第2卷第2期2001年4月环境污染治理技术与设备
T echniques and Equipment for Environmental Pollution Control Vol. 2, N o. 2A pr . , 2001
味精废水处理技术综述
石振清 王静荣 李书申
(中国科学院生态环境研究中心, 北京100085)
摘 要 本文分类介绍了当前我国味精废水处理技术的现状, 重点介绍了物化处理和生物处理方法对味精废水的处理效果, 并对味精废水综合处理方案提出了自己的见解。
关键词 味精废水 物化处理 生物处理 综合处理
A review of monosodium glutamate wastewater treatment technology
Shi Zhenqing Wang Jingrong Li Shushen
(Research Center for Eco -Envi ronmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085)
Abstract This paper introduced present technologies used in treating monosodium glu -tam ate(M SG) wastew ater and the treatment efficiency of physico -chem ical treatment and bio treatm ent methods in detail. We also presented our ow n opinions about the comprehensive treatm ent of M SG w astew ater.
Key words monosodium g lutamate w astew ater; physico -chemical treatment; bio -treat -ment; comprehensive treatment
味精行业是我国发酵工业的主要行业之一, 我国味精的生产量正随着社会发展逐步增加, 1999年已达59. 03@104t 。味精生产通常是以大米、淀粉、糖蜜为主要原料, 经过糖化、发酵等处理, 分离提取谷氨酸, 再通过精制获得味精产品。
味精生产过程中产生的高浓度有机废水是指发酵母液或离交尾液, 即味精发酵液提取谷氨酸后排放的母液。此类废水的水质特性为:pH 为1. 8) 3. 2, COD 为30000) 70000mg /L ,
BOD 5为
20000) 42000mg/L , SS 为12000) 20000mg/L , NH 3-N 为5000) 7000mg/L, SO 2-为8000) 49000mg /L , 谷氨酸0. 2%) 1. 5%, 菌体1%[1]。每生产1t 味精, 要排放15) 20t 的味精废水。
味精废水作为一种难处理的高浓度有机废水, 直接排放严重污染环境, 如何对其进行经济有效的处理, 是众多味精生产厂家所面临的重要问题。有关科研单位、高校和味精生产企业围绕味精废水的方法, 工作, 了不少处理技术。目前, 众多味精废水处理技术大致分为两步, 一是提取废水中的谷氨酸菌体单细胞蛋白, 通过此步分离菌体, 约可除去30%左右的CO D [2], 常用物化方法进行处理(如絮凝、离心等方法) ; 二是提取菌体后废液的处理, 使其达到排放标准或处理后用于工厂回用, 这也是众多味精废水处理技术所面临的关键问题, 常采用生物处理方法(如厌氧发酵、生物膜法等) 。本文就相关文献和专利中所报道的味精废水处理技术进行综述。
1 物化处理方法
物化方法包括絮凝沉淀、膜分离、离心等方法。在以前, 物化处理方法一般局限于味精废水的预处理, 如提取谷氨酸菌体。随着水处理技术的进一步发展和工程实践经验的增加, 物化处理方法完全可以对味精废水进行彻底的分离处理, 并完成资源化的目标。
82 环境污染治理技术与设备 2卷
1. 1 絮凝沉淀
废水处理中均发挥着十分重要的作用。影响絮凝效果的因素有絮凝剂(种类和用量) 、操作条件(pH 值, 温度等) 以及反应器设计等。味精废水COD 含量很高, 絮凝沉淀一般作为整个处理流程的前处理单元, 用来除去一部分CO D, 为后续处理(如膜分离、生物处理) 减轻负荷。中国轻工业武汉设计院采用絮凝方法对武汉某味精高浓度有机废水进行预处理, 在合适的絮凝剂和反应条件下提取菌体蛋白, 能去除67. 8%的CO D 和44. 8%的SS
[3]
SO 2-4(8000) 9000mg/L) , 采用碱中和或电渗析等或偏碱性, 从而为某些有机絮凝剂的使用提供合适的pH 值。目前, 众多有机絮凝剂中较活跃的是壳聚糖。壳聚糖作为絮凝剂已经在许多废水处理领域中得到应用, 如渔业废水处理[6]、印染废水脱色
[7]
2-絮凝是一种广泛使用的水处理技术, 在给水、方法去除SO 4, 均可使味精废水pH 值接近中性
以及络合吸附重金属离子
[8]
等。壳聚糖是甲
壳素通过B -(1, 4) 糖苷键连接而成的一种线性高分子多糖的脱乙酰基产物, 无毒无害且不造成二次污染, 适合味精废水资源化的要求。壳聚糖在过酸的条件下, 主链容易发生水解, 生成葡萄糖胺、葡胺糖的衍生物或各种低分子量的多聚糖, 球絮体结构松散, 很难再吸附络合废水中的有机大分子物质; 在过碱的条件下, 其氨基电中性, 吸附络合能力大大下降。因此, 壳聚糖絮凝合适的pH 值条件是中性或偏碱性。王永杰等人采用壳聚糖处理味精废水[9], 结果表明, 壳聚糖处理味精废水最合适的pH 值在7) 11之间; 壳聚糖对温度变化不敏感, 性质稳定, 在5) 35e 温度范围内, 壳聚糖絮凝沉降性能变化不大; 壳聚糖的絮凝效果随浓度的增加而提高。因此, 在中性偏碱的条件下, 采用壳聚糖作为絮凝剂是合适的。
