牛磺酸生产中含硫酸铵高盐废水的综合处理

陆剑平 ，陈文如，王建峰，任 举，温建华，司双喜

(江苏远洋药业股份有限公司,江苏 苏州 215531)

牛磺酸生产中含硫酸铵高盐废水的综合处理

陆剑平 ，陈文如，王建峰，任 举，温建华，司双喜

(江苏远洋药业股份有限公司,江苏 苏州 215531)

研究了牛磺酸生产中含硫酸铵高盐废水的处理，采用物理蒸发、脱氨和生化方法综合处理出水达到污水处理厂接管标准，蒸发得到固体硫酸铵作为副产出售，达到较好的综合利用效果。

牛磺酸 ；高盐废水 ；蒸发； 脱氨 ；活性污泥

牛磺酸(Taurine)化学名为2-氨基乙磺酸，在医药、食品、饲料、化妆品等行业都有很重要的用途。牛磺酸的生产方法主是生物提取和化学合成，由于生物资源和生产成本的限制，生物提取牛磺酸只能占有极少的一部分。随着改革开放和国内化工技术的大力发展，牛磺酸的化学合成生产基本集中到了中国。牛磺酸的化学合成工艺路线有很多，目前国内应用的工艺路线主要是两种：环氧乙烷法和乙醇胺法。环氧乙烷工艺以环氧乙烷为起始原料，在管式反应器中高压高温条件下环氧乙烷与亚硫酸氢钠反应生成羟乙基磺酸钠，继续与氨反应生成牛磺酸钠，经酸化得到牛磺酸，反应过程压力可高达7MPa以上；乙醇胺法起始原料为乙醇胺，先与硫酸反应生成硫酸氢氨基乙酯，再在110℃以下和亚硫酸钠(铵)进行酯交换磺化制得牛磺酸。乙醇胺法是传统的牛磺酸生产工艺，其生产为常压反应，温度也不超过110℃ ，工艺安全，无剧毒物质的使用。

在2002年之前这两种工艺都采用亚硫酸钠为磺化剂，副产为硫酸钠，当时主要销售给泡花碱的厂家做原料。生产泡花碱用硫酸钠代替碳酸钠节约成本，但排放大量的二氧化硫，已经为环保部门所禁止，硫酸钠副产的出路又成为一大问题。经改进后的乙醇胺法使用亚硫酸铵为磺化剂，副产硫酸铵可以作为化肥的原料，所以解决了硫酸钠副产难以处理的问题。但是提取了硫酸铵之后仍有一定量的废水需要处理。

1 高盐废水的处理方法的选择和成分分析

1.1 高盐废水的处理方法的选择

处理高盐废水较为成熟有效的工艺主要包括物理法、物理化学法、生物化学法及其组合工艺，物理化学法中主要的是：电化学法、膜分离法、深度氧化法、离子交换法和焚烧法。

物理法是将废水进行蒸发分离，固体部分需要另行处理，适用范围受到一定限制。物理化学法的技术和成本目前也受到一定限制，应用上有一定局限性，特别是废水中的有机成分电化学法等方法处理不了。

对于有机废水来说生化法仍是首选的方法。生化法处理的关键在于活性污泥系统，在盐浓度过高的情况下，高渗透压使微生物细胞脱水引起细胞原生质分离、盐析作用而脱氢酶活性降低等原因会使微生物无法生长，污泥系统失稳、高盐致使废水密度增加也引起活性污泥容易上浮流失。通常高含盐废水的生化处理需要进行稀释，以在低盐浓度下(盐浓度小于1.0%)运行，会造成水资源的浪费，需要增加水处理设施容积和运行费用。随着水资源的日趋紧张，国家出台的保护水资源各项法规和收费的实施，给高含盐废水处理的企业带来了负担。

活性污泥系统适宜的盐浓度在1.0%以下，但通过缓慢提高盐浓度可以筛选出一些耐盐菌适应高盐废水，也可以通过接种一些嗜盐菌种来缩短驯化过程。渗透压的变化可能引起微生物代谢途径的改变，菌种选择的结果使适应高盐的菌种较少，只有当微生物经培养驯化后，才能产生适应高盐的菌种。虽然经过驯化后的活性污泥在盐含量3%-5%甚至更高情况下均能正常运行，但是污泥系统运行很不稳定，特别不能有盐浓度的大的波动。所以高盐废水的处理一直是废水处理的难题，往往需要多种方法综合处理。

2.2 牛磺酸高盐废水的成分

对于乙醇胺法生产牛磺酸产生的废水的主要来源是废弃母液，其中主要含有反应的生成的硫酸铵、未反应的亚硫酸铵和少量的牛磺酸、乙醇胺硫酸酯。母液成分的分析结果见表1。

表1 废母液成分分析结果

将母液进行蒸发处理后降温可以使大部分硫酸铵析出，脱水除去得到硫酸铵固体可以作为复混肥的原料出售。

将此处脱水后的母液称为蒸余母液，其成分组成和废弃母液接近。蒸余母液和蒸发水的组成情况见表2和表3。由表2可见，蒸余母液其成分组成和废弃母液接近。

表2 蒸余母液成分分析

表3 母液蒸发水成分分析

从表3中可以看出，蒸发水中的盐的含量仍然较高，分析含盐量高的原因有两个：一是蒸发过程的泡沫气液夹带，二是母液中存在的亚硫酸铵是弱酸弱碱盐，加热时分解为气体二氧化硫和氨气，进入蒸发水成为亚硫酸铵，部分氧化最终成为硫酸铵。根据分析结果母液的处理采用单一方法难以完成，需综合采用物理、化学、生物等综合处理措施。

