味精生產分為水解和發酵兩種方法,現主要采用發酵法。此法以糧食為原料,水解、發酵生成谷氨酸,再中和結晶生成味精。生產過程中需要大量的濃硫酸、濃氨水等。據統計:某味精廠每生產1t 味精約需0. 8t 濃硫酸和0. 4t 濃氨水,排放高濃度廢水20t 左右。以硫酸作為原料生產味精的廠家,其廢水中NH3-N 濃度達10000mg/ L ,SO4²-
濃度達28000mg/ L ,并且pH 值低,一般為3 左右。低pH 值、高濃度的SO4²-和NH4+的廢水將抑制微生物生長,不利于生化處理。通過石灰中和不但能調節味精廢水的pH 值,而且經過吹脫后,能有效地降低廢水中SO4²-和NH3
-N含量,削減部分COD。從而減輕后序工段的負荷,利于生化處理。
1 味精廢水的水質及排放標準
1. 1 水質
以某公司的味精廢水為例。該廠味精廢水水質見表1 。
1. 2 檢測方法
COD :重絡酸鉀法;SO4²-:鉻酸鋇分光法;NH3-N蒸餾滴定法;pH:pSH —3TC 酸度計;SS :重量法。
1. 3 國家排放標準
執行1996 年10 月4 日國家環保總局制定的GB8978 —1996 污水綜合排放標準。
2. 1 蛋白提取工段
該過程以烯酸鈉為絮凝劑,味精廢水溫度需控制在50 ℃左右,通過氣浮法提取水中蛋白,每80t 廢水可提干蛋白1t 左右,使廢水的污染負荷大大降低。COD可降低30 %～40 % ,SS 降低70 %～80 % ,提取的蛋白營養豐富,可作為飼料,干蛋白市場售價1800～2000元/ t ,經濟效益非常可觀。以某公司的廢水為例,處理效果見表2 :
表2 蛋白提取效果表(mg/ L)
2. 2 化學處理工段
味精廢水經蛋白提取后,對COD 與SS 有所削減,但廢水中的SO4²-濃度變化不大,pH 值為3 左右。高濃度的SO4²-、NH3-N對生化段的厭氧菌和好氧菌將產生抑制作用。據報道，SO4²-的濃度達到5000mg/ L 時,對微生物生長產生抑制作用。當NH3-N濃度高于1500～3000mg/ L 時,pH 高于7. 5 時產生抑制作用。NH3-N濃度高于3000mg/ L 時,無論pH高低,都有抑制作用。因此,必須在中和沉淀段降低SO4²-和NH3-N濃度。Ca (OH) 2 以其價格低,對SO4²-和NH3-N具明顯降低作用等優點而被廣泛采用,其作用機理如下:
CaSO4 的溶度積Ksp = 1. 96 ×10﹣4。隨著石灰量的增加,使得反應(3) 的平衡向著生成CaSO4 的方向移動。反應(2) 的平衡向著生成NH3 的方向移動。可用吹脫方法去除NH3 。而SO4²-與Ca2 +生成CaSO4 沉淀。石灰用量與pH 值的關系見圖1 。隨著石灰量增加,pH 值逐漸升高,當pH 值達到6 時,廢水僅需石灰8. 3kg/ m3 ,而當pH = 10 時,石灰用量為38kg/ m3 ,為pH = 6 時的近5 倍。
圖2 、3 、4 中隨著pH 值升高,SO4²-、NH4+ 、COD去除率逐漸增大, pH 值調節到6 時,SO4²-濃度為15336mg/L , NH4+ 濃度為6375mg/ L , COD 濃度為29327mg/ L ;而當pH = 11 時，SO4²-濃度為2439mg/ L ,NH4+ 濃度為2327mg/ L , COD 濃度為20730mg/ L 。SO4²-、NH4+ 、COD 分別是pH = 6 時的16 %、37 %、71 %。表明石灰用量越大,對污染物各項指標的去除效果越好,但并不經濟,將大大增加廢水的運行費用。其最佳pH 值為9 。具體參見http://www.manhuagui.cn更多相關技術文檔。
中和處理后產生的CaSO4 沉渣可用來生產石膏板。文獻報道,CaSO4/ t 生產石膏板可獲利100 元。中和處理經吹脫產生的NH3 經回收后,仍可創一部分效益。
2. 3 UASB 處理工段
有關文獻報道,UASB 反應器工藝設計參數為:COD 控制在5000mg/ L ,容積負荷10～15kgCOD/ m3.d ,COD 去除率80 % ,操作溫度為38 ±1 ℃。
圖3 pH 值與NH4+ 濃度的關系
圖4 pH 值與COD 的關系
根據上述要求,中和處理后的廢水需4 倍稀釋后方可進入UASB 反應器, 稀釋后的廢水COD 為5000mg/ L ,SO4²-為700 mg/ L左右,NH4+ 為700 mg/ L左右,可直接進入厭氧處理工段。厭氧菌取向淀粉廢水厭氧污泥,接種量為25 %(v/ v) 。不同比例的味精廢水濃度從低到高依次進料。馴化啟動時間為3 個月,水力停留時間4d , COD 逐漸由2000mg/ L ～5000mg/ L 。UASB 反應器的出水COD 為1000mg/ L左右, 去除率為80 % ,SO4²-去除率為60 %左右, 而NH3-N 濃度有所升高,到達1000 mg/ L ,NH3-N 濃度的提高與厭氧系統的氨化細菌降解氨基酸和蛋白質有關。其處理效果見表3 。
表3 UASB運行效果表(mg/ L)
2. 4 SBR 工段
SBR 法能有效的去除COD 和NH3-N ,硝化反硝化作用強,是處理該廢水的較好方法。
SBR 設計參數
反應期:整個過程曝氣、攪拌交替進行,可根據需要進行調整。
沉降期:2h
排水期:0. 5h
閑置期:閑置期一般不超過20h ,缺氧時間過長將降低污泥活性。
SBR 運行效果見表4 :
表4 SBR運行效果表(mg/ L)
3 結論
味精廢水中NH4+與SO4²-濃度高,在進入生化工段后,需進行適當處理。用Ca (OH2 ) 作為中和劑,既調節廢水pH 又能有效降低水中的SO4²-和NH4+ 。SBR 工藝是一種間歇式生化處理工藝。它工藝系統簡單,建設及運行費用低,硝化和反硝化作用強,對于味精廢水中NH3-N 有極好的處理效果。