同时, 有些研究人员开发使用新型改进的絮凝剂, 来处理味精废水。孙振世等人[10]利用膨润土的分散、吸附和胶体性能来回收废水中的谷氨酸生成菌和其他有机物。普通膨润土效果较差, 但经过合适的改性剂改性后, 处理效果有明显的提高。而且, 改性膨润土对高浓度味精废水的处理有较普遍的适应性。
11113 絮凝剂的配合使用
将有机絮凝剂与无机絮凝剂配合使用, 对味精废水的絮凝效果要优于单独使用有机絮凝剂。上海大学环境系的研究表明[5], 聚丙烯酸钠中加入木质素作助凝剂, COD 去除率能达到46. 8%, 比单独使用聚丙烯酸钠提高约10%。而在壳聚糖中加入CaCl 2, 可明显提高壳聚糖的絮凝活性, 在合适的条件下, 对味精废水CO D 去除率可稳定在70%左右[9]。毛美洲等人通过正交试验确定了壳聚糖和其他助凝剂的合适配比, 采用合适的反应条件, 对谷氨酸菌体的去除率达98. 5%[11]。在实际处理中, 应该充分发挥助凝剂的作用, 节约主要絮凝剂, 节省费
, 为后
续生化处理创造了有利的条件。常用的絮凝剂分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类, 有关科研人员对它们的处理效果进行了较为深入的研究。11111 无机絮凝剂
无机絮凝剂包括常见的铁盐、铝盐絮凝剂。深圳大学化学系采用碱式氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁和氢氧化钙等无机絮凝剂对谷氨酸发酵液的絮凝情况进行了研究[4], 结果表明, 单纯的无机絮凝剂, 即使配合助凝剂, 絮凝效果也不理想, 难以满足实际应用的要求。因此, 在味精废水处理过程中, 无机絮凝剂很少单独使用, 一般均作为助凝剂, 与有机絮凝剂配合使用。但碱式氯化铝是一种无机大分子, 不仅具有高价金属离子的作用, 也具有部分有机絮凝剂的立体结构和网捕作用, 絮凝效果较好。
11112 有机絮凝剂
相关科研部门对有机絮凝剂处理味精废水做了大量工作, 一般认为有机絮凝剂对味精废水的絮凝效果较好, 但不同种类的絮凝剂对操作条件的要求不同, 絮凝效果也有所差别。味精废水属于酸性废水(pH 为1. 8) 3. 2) , pH 值对有机絮凝剂的絮凝性能影响较大, 这也是选择絮凝剂时应该考虑的问题。
上海大学环境系采用羧甲基纤维素钠、木质素和聚丙烯酸钠进行絮凝试验
[5]
, 三种絮凝剂在酸
性条件下絮凝效果相对较好, 但单独使用羧甲基纤维素钠或木质素作为絮凝剂时预处理效果不佳(CO D 去除率分别为18. 4%和23. 5%) , 在生产实际中几乎没有使用的可能。聚丙烯酸钠的处理效果较好, COD 去除率达到了36. 0%。
性在其含的
2期 石振清等:味精废水处理技术综述 83 用。
总之, 絮凝作为一种有效的水处理技术, 无论在谷氨酸菌体分离, 还是除菌后的进一步处理中, 都应该发挥重要的作用。应该认识到, 试验室的工作应该指导实际工程实践, 因此, 絮凝反应器的设
一次投资大等问题也要在生产实际中予以解决。11212 反渗透
反渗透用于去除大小与溶媒同一数量级的颗粒物, 分子量在10) 1000范围内。反渗透开始是大规模用于海水脱盐、高纯水的生产, 目前, 在废水
计也很重要。由絮凝理论可知[12], 在同样的水质、处理中的应用也日趋普遍。也有人采用反渗透膜
[15]
。但在味精废水处理中, 尚絮凝剂投加量和水流条件下, 絮凝结果只与速度梯来处理高浓度废水度G 和搅拌时间T 有关, 只要在试验和生产过程中保持G 、GT 相同, 就必然会在试验和生产中产生同样大小粒度的絮体。因此, 反应器的设计与试验条件的控制应该引起足够的重视。
无成熟的技术推出。作者认为, 虽然味精废水CO D 含量较高, 但其CO D 组成有其自身的特点, 采用反渗透技术处理, 只要选择好合适的预处理方法, 解决好膜污染的问题, 还是有较好的应用前景的。
1. 2 膜分离方法
膜分离作为一种新型的水处理技术, 近几年来在废水处理中发展也很快。超滤、反渗透和电渗析等方法已在多个领域得到应用。膜分离方法有常温操作、能耗低、占地少和操作方便等优点, 也符合味精废水资源再生的要求, 已逐步在味精废水处理中发挥着越来越重要的作用。11211 超滤
超滤是一种压力推动的膜分离方法, 利用超滤从味精发酵液中分离菌体, 在国外已有报道。在国内, 有关科研人员也进行了研究。
韩式荆等人利用超滤法分离味精废水中的菌体
[13]
1. 3 其他相关处理技术
离心分离、吸附方法也常用于味精废水的处理, 与其他方法联合使用, 提高处理效率。11311 离心
离心主要用于分离谷氨酸菌体。上海天厨味精厂采用进口离心机分离菌体, 所得菌体单细胞质量好, 可作为高效蛋白饲料添加剂[2]。周国忠等人[16]将发酵液进入离心分离机进行除菌, 离心机的转速为6600r/min, 分离后, 清液由轻相排出口离开分离机, 进入等电罐。
目前, 离心方法面临的主要问题是投资较大, 运行能耗高。11312 吸附
将吸附作为絮凝的后续手段, 对味精废水的处理也有较好的效果。黄民生等人的研究表明, 采用天然沸石对絮凝后的上清液进行净化, COD 、SS 和SO 2-91%和43%[5], 为4的去除率分别达到69%、后续处理创造了良好的条件。
, 废水中菌体去除率达99%以上; 将超滤和
