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)用范圍日趨擴大,近年來一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。但其生產(chǎn)廢水含有高濃度COD、NH4+-N、有機氮及硫酸銨或氯化銨等鹽類。國內(nèi)對牛磺酸生產(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,并采用強化耦合絮凝技術(shù)對生化出水進(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)一級標(biāo)準(zhǔn)。

　　1 工程概況

　　江蘇省某食品添加劑公司擁有萬噸級牛磺酸產(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/兩級好氧，系統(tǒng)出水難于達(dá)到一級排放標(biāo)準(zhǔn)，故進(jìn)行提標(biāo)改造工程。設(shè)計進(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UASB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工藝使其對牛磺酸生產(chǎn)廢水更有針對性。建立專門的水解酸化單元厭氧池，與反硝化單元缺氧池相獨立。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(1用1備)揚程為10 m的50ZZB-10型無堵塞自吸泵。

　　(2)催化內(nèi)電解反應(yīng)器。采用PP成套反應(yīng)塔，新建，內(nèi)置同濟大學(xué)研發(fā)專利填料(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，停留時間3 h。配有W-1.2/10型空壓機1臺，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)，水力停留時間2.2 h。設(shè)有兩個泥斗，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物轉(zhuǎn)化為易降解的小分子有機物。采用鋼板成套設(shè)備，新建，容積負(fù)荷1.1 kg/(m3·d)，水力停留時間10 h，有效容積80 m3，設(shè)三格，每格設(shè)1臺功率為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(1用1備)揚程為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臺功率為4.0 kW的QJB40/6-E5型推流器。

　　(7)好氧1池。用于有機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SSR-80型羅茨風(fēng)機(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SSR-80型羅茨風(fēng)機(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(1用1備)揚程為7 m的硝化液回流泵，2臺(1用1備)揚程為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臺揚程為10 m的污泥泵。

　　3 運行處理效果

　　3.1 對COD、氨氮的去除效果

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

圖 2 工藝對COD的去除效果

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圖 3 工藝對NH₄⁺-N的去除效果

　　3.2 穩(wěn)定運行時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)定運行至關(guān)重要。結(jié)合長期運行參數(shù)，當(dāng)進(jìn)水COD不高于2 000 mg/L、氨氮不高于80 mg/L時，各工段穩(wěn)定運行參數(shù)如表 2所示。

　　由表 2可見，在一定進(jìn)水濃度范圍內(nèi)，各工段能夠穩(wěn)定運行，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)一級標(biāo)準(zhǔn)。

　　3.3 經(jīng)濟效益分析

　　該工程設(shè)計規(guī)模為200 m3/d，工程總投資200萬元，其中設(shè)備投資165萬元，土建投資35萬元;由于工藝的優(yōu)化及催化內(nèi)電解的使用，使得占地面積、日常運行都優(yōu)于傳統(tǒng)處理方法，直接運行成本4.5元/m3，其中電費1.75元/m3，藥劑費2.75 m3。

　　4 問題及解決措施

　　4.1 進(jìn)水水質(zhì)波動大

　　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，會出現(xiàn)廢水水量、水質(zhì)的波動變化。為此，必須依據(jù)進(jìn)水量和進(jìn)水有機負(fù)荷調(diào)整工藝參數(shù)，如采用稀釋水來穩(wěn)定調(diào)節(jié)池的水質(zhì)，控制進(jìn)水濃度過高對生化系統(tǒng)所造成的影響。

　　4.2 碳氮比失衡和堿度過低

　　在調(diào)試過程中發(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)率過高時用水稀釋。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)，沉淀池即時排泥即可消除上浮。具體參見污水技術(shù)資料更多相關(guān)技術(shù)文檔。

　　5 結(jié) 論

　　(1)工程實踐表明，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，出水達(dá)到《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB8978—1996)一級排放標(biāo)準(zhǔn)，對相關(guān)企業(yè)的廢水處理具有一定參考價值。

　　(2)催化內(nèi)電解在整個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，不僅運行效果穩(wěn)定，而且費用經(jīng)濟，處理直接費用約為4.5元/m3。