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内循环三相生物流化床处理味精废水 * 张晶晶冯旭东温伟庆王丝雨谷丽王骅伟 北京工商大学化学与环境工程学院， 北京 100048 摘要 利用混合异养硝化 － 好氧反硝化菌群在内循环三相流化床内处理实际味精废水， 以火山岩为载体， 考察了反应 器的启动和驯化， 分析了污染物进水浓度变化对处理效果影响和同步硝化反硝化效果。结果显示， 经过10 d的间歇闷 曝， 微生物附着在载体表面， 挂膜成功; 经驯化可处理较高浓度的味精废水并具有较强耐冲击能力; 同步好氧硝化反硝 化效果良好。 关键词 味精废水;内循环三相流化床;好氧同步硝化反硝化 TREATMENT OF MONOSODIUM GLUTAMATE WASTEWATER BY INNER- LOOP THREE- PHASE FLUIDIZED BED Zhang JingjingFeng XudongWen WeiqingWang SiyuGu LiWang Huawei College of Chemical and Environmental Engineering，Beijing Technology and Business University，Beijing 100048，China AbstractThe treatment of monosodium glutamate wastewater by inner-loop three-phase fluidized bed coupled with the heterotrophic nitrification-aerobic denitrification strains was investigated with lava particles as carriers．The starting and domestication processes of the reactor have been studied．Furthermore，the effect of pollutants concentration variation on treatment andtheexpressionofsimultaneousnitrificationanddenitrficationwasanalyzed． Theresultsshowedthat microorganism had settled on the surface of carriers in 10 days． The system had successfully eliminated the high concentration wastewater and had the capacity of resisting concentration load shock． The excellent effort of simultaneous nitrification and denitrification had been showed． Keywords monosodiumglutamatewastewater; inner-loopthree-phasefluidizedbed; simultaneousnitrificationand denitrification * 国家科技支撑计划项目 2007BAK36B07- 5 。 0引言 我国为味精生产和消费大国， 味精产量世界居 首 ［1］， 产量大幅提高， 生产废水的大量增加， 若不经 处理排放必会严重污染环境 ［2］。味精废水具有有机 物高、 氨氮高、 pH 低、 处理难度大的特点 ［3］。 内循环三相生物流化床结合了化学工业中的流 态化技术与废水处理的生物技术， 是一种强化生物处 理、 提高微生物降解有机物能力的高效工艺 ［4］。生 物流化床大大的提高了反应器内的生物量和生物活 性， 增强了其对有机废水的处理效果。 