氨基酸发酵废水资源化利用工程案例研究

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(1.呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 162650；2.山东阜丰发酵有限公司， 山东 临沂 276600；3.山东莒南县食品药品监管局，山东 临沂 276600)

氨基酸发酵废水资源化利用工程案例研究

徐太海1，赵兰坤1，贾召鹏2，范婷婷2，卞凯3

(1.呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 162650；2.山东阜丰发酵有限公司， 山东 临沂 276600；3.山东莒南县食品药品监管局，山东 临沂 276600)

在比较了氨基酸发酵废液处理及综合利用方法的基础上，总结出当前普遍采用的处理氨基酸发酵废液工艺，即发酵废液→提取菌体蛋白→多效浓缩→喷浆造粒→有机无机复合肥.针对此工艺中存在的喷浆造粒过程中烟气二次污染的问题，阜丰集团做了大量研究，提出了处理烟气的解决工艺路径.造粒烟气经处理后，粉尘的产生浓度由180 mg/m3降低至100 mg/m3，臭气排放浓度从20(无量纲)降低到15(无量纲)，达到较好的污染物处理效果.

氨基酸；废液；菌体蛋白；复合肥

循环经济模式管理是企业可持续发展的关键问题[1]，它不仅直接关系到企业生产、经济发展等社会问题，而且也关系到人们日益关注的环境问题.循环经济是以资源的高效利用和循环利用为核心，以“减量化、再利用、再循环”为原则，以低消耗、低排放和高效率为基本特征，是一种最大限度地利用资源和保护环境的经济发展模式，符合可持续发展理念的经济增长模式.企业可通过建立循环经济体系，合理有效地解决各种生产资源的优化配置和副产物资源的再利用，提高产品附加值，适应资源节约、提高企业竞争力的要求，使经济效益和生态环境两方面实现双赢，从而实现经济效益、环境效益、社会效益的协调统一.生物发酵制品生产企业在生产过程中产生大量的高浓度发酵废液，该废液是指发酵液经离心沉降、膜过滤等方式提取氨基酸后排放的废液，此废液中富含氨基酸、菌体和蛋白质等固体物质悬浮物，多种无机盐，有机酸，生物素及还原糖等，无论是直接排放，还是简单处理后外排，氨基酸发酵废液均会对环境造成很大影响.

1 氨基酸发酵废液处理的研究进展

2 复合肥生产工艺流程案例——以东北阜丰公司为例

利用氨基酸及其衍生制品的发酵废液(含水量高)，其pH为3～4.从原氨基酸厂区经管道输送的发酵废液经过四效蒸发预浓缩后添加硫酸、液氨和磷钾添加剂，经搅拌、混匀和中和，最终制成的料液经过喷浆造粒制备有机无机复合肥.

2.1 发酵废液预浓缩

由于浓缩液的特殊性，达到预期的浓缩效果，必须采用多级浓缩，选用四效蒸发器来完成多级浓缩过程.

2.2 中和搅拌

由于添加硫酸、液氨及钾磷等营养元素后，浓缩液具有一定的黏度，很难混进原辅料中，如采用高压设备，不但浪费动力，而且高倍浓缩液中的残留硫酸铵对设备的磨损严重.经过对上海、江苏和浙江等多家搅拌设备厂家的考察，最终自行开发了高效搅拌罐，该搅拌机对物料的混合效果非常理想，节约动力的同时，使混料满足了干法造粒的物性要求.

2.3 中和液的运送

经试验，高倍浓缩液温度保持在80 ℃左右时其流动性相对较好，所以在高倍浓缩液储罐中配置盘管加热设备，维持母液温度，从而实现高倍浓缩液的工业化输送.

2.4 喷浆造粒

肥料造粒工艺采用喷浆造粒技术，目前喷雾干燥法是将浓缩的浆液通过喷嘴或离心转盘喷出形成微小液滴，在高温热风的作用下，水分迅速蒸发形成干燥颗粒，同时考虑连续生产等问题[10].然而，高温热风进入造粒机进料箱后，与料液混合的方式会直接影响产品的质量.如果高温热风局部或全部直接冲击料液液滴，会使料液发生碳化，造成产品质量下降.

