味精生产分为水解和发酵两种方法,现主要采用发酵法。此法以粮食为原料,水解、发酵生成谷氨酸,再中和结晶生成味精。生产过程中需要大量的浓硫酸、浓氨水等。据统计:某味精厂每生产1t 味精约需0. 8t 浓硫酸和0. 4t 浓氨水,排放高浓度废水20t 左右。以硫酸作为原料生产味精的厂家,其废水中NH3-N 浓度达10000mg/ L ,SO4²-
浓度达28000mg/ L ,并且pH 值低,一般为3 左右。低pH 值、高浓度的SO4²-和NH4+的废水将抑制微生物生长,不利于生化处理。通过石灰中和不但能调节味精废水的pH 值,而且经过吹脱后,能有效地降低废水中SO4²-和NH3
-N含量,削减部分COD。从而减轻后序工段的负荷,利于生化处理。
1 味精废水的水质及排放标准
1. 1 水质
以某公司的味精废水为例。该厂味精废水水质见表1 。
1. 2 检测方法
COD :重络酸钾法;SO4²-:铬酸钡分光法;NH3-N蒸馏滴定法;pH:pSH —3TC 酸度计;SS :重量法。
1. 3 国家排放标准
执行1996 年10 月4 日国家环保总局制定的GB8978 —1996 污水综合排放标准。
2. 1 蛋白提取工段
该过程以烯酸钠为絮凝剂,味精废水温度需控制在50 ℃左右,通过气浮法提取水中蛋白,每80t 废水可提干蛋白1t 左右,使废水的污染负荷大大降低。COD可降低30 %～40 % ,SS 降低70 %～80 % ,提取的蛋白营养丰富,可作为饲料,干蛋白市场售价1800～2000元/ t ,经济效益非常可观。以某公司的废水为例,处理效果见表2 :
表2 蛋白提取效果表(mg/ L)
2. 2 化学处理工段
味精废水经蛋白提取后,对COD 与SS 有所削减,但废水中的SO4²-浓度变化不大,pH 值为3 左右。高浓度的SO4²-、NH3-N对生化段的厌氧菌和好氧菌将产生抑制作用。据报道，SO4²-的浓度达到5000mg/ L 时,对微生物生长产生抑制作用。当NH3-N浓度高于1500～3000mg/ L 时,pH 高于7. 5 时产生抑制作用。NH3-N浓度高于3000mg/ L 时,无论pH高低,都有抑制作用。因此,必须在中和沉淀段降低SO4²-和NH3-N浓度。Ca (OH) 2 以其价格低,对SO4²-和NH3-N具明显降低作用等优点而被广泛采用,其作用机理如下:
CaSO4 的溶度积Ksp = 1. 96 ×10﹣4。随着石灰量的增加,使得反应(3) 的平衡向着生成CaSO4 的方向移动。反应(2) 的平衡向着生成NH3 的方向移动。可用吹脱方法去除NH3 。而SO4²-与Ca2 +生成CaSO4 沉淀。石灰用量与pH 值的关系见图1 。随着石灰量增加,pH 值逐渐升高,当pH 值达到6 时,废水仅需石灰8. 3kg/ m3 ,而当pH = 10 时,石灰用量为38kg/ m3 ,为pH = 6 时的近5 倍。
图2 、3 、4 中随着pH 值升高,SO4²-、NH4+ 、COD去除率逐渐增大, pH 值调节到6 时,SO4²-浓度为15336mg/L , NH4+ 浓度为6375mg/ L , COD 浓度为29327mg/ L ;而当pH = 11 时，SO4²-浓度为2439mg/ L ,NH4+ 浓度为2327mg/ L , COD 浓度为20730mg/ L 。SO4²-、NH4+ 、COD 分别是pH = 6 时的16 %、37 %、71 %。表明石灰用量越大,对污染物各项指标的去除效果越好,但并不经济,将大大增加废水的运行费用。其最佳pH 值为9 。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。
中和处理后产生的CaSO4 沉渣可用来生产石膏板。文献报道,CaSO4/ t 生产石膏板可获利100 元。中和处理经吹脱产生的NH3 经回收后,仍可创一部分效益。
2. 3 UASB 处理工段
有关文献报道,UASB 反应器工艺设计参数为:COD 控制在5000mg/ L ,容积负荷10～15kgCOD/ m3.d ,COD 去除率80 % ,操作温度为38 ±1 ℃。
图3 pH 值与NH4+ 浓度的关系
图4 pH 值与COD 的关系
根据上述要求,中和处理后的废水需4 倍稀释后方可进入UASB 反应器, 稀释后的废水COD 为5000mg/ L ,SO4²-为700 mg/ L左右,NH4+ 为700 mg/ L左右,可直接进入厌氧处理工段。厌氧菌取向淀粉废水厌氧污泥,接种量为25 %(v/ v) 。不同比例的味精废水浓度从低到高依次进料。驯化启动时间为3 个月,水力停留时间4d , COD 逐渐由2000mg/ L ～5000mg/ L 。UASB 反应器的出水COD 为1000mg/ L左右, 去除率为80 % ,SO4²-去除率为60 %左右, 而NH3-N 浓度有所升高,到达1000 mg/ L ,NH3-N 浓度的提高与厌氧系统的氨化细菌降解氨基酸和蛋白质有关。其处理效果见表3 。
表3 UASB运行效果表(mg/ L)
2. 4 SBR 工段
SBR 法能有效的去除COD 和NH3-N ,硝化反硝化作用强,是处理该废水的较好方法。
SBR 设计参数
反应期:整个过程曝气、搅拌交替进行,可根据需要进行调整。
沉降期:2h
排水期:0. 5h
闲置期:闲置期一般不超过20h ,缺氧时间过长将降低污泥活性。
SBR 运行效果见表4 :
表4 SBR运行效果表(mg/ L)
3 结论
味精废水中NH4+与SO4²-浓度高,在进入生化工段后,需进行适当处理。用Ca (OH2 ) 作为中和剂,既调节废水pH 又能有效降低水中的SO4²-和NH4+ 。SBR 工艺是一种间歇式生化处理工艺。它工艺系统简单,建设及运行费用低,硝化和反硝化作用强,对于味精废水中NH3-N 有极好的处理效果。