本文采用内循环三相生物流化床对实际味精废 水进行处理， 系统地研究载体挂膜、 微生物驯化和废 水处理过程中各因素对出水效果的影响。目前， 尚未 见国内采用三相生物流化床处理味精废水的报道。 1废水来源及水质 国内某 味 精 公 司 主 要 生 产 味 精， 年 产 谷 氨 酸 15 万 t以上， 为减少 COD 和氨氮 NH 4 -N 排放量， 采 用通过全面提升谷氨酸提取技术、 开展高浓度氨氮废 水循环利用， 降低了液氨用量和味精废水排放量。采 用清洁生产和末端治理技术相结合的手段， 废水来源 及处理工艺流程见图 1。 味 精 公 司 进 入 污 水 处 理 设 施 的 污 水 共 7 000 m3/d，主要包括 淀粉废水、 制糖废水、 发酵废 水、 粗制废水、 精制废水、 浓缩污冷凝水。各股废水水 质和水量见表 1， 本文采用调节池内综合废水进行试 验研究。 51 环境工程 2011 年 10 月第 29 卷第 5 期 图 1废水来源及处理工艺流程 表 1各股废水水质和水量 废水名称来源工艺pH ρ COD / mg L － 1 ρ 氨氮 / mg L － 1 水量 / t d － 1 淀粉废水生产淀 粉工艺 4. 59 600230300 制糖废水制糖工艺6. 55 700156200 发酵废水发酵罐 冲洗 3. 9 ～ 4. 3 15 000 ～ 17 000 500 ～ 700600 粗制废水浓缩蒸发7. 2 ～ 7. 51 600 ～ 1 90070 ～ 902 800 精制废水活性炭脱 色及板框 压滤 8. 5 ～ 8. 7180 ～ 200120 ～ 1502 000 浓缩污 冷凝水 制造有机 肥浓缩冷 凝液 3. 5 ～ 3. 81 500 ～ 1 80060 ～ 901 100 合计综合废水 调节池 3. 4 ～ 5. 9950 ～ 1 50075 ～ 2007 000 2实验材料 本实验采用的三相内循环生物流化床反应器为 透明有机玻璃制造， 由内外两个同轴套筒组成， 反应 器的上端设置出水口和三相分离器， 中间设取样口， 下端有进水口和气体分布器， 反应器总体积为26 L， 反应区有效体积为20. 85 L。载体为火山岩粒子 经 测定孔隙率为 49 ， 比表面积23. 27 m2/m3 ， 载体粒 径在0. 3 ～ 0. 45 mm， 投加量约为占反应器有效体积 的 10 。空气经空气压缩机由底部分布器进入内 筒， 进水由蠕动泵经反应器下端进水口泵入内筒， 实 验装置流程如图 2 所示。 3结果与讨论 3. 1反应器启动与驯化 反应器启动采用快速排泥挂膜法 ［5］， 接种微生 物为实验室分离筛选的混合异养硝化 － 好氧硝化反 图 2实验装置流程 硝化菌株， 经扩大培养后运至现场进行挂膜。投加到 反应器后污泥浓度为4. 485 g/L。维持温度为 26 ～ 28 ℃ ， 调节 pH 为 7. 5 ～ 8. 5， 用空气流量计调节曝气 量控制反应器中溶解氧 DO ＞ 6 mg/L 。 启动阶段采用间歇进水的方式对反应器进行闷 曝， 24 h为 1 个周期， 进水、 排水 1 次。实际味精废水 污染物浓度高， 微生物短时难以适应， 需用自来水进 行稀释， 通过改变稀释比例， 逐渐提高进水 COD 和氨 氮浓度。实验前2 d废水中加入葡萄糖、 氯化铵分别 作为微生物的碳源和氮源， 此后8 d泵入稀释后的实 际味精废水， 根据出水测试结果逐渐提高进水浓度， 同时加入微生物所需微量元素。启动阶段进出水具 体情况如表 2 所示。 由表 2 可以看出 进水浓度的升高对出水效果影 响不 大， 出 水 ρ COD保 持 在 100 mg/L 以 下， 出 水 ρ 氨氮 保持在10 mg/L以下， 达味精工业污染物排 放标准 GB 194312008。整个启动阶段 COD 平均 去除率为 80. 37 ， 氨氮平均去除率为 89. 38 。反 应器启动10 d后， 将挂膜的载体在显微镜下观察， 发 现载体颗粒外有一层薄透明生物膜， 经测定微尺测量 平均生物膜厚度为 60 ～ 120 μm。