1 引 言
我国味精生产历史悠久,在1922年就已有生产。现我国是味精生产与消费大国。至20世纪90年代,我国味精生产产量就已达到5.5x105t*yr-1约占世界产量的1/2[2]。味精生产分为水解法和发酵法两大类。由于以盐酸水解法生产,成本高,原料有限,至今水解法已逐渐消失[6]。随着味精生产的迅猛发展,近年来味精普遍采用以玉米为原料,利用发酵技术生产[3,12],使味精生产发生了质的飞跃味精品质也得到了提高[15,16]。
然而,以玉米为原料的味精发酵生产中,也会出现污染物排放并有可能构成对环境的威胁[2,6,14]。为了使这一问题得到有效的解决,实现玉米资源就地深加工转化,从而在获得较大经济效益基础上,使环境污染的发生降低到最低限度[9]。本文以通辽梅花生物科技有限公司年综合加工210x105t玉米工程为例,对其污染排放进行较为系统的分析,并提出相应的治理对策,以便为今后类似企业味精生产提供污染防治的科学借鉴[5,7,10]。
2 研究地区与研究方法
2.1 味精产业概况
该研究位于内蒙古通辽市科尔沁区木里图镇工业园区,相关工程综合加工玉米210@105t,生产味精6.67x104t。厂区分为3个用地区域,车间按照生产流程为原料、淀粉、味精、复合肥、成品排列,西侧铁路旁为原料、辅料仓库及罐区,中间为淀粉车间、糖化车间、发酵车间、提取车间、中和车间、结晶车间、复合肥车间、变电维修、办公和食堂,东侧为成品库房。生产工艺与流程大体包括:1)淀粉生产工艺流程,主要包括净化、加酸浸渍、胚芽分离、研磨、筛分、分离、洗涤等,然后制成蛋白含量在0.5%以下的淀粉乳,供味精车间使用。其中,在玉米净化、加酸浸渍以及脱浓缩、压滤等过程,有污水或固体废弃物的产生。2)谷氨酸提取,采用等电点-离子交换工艺流程,工艺过程分为配料、发酵、提取和分离4个步骤。其中,污染的发生主要是产生的离子交换尾液与树脂洗涤及再生废水。3)先由谷氨酸发酵液中提取谷氨酸加水溶解,用纯碱中和后,先经颗粒状活性炭脱色、过滤,再经过交换除铁。活性炭柱脱色获得谷氨酸脱色液,然后脱色液依次通过蒸发结晶、分离洗涤后制得湿味精,湿味精经过干燥、粉碎、筛选后制得成品味精。图1为味精精制工艺流程及各工序排污情况。
2.2.1 固体废物采集 固体废物主要采自淀粉车间的尘土、石子、碎玉米渣、淀粉沉渣、胚芽渣和粉尘,污水处理厂产生的污泥、热风炉尘泥,味精车间的废活性炭以及生活垃圾。
2.2.2 污水采集与检测方法 污水采自生产工艺污水,包括来自于玉米清洗、味精精制、复合肥蒸发浓缩、设备清洗等工序排放的低浓度有机污水,以及玉米浸泡、谷氨酸发酵等工序排放的高浓度有机污水。实验中指标的测定方法见参考文献[11],pH值用3-B型pH计、悬浮物(SS)采用重量法、化学耗氧量(COD Cr)采用重铬酸钾法、生化需氧量(BOD5)采用稀释与接种法、硫酸盐(SO4 2-)含量采用重量法、氨氮含量采用纳氏剂分光光度计法测定。
2.2.3 废气采集与检测方法 大气污染物采自淀粉车间粉碎筛分工序、污水处理厂厌氧发酵反应器、复合肥车间喷浆造粒工序的热风炉3处。检测指标及测定方法见参考文献[1]、硫化氢(H2S)采用亚甲蓝分光光度法、粉尘和烟尘采用重量法、SO2采用甲醛吸收-副玫瑰苯胺分光光度法测定。
3 结果与分析
3.1 水污染及其治理
3.1.1 水污染源及污染物排放 从图1可知,该工程实施后水污染源主要是生产工艺污水。根据水污染源类比调查监测表明,悬浮物(SS)以玉米清洗和发酵提取过程为最高,可达3x103mg*L-1;化学耗氧量(CODCr)和生化需氧量(BOD5)以发酵提取过程为最高,分别可达215x104和112x104mg*L-1;玉米浸泡和发酵提取的pH较低,为4.0~4.5。此外,发酵提取产生的污水中氨氮和硫酸盐(SO42-)含量也较高(表1)。基于该工艺的分析还表明,2.0x105t玉米加工为6.67@104t味精,总污水排放量可达1.1x106m3*yr-1。其中发酵提取阶段排出的污水量最多达
5.26x105m3*yr-1。又由于这一阶段排出的污染物浓度最高,排放的污染物在数量上也相应最多(表2),其中SS、CODCr和BOD5分别依次为1576.8、1.314x104和6307.2t*yr-1,大于其它工艺过程排放的污染物数量。
3.1.2 水污染治理
为了使味精生产排放的污水达到排放标准,首先应建日处理2000m3污水处理厂,采用厌氧2好氧工艺对较低浓度的有机污水进行处理。同时,建设一座年生产718x104t的复合肥车间,利用高浓度的有机污水制取绿色复合肥,即高浓度有机污水排入复合肥车间经蒸发浓缩、喷浆造粒生产有机复合肥,经提取浓缩后的污水再一同进入厂区污水处理厂一并进行处理[2,6,9]。
