谷氨酸生產(chǎn)廢水是治理難度較大的高濃度有機污水，具有酸性強、高COD、高氨氮、難生物降解的特點，同時谷氨酸生產(chǎn)廢水水質(zhì)水量變化較大〔1, 2, 3〕 。目前處理谷氨酸生產(chǎn)廢水的方法中生物法有活性污泥法、生物接觸氧化法、SBR、UASB、MBR 等，物化法有吸附過濾法、絮凝法、電滲析等〔4〕 。
1 廢水水質(zhì)及特征
甘肅某生物科技有限公司隨著谷氨酸生產(chǎn)線生產(chǎn)規(guī)模的擴大和生產(chǎn)工藝的升級，目前的生產(chǎn)廢水處理系統(tǒng)及相關配套設備已不能滿足生產(chǎn)廢水水量、水質(zhì)的要求。因此，需要對現(xiàn)有廢水處理系統(tǒng)及配套設施進行升級改造，以滿足廢水處理需要。處理后的水質(zhì)要求達到《味精工業(yè)污染物排放標準》（GB 19431—2004）。生產(chǎn)廢水實際進水及設計出水水質(zhì)見表 1。
根據(jù)綜合廢水情況設計進水水質(zhì)，并取安全系數(shù)為1.2。
谷氨酸生產(chǎn)廢水特征：由于廢水排放周期的間斷性與不連續(xù)性，因而廢水水量水質(zhì)變化十分顯著；廢水酸性強，混合廢水pH<4.0；COD 平均達到2.9 g/L，最高可達40 g/L；谷氨酸生產(chǎn)廢水中的NH 3 -N 含量高，廢水水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，正常生產(chǎn)時NH 3-N 質(zhì)量濃度在450~600 mg/L 之間。
1 原處理工藝及問題分析
原污水處理工藝如圖 1 所示。
原有廢水處理工藝系統(tǒng)存在的問題：（1）原有廢水集水池總?cè)莘e僅有90 m 3 ，整個工藝中未設置調(diào)節(jié)池，因此無法對生產(chǎn)廢水進行水質(zhì)、水量的調(diào)節(jié)，尤其是在生產(chǎn)間歇和生產(chǎn)設備檢修時，生產(chǎn)廢水間斷排放，其水質(zhì)、水量變化巨大，將嚴重影響后續(xù)污水處理系統(tǒng)的效率。 （2）無pH 調(diào)節(jié)系統(tǒng)，無法對廢水的酸堿度進行加藥調(diào)節(jié)，尤其是在廢水間斷排放時，有時pH 將達到2~3，酸性很強，會對后續(xù)微生物系統(tǒng)中微生物的呼吸作用及代謝功能產(chǎn)生障礙，使其生理活動無法正常進行，嚴重影響生物處理系統(tǒng)的處理能力。 （3）現(xiàn)有水處理工藝未設置事故池，當發(fā)生生產(chǎn)事故時，排出的生產(chǎn)廢水COD 將達到20~40 g/L，NH3 -N 也能達到數(shù)g/L，這樣的廢水進入處理系統(tǒng)將嚴重影響整個處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。 （4）生物處理系統(tǒng)為三段好氧串聯(lián)，沒有設置厭氧或缺氧部分，因而無法保證對COD、NH3-N、TN 的去除效果。 （5）現(xiàn)行污水處理工藝未針對谷氨酸生產(chǎn)廢水中氨氮含量較高的特點設置相應的脫氮處理工藝，僅僅依靠好氧生物系統(tǒng)處理無法使出水中氨氮指標達標排放。
3 處理工藝改造方案及分析
3.1 改造工藝流程
根據(jù)本工程的特點，改造時針對特征污染物的去除，結(jié)合原有廢水處理設施，采用好氧生物+復合生物兩段生物組合處理工藝，即由調(diào)節(jié)池+pH 調(diào)節(jié)系統(tǒng)+好氧生物系統(tǒng)+初沉池+復合生物池+終沉池+ MBR+砂濾池+化學脫氮組成的主體處理工藝，確保污水處理達標排放。剩余污泥利用原有污泥處理設施，采用污泥濃縮+污泥機械脫水的工藝處理。改造后的污水處理工藝流程如圖 2 所示。
3.2 主要構(gòu)筑物設計參數(shù)及說明
各單元處理工藝及構(gòu)筑物的設計參數(shù)見表 2。
表 2 主要構(gòu)筑物參數(shù)
| 名稱 | 主要構(gòu)筑物參數(shù) | 備注 |
| 調(diào)節(jié)池 | 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為30m×25m×4.5m，有效水深為4.0m，有效容積為3000m 3 ，HRT=24h | 新建 |
| 事故池 | 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為30m×25m×4.5m，有效水深為4.0m，有效容積為3000m 3 ，HRT=24h | 新建 |