生物膜上附有累枝 虫等原生动物， 废水中有少量悬浮污泥， 由于味精废 水颜色较深， 因此载体上的生物膜、 悬浮污泥和累枝 虫均为棕褐色。 微生物降解污染物， 适应过程是一个重要因子。 通过一系列适应过程进行自我调节， 微生物群体结构 向着适应环境条件的方向发展， 最后获得具有较高耐 受性和代谢活性的优势菌种 ［6］。本实验采用此方法 对微生物进行驯化。反应器启动10 d后， 改间歇进水 为连续进水， 逐渐增加实际味精废水比例， 达到逐渐 61 环境工程 2011 年 10 月第 29 卷第 5 期 表 2启动阶段反应器处理效果 运行时间 / d 味精废水 比例 / 进水 pH 进水 ρ COD / mg L － 1 进水 ρ 氨氮 / mg L － 1 出水 pH 出水 ρ COD / mg L － 1 出水 ρ 氨氮 / mg L － 1 108. 75203. 6833. 68. 4381. 7149. 28 208. 76207. 6522. 98. 6319. 783. 4 3109. 02201. 7225. 78. 7950. 10. 63 4158. 81393. 5420. 988. 9168. 295. 7 5158. 73208. 0023. 968. 6752未检出 6208. 65408. 0331. 388. 7072. 821. 04 7208. 39497. 0321. 738. 2498. 881. 85 8258. 85337. 6745. 228. 8663. 446. 18 9258. 55527. 9835. 938. 59107. 052. 75 10258. 72496. 1332. 218. 8413. 060. 29 提高进水污染物浓度的目的， 使微生物适应高浓度味 精废水。 3. 2污染物进水浓度变化对出水影响 连续进行 2 个多月的动态实验， 对微生物进行驯 化， 逐渐提高进水污染物浓度， 考察浓度变化对反应 器的影响。 其他反应条件不变， 控制水力停留时间 HRT 为7 h， 动态实验期间 COD、 氨氮进出水浓度变化见 图 3、 图 4。 图 3 COD 进出水浓度变化 从图 3、 图 4 可以看出 虽然整个运行期间进水 污染物浓度呈现逐渐升高趋势， 但由于实际味精废水 水质不稳定， 经常出现突然升高的现象， 当进水 COD 质量浓度由425 mg/L突然提升到1 115 mg/L， 而出水 COD 质 量 浓 度 略 有 升 高，由 86 mg/L 升 高 到 115 mg/L， 但去除率仍达 92 以上， 且虽然进水 COD 和氨氮浓度变化较大， 进出水 COD 和氨氮浓度变化 趋势基本一样， 但出水变化相比进水波动较小， 说明 反应器耐冲击能力较强。期间ρ COD 进水最低为 98. 88 mg/L， 最高达1 115 mg/L， 相应出水ρ COD 分 图 4氨氮进出水浓度变化 别 为79. 0，86. 0 mg/L;ρ 氨氮 进 水 最 低 为 6. 4 mg/L， 最高为97. 7 mg/L， 相应出水质量浓度分 别为 0. 6， 2. 3 mg/L， 从出水浓度可以看出， 流化床工 艺中经过驯化混合菌株能够适应较高的进水污染物 浓度。最高 COD 和氨氮容积负荷分别达到 3. 82， 0. 33 kg/ m3d ， 与水厂现行 SBR 工艺相比有很大 提高。 3. 3反应器的同步硝化反硝化效果 目前， 利用好氧反硝化菌处理高有机、 高氨氮的实 际味精废水未见报道。根据尹明锐 ［8- 10］等人研究， 分 离筛选的多株高效异养硝化 － 好氧硝化反硝化菌， 经 鉴定菌株为低 N2O 逸出的高效硝化 － 反硝化脱氮菌。 本实验将 7 株异养硝化 － 好氧硝化反硝化菌株混合后 扩大培养投加到反应器中进行载体挂膜， 考察其对实 际味精废水的适应能力和同步硝化反硝化效果。 总氮 TN 、 硝态氮 NO － 3 -N 和亚硝态氮 NO － 2 - N 含量进、 出水浓度变化见图 5、 图 6， 由于进水硝态 氮和亚硝 态 氮含 量 甚微， 因 此 两 者 进 水 浓 度 忽 略 不计。 