混凝沉淀-水解-UASB-泥膜复合A_O组合工艺处理味精污水.pdf

混凝沉淀 － 水解 － UASB － 泥膜复合 A/O 组合工艺 处理味精污水 袁秋生1， 2张雁秋1倪广乐3 1. 中国矿业大学环境与测绘学院， 江苏 徐州 221008; 2. 徐州工业职业技术学院化学工程技术学院， 江苏 徐州 221140; 3. 徐州市环境监测中心站， 江苏 徐州 221000 摘要 采用 “混凝沉淀 － 水解 － UASB － 泥膜复合 A/O” 工艺处理含高浓度有机物、 氨氮和硫酸根的味精污水。结果表 明 该工艺对 BOD5、 COD、 SS、 氨氮和 TN 的去除率分别为 99. 9、 99. 6、 99. 0、 97. 5 和 97. 3， 出水水质优于 GB 89781996 污水综合排放标准 中表 4 的一级排放标准。该工艺耐冲击负荷能力强、 投资省、 运行费用低， 能创 造显著的环境、 经济和社会效益。 关键词 味精污水; 混凝沉淀; 水解; UASB; 泥膜复合 A/O DOI 10. 13205/j． hjgc． 201401016 TＲEATMENT OF MONOSODIUM GLUTAMATE WASTEWATEＲ BY COAGULATION SEDIMENTATION，HYDＲOLYSIS， UASB AND SLUDGE- BIOFILM A/O PＲOCESS Yuan Qiusheng1， 2Zhang Yanqiu1Ni Guangle3 1. School of Environment Science and Spatial Inatics，China University of Mining and Technology，Jiangsu Xuzhou 221008; 2. Chemical Engineering Institute，Xuzhou College of Industrial Technology，Jiangsu Xuzhou 221140; 3. Xuzhou Environmental Monitoring Center Station，Biology Laboratory，Jiangsu Xuzhou 221000 AbstractThe coagulation sedimentation hydrolysis UASB sludge- biofilm A/O process was designed for treating the monosodium glutamate wastewater． The removal efficiencies of BOD5，COD，SS，NH3- N，and TN in the process were over 99. 9， 99. 6， 99. 0，97. 5 and 97. 3，respectively，which were superior to the first level standard stipulated in “Integrated Wastewater Discharge Standard Table 4 in GB 89781996 ． Ｒesults indicated that the process had a strong impact resistant capacity，low investment and operating costs，which could create significant environmental，economic and social benefits． Keywordsmonosodium glutamate wastewater;coagulation sedimentation;hydrolysis;UASB;sludge- biofilm A/O 收稿日期 2013 －07 －30 0引言 自20 世纪 90 年代以来， 我国已成为世界味精生 产第一大国， 味精生产量占世界味精总产量的 70以 上 ［ 1 ］。目前， 味精生产主要采用发酵法， 以玉米等淀粉 质谷物为原料， 经糖化和发酵生成谷氨酸， 再中和、 结 晶制成味精 ［ 2 ］。所排污水的 BOD 5、 COD、 SS、 NH3- N、 TN 和 SO2 － 4 浓度高， pH 值低， 为可生化性较强的高浓 度有机污水 ［ 3- 7 ］。但是， 味精污水含有高浓度的有机氮 物质 如蛋白质等 ， 经细菌分解后释放出氨氮， 可使污 水的氨氮浓度达到1 000 mg/L以上， 常规的处理工艺 难以保证出水氨氮浓度稳定达标 ［ 8- 10 ］。由于污水的总 氮浓度很高， 所以要求污水处理工艺具有很强的脱氮 能力。再则， 污水中的高浓度硫酸盐会对微生物产生 抑制作用， 从而影响处理效果， 增加处理难度。本文以 某味精污水处理工程为例， 探讨“混凝沉淀 － 水解 － UASB －泥膜复合 A/O 工艺” 处理该污水的运行效果、 运行费用及效益等， 为味精污水处理提供一种新思路。 