氨基酸廢水具有成分復(fù)雜、有機物含量高、SO42-及鹽分等生物抑制物質(zhì)含量高、氨氮含量變化較大等特點，屬典型的高含量難降解廢水[1]。如不加以處理，將會對環(huán)境造成嚴(yán)重危害。因此，如何有效處理該類廢水已成為一個亟待解決的問題。
河南某生物公司是一家淀粉及制品和生物制品等的農(nóng)產(chǎn)品深加工企業(yè)，主要生產(chǎn)玉米淀粉、變性淀粉、色氨酸、玉米油、結(jié)晶葡萄糖、蛋白粉、玉米胚芽、玉米纖維、噴漿玉米纖維和玉米漿等。其中氨基酸生產(chǎn)車間主要產(chǎn)品為色氨酸、蘇氨酸和糖類，同時配套廢水處理站1 座，廢水處理量為3 500 m3/d。通過采用預(yù)處理- 內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器（IC）-A/O- 高級催化氧化工藝處理河南某生物公司的氨基酸廢水，探究其處理過程的可行性。
1 廢水特性及工藝流程
設(shè)計廢水水質(zhì)及排放標(biāo)準(zhǔn)見表1，污水及污泥處理工藝流程如圖1 所示。
生產(chǎn)廢水經(jīng)格柵井?dāng)r截后進入集水池。經(jīng)水泵提升進入調(diào)節(jié)池，進行水質(zhì)水量的調(diào)節(jié)。出水至水解酸化池，完成水解酸化過程。當(dāng)車間生產(chǎn)異常，廢水先進入事故應(yīng)急備用系統(tǒng)——超效淺層氣浮系統(tǒng)，通過高效混凝氣浮作用去除懸浮物和膠體物，出水再自流進入水解酸化池。接著進入中和加熱池進行調(diào)節(jié)pH 和溫度的調(diào)節(jié)，并稀釋有毒有害物質(zhì)。出水泵入IC 反應(yīng)器，通過高效厭氧微生物菌群的聯(lián)合作用，去除大部分有機污染物質(zhì)，同時產(chǎn)生沼氣。廢水自流進入A/O 系統(tǒng)進一步去除COD 和氨氮，出水經(jīng)二沉池實現(xiàn)泥水分離。采用高級催化氧化技術(shù)進一步深度處理以保證出水水質(zhì)穩(wěn)定達(dá)標(biāo)。
超效淺層氣浮、A/O 系統(tǒng)和深度處理系統(tǒng)產(chǎn)生的剩余污泥進入污泥濃縮池，再泵入污泥脫水機，污泥經(jīng)污泥脫水機脫水后，污泥濃縮池上清液、污泥脫水機壓濾液出水返回至調(diào)節(jié)池進行再處理，干泥外運。
2 主要構(gòu)筑物及設(shè)計參數(shù)
（1）格柵井。1 座，鋼筋混凝土。用于安放細(xì)格柵，去除大型固形物。尺寸0.55 m×5.0 m×1.5 m，內(nèi)置循環(huán)齒耙式細(xì)格柵1 臺，柵距1～3mm，功率0.37kW。
（2）集水池。1 座，鋼筋混凝土。設(shè)計停留時間2h，有效容積300 m3，尺寸10.0 m×10.0 m×3.5 m（超高0.5 m），配置提升泵3 臺（2 用1 備），qV=80 m3/h，H=8 m，P=4 kW，自耦式安裝，配液位控制開關(guān)。
（3）調(diào)節(jié)池。1 座，鋼筋混凝土。用于調(diào)節(jié)水質(zhì)水量。設(shè)計停留時間12 h，有效容積1 800 m3，尺寸20.0 m×18.0 m×5.5 m（超高0.5 m），內(nèi)置潛水?dāng)嚢铏C4 臺，D=615 mm，n=480 r/min，P=4 kW；提升泵3臺（2 用1 備），qV=80 m3/h，H=8 m，P=4 kW；DN100電磁流量計1 臺。
（4）超效淺層氣浮。置于調(diào)節(jié)池和水解酸化池之間，用于生產(chǎn)異常時的應(yīng)急處理措施，保證后續(xù)生化系統(tǒng)的進水水質(zhì)相對穩(wěn)定。反應(yīng)池設(shè)計停留時間15 min，尺寸￠7.0 m×1.1 m。配置超效淺層氣浮裝置1套，P=20 kW。
