牛磺酸被廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥、食品添加劑、飼料、表面活性劑及增白劑等領(lǐng)域,且應(yīng)用范圍日趨擴(kuò)大,近年來(lái)一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。但其生產(chǎn)廢水含有高濃度COD、NH4+-N、有機(jī)氮及硫酸銨或氯化銨等鹽類(lèi)。國(guó)內(nèi)對(duì)牛磺酸生產(chǎn)廢水處理做了許多研究工作,如電滲析、液膜法、廢水資源化等處理技術(shù)[1]。但是由于這些技術(shù)處理成本高、耐沖擊負(fù)荷差、出水水質(zhì)達(dá)不到要求,在工程應(yīng)用中受到限制。因此,對(duì)廢水分別收集處理然后采用生化法綜合治理的技術(shù)路線是處理牛磺酸生產(chǎn)廢水的首選。某食品添加劑生產(chǎn)廠原有廢水處理工藝采用厭氧/兩級(jí)好氧,由于進(jìn)水負(fù)荷較高,處理效果差,導(dǎo)致出水COD、NH4+-N嚴(yán)重超標(biāo)。為了企業(yè)生產(chǎn)和環(huán)保的需要對(duì)原有工藝進(jìn)行改造,改進(jìn)后的工藝為催化內(nèi)電解/水解酸化/UASB/AO,并采用強(qiáng)化耦合絮凝技術(shù)對(duì)生化出水進(jìn)行深度處理,出水水質(zhì)達(dá)到《污水 綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978-1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

　　1 工程概況

　　江蘇省某食品添加劑公司擁有萬(wàn)噸級(jí)牛磺酸產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)規(guī)模。工藝流程為：環(huán)氧乙烷與亞硫酸氫鈉反應(yīng)制備2-羥基乙磺酸鈉，其在加熱加壓的條件下與氨反應(yīng)得到2-氨基乙磺酸鈉，再用硫酸酸化制得牛磺酸(2-氨基乙磺酸)〔2〕。生產(chǎn)過(guò)程產(chǎn)生200 m3/d綜合廢水，包括50 m3/d高氨氮廢水(氨氮質(zhì)量濃度8 000~12 000 mg/L)，經(jīng)吹脫后和150 m3/d廢水混勻進(jìn)入處理系統(tǒng)。原廢水處理工藝為厭氧/兩級(jí)好氧，系統(tǒng)出水難于達(dá)到一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，故進(jìn)行提標(biāo)改造工程。設(shè)計(jì)進(jìn)、出水水質(zhì)如表 1所示。

　　2 廢水處理流程

　　2.1 工藝流程

　　牛磺酸生產(chǎn)廢水及污泥處理工藝流程如圖 1所示。

 圖 1 牛磺酸生產(chǎn)廢水及污泥處理工藝流程

　　綜合廢水經(jīng)催化內(nèi)電解反應(yīng)器和混凝沉淀后，進(jìn)入水解酸化池，再進(jìn)入U(xiǎn)ASB系統(tǒng)。A/O工藝現(xiàn)階段比較成熟，能較好地去除廢水中的COD和氨氮，工程采用在此基礎(chǔ)上改進(jìn)的催化內(nèi)電解/厭氧/A/O工藝使其對(duì)牛磺酸生產(chǎn)廢水更有針對(duì)性。建立專(zhuān)門(mén)的水解酸化單元厭氧池，與反硝化單元缺氧池相獨(dú)立。好氧池末端混合液回流至缺氧池進(jìn)行反硝化，中沉池部分污泥回流至水解酸化池和缺氧池以補(bǔ)充污泥濃度。工藝中短程硝化-反硝化生物脫氮和全程硝化反硝化生物脫氮及同步硝化反硝化同時(shí)存在，微生物以兼性厭氧型為主，好氧型和厭氧型并存。再用氧化耦合絮凝技術(shù)對(duì)生化出水進(jìn)行深度處理，使出水水質(zhì)達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

　　2.2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計(jì)參數(shù)

　　(1)調(diào)節(jié)池。用于調(diào)節(jié)水量和水質(zhì)。利用舊有構(gòu)筑物，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，池內(nèi)設(shè)有攪拌系統(tǒng)，尺寸為10 m×8 m×4 m的有效容積280 m3，配有2臺(tái)(1用1備)揚(yáng)程為10 m的50ZZB-10型無(wú)堵塞自吸泵。

　　(2)催化內(nèi)電解反應(yīng)器。采用PP成套反應(yīng)塔，新建，內(nèi)置同濟(jì)大學(xué)研發(fā)專(zhuān)利填料(CN101704565A)。利用壓縮空氣鐵和炭發(fā)生氧化還原反應(yīng)，生成高活性的Fe2+、新生態(tài)H和·OH，能與廢水中的有機(jī)物發(fā)生氧化還原反應(yīng)，破壞其形態(tài)和結(jié)構(gòu)〔3〕。主體尺寸為D 2.2 m×6.6 m，有效容積24 m3，停留時(shí)間3 h。配有W-1.2/10型空壓機(jī)1臺(tái)，氣水比1∶10。

