傅恪1 李刚2（1石家庄山川环境技术设计所 河北 石家庄；2 河北东华化工总公司 河北 石家庄）
1、概述
氨基乙酸主要应用于氮肥工业、医药、农药、有机合成和生物化学研究等领域，是十分重要的工业产品。目前，氨基乙酸的生产主要采用氯乙酸氨解法，即：在常温常压条件下，以氯乙酸、液氨为原料在乌洛托品催化下合成，再经过醇析、过滤、精制、干燥制得氨基乙酸。主要反应如下：
ClCH2COOH＋NH3＋H2O＋(CH2)6N4 NH2CH2COOH＋NH4Cl＋HCHO
HCHO＋NH3 (CH2)6N4＋H2O
氨基乙酸生产工艺流程图：
在氨基乙酸的生产过程中，会有相当数量的副产品产生，副产品的母液中含有大量氯化铵及少量氨基乙酸、乌洛托品、甲醇等。氯化铵回收车间采用双效蒸发工艺回收母液中的氯化铵。母液在蒸发过程中，会有部分氯化铵、氨基乙酸和甲醇随二次汽的凝结进入到冷凝水中；另外，在高温蒸发的过程中，乌洛托品分解出的氨气和甲醛也进入冷凝水中。因此双效蒸发冷凝水中的污染物主要有：氯化铵、甲醇、甲醛、乌洛托品、氨水、氨基乙酸等。该废水的特点是有机污染物和无机污染物种类多，浓度高，可生化性低。
另外还有各车间冲洗地面和设备的废水、化验室排水、循环冷却水、以及厂区内的生活污水
以上各种废水水质水量如下表：
|
各部排水 |
CODcr （mg/L） |
BOD5 （mg/L） |
NH3-N（mg/L） |
PH |
排放量（m3/d） |
|
双效蒸发冷凝水 |
16000 |
200 |
1500 |
9.5 |
44 |
|
生活污水 |
300 |
150 |
25 |
7.0 |
40 |
|
地面及设备冲洗水 |
10000 |
300 |
500 |
－ |
4 |
|
化验室排水 |
800 |
300 |
10 |
－ |
1 |
|
循环冷却水 |
70 |
5 |
5 |
|
61 |
2、基本原理及设计思路
高浓有机工业废水中污染物种类繁多，组成复杂，特别是一些毒性大，抑制生物降解和高浓度废水，不把好预处理这一关，就必然严重妨碍以致破坏废水处理设施的正常运行。
基于双效蒸发冷凝水质高COD和高氨氮的特点，如果简单地将其与其它生产废水、生活污水混合进行传统的生化处理，很难使出水达标。考虑到双效蒸发冷凝水氨氮浓度高（氨氮是以溶解性氨气的形式存在）以及含有其它低沸点有机污染物的情况，应该先对双效蒸发冷凝水进行吹脱预处理。经吹脱后的冷凝水再与其它废水和生活污水混合进行生化处理。这种处理方法的特点是先清污分流、然后再混合，可减少后续生化处理的负荷，提高生化处理效果。
高浓度氨氮废水如不经预处理直接进入生化池将增加生化处理的难度和成本。近年来，国内外对氨氮废水预处理方面开展了较多的研究。其研究范围涉及生物法、物化法的各种处理工艺，如生物方法有硝化及藻类养殖；物理方法有反渗透、蒸馏、土壤灌溉；化学法有离子交换法、氨吹脱、化学沉淀法、折点氯化、电化学处理、催化裂解等。[1]
吹脱法用于脱除水中氨氮，即将气体通入水中，使气液相互充分接触，使水中溶解的游离氨穿过气液界面，向气相转移，从而达到脱除氨氮的目的。常用空气作载体（若用水蒸气作载体则称汽提）。
水中的氨氮，大多以氨离子（NH4+）和游离氨（NH3）保持平衡的状态而存在。其平衡关系式如下：
NH4++OH－ NH3+H2O
上式受pH 值的影响，当pH值高时，平衡向右移动，游离氨的比例较大，当pH 值为11 左右时，游离氨大致占90％。
另外，温度也会影响反应式的平衡，温度升高，平衡向右移动。下表列出了不同条件下氨氮的离解率的计算值。表中数据表明，当pH值大于10 时，离解率在80%以上，当pH 值达11时，离解率高达98%且受温度的影响甚微。
不同pH、温度下氨氮的离解率%
|
pH |
20℃ |
30℃ |
35℃ |
|
9.0 |
25 |
50 |
58 |
|
9.5 |
60 |
80 |
83 |
|
10.0 |
80 |
90 |
93 |
|
11.0 |
98 |
98 |
98 |
氨吹脱一般采用吹脱池和吹脱塔两类设备，但吹脱池占地面积大，而且易造成二次污染，所以氨气的吹脱常采用塔式设备。
吹脱塔常采用逆流操作，塔内装有一定高度的填料，以增加气—液传质面积从而有利于氨气从废水中解吸。常用填料有拉西环、聚丙烯鲍尔环、聚丙烯多面空心球等。废水被提升到填料塔的塔顶，并分布到填料的整个表面，通过填料往下流，与气体逆向流动，空气中氨的分压随氨的去除程度增加而增加，随气液比增加而减少。
在逆流吹脱塔中，对确定的废水量而言，增大气体量，传质推动力相应增大，有利于氨氮吹脱去除。
吹脱法用于处理高浓度氨氮废水具有流程简单、处理效果稳定、基建费和运行费较低等优点，实用性较强。采用与生物化学法、氯化法等方法相结合的工艺能很好解决吹脱处理后废水中氨氮的含量仍然无法满足排放要求这一问题 [2～5]。
