氨基酸在生產發酵過程中產生高濃度和低濃度2種廢水。高濃度廢水主要是氨基酸母液和洗膜廢水，該廢水COD濃度高、含鹽量高，水量較小，鹽分主要為硫酸銨或氯化銨，氨氮濃度每升甚至達到幾千至幾萬毫克。低濃度廢水主要包括刷罐水、二次冷凝水和車間清洗水，低濃度廢水含鹽量和污染物濃度較低，水量為母液的3～5倍。通過對氨基酸廢水組分分析，鹽分高和高氨氮成為廢水處理的難點。
目前國內外對該類廢水的處理主要致力于氨基酸的回收和綜合利用，主要包括膜分離法、生物法、氨基酸廢水的資源化利用。
(1)膜分離法
現有的膜分離技術已經大規模應用，如微濾、反滲透、超濾、納濾、電滲析、滲透蒸發、液膜等。膜工藝的應用遇到的障礙有投資運行成本高，易堵塞，要求高水平的預處理和定期的化學清洗以及濃縮物的處理問題。
(2)生物法
生物法是利用微生物的生命活動降解代謝有機物為無機物來處理廢水的方法。生物法處理廢水具有無二次污染、處理能力大、運行費用低、能耗小等優點，然而氨基酸廢水中含有的高鹽分如氯離子等抑制微生物的正常生長繁殖。通常需要對這些無機鹽類進行濃縮回收，再進行生物處理。
(3)氨基酸發酵廢液的資源化利用
發酵廢液指的是氨基酸生產過程中發酵液經沉降、膜過濾等方式提取氨基酸后排放的廢液。這些廢液中含有很多寶貴的資源，氨基酸菌體、蛋白質等固體物質懸浮物，無機鹽、有機酸及還原糖等。當前國內采用較多的資源化利用方法有：提取菌體蛋白后生產有機無機復混肥，生產飼料酵母蛋白后回收硫酸銨生產有機無機肥及生產家禽飼料添加劑等。
某生化公司主要以發酵法生產檸檬酸、賴氨酸、味精、酵母、淀粉糖等產品，生產車間主要有賴氨酸、丙氨酸、蘇氨酸等，為該生化廠區配套一座廢水處理量為5000m3/d的污水廠。通過多級內循環厭氧反應器(multi-internal circulation，MIC)和高塔式內循環活性污泥好氧反應器(high tower internal circu-lating activated sludge aerobic reactor，HTO)組合工藝處理車間的氨基酸廢水，經過50d左右的調試，最終出水達到污水排入城鎮下水道C級水質標準。
1、氨基酸廢水設計水質與排放要求
廢水設計水質及CJ343—2010的C級標準見表1。
2、工藝選擇及其特點
2.1 工藝選擇
由于氨基酸廢水COD、氨氮濃度高，單獨使用厭氧或者好氧生物處理很難達到發酵類制藥工業水污染物排放要求。結合氨基酸廢水水質和相關研究，決定采用機械式蒸汽再壓縮技術(mechanical vapor recompression，MVR)預處理收集廢水中的無機鹽類，厭氧部分采用MIC厭氧反應器去除廢水中大部分有機物，產生的沼氣供鍋爐燃燒使用，好氧部分采用HTO好氧反應器去除剩余的有機物和大部分氨氮。
2.2 工藝特點
2.2.1 MIC多級內循環厭氧反應器
MIC反應器是在上流式厭氧污泥床反應器(UASB)的基礎上，經過自主創新發展起來的第三代反應器。MIC反應器在IC反應器的基礎上進行了改進，取消了IC反應器的外循環裝置，降低了項目投資。
MIC反應器在實際工程項目中不斷改進，自主設計、安裝，經過50d的調試，反應器內的顆粒污泥已基本適應該廢水，COD去除率達到90%。其結構如圖1所示。
2.2.2 HTO高塔式好氧反應器