原有喷雾干燥滚筒造粒机的不足主要包括：高温热风进入造粒机进料箱与料液混合的均匀度较差，产品容易发生碳化(发黑)现象，处于绝干的状态，存在产品溶解度差、能耗较高等缺点.针对以上问题，对喷浆造粒机的高温热风分布板结构进行了改造，大大提高了高温热风与料液混合的均匀度，经过中试试验，生产的产品质量较高.该项改造的优点在于：

1) 高温热风进入进料箱与料液混合均匀.高温热风进入进料箱后，遇到分布板的阻挡，小部分高温热风沿分布板切线垂直方向从侧面进入料液区域；大部分高温热风沿切线方向向后运动，与另一侧的热风相遇，产生涡流进入料液区域；同时在热风沿切线方向向后运动到开孔区时，部分热风通过开孔进入料液区域，使得高温热风与料液充分混合.

2) 无碳化现象.由于高温热风与料液混合均匀，比较容易控制高温热风与喷浆量的关系，产品不会碳化，从而保持一定的含水量(成品的水分≤6%).

3) 产品溶解性好.造粒机机尾出料大粒约占15%，小粒约占85%，成品颗粒为无粉末小粒，约占65%，保证颗粒均匀，粒度在2～4 mm，颜色一致为棕褐色或黑褐色，水分应≤6%，产品无碳化现象，水溶性较好.

4) 能耗降低.加装上述热风分布板后，热风与料液混合均匀，进料箱内热能利用充分，机尾温度下降幅度较大，克服了由于高温热风混合不均匀造成的机尾温度过高，热能浪费的缺点.

3 喷浆造粒尾气处理改进工艺——以东北阜丰公司为例

3.1 原有工艺路线

吕辉等[11]对喷浆造粒尾气处理进行了实验研究，为尾气处理提供了一定的理论依据.呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司复混肥生产车间采用喷浆造粒技术，原有喷雾造粒法是将浓缩的浆液通过高压喷枪喷出形成微小液滴，在高温热风的作用下，水分迅速蒸发形成干燥颗粒.由于喷浆造粒机头温度较高(400 ℃左右)，料液中部分残留的菌体蛋白在高温下糊化，伴随大量水蒸气排出，略有焦糊味，且排放的烟气中多为可挥发性气体化合物，对环境有一定影响，因此需要对排放的烟气进行净化处理.

单套造粒烟气理论产总量为83 521 Nm3/h，2015年，呼伦贝尔市环境保护监测站对呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司造粒烟气验收的检测结果显示：烟尘的产生质量浓度为180 mg/m3，臭气排放浓度为20(无量纲)，达到国家标准值.

原有烟气净化系统方案如下：复合肥生产车间的11套喷浆造粒系统排放的烟气由11台引风机(单台烟气量为83 521 Nm3/h，9开2备)引出后以130～140 ℃进入文丘里除尘器，经文丘里喷水除尘后以70 ℃左右进入一级喷淋塔，经一级喷淋降温到60 ℃后再经生物吸附，到达电除雾时烟气温度降到55～60 ℃，烟气由电除雾除味后经烟囱排出.

除尘水的路线如下：文丘里除尘器中的除尘水(出水温度85 ℃左右)通过泵送至除尘水池，自行降温后温度可降至60～70 ℃；除尘后的降温水继续用于喷淋洗涤.

原有工艺喷浆造粒过程中使用喷淋降温处理烟气，但是喷淋降温效果不好，进入电除尘的烟气温度较高(60 ℃)，因此排放烟气气味较大.进入电除尘的烟气温度是影响除尘除味效果的关键因素，如果烟气温度降到50 ℃以下，就会有质的变化.对废气进行除尘后的废水温度为70～80 ℃，高于外界环境温度，且因废水中含有肥料的成分而散发出令人不悦的气味，在原有工艺中，这部分水直接排放到露天建设的沉降池中，经沉降的除尘水自行降温后循环使用，导致少量水蒸气扩散到周围，恶臭气体排至外界，给工厂周边环境带来了一定影响.

原有烟气净化系统工艺流程简图如图1所示.

图1 原有烟气净化系统工艺流程Fig.1 Process of original flue gas purification system

3.2 改进的工艺技术

3.2.1 改造内容

主要对原有喷浆造粒尾气处理工艺进行改进，新增凉水塔、换热器和空气源臭氧发生器等设备，以降低喷浆造粒产生的粉尘、异味.工程案例为呼伦贝尔东北阜丰生物科技有限公司复混肥生产车间喷浆造粒系统的烟气净化，在原有烟气净化系统的基础上进行部分改造.改造部分如下：

1) 将原有的除尘系统封闭起来，有效防止因除尘水出水温度与环境温度差值大造成的无组织排放.