| 集水池 | 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為8.6m×8.6m×4.5m，有效水深為4.0m，有效容積為90m 3 ，HRT=45min | 改建 |
| 酸堿調(diào)節(jié)池 | 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為36.0m×8.0m×3.5m，有效水深為3.0m，有效容積為1000m 3 ，HRT=9.3h | 改建 |
| 兩段好氧生物池 | 第一段：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為36.0m×10.5m×3.5m，有效水深為3.0m，有效容積為1250m，HRT=11.5h；第二段：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為30.6m×14.0m×3.5m，有效水深為3.0m，有效容積為1500m 3 ，HRT=14h | 改建 |
| 初沉池 | 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為D=26m，有效水深為3.5m，有效容積為2000m 3 ，HRT=18.5h | 改建 |
| 復合生物反應池 | 第一段（厭氧池）：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為22.0m×11.0m×4.5m，有效水深為4.0m，有效容積為1000m 3 ，HRT=9.3h；第二段（好氧池）：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為22.0m×11.0m×4.5m，有效水深為4.0m，有效容積為1000m 3 ，HRT=9.3h；第三段（接觸氧化池）：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為22.0m×11.0m×4.5m，有效水深為4.0m，有效容積為1000m 3 ，HRT=9.3h | 改建 |
| 終沉池 | 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為D=26m，有效水深為3.5m，有效容積為2000m 3 ，HRT=18.5h | 改建 |
| MBR設備間 | MBR生物處理設備分為3套，每套設備有效容積為80m 3 ，具體尺寸為12.0m×2.4m×3.0m。設備間尺寸為16.0m×14.0m×4.0m | 新建 |
| 砂濾池 | 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為8.0m×8.0m×4.0m，有效水深為3.5m，有效容積為250m 3 ，HRT=2.5h | 改建 |
| 脫氮反應池 | 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，尺寸為8.0m×8.0m×4.0m，有效水深為3.5m，有效容積為250m 3 ，HRT=2.5h | 新建 |
（1）調(diào)節(jié)池。在污水處理站內(nèi)新建調(diào)節(jié)池。谷氨酸生產(chǎn)廢水存在水質(zhì)、水量隨時間變化較大的特點。因此在進入生物處理系統(tǒng)之前設置調(diào)節(jié)池，能保證進入后續(xù)處理單元的廢水的水質(zhì)、水量相對穩(wěn)定。同時，調(diào)節(jié)池也相當于一個小型的厭氧池，能對有機污染物起到一定的降解作用。
（2）事故池。在污水處理站內(nèi)新建事故池，以確保發(fā)生生產(chǎn)事故時，排放出的谷氨酸廢水不直接進入整套污水處理系統(tǒng)，而是排入事故池中暫時貯存，保證整套系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。
（3）集水池（提升泵房）。將原有西側(cè)集水池進行改造。集水池主要用來將污水提升至酸堿調(diào)節(jié)池。
（4）酸堿調(diào)節(jié)池。由原有初沉池改建。酸堿調(diào)節(jié)池用于調(diào)節(jié)進入后續(xù)生物系統(tǒng)廢水的酸堿度，以確保整個生物系統(tǒng)在適宜的酸堿度條件下運行，使生物系統(tǒng)中的微生物能正常進行生理活動，從而保證后續(xù)整個生物處理工藝的高效、穩(wěn)定運行。
