氨基酸生產廢水處理技術探討

梁志輝

0 引言

氨基酸是同生命活動有關的最基本的物質，是構成生物體蛋白質的基本單位，與生物的生命活動有著密切的關系。它在生物體內具有特殊的生理功能，是生物體內不可缺少的營養成分之一。氨基酸在化工、醫藥和食品等方面有著極其廣泛的用途。氨基酸通過生物發酵、化學方法等被人工大量生產合成。在氨基酸生產過程中，經常會排放大量的生產廢水，帶來許多嚴重的環境污染問題，氨基酸生產行業廢水治理日益得到人們的重視。本文通過工程實踐總結，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

氨基酸產品在生產過程中一般會產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，氨氮濃度可以達到每升幾千至幾萬毫克以上，COD的形成主要為生產過程中氨基酸產品和副反應等的殘余物，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品反應容器過程形成，廢水中鹽分和污染物質相對較低，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

根據氨基酸廢水組成特點，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。本著節能減排資源化再生利用的原則，根據母液和洗水兩種廢水的組成特點，通過工程的實踐經驗總結，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）是氨基酸生產工藝過程合成的副產物，無重金屬或其他有毒有害物質。母液中銨鹽濃度一般可以達到百分之十幾，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受生產過程和操作系統等原因影響，水質水量變化較大，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難點。

氨氮廢水可供選擇的處理方法通常有物理法、化學法、物理化學法及生化法等。物理法有反滲透、土壤灌溉等；化學法有離子交換、折點加氯、含氨副產品生產、焚燒、催化裂解、電化學處理等；物理化學法有蒸餾法（即蒸汽汽提）、吹脫法等；生物法有藻類養殖、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。處理技術的選擇主要取決于廢水的成分組成、要求達到的處理效果及經濟性。根據國內外工程實例及資料介紹，目前處理氨氮廢水的實用方法主要有生物處理法、蒸餾法、折點加氯法、離子交換法及吹脫法、膜濃縮法等。

2.1 膜法濃縮工藝

自從膜分離技術問世以來，人們很快就發現它在環境工程中的作用。在目前能源緊張、水資源缺乏和環境污染日益嚴重的年代，膜分離技術得到世界各國的重視，并已發展成為重要的產業，被認為是20世紀末到21世紀中期最具發展前途的高技術之一。因膜分離技術分離的對象是流體，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，從而達到將污染物從水中脫除的目的。又例如在節流方面，膜法是凈水技術的前沿，膜法處理工業廢水具有低能耗、可實行閉路循環、無二次污染等特點。由于膜分離技術在水處理方面有著獨特的優勢，經過近30年的開發，目前已廣泛用于工業廢水和生活污水的處理和凈化，成為世界各國競相研究、開發和應用的熱點。

膜技術處理污水具有諸多優點，但由于膜材料生產技術的局限性和技術流程，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，后期運營成本很高。因此膜應用范圍還只是在生產純水系統中廣泛應用。膜技術在工業污水處理中的應用，目前還處于應用探索嘗試階段，受水質影響很大，膜容易被污染堵塞、反沖洗維護頻率高、濃縮程度有限，濃縮液處理也相對麻煩。而且工業污水受生產工藝和操作水平影響，水質也有較大區別，因此膜技術在工業污水的應用，首先需要對水質進行分析，然后通過小試或中試確認可使用后才可以應用，或者結合其他處理工藝共同使用。

2.2 生化處理工藝

該工藝利用生物菌將有機氮轉化為氨氮，再通過硝化與反硝化將硝態氮還原成氣態氮從水中逸出，從而達到脫氮的目的。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，當氨氮高于200～300 mg／L時，會抑制細菌生長繁殖。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性物質的實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性物質不斷地由液相轉移到氣相中，從而達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系，當氣液兩相的氨處于平衡狀態時，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、填料易結垢等缺點。

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系對氨氮進行分離，該工藝先將廢水加堿將p H調高，然后將蒸氣通入廢水中，當蒸氣壓超過外界壓力時，廢水沸騰從而加速了氨氮等揮發性物質的逸出過程。與傳統填料式吹脫相同的是，當氣液兩相中氨達到平衡時，蒸氨氣提法也不能繼續使水中氨氮持續逸出，因此單次氣提也不能將氨氮完全脫除，若采用連續多次氣提進行脫氮則會大大增加投資成本和運行成本。

以上2種方法處理結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以上相對經濟），可以采用多效蒸發系統蒸餾直接回收銨鹽法，回收的銨鹽可以作為副產品，但是蒸餾液仍會有少量氨氮物質殘留，需要進一步進行處理。

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，處理費用為其他工藝的1.5～2倍。

2.6 折點加氯工藝

折點加氯工藝是利用氯氣通入水中所發生的水解反應生成次氯酸和次氯酸鹽，通過次氯酸與水中氨氮發生化學反應，將氨氮氧化成氮氣而去除。該方法的缺點是加氯量大、費用高、操作安全性差，設備腐蝕嚴重，容易發生危險，工藝過程中每氧化1 mg／L的氨氮要消耗14.3 mg／L的堿度，從而增加了總溶解固體的含量，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，應對其進行脫鹽預處理，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，廢水中的氨氮高達每升幾千毫克，會對生化處理生物菌產生抑制作用，需要對廢水中氨氮進行脫氮預處理。根據洗水水質情況，采用吹脫氨氮技術，降低廢水中的氨氮，使廢水具備可生化處理工藝標準。

根據氨基酸廢水水質和生產工藝情況，對生產中的濃水和洗水擬采用分別收集預處理＋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）生產工藝產生濃水進入濃水收集池收集，通過提升泵提升至三效蒸發系統進行蒸發脫鹽回收硫酸銨，蒸發液進入綜合收集池。（2）生產工藝產生的洗水進入綜合收集池，同濃水蒸發液混合、均質，由提升泵提升至混凝反應槽加入氫氧化鈣和PA M，調節p H值，自流進入沉淀池固液分離。（3）沉淀池上清液自流進入過渡池，底部污泥進入污泥脫水系統進脫水干化處理。（4）過渡池內污水由提升泵提升至氨氮吹脫系統進行脫氮處理后調節p H值，自流進入水解酸化池。（5）水解酸化池內污水由提升泵提升至UASB系統，去除部分COD，UASB出水自流進入中間池。（6）中間池內污水由提升泵送入二級A／O系統進行生化處理，進一步去除廢水中COD和氨氮，使廢水中的污染物達到排放標準。（7）生化系統出水進入出水觀察池，池內廢水進入其他污水處理系統。

5 結語

氨基酸廢水因為生產工藝、生產設備、生產管理水平、生產線工人操作水平等因素的影響，會出現廢水水量、水質的波動變化，給污水處理工藝選擇帶來困難，增加污水處理設備系統負擔，提高了污水處理運行成本，導致企業生產成本上升。想要處理好氨基酸廢水，需要企業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施改造優化［D］.南開大學，2009

［2］傅紅.氣升式三相環流生物反應器處理催化劑生產廢水的研究［D］.天津大學，2008