萃取工艺相结合, 可使废水中CO D 降低34%, BOD 5降低20%。该工艺对日处理25t 味精废水进行了长期运行试验, 效果良好。
南开大学环境科学系将超滤技术和生物处理结合起来, 利用超滤来处理生物处理后的废液, 截留藻和菌体, 避免排放后的二次污染
[14]
。广州味
精厂拟引进国外的超滤处理技术, 发酵液经超滤处理, 可有利于提高谷氨酸提取率(可达90%以上) , 而味精废水经超滤后, 菌体去除率达99%以上
[2]
2 生物处理方法
生物处理在废水处理的各个领域都有广泛的
。应用, 已经积累了丰富的经验。一般来说, 废水的
郑宗坤等人将超滤和絮凝技术结合起来, 利用处理常用好氧法来进行, 但随着有机废水的大量增
加, 尤其是高浓度废水的增加, 厌氧处理方法也更多地被使用, 并取得了不少成功的经验。对于味精
4
超滤处理絮凝后的上清液。味精废水经絮凝离心后, CO D 去除率为83%, 再经截留分子量低于10
的DDS 膜超滤处理, 可得到COD 为123mg/L 、废水, 由于COD 含量太高, 开始常用厌氧处理, 排BOD 5为42mg/L 的清液, 接近第二类污染物的排放前再使用好氧处理, 从而达到排放标准。同时, 放标准[4]。
但是, 超滤技术在处理味精废水中也存在膜污,
从味精废水资源化的目的出发, 人们也探讨了一些综合利用方法(生产饲料酵母) , 下面分别加以讨
84 环境污染治理技术与设备 2卷
2. 1 发酵废母液生产饲料酵母
利用谷氨酸发酵废母液生产饲料酵母, 早在20世纪80年代由轻工部食品发酵工业研究所完成实验研究, 并应用于生产[1]。该工艺特别适合于味精生产中采用冷冻提取工艺的谷氨酸发酵废母液。随着味精生产的不断改进, 特别是/冷冻等电点-离交提取工艺0的普遍使用, 原饲料酵母生产工艺的应用受到一定的限制。但采用新菌种、新设备和新工艺生产饲料酵母, 仍得到了较好的效益。
利用味精废液生产饲料酵母工艺已经成熟, 设备定型, 由初期的间歇发酵变为连续发酵, 大大提高了生产效率, 且节约了能耗, 有许多研究所和味精生产企业掌握了该项技术[2]。
饲料酵母法目前存在的问题是相应设备投资、运行费用和生产成本居高不下, 影响了该技术的推广。同时, 生产酵母后的二次废水COD 较原母液降低40%左右, 但仍然有较高的COD 含量, 如何进一步处理, 也是该工艺需要解决的问题。
基本达到国家排放标准。之后, 他们又继续与河南能源研究所、省能源环保总站合作, 于1994年建成了1700m 3(4@425m 3) UA SB 厌氧沼气工程。1997年又有两套厌氧处理工程投入运行, 厌氧处理废水工程的总容积已达5500m 3, 取得了很好的运行效果[18]。
郝晓刚等人采用屠宰废水中培养的颗粒污泥接种启动中温UA SB 反应器, 处理味精-卡那霉素混合废水, 将进水COD 浓度控制在1000) 6000mg/L 之间, BOD 5B CO D=0. 6) 0. 7, 调节进水pH 值为7) 7. 5, 反应器能承受较高浓度的硫酸盐、氨氮和氯化物。当HRT 为2) 3h, 容积负荷率可达35) 40kg COD/(m 2#d ) , COD 去除率为75%) 80%
吴金义
[19][20]
。
采用毛发载体生物膜法处理味精离
交废水, 利用经特定脱脂处理后的毛发作载体, 经定向培菌挂膜后, 对高浓度CO D 和高SO 2-含量4的味精离交废水进行小试和中试研究。工艺的核心部分为厌氧U BF 装置, 经厌氧挂膜驯化, 处理预处理后的废水。其中的磁质极性材料与毛发载体能促进硫酸的转化, 将废水中的大量有机高分子转变成乙酸和丙酸等单体酸。结果表明, 在一定的供气量和温度条件下, 废水COD 总去除率可稳定在96%以上; 在供氧不足的条件下或温度较低时, 仍有较高去除效果。
2. 2 厌氧生物处理
厌氧生物处理的优点在于:能耗低; 可回收生物能源(沼气) ; 每去除单位重量底物产生的微生物(污泥) 量少; 具有较高的有机物负荷的潜力。缺点是处理后出水的CO D 值较高, 水力停留时间较长, 并产生恶臭
[17]
。厌氧反应器是厌氧处理中发生生
物氧化反应的主体设备, 国内外进行了广泛的研究, 设计了不少新的厌氧工艺和厌氧反应器。在味精废水处理中, 提取菌体蛋白后的废水先进入厌氧反应器(如U BF 装置) , 出水可再进一步厌氧处理(如U ASB) , 也可以直接进行好氧处理(如SBR) 。
上流式厌氧污泥床(U ASB) 反应器在味精废水处理中, 一般用于处理淀粉废水或经过预处理的发酵废液(或离交废液) 。它的特点在于上部设置三相分离器, 可使厌氧生物污泥自动回沉到下部反应区, 因而反应器可维持较高的生物量和较长的污泥停留时间; 同时由于三相分离器的作用, 反应器中形成粒状污泥, 进一步延长了污泥的停留时间。
周口味精厂1992年与河南省能源研究所合作建成了117m U ASB 厌氧水处理中型示范工程, 经过2年多的运行, 厌氧污泥充分颗粒化, CO D 去除, 3
2. 3 好氧生物处理
好氧生物处理一般不直接处理发酵废液, 只是作为整个处理流程的后续处理手段, 使废水最终达到排放标准。目前较常用的有SBR 法, 有人也采用藻菌共生系统来处理。21311 SBR
SBR 工艺是一种间歇式的生化处理方法, 具有造价低、运行方式灵活、耐冲击负荷和处理效果好等优点。
杨琦等人[21]采用SBR 对味精废水进行了研究。味精废水经厌氧U BF 后, COD 降至2850mg/L 。出水再进行SBR 处理, 工况的运行次序为:进水(2L ) , 搅拌(0. 5h) , 然后依次曝气(30h) -厌氧(25h) -曝气(35h) -厌氧(30h) -排水(0. 5h) 。经过SBR 的好氧、厌氧、再好氧、再厌氧的运行, 出水CO D 浓度达到了行业排放标准350mg/L 以下。