（5）兩段好氧生物池。 由原均質(zhì)池和第一段好氧生物池改建。由于谷氨酸是在厭氧環(huán)境下生產(chǎn)的，因而其生產(chǎn)廢水中的大部分有機物已經(jīng)厭氧處理，故在工藝前段應先設置兩段好氧生物處理。
（6）初沉池。利用原有中沉池。初沉池主要用于沉淀去除兩級好氧生物池產(chǎn)生的活性污泥和腐殖污泥。在去除懸浮物質(zhì)的同時，可去除部分BOD，達到改善生物處理構(gòu)筑物的運行條件并降低BOD 負荷的作用。
（7）復合生物反應池。由原有第二段、第三段好氧生物反應池改建。 復合生物反應池由厭氧池、好氧池、接觸氧化池組成，此結(jié)構(gòu)可以根據(jù)生產(chǎn)進水水量來對其進行靈活控制。 在厭氧細菌的作用下，大部分不溶性大分子有機物可轉(zhuǎn)換為可溶性小分子物質(zhì)，同時大部分高分子有機物也被降解為小分子物質(zhì)，使得廢水的可生化性得到大幅提高，為后續(xù)處理工藝提供有利條件。通過交替厭氧、好氧生物處理，水中的有機污染物得以被有效去除。
（8）終沉池。利用原有終沉池。終沉池主要用于沉淀去除復合生物反應池產(chǎn)生的活性污泥和腐殖污泥。
（9）膜生物反應器（MBR）。在新建的處理設備間內(nèi)配置3 套膜生物反應器（MBR）。由于膜的高效分離作用，膜生物反應器的分離效果遠好于傳統(tǒng)沉淀池，處理后的出水比較清澈，懸浮物和濁度接近于零，細菌和病毒被大幅去除，同時膜分離使得微生物被完全截流在生物反應器內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)能夠維持較高的微生物濃度，不但提高了反應裝置對污染物的整體去除率，保證了良好的出水水質(zhì)，同時反應器對進水負荷（水質(zhì)及水量）的各種變化還具有很好的適應性，耐沖擊負荷能力強，能夠穩(wěn)定獲得優(yōu)質(zhì)的出水〔5〕 。
（10）砂濾池。由原有緩沖池改建。砂濾池的主要作用是去除水中的懸浮物質(zhì)、固體顆粒。懸浮固體是水中不溶解的非膠態(tài)的固體物質(zhì)，它們在條件適宜時可以沉淀。用過濾器截留懸浮固體，以過濾介質(zhì)截留懸浮固體前后的質(zhì)量差作為衡量過濾器發(fā)揮作用的依據(jù)。
（11）化學脫氮。由原有消毒池改建，采用次氯酸折點氧化法將氨氮直接氧化為氮氣，確保出水中的氨氮達到排放標準。
（12）貯泥池。通過新建的污泥收集管線，收集初沉池和終沉池中的剩余污泥。
（13）污泥濃縮池。污泥濃縮采用重力濃縮，濃縮池上清液回流到調(diào)節(jié)池進行處理，濃縮污泥送至污泥脫水機房處理。
（14）污泥脫水機房。采用帶式壓濾機進行污泥脫水。
4 運行效果
改造后工程運行以來，各工段運行穩(wěn)定，水質(zhì)處理效果穩(wěn)定，出水穩(wěn)定達標，運行數(shù)據(jù)見表 3。
由表 3 可知，改造后的處理工藝對COD、BOD、 SS、氨氮的去除率分別為96.4% 、94.6% 、92.7% 、 91.9%，出水達到了《味精工業(yè)污染物排放標準》（GB 19431—2004）的要求。
5 效益分析
該項目實施后可減排COD 約2 700 t/a；BOD 約 1 310 t/a；氨氮約454 t/a。
工程改造費為769.3 萬元，其中設備購置改造費為322.1 萬元，土建安裝費和材料費為391.7 萬元，其他費用為55.5 萬元。改造后的處理系統(tǒng)主要運行成本來自電費、藥劑費。處理水量共計2 600 m 3 /d，藥劑費共計1.44元/ m 3 ，耗電費共計0.69 元/ m 3 ，總計直接水處理費用為2.13 元/ t。具體參見http://www.yiban123.com更多相關技術文檔。
6 結(jié)論
（1）整個改造工程實施過程中，充分利用了原有處理設施和設備，從運行效果來看，改造后整個處理系統(tǒng)安全可靠，運行穩(wěn)定，處理效果較好，處理后的廢水水質(zhì)能夠達到《味精工業(yè)污染物排放標準》（GB 19431—2004）的要求。
（2）采用多級好氧、厭氧組合生物處理工藝處理谷氨酸廢水，具有工藝先進、技術合理、微生物活性強、降解能力強、耐沖擊性強、出水水質(zhì)穩(wěn)定的特點。同時，兩段生物組合處理工藝均設置有回流循環(huán)系統(tǒng)，整個生物處理系統(tǒng)可靠性強。
（3）MBR 深度處理工藝具有操作簡便、自動化程度高、可調(diào)整性強、處理效果穩(wěn)定、耐沖擊性強、占地面積小等特點。采用該工藝可確保出水水質(zhì)達標，從而提高整個處理系統(tǒng)的安全性和可靠性。
（4）針對谷氨酸生產(chǎn)廢水高氨氮的特點，末端采用化學脫氮法，利用次氯酸折點氧化法將氨氮氧化為氮氣，確保出水中的氨氮達到排放標準。
