(jù)，對各種不利因素加以充分考慮和調(diào)研，在此基礎(chǔ)上為該項目設(shè)計一個一流的污水處理系統(tǒng)，使其產(chǎn)品質(zhì)量和性能均滿足實際需求。

2.2 主要工藝選擇

在發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理中，工藝選擇是一項關(guān)鍵內(nèi)容。本次污水處理項目設(shè)計者主要將其設(shè)計情況與廢水排放特征作為依據(jù)，對其主要處理工藝進(jìn)行了合理選擇。經(jīng)過實際情況與各方面因素的綜合考慮，決定采用物理化學(xué)+好氧處理工藝處理谷氨酰胺廢水。相較于谷氨酰胺，透明質(zhì)酸廢水中的硫酸根離子較少，不會影響到厭氧處理工藝。在具體處理過程中，為進(jìn)一步節(jié)約處理成本，決定采用厭氧與好氧相結(jié)合的工藝對透明質(zhì)酸廢水進(jìn)行處理，最大限度地節(jié)約項目投資以及運行成本。

為達(dá)到上述處理目標(biāo)，本項目將混凝沉淀池用于污水的物化預(yù)處理，將循環(huán)膨脹床厭氧反應(yīng)器（CirculatedExpanded Anaerobic Bed，CEAB）用于生產(chǎn)廢水的厭氧處理，將厭氧-缺氧-好氧法（Anaerobic-Anoxic-Oxic，AAO）用于綜合生化處理，將生物滴濾塔用于除臭處理[2]，工藝流程如圖1所示。

2.3 工藝流程分析

2.3.1 預(yù)處理單元

因為本次項目谷氨酰胺廢水中的硫酸根濃度很高，所以需要單獨對其進(jìn)行預(yù)處理。在具體處理過程中，非連續(xù)形式的自流廢水來水首先會進(jìn)入1#調(diào)節(jié)池中，通過該調(diào)節(jié)池來調(diào)節(jié)其水質(zhì)和水量，使后續(xù)各個處理單元中的進(jìn)水水質(zhì)和進(jìn)水水量保持穩(wěn)定。通過提升泵將調(diào)節(jié)后的廢水提升到混凝沉淀池中，以除去其中的懸浮物以及少量化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD），同時將聚合氯化鋁（Polyaluminum Chloride，PAC）以及聚丙烯酰胺（Polyacrylic Amide，PAM）投加到混凝沉淀池，以提升其沉淀效果，并投加氫氧化鈉以調(diào)節(jié)廢水酸堿度，使混凝沉淀pH符合好氧池中的硝化堿度要求。通過重力泥漿將1#混凝沉淀池中的污泥排放到污泥池中，出水則進(jìn)入AAO池進(jìn)行生化處理。

透明質(zhì)酸廢水具有基本相似的水質(zhì)，沒有過多的硫酸根，所以本項目對這些廢水進(jìn)行混合預(yù)處理。在具體處理過程中，非連續(xù)形式的自流廢水來水會先進(jìn)入2#調(diào)節(jié)池中調(diào)節(jié)水質(zhì)和水量，使后續(xù)各個處理單元中的進(jìn)水水質(zhì)和進(jìn)水水量保持穩(wěn)定，然后通過提升泵將調(diào)節(jié)后的廢水提升到CEAB厭氧反應(yīng)器中進(jìn)行生化處理。

2.3.2 生化處理單元

在本次發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺廢水處理項目中，透明質(zhì)酸廢水會通過提升泵從調(diào)節(jié)池被提升到CEAB厭氧反應(yīng)器內(nèi)，借助CEAB獨有的厭氧消化作用將其中的大部分有機(jī)物去除。因此，該過程會伴隨沼氣的生成。通過三相分離器收集該過程中生成的沼氣并將其輸送到沼氣儲柜中，以達(dá)到良好的回收再利用效果。CEAB厭氧反應(yīng)器中的出水會自流到A1厭氧池中。谷氨酰胺廢水會直接從1#混凝沉淀池自流到A1厭氧池中。