（5）水解酸化池。1 座，鋼筋混凝土。用于水解廢水中的大分子污染物質(zhì)，提高廢水可生化性，同時去除廢水中高含量的SO42-，減輕其對后續(xù)IC 反應(yīng)器運行的影響。設(shè)計停留時間24 h，有效容積3 500m3，尺寸35.0 m×20.0 m×5.5 m（超高0.5 m），內(nèi)置潛水?dāng)嚢铏C6 臺，D=615 mm，n=480 r/min，P=4 kW；溫度、pH一體化測量電極3 套。
（6）中和加熱池。1 座，鋼筋混凝土。承接水解酸化池出水，為IC 反應(yīng)器提供進水，同時承擔(dān)加熱和pH 調(diào)節(jié)作用，保證IC 反應(yīng)器進水的溫度和pH條件。設(shè)計停留時間2 h，有效容積300 m3，尺寸10.0 m×7.5 m×4.5 m（超高0.5 m），配置溫度、pH 一體化測量電極1 套；加熱裝置1 套，不銹鋼304。
（7）IC 反應(yīng)器。共2 座，碳鋼防腐筒體+ 復(fù)合材質(zhì)內(nèi)件。IC 反應(yīng)器將多級處理、流化床技術(shù)、污泥顆�；o外加動力內(nèi)循環(huán)技術(shù)等多項先進技術(shù)進行集成，與其他厭氧工藝相比具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢。設(shè)計COD 容積負(fù)荷8 kg/(m3·d)，總有效容積為3 768 m3，單座尺寸￠10.0m×24.0m，配置進水泵3 臺（2 用1備），qV=270 m3/h，H=22m，P=37 kW；進水管DN300電磁流量計、回流管DN350 電磁流量計各2 臺。沼氣穩(wěn)壓柜、沼氣火炬各1 套。
（8）A/O 池。A/O 生物脫氮工藝又稱為前置反硝化生物脫氮系統(tǒng)。在反硝化缺氧池中，回流污泥中的反硝化菌利用原廢水中的有機物作為碳源，將回流混合液中的大量硝態(tài)氮還原成N2，而達(dá)到脫氮的目的，然后再在后續(xù)的好氧池中進行有機物的生物氧化、有機氮的氨化和氨氮的硝化等生化反應(yīng)。A 池有效容積3 240m3，尺寸18.0m×36.0m×5.5m（超高0.5 m）。內(nèi)置潛水?dāng)嚢铏C8 臺，D=320 mm，n=740 r/min，P=2.2 kW。O 池設(shè)計COD 污泥負(fù)荷0.2kg/(kg·d)，有效容積：10 080 m3，尺寸56.0 m×36.0 m×5.5m（超高0.5m）。池底布置D215 曝氣盤2 800 個；鼓風(fēng)機3 臺（2 用1 備），供氣量36.3 m3/min，升壓58.8 kPa，轉(zhuǎn)速2 000 r/mim；混合液回流泵2 臺，qV=430 m3/h，H=0.6 m，P=1.5 kW。
（9）二沉池。1 座，鋼筋混凝土。采用輻流式，實現(xiàn)好氧出水的泥水分離。設(shè)計表面負(fù)荷0.46 m/h，有效容積￠20 m3，尺寸￠20.0 m×4.5 m（超高0.5 m），配置全橋式周邊傳動刮吸泥機1 臺，P=0.74 kW；污泥回流泵3 臺（2 用1 備），qV=67.5 m3/h，H=17.2 m，P=5.5 kW。
（10）高級催化氧化罐。1 座，碳鋼防腐。利用類芬頓氧化原理，通過投加一定量的H2O2、FeSO4，對生物處理后的二級出水進行深度處理，去除水中難生物降解的污染物，使出水達(dá)標(biāo)排放。設(shè)計停留時間6.5min，罐體尺寸￠2.0 m×5.0 m，配置H2O2、FeSO4、堿溶藥投藥一體化系統(tǒng)各1 套。
（11）曝氣接觸池。1 座，鋼筋混凝土。進行高級氧化反應(yīng)并完成混凝過程。設(shè)計反應(yīng)時間2.5 h，有效容積360m3，尺寸20.0m×4.5m×4.5m（超高0.5m）。池底布置D215 曝氣盤100 個；PAM、PAC 溶藥投藥一體化系統(tǒng)各1 套。