艺中了
2期 石振清等:味精废水处理技术综述 85 SBR 工艺[1]。将离子交换柱冲洗水、精制废水、厌氧消化液、浓缩蒸发冷凝水及部分离交尾液经稀释合并进行好氧处理, 采用SBR 工艺, 最终达标排放。莲花集团污水处理厂采用8个SBR 池, 处理污水量为7450t/d, 尺寸为L @B @H =25m @21m @5m 。以12h 为一个运行周期, 其中进水、搅拌1h, 曝气8. 5h, 沉淀1h, 排水1h, 待机0. 5h [22]。21312 藻菌共生系统
刘庆余等人对预处理后的味精废水采用藻菌共生系统进行生物处理, 效果较好[23]。但此系统的处理效果受预处理的影响较大, 进水COD 浓度越高, 处理效果越差。他们进一步将超滤技术用于截留藻菌共生系统处理液中的藻和菌体, 从而避免了二次污染[14]。
母液清液蒸发浓缩数倍, 浓缩液二次提取谷氨酸, 二次提取谷氨酸后的母液蒸发浓缩制成固体肥料。该法的优点在于废水蒸发浓缩处理过程中不加入化学药品, 防止了二次污染, 而且谷氨酸的总回收率高。但作者认为此方法能耗较大, 实际应用起来有一定的困难。
周国忠等人
[16]
发明了一种高浓度味精废水的
治理工艺, 用高速离心分离机对谷氨酸发酵液进行除菌处理, 除菌后的谷氨酸发酵液用低温等电点加离子交换工艺提取谷氨酸晶体; 离交废水培养高蛋白饲料酵母发酵后用离心分离和絮凝沉淀两次回收饲料酵母, 把废水的COD 最后削减到6000) 7000mg/L 以下, 再用SBR 做最后一段处理, 使废水符合排放标准。
作者倾向于用物化方法对味精废水进行综合处理, 达到清洁生产和资源再生的目的。发酵液通过絮凝方法提取菌体蛋白后, 上清液再进行絮凝处理, 出水通过膜技术进行深度处理, 浓缩液可回收利用, 而渗透液可直接用于工厂冲洗用水等方面。此种方案大大降低了水处理设备的占地面积, 实现了工厂内闭路循环, 达到了零排放的目标。
总之, 各个味精生产企业应该从自身情况出发, 选择适合自身特点的处理方案, 达到对味精废水的综合治理。科研部门在研究开发味精废水处理技术时, 也应该从我国国情出发, 研究出真正经济有效的处理技术, 为我国的经济建设服务。
3 味精废水综合处理技术探讨
对于味精厂发酵废液, 如何选择合适的处理技术, 组合成一套经济、有效的处理方案, 是味精生产厂家所关心的问题。综合处理技术路线应该考虑到味
-精废水的特点(酸性强、高COD 、高BOD 、高SO 2高4、
菌体含量) , 同时要经济可行, 实现资源化的要求。
从总体上来说, 味精废水处理一般包括两大部分:预处理(如饲料酵母法、发酵废液提取菌体蛋白等) 和后续处理(如生物处理、物化处理) 。在预处理中, 提取菌体蛋白的方法目前研究较多。应用较多的是利用高分子有机絮凝剂来絮凝沉降提取菌体蛋白, 通过分离菌体可去除30%左右的COD; U F 也得到应用, 但膜污染较严重。后续处理中, 生物技术较为成熟, 但设备投资大、占地大、运行维护费用较高, 因此, 物化方法日益受到人们的重视。将膜分离方法同其他物化方法结合起来, 渗透液可接近排放标准(可用于工厂其他用途) , 而浓缩液则继续回用。
莲花集团进行了多方面的试验和论证, 经多种方案的分析比较, 本着技术先进、运行可靠、经济合理可行的原则, 确定采用以下技术路线:离交尾液经提取菌体蛋白后, 部分经浓缩生产硫酸铵复混肥料及液肥; 一部分经理化生物膜装置进行处理达标排放; 另一部分进行好氧处理, 达标排放
李红光等人
[24]
[1]
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第2卷第2期2001年4月环境污染治理技术与设备
T echniques and Equipment for Environmental Pollution Control Vol. 2, N o. 2A pr . , 2001
味精废水处理技术综述
石振清 王静荣 李书申
(中国科学院生态环境研究中心, 北京100085)
摘 要 本文分类介绍了当前我国味精废水处理技术的现状, 重点介绍了物化处理和生物处理方法对味精废水的处理效果, 并对味精废水综合处理方案提出了自己的见解。
关键词 味精废水 物化处理 生物处理 综合处理
A review of monosodium glutamate wastewater treatment technology
Shi Zhenqing Wang Jingrong Li Shushen
(Research Center for Eco -Envi ronmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100085)
Abstract This paper introduced present technologies used in treating monosodium glu -tam ate(M SG) wastew ater and the treatment efficiency of physico -chem ical treatment and bio treatm ent methods in detail. We also presented our ow n opinions about the comprehensive treatm ent of M SG w astew ater.
