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        氨基酸生產(chǎn)廢水處理技術(shù)探討

        2013-10-16 03:25:24梁志輝
        機電信息 2013年9期
        關(guān)鍵詞:銨鹽母液氨氮

        梁志輝

        0 引言

        氨基酸是同生命活動有關(guān)的最基本的物質(zhì),是構(gòu)成生物體蛋白質(zhì)的基本單位,與生物的生命活動有著密切的關(guān)系。它在生物體內(nèi)具有特殊的生理功能,是生物體內(nèi)不可缺少的營養(yǎng)成分之一。氨基酸在化工、醫(yī)藥和食品等方面有著極其廣泛的用途。氨基酸通過生物發(fā)酵、化學(xué)方法等被人工大量生產(chǎn)合成。在氨基酸生產(chǎn)過程中,經(jīng)常會排放大量的生產(chǎn)廢水,帶來許多嚴重的環(huán)境污染問題,氨基酸生產(chǎn)行業(yè)廢水治理日益得到人們的重視。本文通過工程實踐總結(jié),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(chǎn)品在生產(chǎn)過程中一般會產(chǎn)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(chǎn)過程中氨基酸產(chǎn)品和副反應(yīng)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(chǎn)品反應(yīng)容器過程形成,廢水中鹽分和污染物質(zhì)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(jù)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(jié)能減排資源化再生利用的原則,根據(jù)母液和洗水兩種廢水的組成特點,通過工程的實踐經(jīng)驗總結(jié),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(chǎn)工藝過程合成的副產(chǎn)物,無重金屬或其他有毒有害物質(zhì)。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(chǎn)過程和操作系統(tǒng)等原因影響,水質(zhì)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(shè)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(chǎn)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(xué)法、物理化學(xué)法及生化法等。物理法有反滲透、土壤灌溉等;化學(xué)法有離子交換、折點加氯、含氨副產(chǎn)品生產(chǎn)、焚燒、催化裂解、電化學(xué)處理等;物理化學(xué)法有蒸餾法(即蒸汽汽提)、吹脫法等;生物法有藻類養(yǎng)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(shù)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(jīng)濟性。根據(jù)國內(nèi)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(shù)問世以來,人們很快就發(fā)現(xiàn)它在環(huán)境工程中的作用。在目前能源緊張、水資源缺乏和環(huán)境污染日益嚴重的年代,膜分離技術(shù)得到世界各國的重視,并已發(fā)展成為重要的產(chǎn)業(yè),被認為是20世紀末到21世紀中期最具發(fā)展前途的高技術(shù)之一。因膜分離技術(shù)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(jié)流方面,膜法是凈水技術(shù)的前沿,膜法處理工業(yè)廢水具有低能耗、可實行閉路循環(huán)、無二次污染等特點。由于膜分離技術(shù)在水處理方面有著獨特的優(yōu)勢,經(jīng)過近30年的開發(fā),目前已廣泛用于工業(yè)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(fā)和應(yīng)用的熱點。

        膜技術(shù)處理污水具有諸多優(yōu)點,但由于膜材料生產(chǎn)技術(shù)的局限性和技術(shù)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(yīng)用范圍還只是在生產(chǎn)純水系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。膜技術(shù)在工業(yè)污水處理中的應(yīng)用,目前還處于應(yīng)用探索嘗試階段,受水質(zhì)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(yè)污水受生產(chǎn)工藝和操作水平影響,水質(zhì)也有較大區(qū)別,因此膜技術(shù)在工業(yè)污水的應(yīng)用,首先需要對水質(zhì)進行分析,然后通過小試或中試確認可使用后才可以應(yīng)用,或者結(jié)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(zhuǎn)化為氨氮,再通過硝化與反硝化將硝態(tài)氮還原成氣態(tài)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(tǒng)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(fā)性物質(zhì)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(fā)性物質(zhì)不斷地由液相轉(zhuǎn)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(guān)系,當氣液兩相的氨處于平衡狀態(tài)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(tǒng)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(jié)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(guān)系對氨氮進行分離,該工藝先將廢水加堿將p H調(diào)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(fā)性物質(zhì)的逸出過程。與傳統(tǒng)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(xù)使水中氨氮持續(xù)逸出,因此單次氣提也不能將氨氮完全脫除,若采用連續(xù)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(jié)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(jīng)濟),可以采用多效蒸發(fā)系統(tǒng)蒸餾直接回收銨鹽法,回收的銨鹽可以作為副產(chǎn)品,但是蒸餾液仍會有少量氨氮物質(zhì)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(yù)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(fā)生的水解反應(yīng)生成次氯酸和次氯酸鹽,通過次氯酸與水中氨氮發(fā)生化學(xué)反應(yīng),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(shè)備腐蝕嚴重,容易發(fā)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?cè)芙夤腆w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(yīng)對其進行脫鹽預(yù)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(tǒng)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(chǎn)生抑制作用,需要對廢水中氨氮進行脫氮預(yù)處理。根據(jù)洗水水質(zhì)情況,采用吹脫氨氮技術(shù),降低廢水中的氨氮,使廢水具備可生化處理工藝標準。

        根據(jù)氨基酸廢水水質(zhì)和生產(chǎn)工藝情況,對生產(chǎn)中的濃水和洗水擬采用分別收集預(yù)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(chǎn)工藝產(chǎn)生濃水進入濃水收集池收集,通過提升泵提升至三效蒸發(fā)系統(tǒng)進行蒸發(fā)脫鹽回收硫酸銨,蒸發(fā)液進入綜合收集池。(2)生產(chǎn)工藝產(chǎn)生的洗水進入綜合收集池,同濃水蒸發(fā)液混合、均質(zhì),由提升泵提升至混凝反應(yīng)槽加入氫氧化鈣和PA M,調(diào)節(jié)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(tǒng)進脫水干化處理。(4)過渡池內(nèi)污水由提升泵提升至氨氮吹脫系統(tǒng)進行脫氮處理后調(diào)節(jié)p H值,自流進入水解酸化池。(5)水解酸化池內(nèi)污水由提升泵提升至UASB系統(tǒng),去除部分COD,UASB出水自流進入中間池。(6)中間池內(nèi)污水由提升泵送入二級A/O系統(tǒng)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(tǒng)出水進入出水觀察池,池內(nèi)廢水進入其他污水處理系統(tǒng)。

        5 結(jié)語

        氨基酸廢水因為生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)管理水平、生產(chǎn)線工人操作水平等因素的影響,會出現(xiàn)廢水水量、水質(zhì)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(shè)備系統(tǒng)負擔,提高了污水處理運行成本,導(dǎo)致企業(yè)生產(chǎn)成本上升。想要處理好氨基酸廢水,需要企業(yè)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(shè)施改造優(yōu)化[D].南開大學(xué),2009

        [2]傅紅.氣升式三相環(huán)流生物反應(yīng)器處理催化劑生產(chǎn)廢水的研究[D].天津大學(xué),2008

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