利用微生物或植物来净化废水的技术，称之为生物化学法。由于生物处理法与其他方法相比较具有基建投资少、处理费用低、处理效果好和二次污染少等优点。而对有机类型的废水进行生物处理时，微生物对于废水中有机物降解能力在很大程度上取决于微生物培养驯化的成功与否。氨基乙酸工业生产综合废水中含有相当数量的有机酸类、酯类、杂环类等大分子碳水化合物等生物难降解的有机物，会对生物降解过程有抑制作用，采用通常的生物处理过程就难适应。另外，日趋严格的地方排放标准也要求生化处理过程的能力和水平进一步提高。因此针对该废水的具体情况，生化处理的设计要达到：泥龄长，单位微生物浓度高，生物负荷低和逐步适应特殊化合物。
生化处理工艺是全处理流程的核心，直接决定将来出水水质及其稳定性，而且它在总投资及运行费构成中所占比重较大，故应对各种生化处理工艺进行详细的技术、经济比较，选择最佳工艺方案。[6]
针对氨基乙酸工业废水的特点，采用厌氧折流板反应器－兼氧生化－接触氧化联合处理工艺，厌氧和兼氧生化处理可使废水中不易生物降解的有机物水解为短链低分子容易降解的有机物，改善废水的可生化性，可以明显提高全流程的COD的去除效率。
废水处理工艺流程图：
3、主要构筑物设计参数
3.1废液调节池
废液调节池有效容积24m3，水力停留时间12h，结构尺寸3.5m×2.5m×3.5m
废液解析塔直径1.0m，高度4m，气液比1：2000。吸收塔直径1.2m，高度4m。
3.2废水调节池
废液调节池有效容积73m3，水力停留时间10h，结构尺寸7.5m×3.5m×3.5m
3.3厌氧生化池
厌氧生化池是综合接触厌氧池和厌氧折流板反应器（ABR）的特点设计的。采用ABR的布水和结构特点，有效水深4.2m，在水面下0.5m处悬挂3m高的组合填料。厌氧生化池的水力停留时间为48h，容积负荷1～1.25kgCOD/m3.d，由6座池子串联而成，总有效容积300m3，单池结构尺寸4m×3m×4.5m。
3.4兼氧生化池
通过兼氧生化池可将厌氧池出水中未断链和未开环的大分子有机物进一步降解，提高废水的可生化性。兼氧池有效水深4m，在水面下0.5m处悬挂2.5m高的组合填料，水力停留时间为24h，容积负荷0.25～0.4kgCOD/m3.d，由3座池子串联而成，总有效容积150m3，单池结构尺寸4m×3m×4.5m。兼氧池底铺设曝气穿孔管，控制池内溶解氧浓度在0.5mg/L左右。
3.5好氧生化池
好氧生化池采用的生物接触氧化法是目前应用较广泛的先进技术，其操作简单、运行平稳。接触氧化法以其处理效率高，动力消耗少，有机负荷承受能力强，运行管理简便等特点，广泛应用于各种工业废水的处理工艺中。好氧池有效水深4m，在水面下0.5m处悬挂2.5m高的组合填料，水力停留时间为24h，容积负荷0.6～0.8kgCOD/m3.d，由3座池子串联而成，总有效容积150m3，单池结构尺寸4m×3m×4.5m。曝气系统采用罗茨风机和旋混曝气器。
3.6混凝沉淀池
采用斜管式沉淀池，有效容积15m3，水力停留时间2h。池内装填聚丙烯斜管填料。
3.7砂滤池
有效容积3m3，水力停留时间0.5h。池内装填级配石英砂填料。
3.8活性炭滤池
有效容积3m3，水力停留时间0.5h。池内装填颗粒活性炭。
3.9污泥浓缩池
有效容积8m3，水力停留时间12h。有效水深3m，结构尺寸2m×2m×3m。
4、处理效果
工程经3个月调试后，废水处理站稳定运行，处理效果见下表：
废水CODcr值的变化： 单位（mg/L）
|
日 期 |
10月23日 |
10月24日 |
10月27日 |
10月28日 |
10月30日 |
10月31日 |
|
废液池 |
9767 |
8747 |
9372 |
7338 |
10619 |
9448 |
|
吹脱后 |
7403 |
5415 |
3632 |
5159 |
8276 |
7925 |
|
调节池 |
5775 |
6362 |
2627 |
5316 |
4232 |
4529 |
|
好氧池
出水 |
286 |
216 |
181 |
192 |
199 |
306 |
|
混凝沉淀
出水 |
172 |
140 |
121 |
115 |
120 |
183 |
|
二级吸附
过滤出水 |
84 |
74 |
78 |
65 |
85 |
83 |
5、结语
工程建成后，出水水质达到GB18918－2002表1中二级标准。
[参 考 文 献]
[1] 钱易，唐考炎. 环境保护与可持续发展. 北京：高等教育出版社，2000. 50～51
[2] 蔡秀珍，李吉生，温俨. 吹脱法处理高浓度氨氮废水试验.环境科学动态，1998，（4 ）：21～23
[3] 林奇.吹脱法处理中低浓度氢氮废水. 福建环境，2000，17（6）：35～37
[4] 余宗学，安立超. 高氨氮、高盐度有机颜料废水处理工艺研究. 环境科学与技术，2004，27（1）：80～81
[5] 蒋林时，张洪林，唐玉斌，等. 炼油厂含锌高浓度氨氮废水汽提性能研究.环境工程，2000，18（1）：7～10
[6] 三废处理工程技术手册 化学工业出版社 2000.
作者简介：
傅恪 女 河北省防腐保温行业协会、石家庄市山川环境技术设计所总工程师
电话：13503113935
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