　　(3)混凝沉淀池。采用PP成套設(shè)備，新建，尺寸為7.5 m×2.5 m×3.5 m。混凝區(qū)采用折板式，設(shè)三格，第一格投加Ca(OH)2，第二格投加PAM。沉淀區(qū)采用斜板沉淀，有效沉淀面積18 m2，有效水深2.0 m，表面水力負(fù)荷4 m3/(m2·h)，水力停留時(shí)間2.2 h。設(shè)有兩個(gè)泥斗，容積3.0 m3。采用靜水壓排泥，排泥間隔12 h。

　　(4)水解酸化池。主要是將廢水中的氨基酸、反應(yīng)中間產(chǎn)物等難降解的大分子有機(jī)物轉(zhuǎn)化為易降解的小分子有機(jī)物。采用鋼板成套設(shè)備，新建，容積負(fù)荷1.1 kg/(m3·d)，水力停留時(shí)間10 h，有效容積80 m3，設(shè)三格，每格設(shè)1臺(tái)功率為4 kW的QJB40/6-E5型潛水?dāng)嚢柰屏髌鳌?/P>

　　(5)USAB。利用舊有構(gòu)筑物，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，內(nèi)置彈性立體填料。主體尺寸為D 5 m×6 m，有效容積96 m3，停留時(shí)間12 h。厭氧塔采用穿孔管方式均勻布水，上升流速為0.25 m/h。配有2臺(tái)(1用1備)揚(yáng)程為10 m的管道離心泵，用于厭氧塔的循環(huán)攪拌。

　　(6)缺氧池。用于反硝化生物反應(yīng)。利用舊有構(gòu)筑物，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為5.0 m×5.0 m×4.5 m，有效容積96 m3，水力停留時(shí)間12 h，反硝化填料容積負(fù)荷為0.76 kg/(m3·d)。池內(nèi)設(shè)有D 200×80型80 m3纖維束組合填料，設(shè)有2臺(tái)功率為4.0 kW的QJB40/6-E5型推流器。

　　(7)好氧1池。用于有機(jī)物的降解和短程硝化反應(yīng)。利用舊有構(gòu)筑物，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為6.5 m×6.5 m×4.5 m，有效容積180 m3，水力停留時(shí)間20 h，BOD5填料容積負(fù)荷1.1 kg/(m3·d)，硝化填料容積負(fù)荷0.71 kg/(m3·d)。池內(nèi)設(shè)有D 200×80型180 m3纖維束組合填料，池底設(shè)有微孔曝氣器，氣水比為15∶1，設(shè)2臺(tái)SSR-80型羅茨風(fēng)機(jī)(1用1備)，風(fēng)量2.0 m3/min。

　　(8)好氧2池。用于全程硝化反應(yīng)。利用舊有構(gòu)筑物，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為5.5 m×5.5 m×4.5 m，有效容積128 m3，水力停留時(shí)間16 h，BOD5填料容積負(fù)荷0.87 kg/(m3·d)，硝化填料容積負(fù)荷0.46 kg/(m3·d)。池內(nèi)設(shè)有D 200×80型128 m3纖維束組合填料，池底設(shè)有微孔曝氣器，氣水比為15∶1，設(shè)兩臺(tái)SSR-80型羅茨風(fēng)機(jī)(1用1備)，風(fēng)量2.0 m3/min。

　　(9)中沉池。利用舊有構(gòu)筑物，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積32 m3，污泥斗有效容積8 m3。設(shè)有2臺(tái)(1用1備)揚(yáng)程為7 m的硝化液回流泵，2臺(tái)(1用1備)揚(yáng)程為22 m的污泥回流泵。

　　(10)氧化耦合絮凝池。用于絮凝藥劑的混合反應(yīng)，對(duì)生化出水進(jìn)行深度處理。設(shè)兩格反應(yīng)池，每格有效容積8 m3，第一格投加氧化劑，第二格投加PAC。

　　(11)二沉池。用于實(shí)現(xiàn)泥水分離。利用舊有構(gòu)筑物，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有效容積80 m3，有效水深3.5 m，表面水力負(fù)荷1.5 m3/(m2·h)，污泥斗有效容積12 m3，內(nèi)設(shè)1臺(tái)揚(yáng)程為10 m的污泥泵。