2) 增加板式换热器对除尘水进行降温，降低循环除尘水体系的温度，从而使烟气温度降低，提高电除雾的处理能力.

3) 新增凉水塔和降温水池，对降温水进行降温回用处理.

4) 在电除雾后增加空气源臭氧发生器等设备对烟气进行强氧化后再排放.

3.2.2 工艺技术方案

1) 工艺流程

改进后的工艺流程如图2所示.

图2 改进后的烟气净化系统工艺流程Fig.2 Process of improved flue gas purification system

2) 改造工艺方案

烟气净化系统方案如下：复合肥生产车间的9套喷浆造粒系统排放的烟气由9台引风机引出后以130～140 ℃进入文丘里除尘器，经文丘里除尘器除尘后以约80 ℃进入一级喷淋塔，经一级喷淋塔降温至70 ℃后再经二级喷淋塔降温至60 ℃；降温气体进入气液换热器进一步降温至50 ℃后进入引风机，由引风机引出后进入电除雾，然后进入空气源臭氧发生器进一步除味；新增加空气源臭氧发生器以后，造成了造粒机整体引风系统受阻严重，引风受阻后造粒机和热风炉都会出现正压状态，造成整体设施不能正常运行，所以还要新增加一台引风机，才能保证造粒系统的正常运行，故在空气源臭氧发生器后加一引风机后烟气由烟囱高空排放.

除尘水的路线如下：文丘里除尘器中的除尘水(出水温度85 ℃左右)通过泵送至除尘水池，去除污泥后再进入降温水池降温，温度可降至60～70 ℃；降温水经泵送至二级喷淋塔再用，由二级喷淋塔出水通过泵输送到一级喷淋塔，经过一级喷淋塔的降温水再由泵输出，一部分经管道送至文丘里除尘器，另一部分水经过地沟管道回流至除尘水池，除尘污泥通过压滤机压滤后，固体返回造粒系统.板式换热器中的水换热后，通过凉水塔降温后循环使用.

3.2.3 改造后的废气排放量

造粒烟气经处理后，粉尘的产生质量浓度由180 mg/m3降低至100 mg/m3，臭气排放浓度从20(无量纲)降低到15(无量纲)，最终通过100 m的烟囱排入大气.烟尘和臭气排放浓度均能满足并低于GB 9078—1996《工业炉窑大气污染物排放标准》二级标准中烟尘200 mg/m3、臭气20(无量纲)限值要求，达到明显的除味和降低有色粉尘排放量的理想效果.

4 结 论

经过研究及实践，得出一套系统的氨基酸发酵废水资源化利用方法，通过工艺改造，解决喷浆造粒过程中的废气污染问题，然而工艺中仍存在一次性投资设备大的缺点.因此，如何在保证处理效率的同时降低成本是下一步的研究方向.

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Casestudyontheutilizationofaminoacidfermentationwastewater

XU Taihai1, ZHAO Lankun1, JIA Zhaopeng2, FAN Tingting2, BIAN Kai3

(1.Northeast Hulun Buir Fufeng Biotechnology Co., Ltd., Hulun Buir 162650, China; 2.Shandong Fufeng Fermentation Co., Ltd., Linyi 276600, China; 3.Junan County Food and Drug Administration, Linyi 276600, China)

Based on the comparison and comprehensive utilization of amino acid fermentation wastewater treatment methods, this paper summarized the current commonly used treatment process of the amino acid fermentation wastewater: fermented waste liquid→extraction of bacterial protein→multiple effect concentration→spray granulation→organic inorganic compound fertilizer. A lot of researches on the secondary pollution of gas in the process of spray granulation in Fufeng group has been carried out. After gas treatment, the concentration of dust was reduced from 180 mg/m3to 100 mg/m3, and the concentration of odor emission reduced from 20 (dimensionless) to 15 (dimensionless).

amino acid; waste liquid; bacterial protein; compound fertilizer

2017-10-11

徐太海(1981—)，男，黑龙江七台河人，工程师，研究方向为环境保护与生态修复技术，E-mail:xutaihai1019@126.com.

X792

A

1674-2214(2017)04-0224-04

朱小惠)