HTO好氧反應器是一種氣提式內循環反應器。廢水由底部進入反應器缺氧區均勻進水，反應器內導流筒底部開孔，曝氣頭安裝于導流筒中并完全淹沒，曝氣時導流筒內氣泡上升形成密度差將導流筒底部的廢水提升至好氧區，底部廢水不斷向好氧區提升，頂部泥水混合液由導流筒外部向缺氧區移動，在HTO反應器內形成一個個內循環。高塔式好氧反應器的創新點在于一個塔內存在缺氧區和好氧區，實現同步硝化反硝化，大大減少了構筑物占地面積。高塔式好氧反應器工作單元如圖2所示。
3、工藝流程及主要構筑物設計參數
3.1 工藝流程
廢水處理工藝流程如圖3所示。氨基酸高濃度生產車間廢水經過MVR預處理，低濃度廢水直接進入污水廠調節罐，進行水質、水量的調節，并在調節罐對廢水進行升溫，通過厭氧進水泵廢水進入MIC厭氧反應器。在厭氧塔內去除廢水中的大部分有機物，厭氧出水COD穩定在500～700mg/L，MIC的COD容積負荷為6～7kg/(m3·d)。厭氧出水進入配水塔，為2個HTO好氧塔均勻配水。HTO好氧反應器進一步去除廢水中的COD和大部分氨氮，好氧塔出水COD為130mg/L左右，去除率80%以上，氨氮10～20mg/L，去除率95%左右。HTO好氧塔出水進入二沉池進行泥水分離，二沉池污泥進行回流，保證好氧塔污泥量，剩余污泥進入污泥消化池，經過厭氧消化后回流至調節罐，整個污水系統基本不產生污泥，板框壓濾機作為污泥處理備用方案，氨氮吹脫塔也作為氨氮去除異常時備用方案。
厭氧過程產生的沼氣進入沼氣脫硫塔進行脫硫，經脫硫后的沼氣通入穩壓氣柜，保證供應沼氣壓力穩定，沼氣進入鍋爐燃燒，為車間和調節罐加熱升溫提供蒸汽。
3.2 主要構筑物設計參數
(1)調節罐：1座，尺寸20×20，有效容積5800m3，塔體內部環氧樹脂防腐，外部油漆防腐。調節罐配有蒸汽加熱系統，控制調節罐溫度(37±1)℃。
(2)MIC厭氧反應器：1座，尺寸φ20×20，有效容積6000m3，塔體內部環氧樹脂防腐，外部油漆防腐。水力停留時間24h，COD容積負荷6.6kg/(m3·d)，在中溫條件下運行MIC厭氧反應器，COD去除率90%。MIC厭氧反應器內部高1m處安裝32個高效布水盤，水流經過布水盤后呈分散旋流狀態，泥水充分接觸混合。在塔體內部高度10～12m以及16～18m處安裝兩級三相分離器。氣液混合物通過上升管至塔頂的4個分離包進行分離，分離后泥水經回流管至厭氧塔底部，沼氣經過脫硫塔脫硫。主要配套設備：厭氧進水泵，3臺(兩用一備)，qv=200m2/h，揚程20m，功率P=30kW。
(3)HTO好氧反應器：2座，尺寸φ20×20，有效容積5800m3，碳鋼內部表面環氧樹脂防腐，外部油漆防腐。水力停留時間48h，COD容積負荷0.34kg/(m3·d)，COD去除率80%。配套設備：型號D90-1.5離心式鼓風機3臺(兩用一備)，風量90m3/min，風壓49kPa，功率132kW。
4、調試運行和分析
4.1 MIC厭氧反應器的調試運行
接種污泥是顆粒污泥和厭氧消化泥。顆粒污泥粒徑1.2mm左右，含水率80%，來自某淀粉污水廠UASB反應器，總質量約1000t;消化污泥，含水率75%，總質量約500t。污泥加完之后，開始用蒸汽對調節罐進行升溫，每天升溫2～3℃，從18℃升到38℃，用時10d。氨基酸廢水有機氮濃度高，有機氮氨化后厭氧出水氨氮濃度達到400mg/L左右，對COD的去除率幾乎沒有影響，pH則出現小的波動，在厭氧反應器的緩沖作用下，pH又逐漸恢復至7～8。