研究表明,各种污水经过上述污水处理厂处理后,污染物排放浓度分别可达到:pH=7.5,SS=90mg*L-1,CODCr=136mg*L-1,BOD5=80mg*L-1,氨氮=15mg*L-1,硫酸盐(SO42-)=45mg*L-1(表3)。污水污染物预测排放量相应分别为SS=47.6t*yr-1,CODCr=72t*yr-1,BOD5=42.4t*yr-1,氨氮=7.9t*yr-1,硫酸盐(SO42-)=23.8t*yr-1。可见,污染物排放浓度均能达到《味精和柠檬酸排放新标准值》(A01769)标准。这些处理后的污水可作为厂区的绿化用水、周边地区农业灌溉用水及下游荒漠草场灌溉用水[4]。
3.2 大气污染及其治理
3.2.1 大气污染源及污染物排放
根据工程设计与类比调查监测,各污染源排放口污染物分别为:淀粉车间工艺废气中粉尘浓度463mg*m-3,污水处理厂恶臭气体中H2S浓度710x104mg*m-3,复合肥车间热风炉尾气中烟尘浓度315.7mg*m-3,SO2浓度0.02mg*m-3(表4)。
3.2.2 大气污染治理
淀粉车间粉碎筛分工序的工艺废气,采用旋流分离器+15m排气筒的方式进行净化排放。污水处理厂的恶臭治理,采用制取沼气方法进行净化,沼气净化设计处理能力应达到1.25x104m3*d-1,经湿式氧化法脱硫净化工艺,产生的沼气用于复合肥车间热风炉燃料。复合肥车间热风炉的尾气,采取使用清洁燃料沼气+洗气塔+15m排气筒的方式进行净化。
研究表明,淀粉车间工艺废气中粉尘净化后排放浓度2.32mg*m-3;污水处理厂恶臭气体中H2S净化后排放浓度为0;复合肥车间热风炉尾气净化后烟尘排放浓度15.8mg*m-3;SO2排放浓度0.01mg*m-3。可见,污染物经过净化处理后均能达到《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)二类区二级标准、《工业窑炉大气污染物排放标准》(GB9078-1996)二类区二级标准和《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)二类区二级标准(表5)。
3.3 固体废物产生及污染
3.3.1 固体废物污染 通过对上述各采样点的分析,固体废物总量每年大约排放1.0x105t。其中,各环节产生的固体废弃物数量为:淀粉沉渣>纤维渣>麸质、细渣>胚芽渣>碎玉米渣>污水厂污泥>尘土、石子>废活性炭>玉米粉尘>热风炉尘泥>生活垃圾(表6)。
3.3.2 固体废物治理措施 淀粉车间的碎玉米用于生产饲料外售;胚芽、纤维渣、麸质、细渣回收制成玉米油、纤维饲料、蛋白粉等淀粉副产品外售;尘土、石子用于建筑材料或筑路材料;碎玉米渣、淀粉沉渣、胚芽渣、粉尘、麸质、细渣等可用于生产饲料及副产品;葡萄糖与味精车间的废活性炭活化再生;污水处理厂产生的污泥、热风炉产生的尘泥等制作有机复合肥外售,生活垃圾由环卫部门处置(表7)[8,13]。
4 结 论
味精生产可导致水体污染,2.0x105t玉米加工为味精,其污水总排放量可达1.1x106m3*yr-1,尤其以玉米浸泡、谷氨酸发酵等工序排放的高浓度有机污水最为棘手,其SS、CODCr和BOD5浓度分别达3000、2.5x104和1.2x104mg*L-1,相应的污染物排放量依次为1580、1.31x104和6310t*yr-1。味精生产的大气污染也不容忽视,排放的污染物主要有粉尘(浓度达463mg*m-3)、恶臭污染物H2S(浓度达7.0x104mg*m-3)以及热风炉产生的烟尘(浓度为316mg*m-3)和SO2(浓度为0.02mg*m-3)。固体废物产生也是一个重要的问题,其总产量达1.02x105t#yr-1。
有效的治理方法包括:一是针对污水污染特点,分别建日处理2000m3污水处理厂和一座年生产7.8x104t的复合肥车间;二是采用旋流分离器+15m排气筒的方式、制取沼气方法的方式以及使用清洁燃料沼气+洗气塔+15m排气筒的方式进行大气污染净化;三是通过综合治理措施,尤其对淀粉沉渣、纤维渣、麸质、细渣、胚芽渣和碎玉米渣等产量较大的固体废物进行回收,制成玉米油、纤维饲料、蛋白粉等淀粉副产品或用于生产饲料。
参考文献
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[2] 石振清,王静荣,李书申.2001.味精废水处理技术综述[J].环境污染治理技术与设备,2(2):81~85.
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