谷氨酸生产废水是治理难度较大的高浓度有机污水，具有酸性强、高COD、高氨氮、难生物降解的特点，同时谷氨酸生产废水水质水量变化较大〔1, 2, 3〕 。目前处理谷氨酸生产废水的方法中生物法有活性污泥法、生物接触氧化法、SBR、UASB、MBR 等，物化法有吸附过滤法、絮凝法、电渗析等〔4〕 。
1 废水水质及特征
甘肃某生物科技有限公司随着谷氨酸生产线生产规模的扩大和生产工艺的升级，目前的生产废水处理系统及相关配套设备已不能满足生产废水水量、水质的要求。因此，需要对现有废水处理系统及配套设施进行升级改造，以满足废水处理需要。处理后的水质要求达到《味精工业污染物排放标准》（GB 19431—2004）。生产废水实际进水及设计出水水质见表 1。
根据综合废水情况设计进水水质，并取安全系数为1.2。
谷氨酸生产废水特征：由于废水排放周期的间断性与不连续性，因而废水水量水质变化十分显著；废水酸性强，混合废水pH<4.0；COD 平均达到2.9 g/L，最高可达40 g/L；谷氨酸生产废水中的NH 3 -N 含量高，废水水质监测数据显示，正常生产时NH 3-N 质量浓度在450～600 mg/L 之间。
1 原处理工艺及问题分析
原污水处理工艺如图 1 所示。
原有废水处理工艺系统存在的问题：（1）原有废水集水池总容积仅有90 m 3 ，整个工艺中未设置调节池，因此无法对生产废水进行水质、水量的调节，尤其是在生产间歇和生产设备检修时，生产废水间断排放，其水质、水量变化巨大，将严重影响后续污水处理系统的效率。 （2）无pH 调节系统，无法对废水的酸碱度进行加药调节，尤其是在废水间断排放时，有时pH 将达到2～3，酸性很强，会对后续微生物系统中微生物的呼吸作用及代谢功能产生障碍，使其生理活动无法正常进行，严重影响生物处理系统的处理能力。 （3）现有水处理工艺未设置事故池，当发生生产事故时，排出的生产废水COD 将达到20～40 g/L，NH3 -N 也能达到数g/L，这样的废水进入处理系统将严重影响整个处理系统的稳定运行。 （4）生物处理系统为三段好氧串联，没有设置厌氧或缺氧部分，因而无法保证对COD、NH3-N、TN 的去除效果。 （5）现行污水处理工艺未针对谷氨酸生产废水中氨氮含量较高的特点设置相应的脱氮处理工艺，仅仅依靠好氧生物系统处理无法使出水中氨氮指标达标排放。
3 处理工艺改造方案及分析
3.1 改造工艺流程
根据本工程的特点，改造时针对特征污染物的去除，结合原有废水处理设施，采用好氧生物+复合生物两段生物组合处理工艺，即由调节池+pH 调节系统+好氧生物系统+初沉池+复合生物池+终沉池+ MBR+砂滤池+化学脱氮组成的主体处理工艺，确保污水处理达标排放。剩余污泥利用原有污泥处理设施，采用污泥浓缩+污泥机械脱水的工艺处理。改造后的污水处理工艺流程如图 2 所示。
3.2 主要构筑物设计参数及说明
各单元处理工艺及构筑物的设计参数见表 2。
表 2 主要构筑物参数
| 名称 | 主要构筑物参数 | 备注 |
| 调节池 | 钢筋混凝土结构，尺寸为30m×25m×4.5m，有效水深为4.0m，有效容积为3000m 3 ，HRT=24h | 新建 |
| 事故池 | 钢筋混凝土结构，尺寸为30m×25m×4.5m，有效水深为4.0m，有效容积为3000m 3 ，HRT=24h | 新建 |
| 集水池 | 钢筋混凝土结构，尺寸为8.6m×8.6m×4.5m，有效水深为4.0m，有效容积为90m 3 ，HRT=45min | 改建 |
