发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水的处理工艺技术研究与应用

丁志刚

关键词：透明质酸废水；污水处理；发酵法

在设计发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理工艺的过程中，相关单位和工作人员要明确其项目概况和主要处理需求，在此基础上，结合实际情况合理选择主要的处理工艺，以满足发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水的实际处理需求，实现工业生产、社会经济与生态环境之间的协调可持续发展。

1 项目概况

本研究所选案例为某公司发酵法生产透明质酸和谷氨酰胺综合废水的处理工艺。该工程废水总量是2 000 m3/d，包括透明质酸废水800 m3/d、谷氨酰胺废水1 200 m3/d。废水经过处理后，出水水质指标达到《污水排入城镇下水道水质标准》（CJ343—2010）B等级的相关标准，且与当地污水厂的接管标准相符。本研究主要对发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺过程中产生的综合废水处理工艺应用进行分析。

2 发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理工艺的具体应用分析

2.1 工艺基础

通过对产品生产工艺中各类装置污水排放水质和水量的深入分析，结合同行业同类企业的污水排放资料，本次污水处理项目主要确定了以下4项工艺基础。

（1）因为透明质酸的主要发酵原料是葡萄糖、玉米浆、磷酸二氢钾、氢氧化钠、液氨、乙醇等物质，所以其废水中含有这些物质以及发酵过程中形成的中间产品和最终产品等。

有机污染物的浓度较高，具有较好的可生化性，且无机盐引入量很低。因此，排放的废水含盐量较低。

（2）因为谷氨酰胺的发酵原料主要是葡萄糖、玉米浆、硫酸铵、磷酸二氢钾、氢氧化钠、液氨等物质，所以其废水中含有这些物质以及发酵过程中形成的中间产品和最终产品等，有机污染物的浓度较高，具有较好的可生化性。同时，因为其原料的培养基是硫酸铵且添加量很大，加之离子交换中的阳离子交换床再生剂为硫酸，所以排放的废水硫酸根浓度很高，会在一定程度上影响厌氧处理工艺[1]。

（3）由于发酵中使用了硫酸铵且pH调节中使用了液氨，排放的废水中氨氮浓度较高。

（4）因为发酵中添加了一些磷酸二氢铵，排放的废水总磷（Total Phosphorus，TP）指标较高，所以在具体处理中需要应用除磷工艺。

根据上述工艺基础分析，本次污水处理系统方案设计需要将实际的水质情况作为依据，对各种不利因素加以充分考虑和调研，在此基础上为该项目设计一个一流的污水处理系统，使其产品质量和性能均满足实际需求。

2.2 主要工艺选择

在发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理中，工艺选择是一项关键内容。本次污水处理项目设计者主要将其设计情况与废水排放特征作为依据，对其主要处理工艺进行了合理选择。经过实际情况与各方面因素的综合考虑，决定采用物理化学+好氧处理工艺处理谷氨酰胺废水。相较于谷氨酰胺，透明质酸废水中的硫酸根离子较少，不会影响到厌氧处理工艺。在具体处理过程中，为进一步节约处理成本，决定采用厌氧与好氧相结合的工艺对透明质酸废水进行处理，最大限度地节约项目投资以及运行成本。

为达到上述处理目标，本项目将混凝沉淀池用于污水的物化预处理，将循环膨胀床厌氧反应器（CirculatedExpanded Anaerobic Bed，CEAB）用于生产废水的厌氧处理，将厌氧-缺氧-好氧法（Anaerobic-Anoxic-Oxic，AAO）用于综合生化处理，将生物滴滤塔用于除臭处理[2]，工艺流程如图1所示。

2.3 工艺流程分析

2.3.1 预处理单元

因为本次项目谷氨酰胺废水中的硫酸根浓度很高，所以需要单独对其进行预处理。在具体处理过程中，非連续形式的自流废水来水首先会进入1#调节池中，通过该调节池来调节其水质和水量，使后续各个处理单元中的进水水质和进水水量保持稳定。通过提升泵将调节后的废水提升到混凝沉淀池中，以除去其中的悬浮物以及少量化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD），同时将聚合氯化铝（Polyaluminum Chloride，PAC）以及聚丙烯酰胺（Polyacrylic Amide，PAM）投加到混凝沉淀池，以提升其沉淀效果，并投加氢氧化钠以调节废水酸碱度，使混凝沉淀pH符合好氧池中的硝化碱度要求。通过重力泥浆将1#混凝沉淀池中的污泥排放到污泥池中，出水则进入AAO池进行生化处理。

透明质酸废水具有基本相似的水质，没有过多的硫酸根，所以本项目对这些废水进行混合预处理。在具体处理过程中，非连续形式的自流废水来水会先进入2#调节池中调节水质和水量，使后续各个处理单元中的进水水质和进水水量保持稳定，然后通过提升泵将调节后的废水提升到CEAB厌氧反应器中进行生化处理。

2.3.2 生化处理单元

在本次发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺废水处理项目中，透明质酸废水会通过提升泵从调节池被提升到CEAB厌氧反应器内，借助CEAB独有的厌氧消化作用将其中的大部分有机物去除。因此，该过程会伴随沼气的生成。通过三相分离器收集该过程中生成的沼气并将其输送到沼气储柜中，以达到良好的回收再利用效果。CEAB厌氧反应器中的出水会自流到A1厌氧池中。谷氨酰胺废水会直接从1#混凝沉淀池自流到A1厌氧池中。