（12）終沉池。1 座，鋼筋混凝土。采用輻流式，完成深度處理后廢水的泥水分離，實現(xiàn)廢水達(dá)標(biāo)排放。設(shè)計表面負(fù)荷0.46 m/h，有效容積20 m3，尺寸準(zhǔn)20.0 m×4.5 m（超高0.5 m），配置全橋式周邊傳動刮吸泥機1 臺，P=0.74 kW。
（13）污泥濃縮池。1 座，鋼筋混凝土。采用輻流式，設(shè)計濃縮時間24 h，尺寸￠10.0m×4.0m（超高0.5m），配置全橋式中心傳動刮吸泥機，P=0.75 kW；污泥提升泵2 臺（1 用1 備），qV=20m3/h，H=60m，P=5.5kW；帶式污泥脫水機1 套，B=2.5 m，P=3 kW。
3 調(diào)試及運行情況
工程調(diào)試主要包括超效淺層氣浮調(diào)試、IC 反應(yīng)器調(diào)試、A/O 池調(diào)試、高級催化氧化調(diào)試4 部分。
3.1 超效淺層氣浮池
作為應(yīng)急設(shè)施，經(jīng)過1 周的現(xiàn)場實驗得知，當(dāng)溶氣罐工作壓力為0.3 MPa、PAC 投加量為0.12 kg/m3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%）、PAM 投加量為0.9 g/m3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%）時，氣浮系統(tǒng)對SS 和COD 的去除率分別在90%和20%以上，滿足應(yīng)急要求。
3.2 IC 反應(yīng)器
根據(jù)運行中污泥形態(tài)的變化和控制條件的差異，IC 反應(yīng)器的啟動可分為污泥馴化期、提高負(fù)荷期和滿負(fù)荷運行期3 個階段[2]。反應(yīng)器的接種污泥取自鄭州市某維生素制藥公司廢水處理站的厭氧顆粒污泥，用清水稀釋后泵入反應(yīng)器中，然后注滿清水并浸泡4 d 后開始進水。在污泥馴化期初期采用低含量間歇脈沖進水，以增加反應(yīng)器內(nèi)部溶液的混合程度[3]。保持進水含量不變，逐步增加進水量，然后采用連續(xù)進水，使厭氧污泥得到馴化。開始進水COD 容積負(fù)荷為0.9 kg/(m3·d)，調(diào)試過程中，當(dāng)VFA 的質(zhì)量濃度<300 mg/L、出水pH>6.6、COD 去除率>60%，并且出現(xiàn)內(nèi)回流時，說明各項指標(biāo)正常，將進水負(fù)荷提高20%，進行下一階段實驗運行。穩(wěn)定運行5 d 后，按計劃逐步提高有機負(fù)荷，直至IC 反應(yīng)器達(dá)到設(shè)計水量和COD。啟動實驗研究過程中，IC 反應(yīng)器的進出水COD 及其的去除率隨時間變化情況如圖2 所示。
由圖2 可知，啟動的最初幾天，反應(yīng)器內(nèi)有機污染物少，起始負(fù)荷較低，進水中的污染物含量不能很快得以體現(xiàn)，導(dǎo)致出水COD 較低。隨著進水COD、進水量和進水有機負(fù)荷的提高，HRT 也隨之減少，反應(yīng)器出水COD 略微上升，COD 的去除率也略有下降，但始終保持較高的去除率。2 個月后，IC 反應(yīng)器出水COD 穩(wěn)定在1 100 mg/L 左右，COD 去除率在85%以上，啟動完成，開始進行A/O 池的調(diào)試運行。
3.3 A/O 池