| 酸碱调节池 | 钢筋混凝土结构，尺寸为36.0m×8.0m×3.5m，有效水深为3.0m，有效容积为1000m 3 ，HRT=9.3h | 改建 |
| 两段好氧生物池 | 第一段：钢筋混凝土结构，尺寸为36.0m×10.5m×3.5m，有效水深为3.0m，有效容积为1250m，HRT=11.5h；第二段：钢筋混凝土结构，尺寸为30.6m×14.0m×3.5m，有效水深为3.0m，有效容积为1500m 3 ，HRT=14h | 改建 |
| 初沉池 | 钢筋混凝土结构，尺寸为D=26m，有效水深为3.5m，有效容积为2000m 3 ，HRT=18.5h | 改建 |
| 复合生物反应池 | 第一段（厌氧池）：钢筋混凝土结构，尺寸为22.0m×11.0m×4.5m，有效水深为4.0m，有效容积为1000m 3 ，HRT=9.3h；第二段（好氧池）：钢筋混凝土结构，尺寸为22.0m×11.0m×4.5m，有效水深为4.0m，有效容积为1000m 3 ，HRT=9.3h；第三段（接触氧化池）：钢筋混凝土结构，尺寸为22.0m×11.0m×4.5m，有效水深为4.0m，有效容积为1000m 3 ，HRT=9.3h | 改建 |
| 终沉池 | 钢筋混凝土结构，尺寸为D=26m，有效水深为3.5m，有效容积为2000m 3 ，HRT=18.5h | 改建 |
| MBR设备间 | MBR生物处理设备分为3套，每套设备有效容积为80m 3 ，具体尺寸为12.0m×2.4m×3.0m。设备间尺寸为16.0m×14.0m×4.0m | 新建 |
| 砂滤池 | 钢筋混凝土结构，尺寸为8.0m×8.0m×4.0m，有效水深为3.5m，有效容积为250m 3 ，HRT=2.5h | 改建 |
| 脱氮反应池 | 钢筋混凝土结构，尺寸为8.0m×8.0m×4.0m，有效水深为3.5m，有效容积为250m 3 ，HRT=2.5h | 新建 |
（1）调节池。在污水处理站内新建调节池。谷氨酸生产废水存在水质、水量随时间变化较大的特点。因此在进入生物处理系统之前设置调节池，能保证进入后续处理单元的废水的水质、水量相对稳定。同时，调节池也相当于一个小型的厌氧池，能对有机污染物起到一定的降解作用。
（2）事故池。在污水处理站内新建事故池，以确保发生生产事故时，排放出的谷氨酸废水不直接进入整套污水处理系统，而是排入事故池中暂时贮存，保证整套系统的安全稳定运行。
（3）集水池（提升泵房）。将原有西侧集水池进行改造。集水池主要用来将污水提升至酸碱调节池。
（4）酸碱调节池。由原有初沉池改建。酸碱调节池用于调节进入后续生物系统废水的酸碱度，以确保整个生物系统在适宜的酸碱度条件下运行，使生物系统中的微生物能正常进行生理活动，从而保证后续整个生物处理工艺的高效、稳定运行。
（5）两段好氧生物池。 由原均质池和第一段好氧生物池改建。由于谷氨酸是在厌氧环境下生产的，因而其生产废水中的大部分有机物已经厌氧处理，故在工艺前段应先设置两段好氧生物处理。
（6）初沉池。利用原有中沉池。初沉池主要用于沉淀去除两级好氧生物池产生的活性污泥和腐殖污泥。在去除悬浮物质的同时，可去除部分BOD，达到改善生物处理构筑物的运行条件并降低BOD 负荷的作用。
