牛磺酸被廣泛應用于醫藥、食品添加劑、飼料、表面活性劑及增白劑等領域,且應用范圍日趨擴大,近年來一直處于供不應求的狀態。但其生產廢水含有高濃度COD、NH4+-N、有機氮及硫酸銨或氯化銨等鹽類。國內對牛磺酸生產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[1]。但是由于這些技術處理成本高、耐沖擊負荷差、出水水質達不到要求,在工程應用中受到限制。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路線是處理牛磺酸生產廢水的首選。某食品添加劑生產廠原有廢水處理工藝采用厭氧/兩級好氧,由于進水負荷較高,處理效果差,導致出水COD、NH4+-N嚴重超標。為了企業生產和環保的需要對原有工藝進行改造,改進后的工藝為催化內電解/水解酸化/UASB/AO,并采用強化耦合絮凝技術對生化出水進行深度處理,出水水質達到《污水 綜合排放標準》(GB 8978-1996)一級標準。
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品標準化生產規模。工藝流程為：環氧乙烷與亞硫酸氫鈉反應制備2-羥基乙磺酸鈉，其在加熱加壓的條件下與氨反應得到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〕。生產過程產生200 m3/d綜合廢水，包括50 m3/d高氨氮廢水(氨氮質量濃度8 000~12 000 mg/L)，經吹脫后和150 m3/d廢水混勻進入處理系統。原廢水處理工藝為厭氧/兩級好氧，系統出水難于達到一級排放標準，故進行提標改造工程。設計進、出水水質如表 1所示。
2 廢水處理流程
2.1 工藝流程
牛磺酸生產廢水及污泥處理工藝流程如圖 1所示。
圖 1 牛磺酸生產廢水及污泥處理工藝流程
綜合廢水經催化內電解反應器和混凝沉淀后，進入水解酸化池，再進入UASB系統。A/O工藝現階段比較成熟，能較好地去除廢水中的COD和氨氮，工程采用在此基礎上改進的催化內電解/厭氧/A/O工藝使其對牛磺酸生產廢水更有針對性。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對生化出水進行深度處理，使出水水質達到排放標準。
2.2 主要構筑物及設計參數
(1)調節池。用于調節水量和水質。利用舊有構筑物，鋼筋混凝土結構，池內設有攪拌系統，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)催化內電解反應器。采用PP成套反應塔，新建，內置同濟大學研發專利填料(CN101704565A)。利用壓縮空氣鐵和炭發生氧化還原反應，生成高活性的Fe2+、新生態H和·OH，能與廢水中的有機物發生氧化還原反應，破壞其形態和結構〔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成套設備，新建，尺寸為7.5 m×2.5 m×3.5 m。混凝區采用折板式，設三格，第一格投加Ca(OH)2，第二格投加PAM。沉淀區采用斜板沉淀，有效沉淀面積18 m2，有效水深2.0 m，表面水力負荷4 m3/(m2·h)，水力停留時間2.2 h。設有兩個泥斗，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、反應中間產物等難降解的大分子有機物轉化為易降解的小分子有機物。采用鋼板成套設備，新建，容積負荷1.1 kg/(m3·d)，水力停留時間10 h，有效容積80 m3，設三格，每格設1臺功率為4 kW的QJB40/6-E5型潛水攪拌推流器。
(5)USAB。利用舊有構筑物，鋼筋混凝土結構，內置彈性立體填料。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，用于厭氧塔的循環攪拌。
(6)缺氧池。用于反硝化生物反應。利用舊有構筑物，鋼筋混凝土結構，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，反硝化填料容積負荷為0.76 kg/(m3·d)。池內設有D 200×80型80 m3纖維束組合填料，設有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。利用舊有構筑物，鋼筋混凝土結構，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填料容積負荷1.1 kg/(m3·d)，硝化填料容積負荷0.71 kg/(m3·d)。池內設有D 200×80型180 m3纖維束組合填料，池底設有微孔曝氣器，氣水比為15∶1，設2臺SSR-80型羅茨風機(1用1備)，風量2.0 m3/min。
(8)好氧2池。用于全程硝化反應。利用舊有構筑物，鋼筋混凝土結構，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填料容積負荷0.87 kg/(m3·d)，硝化填料容積負荷0.46 kg/(m3·d)。池內設有D 200×80型128 m3纖維束組合填料，池底設有微孔曝氣器，氣水比為15∶1，設兩臺SSR-80型羅茨風機(1用1備)，風量2.0 m3/min。
(9)中沉池。利用舊有構筑物，鋼筋混凝土結構，有效容積32 m3，污泥斗有效容積8 m3。設有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，對生化出水進行深度處理。設兩格反應池，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。用于實現泥水分離。利用舊有構筑物，鋼筋混凝土結構，有效容積80 m3，有效水深3.5 m，表面水力負荷1.5 m3/(m2·h)，污泥斗有效容積12 m3，內設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
工藝連續運行數月，發現工藝對氨氮、總氮表現出優良的處理性能，對COD、BOD5的處理效果也非常優異。工藝穩定運行期間，一個月內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
圖 3 工藝對NH4+-N的去除效果
3.2 穩定運行時各單元的去除效果參數
由上述可知，催化內電解工藝/水解酸化/UASB/AO/氧化耦合絮凝工藝具有較強的抗沖擊負荷能力，但由于牛磺酸生產廢水水質水量的多變性，如果要求牛磺酸生產廢水能夠得到有效的處理，穩定運行至關重要。結合長期運行參數，當進水COD不高于2 000 mg/L、氨氮不高于80 mg/L時，各工段穩定運行參數如表 2所示。
由表 2可見，在一定進水濃度范圍內，各工段能夠穩定運行，各種污染物去除效果良好，出水水質滿足《污水綜合排放標準》(GB 8978—1996)一級標準。
3.3 經濟效益分析
該工程設計規模為200 m3/d，工程總投資200萬元，其中設備投資165萬元，土建投資35萬元;由于工藝的優化及催化內電解的使用，使得占地面積、日常運行都優于傳統處理方法，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 進水水質波動大
由于牛磺酸生產工藝、生產設備、生產管理水平、生產線工人操作水平等因素的影響，會出現廢水水量、水質的波動變化。為此，必須依據進水量和進水有機負荷調整工藝參數，如采用稀釋水來穩定調節池的水質，控制進水濃度過高對生化系統所造成的影響。
4.2 碳氮比失衡和堿度過低
在調試過程中發現，UASB出水COD介于600~800 mg/L，TN介于150~250 mg/L，碳源不足，導致氨態氮轉化為硝態氮不徹底，反硝化作用受到抑制，因此出水NH4+-N、TN難于達標。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菌有足夠有機物。另外，調試階段好氧池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
在調試過程中發現有生化污泥流失現象，是由于進水電導率過高，微生物受到沖擊導致生物膜脫落、污泥流失。因此，進水電導率過高時用水稀釋。另外，中沉池污泥上浮，主要是排泥次數少，發生反硝化反應，沉淀池即時排泥即可消除上浮。具體參見http://www.jianfeilema.cn更多相關技術文檔。
5 結 論
(1)工程實踐表明，采用催化內電解/水解酸化/UASB/AO/氧化耦合絮凝組合工藝處理牛磺酸生產廢水具有處理效果好，操作管理方便，產泥量少等優點，出水達到《污水綜合排放標準》(GB8978—1996)一級排放標準，對相關企業的廢水處理具有一定參考價值。
(2)催化內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，不僅運行效果穩定，而且費用經濟，處理直接費用約為4.5元/m3。