71 环境工程 2011 年 10 月第 29 卷第 5 期 图 5总氮进出水浓度变化 图 6出水硝态氮和亚硝态氮浓度变化 由图 5、 图 6 可以看出 动态实验阶段前35 d总氮 去除率较低， 出水硝态氮与亚硝态氮浓度较高， 硝态 氮浓度平均值为16. 3 mg/L， 最高值为26. 1 mg/L; 亚 硝 态 氮 浓 度 平 均 值 为 12. 1 mg/L，最 高 值 为 17. 9 mg/L。在 35 ～ 50 d内， 出水中硝态氮和亚硝态 氮浓度逐渐降低， 硝态氮浓度平均值8. 3 mg/L， 最高 值为17. 0 mg/L; 亚硝态氮浓度平均值4. 2 mg/L， 最 高值 为8. 4 mg/L。运行至51 d后， 硝态氮平均浓度 和最高浓度分别为2. 9， 4. 6 mg/L; 亚硝基氮平均浓度 和最高浓度分别为 0. 1， 0. 3 mg/L。反应器进入运行 稳定期， 微生物适应环境， 总氮去除率逐渐升高， 保持 在 69 以上， 平均去除率为 88. 3 。动态实验阶段 对微生物浓度进行监测， 未发现明显变化。结果表 明， 好氧条件下总氮明显减少， 表现出较好的好氧同 步硝化反硝化效果。 4结论 1 本文先间歇进水闷曝启动， 再连续进水并逐 渐增加味精废水浓度的方式进行反应器挂膜和驯化， 整个启动阶段 COD 平均去除率为 80. 37 ， 氨氮平均 去除率为 89. 38 ， 显微镜下观察， 生物膜生长状态 良好， 膜厚度为 60 ～ 120 μm， 挂膜成功。 2经过 2 个多月的驯化， 混合好氧反硝化菌群 结合流化床反应器能够处理高 COD、 高 NH 4 -N 浓度 的味精废水且耐冲击能力较强。容积负荷高于现行 SBR 工艺。 3 将混合高效异养硝化 － 好氧硝化反硝化菌群 投加到流化床反应器内进行载体挂膜， 研究其处理味 精废水效果， 在同一反应器内好氧同步硝化反硝化作 用有较好效果， 稳定运行后， 硝态氮和亚硝态氮出水 浓度很低， 总氮平均去除率达 69 ， 为工业化应用提 供理论依据。 参考文献 ［1］周秀琴． 味精废水处理动态［J］． 发酵科学通讯， 1997， 26 3 19- 24． ［2］刘艳， 黄国林， 张国庆， 等． 活性污泥法处理中段味精废水的研 究［J］． 东华理工学院学报， 2004， 27 4 373- 377． ［3］古文炳， 陈俊刚， 梅荣武． 高浓度含氮味精废水综合治理技术 ［J］． 工业水处理， 2009， 29 2 83- 86． ［4］疏明君， 李友明， 谢澄． 内循环好氧三相流化床处理造纸中段废 水［J］． 工业水处理， 2002， 22 5 24- 27． ［5］俞汉青， 顾国维． 生物膜反应器挂膜方法的试验研究［J］． 中国 给水排水， 1992， 8 3 13- 17． ［6］张嘉． 内循环三相流化床处理麦草浆中段废水的研究［D］． 西 安 陕西科技大学， 2008． ［7］蒋胜韬， 王三秀， 万金保． 同步硝化反硝化的研究进展［J］． 江 西科学， 2008， 26 6 905- 909． ［8］尹明锐， 汪苹， 刘健楠， 等． 复合脱氮菌群的构建及其脱氮特性 研究［J］． 北京工商大学学报 自然科学版 ， 2010， 28 3 55- 59． ［9］刘健楠， 汪苹， 尹明锐， 等． 高效异养硝化 － 好氧反硝化菌株的 分离鉴定与脱氮性能［J］． 北京工商大学学报 自然科学版 ， 2010， 28 2 18- 23． ［ 10］尹明锐， 汪苹， 刘健楠， 等． 具有 N2O 控逸能力的异养硝化 － 好 氧反硝化菌株的筛选鉴定［J］． 环境科学研究， 2010， 23 4 515- 520． 作者通信处冯旭东100048北京市海淀区北京工商大学化工与 环境工程学院 E- mailfergxd10 163． com 2011 － 01 － 18 收稿 81 环境工程 2011 年 10 月第 29 卷第 5 期