Key words monosodium g lutamate w astew ater; physico -chemical treatment; bio -treat -ment; comprehensive treatment
味精行业是我国发酵工业的主要行业之一, 我国味精的生产量正随着社会发展逐步增加, 1999年已达59. 03@104t 。味精生产通常是以大米、淀粉、糖蜜为主要原料, 经过糖化、发酵等处理, 分离提取谷氨酸, 再通过精制获得味精产品。
味精生产过程中产生的高浓度有机废水是指发酵母液或离交尾液, 即味精发酵液提取谷氨酸后排放的母液。此类废水的水质特性为:pH 为1. 8) 3. 2, COD 为30000) 70000mg /L ,
BOD 5为
20000) 42000mg/L , SS 为12000) 20000mg/L , NH 3-N 为5000) 7000mg/L, SO 2-为8000) 49000mg /L , 谷氨酸0. 2%) 1. 5%, 菌体1%[1]。每生产1t 味精, 要排放15) 20t 的味精废水。
味精废水作为一种难处理的高浓度有机废水, 直接排放严重污染环境, 如何对其进行经济有效的处理, 是众多味精生产厂家所面临的重要问题。有关科研单位、高校和味精生产企业围绕味精废水的方法, 工作, 了不少处理技术。目前, 众多味精废水处理技术大致分为两步, 一是提取废水中的谷氨酸菌体单细胞蛋白, 通过此步分离菌体, 约可除去30%左右的CO D [2], 常用物化方法进行处理(如絮凝、离心等方法) ; 二是提取菌体后废液的处理, 使其达到排放标准或处理后用于工厂回用, 这也是众多味精废水处理技术所面临的关键问题, 常采用生物处理方法(如厌氧发酵、生物膜法等) 。本文就相关文献和专利中所报道的味精废水处理技术进行综述。
1 物化处理方法
物化方法包括絮凝沉淀、膜分离、离心等方法。在以前, 物化处理方法一般局限于味精废水的预处理, 如提取谷氨酸菌体。随着水处理技术的进一步发展和工程实践经验的增加, 物化处理方法完全可以对味精废水进行彻底的分离处理, 并完成资源化的目标。
82 环境污染治理技术与设备 2卷
1. 1 絮凝沉淀
废水处理中均发挥着十分重要的作用。影响絮凝效果的因素有絮凝剂(种类和用量) 、操作条件(pH 值, 温度等) 以及反应器设计等。味精废水COD 含量很高, 絮凝沉淀一般作为整个处理流程的前处理单元, 用来除去一部分CO D, 为后续处理(如膜分离、生物处理) 减轻负荷。中国轻工业武汉设计院采用絮凝方法对武汉某味精高浓度有机废水进行预处理, 在合适的絮凝剂和反应条件下提取菌体蛋白, 能去除67. 8%的CO D 和44. 8%的SS
[3]
SO 2-4(8000) 9000mg/L) , 采用碱中和或电渗析等或偏碱性, 从而为某些有机絮凝剂的使用提供合适的pH 值。目前, 众多有机絮凝剂中较活跃的是壳聚糖。壳聚糖作为絮凝剂已经在许多废水处理领域中得到应用, 如渔业废水处理[6]、印染废水脱色
[7]
2-絮凝是一种广泛使用的水处理技术, 在给水、方法去除SO 4, 均可使味精废水pH 值接近中性
以及络合吸附重金属离子
[8]
等。壳聚糖是甲
壳素通过B -(1, 4) 糖苷键连接而成的一种线性高分子多糖的脱乙酰基产物, 无毒无害且不造成二次污染, 适合味精废水资源化的要求。壳聚糖在过酸的条件下, 主链容易发生水解, 生成葡萄糖胺、葡胺糖的衍生物或各种低分子量的多聚糖, 球絮体结构松散, 很难再吸附络合废水中的有机大分子物质; 在过碱的条件下, 其氨基电中性, 吸附络合能力大大下降。因此, 壳聚糖絮凝合适的pH 值条件是中性或偏碱性。王永杰等人采用壳聚糖处理味精废水[9], 结果表明, 壳聚糖处理味精废水最合适的pH 值在7) 11之间; 壳聚糖对温度变化不敏感, 性质稳定, 在5) 35e 温度范围内, 壳聚糖絮凝沉降性能变化不大; 壳聚糖的絮凝效果随浓度的增加而提高。因此, 在中性偏碱的条件下, 采用壳聚糖作为絮凝剂是合适的。
同时, 有些研究人员开发使用新型改进的絮凝剂, 来处理味精废水。孙振世等人[10]利用膨润土的分散、吸附和胶体性能来回收废水中的谷氨酸生成菌和其他有机物。普通膨润土效果较差, 但经过合适的改性剂改性后, 处理效果有明显的提高。而且, 改性膨润土对高浓度味精废水的处理有较普遍的适应性。
11113 絮凝剂的配合使用