（7）复合生物反应池。由原有第二段、第三段好氧生物反应池改建。 复合生物反应池由厌氧池、好氧池、接触氧化池组成，此结构可以根据生产进水水量来对其进行灵活控制。 在厌氧细菌的作用下，大部分不溶性大分子有机物可转换为可溶性小分子物质，同时大部分高分子有机物也被降解为小分子物质，使得废水的可生化性得到大幅提高，为后续处理工艺提供有利条件。通过交替厌氧、好氧生物处理，水中的有机污染物得以被有效去除。
（8）终沉池。利用原有终沉池。终沉池主要用于沉淀去除复合生物反应池产生的活性污泥和腐殖污泥。
（9）膜生物反应器（MBR）。在新建的处理设备间内配置3 套膜生物反应器（MBR）。由于膜的高效分离作用，膜生物反应器的分离效果远好于传统沉淀池，处理后的出水比较清澈，悬浮物和浊度接近于零，细菌和病毒被大幅去除，同时膜分离使得微生物被完全截流在生物反应器内，系统内能够维持较高的微生物浓度，不但提高了反应装置对污染物的整体去除率，保证了良好的出水水质，同时反应器对进水负荷（水质及水量）的各种变化还具有很好的适应性，耐冲击负荷能力强，能够稳定获得优质的出水〔5〕 。
（10）砂滤池。由原有缓冲池改建。砂滤池的主要作用是去除水中的悬浮物质、固体颗粒。悬浮固体是水中不溶解的非胶态的固体物质，它们在条件适宜时可以沉淀。用过滤器截留悬浮固体，以过滤介质截留悬浮固体前后的质量差作为衡量过滤器发挥作用的依据。
（11）化学脱氮。由原有消毒池改建，采用次氯酸折点氧化法将氨氮直接氧化为氮气，确保出水中的氨氮达到排放标准。
（12）贮泥池。通过新建的污泥收集管线，收集初沉池和终沉池中的剩余污泥。
（13）污泥浓缩池。污泥浓缩采用重力浓缩，浓缩池上清液回流到调节池进行处理，浓缩污泥送至污泥脱水机房处理。
（14）污泥脱水机房。采用带式压滤机进行污泥脱水。
4 运行效果
改造后工程运行以来，各工段运行稳定，水质处理效果稳定，出水稳定达标，运行数据见表 3。
由表 3 可知，改造后的处理工艺对COD、BOD、 SS、氨氮的去除率分别为96.4% 、94.6% 、92.7% 、 91.9%，出水达到了《味精工业污染物排放标准》（GB 19431—2004）的要求。
5 效益分析
该项目实施后可减排COD 约2 700 t/a；BOD 约 1 310 t/a；氨氮约454 t/a。
工程改造费为769.3 万元，其中设备购置改造费为322.1 万元，土建安装费和材料费为391.7 万元，其他费用为55.5 万元。改造后的处理系统主要运行成本来自电费、药剂费。处理水量共计2 600 m 3 /d，药剂费共计1.44元/ m 3 ，耗电费共计0.69 元/ m 3 ，总计直接水处理费用为2.13 元/ t。。
6 结论
（1）整个改造工程实施过程中，充分利用了原有处理设施和设备，从运行效果来看，改造后整个处理系统安全可靠，运行稳定，处理效果较好，处理后的废水水质能够达到《味精工业污染物排放标准》（GB 19431—2004）的要求。
（2）采用多级好氧、厌氧组合生物处理工艺处理谷氨酸废水，具有工艺先进、技术合理、微生物活性强、降解能力强、耐冲击性强、出水水质稳定的特点。同时，两段生物组合处理工艺均设置有回流循环系统，整个生物处理系统可靠性强。
（3）MBR 深度处理工艺具有操作简便、自动化程度高、可调整性强、处理效果稳定、耐冲击性强、占地面积小等特点。采用该工艺可确保出水水质达标，从而提高整个处理系统的安全性和可靠性。
（4）针对谷氨酸生产废水高氨氮的特点，末端采用化学脱氮法，利用次氯酸折点氧化法将氨氮氧化为氮气，确保出水中的氨氮达到排放标准。
