發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水的處理工藝技術研究與應用

丁志剛

關鍵詞：透明質酸廢水；污水處理；發酵法

在設計發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水處理工藝的過程中，相關單位和工作人員要明確其項目概況和主要處理需求，在此基礎上，結合實際情況合理選擇主要的處理工藝，以滿足發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水的實際處理需求，實現工業生產、社會經濟與生態環境之間的協調可持續發展。

1 項目概況

本研究所選案例為某公司發酵法生產透明質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，包括透明質酸廢水800 m3/d、谷氨酰胺廢水1 200 m3/d。廢水經過處理后，出水水質指標達到《污水排入城鎮下水道水質標準》（CJ343—2010）B等級的相關標準，且與當地污水廠的接管標準相符。本研究主要對發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺過程中產生的綜合廢水處理工藝應用進行分析。

2 發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水處理工藝的具體應用分析

2.1 工藝基礎

通過對產品生產工藝中各類裝置污水排放水質和水量的深入分析，結合同行業同類企業的污水排放資料，本次污水處理項目主要確定了以下4項工藝基礎。

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

有機污染物的濃度較高，具有較好的可生化性，且無機鹽引入量很低。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，所以其廢水中含有這些物質以及發酵過程中形成的中間產品和最終產品等，有機污染物的濃度較高，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）由于發酵中使用了硫酸銨且pH調節中使用了液氨，排放的廢水中氨氮濃度較高。

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

根據上述工藝基礎分析，本次污水處理系統方案設計需要將實際的水質情況作為依據，對各種不利因素加以充分考慮和調研，在此基礎上為該項目設計一個一流的污水處理系統，使其產品質量和性能均滿足實際需求。

2.2 主要工藝選擇

在發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水處理中，工藝選擇是一項關鍵內容。本次污水處理項目設計者主要將其設計情況與廢水排放特征作為依據，對其主要處理工藝進行了合理選擇。經過實際情況與各方面因素的綜合考慮，決定采用物理化學+好氧處理工藝處理谷氨酰胺廢水。相較于谷氨酰胺，透明質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，為進一步節約處理成本，決定采用厭氧與好氧相結合的工藝對透明質酸廢水進行處理，最大限度地節約項目投資以及運行成本。

為達到上述處理目標，本項目將混凝沉淀池用于污水的物化預處理，將循環膨脹床厭氧反應器（CirculatedExpanded Anaerobic Bed，CEAB）用于生產廢水的厭氧處理，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行預處理。在具體處理過程中，非連續形式的自流廢水來水首先會進入1#調節池中，通過該調節池來調節其水質和水量，使后續各個處理單元中的進水水質和進水水量保持穩定。通過提升泵將調節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節廢水酸堿度，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，出水則進入AAO池進行生化處理。

透明質酸廢水具有基本相似的水質，沒有過多的硫酸根，所以本項目對這些廢水進行混合預處理。在具體處理過程中，非連續形式的自流廢水來水會先進入2#調節池中調節水質和水量，使后續各個處理單元中的進水水質和進水水量保持穩定，然后通過提升泵將調節后的廢水提升到CEAB厭氧反應器中進行生化處理。

2.3.2 生化處理單元

在本次發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺廢水處理項目中，透明質酸廢水會通過提升泵從調節池被提升到CEAB厭氧反應器內，借助CEAB獨有的厭氧消化作用將其中的大部分有機物去除。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，以達到良好的回收再利用效果。CEAB厭氧反應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，在磷細菌的厭氧釋磷作用下，少量磷會被釋放出來，為后續好氧處理中的超量磷吸收做準備[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，在反硝化細菌的反硝化作用下，廢水中的硝態氮會被去除。之后，廢水會以自流的方式由A2缺氧池進入O好氧池內，通過鼓風曝氣的方式對O好氧池內的廢水進行處理，再借助微生物的好氧作用去除有機物，使出水中的COD符合排放標準。同時，借助消化細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準。

在好氧條件下，磷細菌可以發揮超量吸收磷的作用，將廢水中的磷轉移到活性污泥中，達到良好的除磷效果[4]。經過消化處理之后，O好氧池中的一部分水會通過回流泵回流到A2缺氧池中繼續進行反硝化處理，另一部分水會以自流的方式進入AAO二沉池內實現泥水分離。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，經監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，使AAO二沉池中的泥漿濃度維持穩定，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，最關鍵的一項設備是污泥脫水設備。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備主要有疊螺式污泥脫水機、離心式污泥脫水機以及帶式壓濾機。在本次污水處理方案設計中，出于實際情況與各方面因素的綜合考慮，最終將帶式壓濾機用作污泥處理單元的污泥脫水設備。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。借助污泥提升泵可將污泥池中的污泥提升到帶式壓濾機中實施脫水處理，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沖洗水會以自流的方式進入1#調節池，再通過1#調節池重新進入該污水處理系統，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行污水處理的過程中，一個明顯的特征是在處理有機物的同時生成沼氣。本項目產生的沼氣會被輸送到沼氣儲柜內，然后通過風機輸送到鍋爐房內回用為燃料，實現良好的回收再利用。本次發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水處理中的沼氣產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，并根據實際需求輸送到沼氣鍋爐中生產飽和蒸汽。經現場實地考察與相關資料分析可知，本項目沼氣鍋爐中產生的飽和蒸汽壓力可達到1.0 MPa，產量可達到45 t/d。按照200元/t計算，該發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水處理項目中每天由沼氣創造的經濟效益可達到9 000元。

2.3.5 臭氣處理單元

在發酵法生產透明質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容。本項目主要通過生物滴濾塔進行臭氣處理。在具體處理過程中，通過臭氣收集管道將調節池、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行處理，達標后才可以排放到大氣環境中。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是介于生物洗滌塔和生物過濾池之間的一種技術形式，可以讓廢氣吸收以及生物降解在同一個反應裝置中同時進行。此裝置主要是在填料上部進行循環液噴淋，將污染物循環之后的微生物菌種接種到循環液中。含有污染物的臭氣進入生物滴濾塔之后，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，或被吸收到循環液中，達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式為：污染物+O2→細胞代謝物+CO2+H2O。

3 發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水預處理效果分析

在本次發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水處理項目中，發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水處理系統的主要設計和應用目標是讓處理后的廢水達到出水水質標準要求，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標所導致的各種環境污染問題。為達到這一目標，在本次發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水處理系統設計和建設中，工作人員特對其預處理效果進行了科學分析。經分析發現，若該系統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）去除率可達到97.9%，COD去除率可達到96.6%，總氮去除率可達到90.5%，總磷去除率可達到90.7%，氨氮去除率可達到92.1%，整體處理效果完全滿足標準的廢水排放要求。

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

4 結語

綜上所述，當前調節池+混凝預處理+厭氧+AAO組合工藝處理發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水技術屬于一種科學先進的廢水處理技術。通過此項技術的合理應用，不僅可實現廢水的科學處理，有效避免廢水排放不達標導致的環境問題，還可以進一步節約項目的整體投入及其運行成本，為相關單位創造更多的經濟效益。基于此，相關單位與工作人員一定要對此項技術加以深入研究，結合具體的項目概況，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，充分發揮發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水處理技術的應用優勢，確保此類污水處理項目的建設及其運行效果，促進發酵法生產透明質酸及谷氨酰胺綜合廢水處理技術的良好應用與發展。