　　3 運(yùn)行處理效果

　　3.1 對(duì)COD、氨氮的去除效果

　　工藝連續(xù)運(yùn)行數(shù)月，發(fā)現(xiàn)工藝對(duì)氨氮、總氮表現(xiàn)出優(yōu)良的處理性能，對(duì)COD、BOD5的處理效果也非常優(yōu)異。工藝穩(wěn)定運(yùn)行期間，一個(gè)月內(nèi)COD、NH4+-N的去除情況如圖 2、圖 3所示。

圖 2 工藝對(duì)COD的去除效果

 
圖 3 工藝對(duì)NH₄⁺-N的去除效果

　　3.2 穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)各單元的去除效果參數(shù)

　　由上述可知，催化內(nèi)電解工藝/水解酸化/UASB/AO/氧化耦合絮凝工藝具有較強(qiáng)的抗沖擊負(fù)荷能力，但由于牛磺酸生產(chǎn)廢水水質(zhì)水量的多變性，如果要求牛磺酸生產(chǎn)廢水能夠得到有效的處理，穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。結(jié)合長(zhǎng)期運(yùn)行參數(shù)，當(dāng)進(jìn)水COD不高于2 000 mg/L、氨氮不高于80 mg/L時(shí)，各工段穩(wěn)定運(yùn)行參數(shù)如表 2所示。

　　由表 2可見(jiàn)，在一定進(jìn)水濃度范圍內(nèi)，各工段能夠穩(wěn)定運(yùn)行，各種污染物去除效果良好，出水水質(zhì)滿足《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 8978—1996)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.3 經(jīng)濟(jì)效益分析

　　該工程設(shè)計(jì)規(guī)模為200 m3/d，工程總投資200萬(wàn)元，其中設(shè)備投資165萬(wàn)元，土建投資35萬(wàn)元;由于工藝的優(yōu)化及催化內(nèi)電解的使用，使得占地面積、日常運(yùn)行都優(yōu)于傳統(tǒng)處理方法，直接運(yùn)行成本4.5元/m3，其中電費(fèi)1.75元/m3，藥劑費(fèi)2.75 m3。

　　4 問(wèn)題及解決措施

　　4.1 進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)大

　　由于牛磺酸生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)設(shè)備、生產(chǎn)管理水平、生產(chǎn)線工人操作水平等因素的影響，會(huì)出現(xiàn)廢水水量、水質(zhì)的波動(dòng)變化。為此，必須依據(jù)進(jìn)水量和進(jìn)水有機(jī)負(fù)荷調(diào)整工藝參數(shù)，如采用稀釋水來(lái)穩(wěn)定調(diào)節(jié)池的水質(zhì)，控制進(jìn)水濃度過(guò)高對(duì)生化系統(tǒng)所造成的影響。

　　4.2 碳氮比失衡和堿度過(guò)低

　　在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，UASB出水COD介于600~800 mg/L，TN介于150~250 mg/L，碳源不足，導(dǎo)致氨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮不徹底，反硝化作用受到抑制，因此出水NH4+-N、TN難于達(dá)標(biāo)。為此，在UASB出水中投加10%的葡萄糖溶液，使得缺氧池中反硝化細(xì)菌有足夠有機(jī)物。另外，調(diào)試階段好氧池pH介于6.5~7.5，硝化作用受到抑制，投加碳酸鈉溶液補(bǔ)充堿度使得pH位于7.5以上。

　　4.3 污泥流失和上浮

　　在調(diào)試過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有生化污泥流失現(xiàn)象，是由于進(jìn)水電導(dǎo)率過(guò)高，微生物受到?jīng)_擊導(dǎo)致生物膜脫落、污泥流失。因此，進(jìn)水電導(dǎo)率過(guò)高時(shí)用水稀釋。另外，中沉池污泥上浮，主要是排泥次數(shù)少，發(fā)生反硝化反應(yīng)，沉淀池即時(shí)排泥即可消除上浮。具體參見(jiàn)http://www.dongaorq.cn更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　5 結(jié) 論

　　(1)工程實(shí)踐表明，采用催化內(nèi)電解/水解酸化/UASB/AO/氧化耦合絮凝組合工藝處理牛磺酸生產(chǎn)廢水具有處理效果好，操作管理方便，產(chǎn)泥量少等優(yōu)點(diǎn)，出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)一級(jí)排放標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)相關(guān)企業(yè)的廢水處理具有一定參考價(jià)值。

　　(2)催化內(nèi)電解在整個(gè)處理工藝中起著十分重要的作用，能夠有效去除污染物、提高廢水的可生化性，需控制好其運(yùn)行條件，主要是進(jìn)水pH控制在2.0~4.0。

　　(3)采用高效組合工藝，不僅運(yùn)行效果穩(wěn)定，而且費(fèi)用經(jīng)濟(jì)，處理直接費(fèi)用約為4.5元/m3。