透明質(zhì)酸廢水、谷氨酰胺廢水以及回流污泥都會混合在A1厭氧池中，在磷細(xì)菌的厭氧釋磷作用下，少量磷會被釋放出來，為后續(xù)好氧處理中的超量磷吸收做準(zhǔn)備[3]。A1厭氧池中的出水會自流到A2缺氧池中，和O好氧池中回流的消化液混合，在反硝化細(xì)菌的反硝化作用下，廢水中的硝態(tài)氮會被去除。之后，廢水會以自流的方式由A2缺氧池進(jìn)入O好氧池內(nèi)，通過鼓風(fēng)曝氣的方式對O好氧池內(nèi)的廢水進(jìn)行處理，再借助微生物的好氧作用去除有機(jī)物，使出水中的COD符合排放標(biāo)準(zhǔn)。同時，借助消化細(xì)菌的消化作用有效去除廢水中的氨氮，使出水中的氨氮含量符合排放標(biāo)準(zhǔn)。

在好氧條件下，磷細(xì)菌可以發(fā)揮超量吸收磷的作用，將廢水中的磷轉(zhuǎn)移到活性污泥中，達(dá)到良好的除磷效果[4]。經(jīng)過消化處理之后，O好氧池中的一部分水會通過回流泵回流到A2缺氧池中繼續(xù)進(jìn)行反硝化處理，另一部分水會以自流的方式進(jìn)入AAO二沉池內(nèi)實現(xiàn)泥水分離。泥水分離之后，AAO二沉池中的上清液會通過出水堰自流到排放水池中，經(jīng)監(jiān)測合格之后便可向外排放。二沉池底部的大部分污泥會被污泥回流泵送入A1厭氧池內(nèi)，使AAO二沉池中的泥漿濃度維持穩(wěn)定，剩余的小部分污泥會被排放到污泥池中。

2.3.3 污泥處理單元

在污泥處理單元中，最關(guān)鍵的一項設(shè)備是污泥脫水設(shè)備。就目前的污水處理項目來看，污泥處理單元中比較常用的污泥脫水設(shè)備主要有疊螺式污泥脫水機(jī)、離心式污泥脫水機(jī)以及帶式壓濾機(jī)。在本次污水處理方案設(shè)計中，出于實際情況與各方面因素的綜合考慮，最終將帶式壓濾機(jī)用作污泥處理單元的污泥脫水設(shè)備。在具體處理過程中，1#混凝沉淀池中的物化污泥會以重力排放的方式排放到污泥池中，二沉池中分離出的小部分剩余污泥會被污泥回流水泵輸送到污泥池內(nèi)。借助污泥提升泵可將污泥池中的污泥提升到帶式壓濾機(jī)中實施脫水處理，將陽離子PAM添加到污泥中，使其獲得更高的去除效率[5]。對于脫水之后形成的污泥，本項目主要實施外運處理。污泥脫水之后形成的濾液以及帶機(jī)沖洗水會以自流的方式進(jìn)入1#調(diào)節(jié)池，再通過1#調(diào)節(jié)池重新進(jìn)入該污水處理系統(tǒng)，從而得到重新處理。

2.3.4 沼氣處理單元

在通過厭氧處理工藝進(jìn)行污水處理的過程中，一個明顯的特征是在處理有機(jī)物的同時生成沼氣。本項目產(chǎn)生的沼氣會被輸送到沼氣儲柜內(nèi)，然后通過風(fēng)機(jī)輸送到鍋爐房內(nèi)回用為燃料，實現(xiàn)良好的回收再利用。本次發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理中的沼氣產(chǎn)量及其成分情況如表1所示。

在整個處理過程中，生成的沼氣都會被回收到儲柜中，并根據(jù)實際需求輸送到沼氣鍋爐中生產(chǎn)飽和蒸汽。經(jīng)現(xiàn)場實地考察與相關(guān)資料分析可知，本項目沼氣鍋爐中產(chǎn)生的飽和蒸汽壓力可達(dá)到1.0 MPa，產(chǎn)量可達(dá)到45 t/d。按照200元/t計算，該發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理項目中每天由沼氣創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)效益可達(dá)到9 000元。