将有机絮凝剂与无机絮凝剂配合使用, 对味精废水的絮凝效果要优于单独使用有机絮凝剂。上海大学环境系的研究表明[5], 聚丙烯酸钠中加入木质素作助凝剂, COD 去除率能达到46. 8%, 比单独使用聚丙烯酸钠提高约10%。而在壳聚糖中加入CaCl 2, 可明显提高壳聚糖的絮凝活性, 在合适的条件下, 对味精废水CO D 去除率可稳定在70%左右[9]。毛美洲等人通过正交试验确定了壳聚糖和其他助凝剂的合适配比, 采用合适的反应条件, 对谷氨酸菌体的去除率达98. 5%[11]。在实际处理中, 应该充分发挥助凝剂的作用, 节约主要絮凝剂, 节省费
, 为后
续生化处理创造了有利的条件。常用的絮凝剂分为无机絮凝剂和有机絮凝剂两大类, 有关科研人员对它们的处理效果进行了较为深入的研究。11111 无机絮凝剂
无机絮凝剂包括常见的铁盐、铝盐絮凝剂。深圳大学化学系采用碱式氯化铝、硫酸亚铁、三氯化铁和氢氧化钙等无机絮凝剂对谷氨酸发酵液的絮凝情况进行了研究[4], 结果表明, 单纯的无机絮凝剂, 即使配合助凝剂, 絮凝效果也不理想, 难以满足实际应用的要求。因此, 在味精废水处理过程中, 无机絮凝剂很少单独使用, 一般均作为助凝剂, 与有机絮凝剂配合使用。但碱式氯化铝是一种无机大分子, 不仅具有高价金属离子的作用, 也具有部分有机絮凝剂的立体结构和网捕作用, 絮凝效果较好。
11112 有机絮凝剂
相关科研部门对有机絮凝剂处理味精废水做了大量工作, 一般认为有机絮凝剂对味精废水的絮凝效果较好, 但不同种类的絮凝剂对操作条件的要求不同, 絮凝效果也有所差别。味精废水属于酸性废水(pH 为1. 8) 3. 2) , pH 值对有机絮凝剂的絮凝性能影响较大, 这也是选择絮凝剂时应该考虑的问题。
上海大学环境系采用羧甲基纤维素钠、木质素和聚丙烯酸钠进行絮凝试验
[5]
, 三种絮凝剂在酸
性条件下絮凝效果相对较好, 但单独使用羧甲基纤维素钠或木质素作为絮凝剂时预处理效果不佳(CO D 去除率分别为18. 4%和23. 5%) , 在生产实际中几乎没有使用的可能。聚丙烯酸钠的处理效果较好, COD 去除率达到了36. 0%。
性在其含的
2期 石振清等:味精废水处理技术综述 83 用。
总之, 絮凝作为一种有效的水处理技术, 无论在谷氨酸菌体分离, 还是除菌后的进一步处理中, 都应该发挥重要的作用。应该认识到, 试验室的工作应该指导实际工程实践, 因此, 絮凝反应器的设
一次投资大等问题也要在生产实际中予以解决。11212 反渗透
反渗透用于去除大小与溶媒同一数量级的颗粒物, 分子量在10) 1000范围内。反渗透开始是大规模用于海水脱盐、高纯水的生产, 目前, 在废水
计也很重要。由絮凝理论可知[12], 在同样的水质、处理中的应用也日趋普遍。也有人采用反渗透膜
[15]
。但在味精废水处理中, 尚絮凝剂投加量和水流条件下, 絮凝结果只与速度梯来处理高浓度废水度G 和搅拌时间T 有关, 只要在试验和生产过程中保持G 、GT 相同, 就必然会在试验和生产中产生同样大小粒度的絮体。因此, 反应器的设计与试验条件的控制应该引起足够的重视。
无成熟的技术推出。作者认为, 虽然味精废水CO D 含量较高, 但其CO D 组成有其自身的特点, 采用反渗透技术处理, 只要选择好合适的预处理方法, 解决好膜污染的问题, 还是有较好的应用前景的。
1. 2 膜分离方法
膜分离作为一种新型的水处理技术, 近几年来在废水处理中发展也很快。超滤、反渗透和电渗析等方法已在多个领域得到应用。膜分离方法有常温操作、能耗低、占地少和操作方便等优点, 也符合味精废水资源再生的要求, 已逐步在味精废水处理中发挥着越来越重要的作用。11211 超滤
超滤是一种压力推动的膜分离方法, 利用超滤从味精发酵液中分离菌体, 在国外已有报道。在国内, 有关科研人员也进行了研究。
韩式荆等人利用超滤法分离味精废水中的菌体
[13]
1. 3 其他相关处理技术
离心分离、吸附方法也常用于味精废水的处理, 与其他方法联合使用, 提高处理效率。11311 离心
离心主要用于分离谷氨酸菌体。上海天厨味精厂采用进口离心机分离菌体, 所得菌体单细胞质量好, 可作为高效蛋白饲料添加剂[2]。周国忠等人[16]将发酵液进入离心分离机进行除菌, 离心机的转速为6600r/min, 分离后, 清液由轻相排出口离开分离机, 进入等电罐。
目前, 离心方法面临的主要问题是投资较大, 运行能耗高。11312 吸附
将吸附作为絮凝的后续手段, 对味精废水的处理也有较好的效果。黄民生等人的研究表明, 采用天然沸石对絮凝后的上清液进行净化, COD 、SS 和SO 2-91%和43%[5], 为4的去除率分别达到69%、后续处理创造了良好的条件。
, 废水中菌体去除率达99%以上; 将超滤和
萃取工艺相结合, 可使废水中CO D 降低34%, BOD 5降低20%。该工艺对日处理25t 味精废水进行了长期运行试验, 效果良好。