透明质酸废水、谷氨酰胺废水以及回流污泥都会混合在A1厌氧池中，在磷细菌的厌氧释磷作用下，少量磷会被释放出来，为后续好氧处理中的超量磷吸收做准备[3]。A1厌氧池中的出水会自流到A2缺氧池中，和O好氧池中回流的消化液混合，在反硝化细菌的反硝化作用下，废水中的硝态氮会被去除。之后，废水会以自流的方式由A2缺氧池进入O好氧池内，通过鼓风曝气的方式对O好氧池内的废水进行处理，再借助微生物的好氧作用去除有机物，使出水中的COD符合排放标准。同时，借助消化细菌的消化作用有效去除废水中的氨氮，使出水中的氨氮含量符合排放标准。

在好氧条件下，磷细菌可以发挥超量吸收磷的作用，将废水中的磷转移到活性污泥中，达到良好的除磷效果[4]。经过消化处理之后，O好氧池中的一部分水会通过回流泵回流到A2缺氧池中继续进行反硝化处理，另一部分水会以自流的方式进入AAO二沉池内实现泥水分离。泥水分离之后，AAO二沉池中的上清液会通过出水堰自流到排放水池中，经监测合格之后便可向外排放。二沉池底部的大部分污泥会被污泥回流泵送入A1厌氧池内，使AAO二沉池中的泥浆浓度维持稳定，剩余的小部分污泥会被排放到污泥池中。

2.3.3 污泥处理单元

在污泥处理单元中，最关键的一项设备是污泥脱水设备。就目前的污水处理项目来看，污泥处理单元中比较常用的污泥脱水设备主要有叠螺式污泥脱水机、离心式污泥脱水机以及带式压滤机。在本次污水处理方案设计中，出于实际情况与各方面因素的综合考虑，最终将带式压滤机用作污泥处理单元的污泥脱水设备。在具体处理过程中，1#混凝沉淀池中的物化污泥会以重力排放的方式排放到污泥池中，二沉池中分离出的小部分剩余污泥会被污泥回流水泵输送到污泥池内。借助污泥提升泵可将污泥池中的污泥提升到带式压滤机中实施脱水处理，将阳离子PAM添加到污泥中，使其获得更高的去除效率[5]。对于脱水之后形成的污泥，本项目主要实施外运处理。污泥脱水之后形成的滤液以及带机冲洗水会以自流的方式进入1#调节池，再通过1#调节池重新进入该污水处理系统，从而得到重新处理。

2.3.4 沼气处理单元

在通过厌氧处理工艺进行污水处理的过程中，一个明显的特征是在处理有机物的同时生成沼气。本项目产生的沼气会被输送到沼气储柜内，然后通过风机输送到锅炉房内回用为燃料，实现良好的回收再利用。本次发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理中的沼气产量及其成分情况如表1所示。

在整个处理过程中，生成的沼气都会被回收到储柜中，并根据实际需求输送到沼气锅炉中生产饱和蒸汽。经现场实地考察与相关资料分析可知，本项目沼气锅炉中产生的饱和蒸汽压力可达到1.0 MPa，产量可达到45 t/d。按照200元/t计算，该发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理项目中每天由沼气创造的经济效益可达到9 000元。

2.3.5 臭气处理单元

在发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理项目中，臭气处理也是一项主要内容。本项目主要通过生物滴滤塔进行臭气处理。在具体处理过程中，通过臭气收集管道将调节池、污泥储池以及污泥脱水间中的臭气输送到生物滴滤塔中进行处理，达标后才可以排放到大气环境中。为满足实际的臭气处理需求，本项目臭气处理单元选择的生物滴滤塔处理技术是介于生物洗涤塔和生物过滤池之间的一种技术形式，可以让废气吸收以及生物降解在同一个反应装置中同时进行。此装置主要是在填料上部进行循环液喷淋，将污染物循环之后的微生物菌种接种到循环液中。含有污染物的臭气进入生物滴滤塔之后，首先需要通过附有生物膜的填料层。在此过程中，臭气中的恶臭物质会溶在水中，从而被吸附到填料表面附着的生物上，或被吸收到循环液中，达到良好的气体净化效果[6]。净化处理之后的气体会从生物滴滤塔的排气口排放出去。在本项目中，生物除臭原理的主要表达式为：污染物+O2→细胞代谢物+CO2+H2O。

3 发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水预处理效果分析

在本次发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理项目中，发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理系统的主要设计和应用目标是让处理后的废水达到出水水质标准要求，充分满足该项目的实际废水排放需求，最大限度地避免废水排放不达标所导致的各种环境污染问题。为达到这一目标，在本次发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理系统设计和建设中，工作人员特对其预处理效果进行了科学分析。经分析发现，若该系统中的各个处理单元均能正常运行，其废水中的生化需氧量（Biochemical OxygenDemand，BOD）去除率可达到97.9%，COD去除率可达到96.6%，总氮去除率可达到90.5%，总磷去除率可达到90.7%，氨氮去除率可达到92.1%，整體处理效果完全满足标准的废水排放要求。

由此可见，本项目中的发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理系统具有良好的处理效果。在具体应用过程中，只需要按照上述步骤建立和运行系统，便可充分满足项目中所有生产废水的实际处理需求。

4 结语

综上所述，当前调节池+混凝预处理+厌氧+AAO组合工艺处理发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水技术属于一种科学先进的废水处理技术。通过此项技术的合理应用，不仅可实现废水的科学处理，有效避免废水排放不达标导致的环境问题，还可以进一步节约项目的整体投入及其运行成本，为相关单位创造更多的经济效益。基于此，相关单位与工作人员一定要对此项技术加以深入研究，结合具体的项目概况，充分考虑各方面的实际情况与影响因素，为其建立一个具有针对性的污水处理系统，充分发挥发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理技术的应用优势，确保此类污水处理项目的建设及其运行效果，促进发酵法生产透明质酸及谷氨酰胺综合废水处理技术的良好应用与发展。