2.3.5 臭氣處理單元

在發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理項目中，臭氣處理也是一項主要內(nèi)容。本項目主要通過生物滴濾塔進(jìn)行臭氣處理。在具體處理過程中，通過臭氣收集管道將調(diào)節(jié)池、污泥儲池以及污泥脫水間中的臭氣輸送到生物滴濾塔中進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后才可以排放到大氣環(huán)境中。為滿足實際的臭氣處理需求，本項目臭氣處理單元選擇的生物滴濾塔處理技術(shù)是介于生物洗滌塔和生物過濾池之間的一種技術(shù)形式，可以讓廢氣吸收以及生物降解在同一個反應(yīng)裝置中同時進(jìn)行。此裝置主要是在填料上部進(jìn)行循環(huán)液噴淋，將污染物循環(huán)之后的微生物菌種接種到循環(huán)液中。含有污染物的臭氣進(jìn)入生物滴濾塔之后，首先需要通過附有生物膜的填料層。在此過程中，臭氣中的惡臭物質(zhì)會溶在水中，從而被吸附到填料表面附著的生物上，或被吸收到循環(huán)液中，達(dá)到良好的氣體凈化效果[6]。凈化處理之后的氣體會從生物滴濾塔的排氣口排放出去。在本項目中，生物除臭原理的主要表達(dá)式為：污染物+O2→細(xì)胞代謝物+CO2+H2O。

3 發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水預(yù)處理效果分析

在本次發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理項目中，發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理系統(tǒng)的主要設(shè)計和應(yīng)用目標(biāo)是讓處理后的廢水達(dá)到出水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)要求，充分滿足該項目的實際廢水排放需求，最大限度地避免廢水排放不達(dá)標(biāo)所導(dǎo)致的各種環(huán)境污染問題。為達(dá)到這一目標(biāo)，在本次發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理系統(tǒng)設(shè)計和建設(shè)中，工作人員特對其預(yù)處理效果進(jìn)行了科學(xué)分析。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，若該系統(tǒng)中的各個處理單元均能正常運行，其廢水中的生化需氧量（Biochemical OxygenDemand，BOD）去除率可達(dá)到97.9%，COD去除率可達(dá)到96.6%，總氮去除率可達(dá)到90.5%，總磷去除率可達(dá)到90.7%，氨氮去除率可達(dá)到92.1%，整體處理效果完全滿足標(biāo)準(zhǔn)的廢水排放要求。

由此可見，本項目中的發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理系統(tǒng)具有良好的處理效果。在具體應(yīng)用過程中，只需要按照上述步驟建立和運行系統(tǒng)，便可充分滿足項目中所有生產(chǎn)廢水的實際處理需求。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前調(diào)節(jié)池+混凝預(yù)處理+厭氧+AAO組合工藝處理發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水技術(shù)屬于一種科學(xué)先進(jìn)的廢水處理技術(shù)。通過此項技術(shù)的合理應(yīng)用，不僅可實現(xiàn)廢水的科學(xué)處理，有效避免廢水排放不達(dá)標(biāo)導(dǎo)致的環(huán)境問題，還可以進(jìn)一步節(jié)約項目的整體投入及其運行成本，為相關(guān)單位創(chuàng)造更多的經(jīng)濟(jì)效益。基于此，相關(guān)單位與工作人員一定要對此項技術(shù)加以深入研究，結(jié)合具體的項目概況，充分考慮各方面的實際情況與影響因素，為其建立一個具有針對性的污水處理系統(tǒng)，充分發(fā)揮發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢，確保此類污水處理項目的建設(shè)及其運行效果，促進(jìn)發(fā)酵法生產(chǎn)透明質(zhì)酸及谷氨酰胺綜合廢水處理技術(shù)的良好應(yīng)用與發(fā)展。