南开大学环境科学系将超滤技术和生物处理结合起来, 利用超滤来处理生物处理后的废液, 截留藻和菌体, 避免排放后的二次污染
[14]
。广州味
精厂拟引进国外的超滤处理技术, 发酵液经超滤处理, 可有利于提高谷氨酸提取率(可达90%以上) , 而味精废水经超滤后, 菌体去除率达99%以上
[2]
2 生物处理方法
生物处理在废水处理的各个领域都有广泛的
。应用, 已经积累了丰富的经验。一般来说, 废水的
郑宗坤等人将超滤和絮凝技术结合起来, 利用处理常用好氧法来进行, 但随着有机废水的大量增
加, 尤其是高浓度废水的增加, 厌氧处理方法也更多地被使用, 并取得了不少成功的经验。对于味精
4
超滤处理絮凝后的上清液。味精废水经絮凝离心后, CO D 去除率为83%, 再经截留分子量低于10
的DDS 膜超滤处理, 可得到COD 为123mg/L 、废水, 由于COD 含量太高, 开始常用厌氧处理, 排BOD 5为42mg/L 的清液, 接近第二类污染物的排放前再使用好氧处理, 从而达到排放标准。同时, 放标准[4]。
但是, 超滤技术在处理味精废水中也存在膜污,
从味精废水资源化的目的出发, 人们也探讨了一些综合利用方法(生产饲料酵母) , 下面分别加以讨
84 环境污染治理技术与设备 2卷
2. 1 发酵废母液生产饲料酵母
利用谷氨酸发酵废母液生产饲料酵母, 早在20世纪80年代由轻工部食品发酵工业研究所完成实验研究, 并应用于生产[1]。该工艺特别适合于味精生产中采用冷冻提取工艺的谷氨酸发酵废母液。随着味精生产的不断改进, 特别是/冷冻等电点-离交提取工艺0的普遍使用, 原饲料酵母生产工艺的应用受到一定的限制。但采用新菌种、新设备和新工艺生产饲料酵母, 仍得到了较好的效益。
利用味精废液生产饲料酵母工艺已经成熟, 设备定型, 由初期的间歇发酵变为连续发酵, 大大提高了生产效率, 且节约了能耗, 有许多研究所和味精生产企业掌握了该项技术[2]。
饲料酵母法目前存在的问题是相应设备投资、运行费用和生产成本居高不下, 影响了该技术的推广。同时, 生产酵母后的二次废水COD 较原母液降低40%左右, 但仍然有较高的COD 含量, 如何进一步处理, 也是该工艺需要解决的问题。
基本达到国家排放标准。之后, 他们又继续与河南能源研究所、省能源环保总站合作, 于1994年建成了1700m 3(4@425m 3) UA SB 厌氧沼气工程。1997年又有两套厌氧处理工程投入运行, 厌氧处理废水工程的总容积已达5500m 3, 取得了很好的运行效果[18]。
郝晓刚等人采用屠宰废水中培养的颗粒污泥接种启动中温UA SB 反应器, 处理味精-卡那霉素混合废水, 将进水COD 浓度控制在1000) 6000mg/L 之间, BOD 5B CO D=0. 6) 0. 7, 调节进水pH 值为7) 7. 5, 反应器能承受较高浓度的硫酸盐、氨氮和氯化物。当HRT 为2) 3h, 容积负荷率可达35) 40kg COD/(m 2#d ) , COD 去除率为75%) 80%
吴金义
[19][20]
。
采用毛发载体生物膜法处理味精离
交废水, 利用经特定脱脂处理后的毛发作载体, 经定向培菌挂膜后, 对高浓度CO D 和高SO 2-含量4的味精离交废水进行小试和中试研究。工艺的核心部分为厌氧U BF 装置, 经厌氧挂膜驯化, 处理预处理后的废水。其中的磁质极性材料与毛发载体能促进硫酸的转化, 将废水中的大量有机高分子转变成乙酸和丙酸等单体酸。结果表明, 在一定的供气量和温度条件下, 废水COD 总去除率可稳定在96%以上; 在供氧不足的条件下或温度较低时, 仍有较高去除效果。
2. 2 厌氧生物处理
厌氧生物处理的优点在于:能耗低; 可回收生物能源(沼气) ; 每去除单位重量底物产生的微生物(污泥) 量少; 具有较高的有机物负荷的潜力。缺点是处理后出水的CO D 值较高, 水力停留时间较长, 并产生恶臭
[17]
。厌氧反应器是厌氧处理中发生生
物氧化反应的主体设备, 国内外进行了广泛的研究, 设计了不少新的厌氧工艺和厌氧反应器。在味精废水处理中, 提取菌体蛋白后的废水先进入厌氧反应器(如U BF 装置) , 出水可再进一步厌氧处理(如U ASB) , 也可以直接进行好氧处理(如SBR) 。
上流式厌氧污泥床(U ASB) 反应器在味精废水处理中, 一般用于处理淀粉废水或经过预处理的发酵废液(或离交废液) 。它的特点在于上部设置三相分离器, 可使厌氧生物污泥自动回沉到下部反应区, 因而反应器可维持较高的生物量和较长的污泥停留时间; 同时由于三相分离器的作用, 反应器中形成粒状污泥, 进一步延长了污泥的停留时间。