IC 反應(yīng)器出水自流進入A/O 池，投加取自周圍污水處理廠壓濾過的剩余污泥和未經(jīng)發(fā)酵的糞便水進行曝氣，當(dāng)觀察到污泥呈棕黃色后停止曝氣，讓污泥自由沉降并排掉部分上清液，再次補充一定量的糞便水繼續(xù)曝氣[4]。2 d 后發(fā)現(xiàn)A/O 池中的污泥量明顯增加，此時開始連續(xù)進水。開始COD 容積負(fù)荷為0.324 kg/(m3·d)，以滿負(fù)荷流量的20%為梯度逐步提高進水流量，并通過曝氣，使A 池中的DO 的質(zhì)量濃度保持在0.5 mg/L 以下，O 池DO 的質(zhì)量濃度在2.0mg/L 以上。每改變一次進水流量，系統(tǒng)穩(wěn)定運行4 d，從連續(xù)進水開始，運行20 d 后，污泥呈現(xiàn)棕黃色，沉淀后的上清液呈黃綠色，而且測得出水各項指標(biāo)均達(dá)到設(shè)計要求，表明活性污泥基本培養(yǎng)成功，啟動完成，進入穩(wěn)定運行階段。調(diào)試過程中COD、NH3-N 的去除效果分別見圖3 和圖4。
由圖3 和圖4 可知，剛啟動的一段時間，由于廢水中的微生物需要有一定的適應(yīng)過程，因此COD、NH3-N 的去除率不穩(wěn)定。隨著池中微生物活性增強，污泥含量增加，COD 去除率得到提高。運行20 d 后，出水COD 和NH3-N 的質(zhì)量濃度分別穩(wěn)定在200mg/L和20 mg/L 左右，去除率分別達(dá)到80%和90%以上。
3.4 高級催化氧化
經(jīng)類芬頓正交實驗和單因素實驗進行實驗研究，并結(jié)合現(xiàn)場實際運行情況最終確定：質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%的H2O2投加量0.51 L/m3，F(xiàn)eSO4投加量0.56 kg/m3，PAC 投加量為46.5 g/m3 （質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%），PAM投加量為0.8 g/m3（質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1%）。
4 處理效果及效益分析
4.1 處理效果
調(diào)試結(jié)束后，通過現(xiàn)場化驗室對廢水處理系統(tǒng)進行連續(xù)1 周、每天3 次的取樣監(jiān)測，結(jié)果表明，系統(tǒng)運行穩(wěn)定，處理效果好，COD、BOD5、NH3-N、SS 總?cè)コ史謩e達(dá)到98.96%、99.64%、96.47%、97.46%，出水滿足GB 8978－1996 中一級排放要求[5]。監(jiān)測結(jié)果見表2。
4.2 運行費用
該廢水處理系統(tǒng)的運行費用為2.5 元/m3，其中電費1.14 元/m3，藥劑費1.21 元/m3，人工費0.15 元/m3。IC 反應(yīng)器產(chǎn)生的沼氣回收再利用，用于鍋爐燃燒產(chǎn)生蒸汽，所產(chǎn)生的收益基本與廢水處理系統(tǒng)的運行費用持平。
4.3 環(huán)境效益
工程穩(wěn)定運行后，每年COD、NH3-N、SS、BOD5消減量分別約9 125、341.6、834.6、4 505 t，大大減輕了水體污染，同時對促進區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展和改善生態(tài)環(huán)境都有積極的影響。具體參見http://wlmqsb.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。
5 結(jié)論
工程運行情況表明，采用預(yù)處理-IC-A/O- 高級催化氧化工藝處理氨基酸廢水，調(diào)試完成后運行穩(wěn)定，處理效率高，出水水質(zhì)滿足GB 8978－1996 中一級排放要求。此外，采用事故廢水超效淺層氣浮應(yīng)急措施，使得廢水處理系統(tǒng)更有保障的運行，為同類污水處理工程設(shè)計提供一定的參考作用。