1原污水 某企业的味精生产工艺如图 1。所排污水主要 来源于玉米浸泡与清洗、 离子交换、 结晶以及设备清 洗等工序， 排放量约 900 ～ 1 200 m3/d。污水中主要 46 环境工程 Environmental Engineering 含有玉米蛋白、 淀粉、 糖类、 氨基酸、 氨氮及硫酸根等， 浑浊， 呈黄褐色。污水水质及应执行的排放标准 GB 8978 －1996 表 4 一级 见表 1。 图 1某企业味精生产工艺流程 Fig． 1The production flow sheet of the monosodium glutamate factory 表 1某味精污水水质及应执行的排放标准 Table 1The quality and discharging standard of monosodium glutamate wastewatermg/L pH 除外 项目 ρ BOD5ρ COD ρ SS ρ 氨氮pHρ TN 原水12 00018 0001 0004003 ～51 500 标准2010070156 ～9 由表 1 可知， 该污水的 BOD5、 COD、 SS、 NH3- N 和 pH 等远超过国家排放标准， 该污水属于可生化性 较强的高浓度有机污水。 2处理工艺 根据原污水水质、 执行的排放标准及对脱氮的要 求， 工程设计采用 “混凝沉淀 － 水解 － UASB － 泥膜复 合 A/O”的处理工艺， 如图 2 所示。其中， 水解池通 过间歇曝气搅拌; 泥膜复合 A/O 工艺由缺氧池和接 触氧化池组成， 内部悬挂组合填料。 图 2某味精污水处理工艺流程 Fig． 2The flow sheet of treatment process of monosodium glutamate wastewater 原污水经混凝沉淀去除大部分悬浮物和一部分 有机物后进入水解池。在水解池中， 胶体颗粒及大分 子有机物被水解酸化菌分解为小分子易降解有机物， 从而提高污水的可生化性， 并去除污水中部分有机 物。水解池出水进入 UASB， 进一步发生厌氧消化反 应， 大部分有机物经过产酸菌和产甲烷菌的作用转化 为甲烷、 二氧化碳和水而得以去除， 有机氮转化为 NH3- N。UASB 出水依次进入两级泥膜复合 A/O 工 艺， 通过好氧生物降解作用和硝化 － 反硝化反应使有 机物、 NH3- N 和 TN 得以去除。最终出水达标排放， 所得污泥和沼气回收利用。 3运行工况 以城市污水处理厂脱水污泥为接种泥源， 进行驯 化、 培养和挂膜。启动初期间歇进水， 向水解池中加 入适量磷酸二氢钾以补充磷源， 对接触氧化池进行闷 曝， 将沉淀池污泥回流至水解池和缺氧池中以减少污 泥流失。然后逐渐延长进水时间， 以提高有机负荷。 待 UASB 产气明显增多， 出水 pH 和碱度正常， COD 去除率达到 80 以上时， 改为连续进水。待缺氧池 和接触氧化池中填料的挂膜完成， COD 去除率达到 85以上时， 再逐渐加大进水流量至设计流量。污水 处理设施经过近 2 个月的调试后进入稳定运行阶段， 正常运行的工况如表 2。 4运行效果 污水处理设施运行稳定， 各段进出水水质如表 3。 主要污染因子 COD 和 NH3- N 的变化如图3 和图4。 由表3 可知 UASB 对 BOD5、 COD、 SS 和 TN 的去 除率分别为 79. 2、 75、 80 和 20， 有机氮转变 成了氨氮而使出水 NH3- N 浓度显著升高; 一级 A/O 对 BOD5、 COD、 SS、 NH3- N 和 TN 的去除率分别为 94、 88、 50、 85 和 70. 8; 二级 A/O 对 BOD5、 COD、 SS、 NH3- N 和 TN 的去除率分别为 90、 87. 0、 90、 95. 6 和 88. 6; 处理设施对 BOD5、 COD、 SS、 NH3- N 和 TN 的总去除率分别为99. 9、 99. 6、 99、 97. 5和 97. 3， 处理效果好， 出水水质优于国家排 放标准。 56 水污染防治 Water Pollution Control 表 2污水处理设施运行工况 Table 2Perance of wastewater treatment facilities 项目参数 处理水量Q 1 200 m3/d 混合反应池 t混合1 min， t反应20 min 沉淀池 1、 2、 3t 4 h， q 1 m3/ m2 h 水解池t 8 h， DO≤0. 5 mg/L，pH 6. 0 ～8. 5 UASB Nv9 kg/ m3 d ， V 2 000 m3， 污泥浓度 20 ～ 50 g/L， 出水碱度 1 000 ～ 2 000 mg/L 以 CaCO3计 ， 出水 pH 7. 0 ～8. 5 缺氧池 1t 12 h， MLSS 4 000 ～6 000 mg/L， DO 0. 2 mg/L， pH 7. 5 ～9. 