单一的物理化学方法或者生物方法均不能解决问题。但是提取了硫酸铵之后仍有一定量的废水需要处理，一是硫酸铵结晶后的母液，二是浓缩蒸发出来的蒸发水中含盐量仍然高达5%。需要进行综合处理。

3 牛磺酸生产废水处理工程设计

根据以上分析结果母液的处理采用单一方法难以完成，需综合采用物理、化学、生物等综合处理措施。母液预处理的蒸发水因含盐量较高，无法直接纳入生化池，如果采用稀释的方法进入生化池，一方面浪费水资源增加成本，另一方面需要生化池的容量提高。

3.1 母液预处理

母液预处理是将牛磺酸生产弃用的母液进行初步蒸发浓缩，蒸出水为高含盐量的废水，蒸余物降温分离得到固体硫酸铵和终端母液，合并液体部分为所述高盐废水。

3.2 高盐废水脱氨处理

为了减少废水的氨氮含量，根据某公司提供的技术咨询，设计了如下的废水处理工艺：废水经调节池调节酸碱度后，进入脱氨塔吹氨脱氨，由上而下喷淋进入，塔底空气鼓风将氨气以气态吹出进入吸收塔；流出废水进入生化处理部分。

3.3 生化处理

(1)经过脱氨处理的废水进入USAB(升流式厌氧污泥床)，通过较长时间停留，对高浓度废水COD去除效果较好，大分子有机物在厌氧环境下充分分解为小分子有机物，并进一步分解为甲烷和二氧化碳，降低废水有机物浓度；此处可将生活污水一并接入。

(2)A2O(厌氧-缺氧-好氧生物脱氨)，为传统活性污泥工艺、生物硝化及反硝化工艺和生物脱磷工艺的结合，在好氧段，硝化细菌将入流中的氨氮及有机氮氨化成的氨氮，通过生物硝化作用，转化成硝酸盐；在缺氧段，反硝化细菌将内回流带入的硝酸盐通过生物反硝化作用，转化成氮气逸入到大气中，从而达到脱氮的目的；在厌氧段，聚磷菌释放磷，并吸收低级脂肪酸等易降解的有机物；而在好氧段，聚磷菌超量吸收磷，并通过剩余污泥的排放，将磷除去。

(3)经以上工艺过程处理所得水进入集水池，进行检测达标后，出水接入市政管网。

3.4 废水处理流程图

根据以上设计思路，最初设计的高盐废水处理流程图见图1。

图1 设计废水处理流程图

4 结果

4.1 经脱氨步骤的综合处理结果

在最初设计的工艺流程运行中，发现全部母液废水直接进入脱氨塔处理造成脱氨塔负担过重，采用如下改进方法，将母液废水现行蒸发浓缩，冷却后脱除硫酸铵后的废水合并后进行脱氨。

图2 改进的经脱氨处理的废水处理流程图

运行3个月的结果，最终处理出水达到污水处理厂接管要求。出水结果，2015年12月检测结果见表4，2016年3月3日第三方检测废水结果见表5。

表4 工业废水检测结果表

表5 工业废水检测结果表

可见，高盐废水经蒸发、脱氨和生化综合处理的出水完全满足污水处理厂的接管要求。

5 结论与讨论

牛磺酸生产的废水中主要含有硫酸铵、亚硫酸铵和牛磺酸，经过蒸发浓缩脱除部分固体硫酸铵，作为副产销售取得一定经济效益。蒸出水经脱氨和生化处理达标排放。

副产硫酸铵中含有一定量的牛磺酸，牛磺酸是一种医药原料和食品、饲料、化妆品添加剂，根据已有的研究结果，牛磺酸对植物如黄瓜幼苗、枸杞幼苗等细胞膜有一定的保护作用，牛磺酸处理可促进小麦幼苗的生长。

未来可以考虑将牛磺酸生产母液的浓缩液直接制成功能性的复合氮肥，用于农业生产，变废为宝，同时节省废水处理的能源消耗。

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(本文文献格式：刘 洋.四川盆地中西部地区[J].山东化工，2016，45(12)：181-183.)

Treatment of Wastewater Containing High Salt Ammonium Sulfate from Production of Taurine

Lu Jianping, Chen Wenru, Wang Jianfeng, Ren Ju，Wen Jianhua，Si Shuangxi

(Jiangsu Yuanyang Pharmaceutical Co., Ltd., Suzhou 215531 China)

This paper studies the treatment of wastewater with high salinity containing ammonium sulfate from taurine production, by means of physical evaporation, removing ammonia, electric desalination with electrodialysis and biochemical method. Freshwater from electricodialysis is continually treated in biochemical pool till it meets take over standard for sewage treatment plant. Electrodialysis concentrated water is used for production feeding cycle to achieve a better effect of comprehensive utilization.

Taurine; high salinity waste water;vaporation;ammonia removal;activated sludge

2016-04-27

常熟市科技计划社会发展项目CS201406

陆剑平(1969—)，本科学历，硕士学位，现从事化学工程技术研究和管理工作。

X703

A

1008-021X(2016)12-0181-03