污泥適應期，利用厭氧出水回流至調節罐，控制厭氧塔進水COD不高于5000mg/L，厭氧塔COD容積負荷小于2kg/(m3·d)。啟動5d左右，沼氣水封罐聽到氣泡聲音，說明厭氧塔已經產生沼氣。當厭氧塔COD去除率穩定在80%以上時，污泥馴化完成。
負荷提升期，逐步提高厭氧塔容積負荷，每次提升負荷不超過20%，直至COD容積負荷穩定在6～7kg/(m3·d)。當COD容積負荷提升到8～9kg/(m3·d)時，由于氨基酸廢水有機氮濃度高，水解酸化和有機氮的氨化過程進行得較快，導致反應器NH3-N過高，pH升至8，VFA升到15mmol/L，反應器緩沖能力需要1周左右才能將pH調整至正常，所以將反應器COD容積負荷穩定在6～7kg/(m3·d)，保證厭氧塔的連續穩定運行。
經過1個多月的調試，厭氧塔出水COD穩定在600mg/L左右，COD去除率達到90%，揮發性脂肪酸VFA低于5mmol/L。穩定運行后厭氧塔進出水COD與去除率變化曲線如圖4所示。
由圖4可以看出，COD去除率保持在85%～95%，中間出現水質波動較大，出水COD依然能夠穩定在1000mg/L以內。
4.2 HTO好氧反應器的調試運行
向每個好氧塔內各投加含水率為98%的活性污泥300t，引進厭氧出水，待淹沒曝氣頭后，開啟風機悶曝進行配菌。待好氧塔溶解氧達到2～4mg/L，繼續引進厭氧塔出水，每天進水1000m3左右，同時開啟污泥回流泵，進行留泥。按照此方式，直至好氧塔SV30穩定在30%～35%。HTO運行了1個多月，硝化菌優勢菌群逐漸繁殖后，開始出現pH持續降低的現象，即硝化反應過程產生了H+。
通過補充調節罐廢水至好氧塔提供反硝化所需碳源，pH逐漸上升至正常值7左右，在1個塔內實現AO法反應過程。HTO調試運行期間COD濃度和去除率變化曲線見圖5。
由圖5可知，HTO出水COD基本在150mg/L左右，去除率達到80%。HTO對氨氮的去除率變化曲線如圖6所示。
由圖6可知，繁殖硝化菌大概用了30多天，隨著系統的運行，氨氮濃度進一步降低，去除率達到95%。進行有效的反硝化所需碳氮比(C/N)≥3.5，從超越管為好氧塔補充AO反應過程所需碳源。
4.3 系統運行情況
經過近2個月的調試，出水已基本穩定，出水COD、BOD5、NH3-N、SS分別降至120、40、25、45mg/L以下。具體污水處理情況見表2。
對照表1可知，二沉池出水水質達到CJ343—2010的C級標準。
5、運行費用
此污水處理系統運行費用1.96元/m3，其中電費1.26元/m3，藥劑費0.52元/m3，人工費0.18元/m3。系統運行1年暫未產生過多的剩余污泥，所以板框壓濾機尚未使用。MIC厭氧反應器產沼氣量為15000～18000m3/d，經過脫硫后用于鍋爐燃燒產蒸汽，具有可觀的經濟價值。
6、結論
(1)采用MIC厭氧反應器和HTO好氧反應工藝處理氨基酸廢水是可行的，在去除有機物的同時，滿足氨氮去除的要求，出水水質達到CJ343—2010的C級標準。
(2)采用機械式蒸汽再壓縮技術預處理氨基酸生產車間高濃度廢水，大大減少了氨基酸廢水中的生物抑制物質和鹽分，保證了厭氧和好氧生物處理的順利進行。
(3)剩余污泥經過厭氧消化后回流至調節罐，保證了MIC厭氧反應器的污泥量，整個系統運行1年多，實現了剩余污泥零排放，板框壓濾機作為污泥處理備用方案。(來源：蘇州科技大學環保應用技術研究所，蘇州科特環保股份有限公司)