0 接触氧化池 1t 24 h， MLSS 4 000 ～6 000 mg/L， DO 3 ～6 mg/L， pH 7. 5 ～9. 0 缺氧池 2t 12 h， MLSS 3 000 ～5 000 mg/L， DO 0. 2 mg/L， pH 7. 0 ～8. 5 接触氧化池 2t 24 h， MLSS 3 000 ～5 000 mg/L， DO 5 ～7 mg/L， pH 7. 0 ～8. 5 表 3污水处理设施各段进出水水质 Table 3The influent and effluent quality in the different sections of wastewater treatment facilities mg/L pH 除外 项目原水UASB 出水 一级 A/O 出水 二级 A/O 最终 出水 ρ BOD5 12 0002 500 15015 ρ COD 18 0004 500540 70 ρ SS1 000 20010010 ρ NH3- N 4001 50022510 ρ TN1 5001 200 35040 pH3 ～56 ～96 ～96 ～9 图 3污水处理设施进出水 COD 的变化 Fig．3The variation of COD concentration of wastewater treatment facilities in the influent and effluent 由图 3 和图 4 可知 在进水水质大幅波动的情况 下， 出水水质较为稳定， 并保持很高的去除率。说明 系统的耐冲击负荷能力强， 运行状态好。镜检发现有 大量轮虫存在， 更说明了良好的运行状态。 混凝沉淀工段对 COD 的去除率可达 30 以上， 在回收蛋白饲料的同时降低了后续生物处理的有机 图 4污水处理设施进出水 NH3 - N 的变化 Fig．4The variation of NH3- N concentration of wastewater treatment facilities in the influent and effluent 负荷。 UASB 中有机物的转化可大致分为水解酸化、 乙 酸化和甲烷化三个阶段。水解酸化阶段在水解池中 得到了加强， 从而促进了后续的乙酸化和甲烷化反 应。甲烷化阶段反应速度慢， 是 UASB 去除有机物的 控制阶段， 水解池对甲烷化反应的促进作用能有效提 高 UASB 对有机物的去除率。污水中的硫酸盐浓度 很高， 并且硫酸盐还原菌的生长速率高于产甲烷菌， 这必将导致硫酸盐还原菌对产甲烷菌的基质竞争抑 制。与此同时， 硫酸盐还原产生的 H2S 等物质对产 甲烷菌具有较强的毒性抑制作用。这种基质竞争抑 制和毒性抑制作用最终将使产甲烷菌的生长处于不 利地位 ［11 ］。然而， 水解池却能使硫酸盐转化为 H 2S 逸出 曝气搅拌有利于 H2S 的逸出 ， 从而降低了 UASB 进水的硫酸盐浓度， 大大减轻了硫酸盐对产甲 烷菌的抑制作用， 确保了 UASB 对有机物的去除效 果。UASB 出水 COD 降至4 500 mg/L， 大大降低了后 续 A/O 的有机负荷。 两级 A/O 的缺氧段和好氧段的水力停留时间都 很长， 有效保证了含氮化合物与微生物的接触时间， 使硝化反应和反硝化反应能够充分进行， 脱氮能力大 大提高， 从而消除了 UASB 出水氨氮浓度升高对脱氮 的不利影响。泥 － 膜叠加的 A/O 复合反应系统能给 各种微生物的生长创造条件， 尤其是生物膜的污泥龄 很长， 有利于硝化菌的生长， 这也能有效提高脱氮效 率。一级 A/O 出水 COD 降至 540 mg/L， 并去除了大 部分氨氮和总氮。二级 A/O 对一级出水进行深度处 理， 使脱氮效率进一步提高。 然而， 传统的硝化 － 反硝化理论似乎难以解释两 66 环境工程 Environmental Engineering 级 A/O 很高的脱氮效率。A/O 池中的生物膜厚度达 到 2 mm 以上。较厚的生物膜内部能形成基质和溶 解氧的浓度梯度， 构成厌氧、 缺氧和好氧的不同微环 境， 使同步硝化反硝化和短程硝化反硝化过程能够发 生。A/O 系统在发生传统的硝化反硝化过程的同 时， 可能发生了短程硝化反硝化和同步硝化反硝化过 程， 从而大幅提高了脱氮效率。 由于泥 － 膜叠加的复合反应系统的微生物浓度 很高， 所以耐冲击负荷能力强， 净化效果好。两级 A/O的总水力停留时间很长， 也能增强耐冲击负荷能 力， 提高净化效率。 5投资、 运行费用 污水处理工程总投资 500 万元， 污水处理设施运 行费用 3. 04 元/m3， 详见表 4 和表 5。 表 4污水处理设施的投资费用 Table 4The investment of wastewater treatment facilities 序号名称数额备注 1土建费350 万元 2设备费120 万元含安装费 3设计费30 万元 土建费 设备费 5 ～10 工程总投资500 万元 表 5污水处理设施的运行费用 Table 5The operating costs of wastewater treatment facilities 名称 数值/ 元 m －3 备注 电费1. 