周口味精厂1992年与河南省能源研究所合作建成了117m U ASB 厌氧水处理中型示范工程, 经过2年多的运行, 厌氧污泥充分颗粒化, CO D 去除, 3
2. 3 好氧生物处理
好氧生物处理一般不直接处理发酵废液, 只是作为整个处理流程的后续处理手段, 使废水最终达到排放标准。目前较常用的有SBR 法, 有人也采用藻菌共生系统来处理。21311 SBR
SBR 工艺是一种间歇式的生化处理方法, 具有造价低、运行方式灵活、耐冲击负荷和处理效果好等优点。
杨琦等人[21]采用SBR 对味精废水进行了研究。味精废水经厌氧U BF 后, COD 降至2850mg/L 。出水再进行SBR 处理, 工况的运行次序为:进水(2L ) , 搅拌(0. 5h) , 然后依次曝气(30h) -厌氧(25h) -曝气(35h) -厌氧(30h) -排水(0. 5h) 。经过SBR 的好氧、厌氧、再好氧、再厌氧的运行, 出水CO D 浓度达到了行业排放标准350mg/L 以下。
艺中了
2期 石振清等:味精废水处理技术综述 85 SBR 工艺[1]。将离子交换柱冲洗水、精制废水、厌氧消化液、浓缩蒸发冷凝水及部分离交尾液经稀释合并进行好氧处理, 采用SBR 工艺, 最终达标排放。莲花集团污水处理厂采用8个SBR 池, 处理污水量为7450t/d, 尺寸为L @B @H =25m @21m @5m 。以12h 为一个运行周期, 其中进水、搅拌1h, 曝气8. 5h, 沉淀1h, 排水1h, 待机0. 5h [22]。21312 藻菌共生系统
刘庆余等人对预处理后的味精废水采用藻菌共生系统进行生物处理, 效果较好[23]。但此系统的处理效果受预处理的影响较大, 进水COD 浓度越高, 处理效果越差。他们进一步将超滤技术用于截留藻菌共生系统处理液中的藻和菌体, 从而避免了二次污染[14]。
母液清液蒸发浓缩数倍, 浓缩液二次提取谷氨酸, 二次提取谷氨酸后的母液蒸发浓缩制成固体肥料。该法的优点在于废水蒸发浓缩处理过程中不加入化学药品, 防止了二次污染, 而且谷氨酸的总回收率高。但作者认为此方法能耗较大, 实际应用起来有一定的困难。
周国忠等人
[16]
发明了一种高浓度味精废水的
治理工艺, 用高速离心分离机对谷氨酸发酵液进行除菌处理, 除菌后的谷氨酸发酵液用低温等电点加离子交换工艺提取谷氨酸晶体; 离交废水培养高蛋白饲料酵母发酵后用离心分离和絮凝沉淀两次回收饲料酵母, 把废水的COD 最后削减到6000) 7000mg/L 以下, 再用SBR 做最后一段处理, 使废水符合排放标准。
作者倾向于用物化方法对味精废水进行综合处理, 达到清洁生产和资源再生的目的。发酵液通过絮凝方法提取菌体蛋白后, 上清液再进行絮凝处理, 出水通过膜技术进行深度处理, 浓缩液可回收利用, 而渗透液可直接用于工厂冲洗用水等方面。此种方案大大降低了水处理设备的占地面积, 实现了工厂内闭路循环, 达到了零排放的目标。
总之, 各个味精生产企业应该从自身情况出发, 选择适合自身特点的处理方案, 达到对味精废水的综合治理。科研部门在研究开发味精废水处理技术时, 也应该从我国国情出发, 研究出真正经济有效的处理技术, 为我国的经济建设服务。
3 味精废水综合处理技术探讨
对于味精厂发酵废液, 如何选择合适的处理技术, 组合成一套经济、有效的处理方案, 是味精生产厂家所关心的问题。综合处理技术路线应该考虑到味
-精废水的特点(酸性强、高COD 、高BOD 、高SO 2高4、
菌体含量) , 同时要经济可行, 实现资源化的要求。
从总体上来说, 味精废水处理一般包括两大部分:预处理(如饲料酵母法、发酵废液提取菌体蛋白等) 和后续处理(如生物处理、物化处理) 。在预处理中, 提取菌体蛋白的方法目前研究较多。应用较多的是利用高分子有机絮凝剂来絮凝沉降提取菌体蛋白, 通过分离菌体可去除30%左右的COD; U F 也得到应用, 但膜污染较严重。后续处理中, 生物技术较为成熟, 但设备投资大、占地大、运行维护费用较高, 因此, 物化方法日益受到人们的重视。将膜分离方法同其他物化方法结合起来, 渗透液可接近排放标准(可用于工厂其他用途) , 而浓缩液则继续回用。
莲花集团进行了多方面的试验和论证, 经多种方案的分析比较, 本着技术先进、运行可靠、经济合理可行的原则, 确定采用以下技术路线:离交尾液经提取菌体蛋白后, 部分经浓缩生产硫酸铵复混肥料及液肥; 一部分经理化生物膜装置进行处理达标排放; 另一部分进行好氧处理, 达标排放
李红光等人
[24]
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