67耗电2 500 kW h /d， 电价0. 8 元/ kW h 人工费0. 336 人/d， 2 000 元/ 人 月 药剂费0. 87①AlCl3120 kg/d， 1 200 元/t ②PAM 24 kg/d， 25 000 元/t ③碱 150 kg/d， 2 000 元/t 折旧费0. 17设备折旧率 5 /a 设施运行费3. 04运行时间 300 d/a 6效益分析 6. 1环境效益 污水处理设施正常运行后， COD、 氨氮和 TN 的 排放量分别减少 6 454. 8 t/a 21. 516 t/d 、 140. 4 t/a 0. 468 t/d 和525. 6 t/a 1. 752 t/d ， 环境效益显著。 6. 2经济效益 污水处理设施正常运行后， 产沼气7 020 m3/d 折 合标准煤5 012 kg/d ， 产有机肥和饲料2 600 kg/d， 可 创造经济收益 6 610 元/d， 减去运行费用后可实现利 润2 962 元/d， 即88. 86 万元/a， 经济效益明显。 6. 3社会效益 运行处理设施可提供 6 ～ 9 个就业岗位。此外， 随着污染物的消除， 受纳水体水质也得到了显著的改 善， 社会效益明显。 7结论 味精污水含有高浓度的有机物、 氨氮和硫酸根等， 属于典型的高浓度难处理有机污水。工程设计采用 “混凝沉淀 －水解 － UASB － 泥膜复合 A/O” 工艺处理 该污水， BOD5、 COD、 SS、 NH3- N 和 TN 的去除率分别达 到99. 9、 99. 6、 99、 97. 5和97. 3， 出水水质优 于 GB 89781996 中表 4 的一级标准。实践证明， 该 工艺的耐冲击负荷能力强， 处理效果好， 投资和运行费 用低， 能创造显著的环境、 经济和社会效益。 参考文献 ［1］王伟，韩洪军，赵萌，等． 味精废水处理工艺改造工程［J］． 环 境工程， 2007， 25 6 94- 95. ［2］Yang Qingxiang，Yang Min，Zhang Shujun，et al． Treatment of wastewater from a monosodium glutamate manufacturing plant using successive yeast and activated sludge systems ［J］．Process Biochemistry， 2005， 40 7 2483- 2488． ［3］董黎明，张艳萍，汪苹，等． SBＲ 法处理味精废水脱氮机理研 究［J］． 环境科学与技术， 2010， 25 6 94- 95. ［4］赵晴，何青， 于鲁冀， 等． 好氧颗粒污泥技术处理味精废水 ［J］． 中国给水排水， 2012， 32 4 325- 328. ［5］何争光，贾胜勇，郑敏． SBBＲ 在味精废水深度脱氮中的应用 研究［J］． 工业水处理， 2013， 33 2 20- 23. ［6］李俊生，谷芳，刘志维，等． 厌氧 － SBＲ 联用法处理味精模拟 废水［J］． 哈尔滨商业大学学报， 2012， 28 6 657- 660. ［7］谷丰． 味精废水同步好氧硝化反硝化脱氮技术研究［J］． 发酵 科技通讯， 2012， 41， 10- 13. ［8］张志刚，苏永渤，颜军，等． 化学絮凝 － SBＲ 法处理味精废水 的研究［J］． 环境保护科学， 2001， 107 27 7- 8． ［9］Jia Cuiying， Kang Ｒuijuan， Zhang Yuhui， et al．Synergic treatment for monosodium glutamate wastewater by Saccharomyces cerevisiae and Coriolus versicolor［J］．Bioresource Technology， 2007， 98 4 967- 970. ［ 10］Xue Feiyan，Miao Jinxin，Zhang Xu，et al． Studies on lipid production by Ｒhodotorula glutinis fermentation using monosodium glutamate wastewaterasculturemedium ［J］．Bioresource Technology， 2008， 99 13 5923- 5927． ［ 11］许玉东． 味精废水处理工艺设计［J］． 环境工程，2002，20 3 18- 20． 第一作者 袁秋生 1962 － ， 男， 高工/副教授， 主要从事水处理技术研 究。xzyuanqs163． com 76 水污染防治 Water Pollution Control