利福平制藥廢水處理的工藝實(shí)驗(yàn)研究
摘要：采用水解酸化-UASB(上流式厭氧污泥反應(yīng)床)-接觸氧化-生物活性炭工藝對(duì)利福平廢水進(jìn)行了生化處理。 結(jié)果表明:水解酸化可以有效提高廢水的可生化性,大幅度提高后續(xù)的厭氧-好氧處理效果,工藝末端的生物活性炭 深度處理可以有效的去除好氧出水的COD和色度,使得出水達(dá)到GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)。
關(guān)鍵詞：利福平廢水;水解酸化;UASB;接觸氧化;生物活性炭
利福平是利福霉素(SV)的半合成衍生物,其生產(chǎn) 廢水成分復(fù)雜,有機(jī)物、溶解性或膠體性固體物濃度高,懸浮物含量高,pH值變化范圍大,帶有暗紅色或黃 色物質(zhì)及酯類氣味,含有難生物降解和抑菌作用的抗 生素等生物毒性物質(zhì),本研究通過水解酸化-UASB (上流式厭氧污泥反應(yīng)床)-接觸氧化-生物活性炭工 藝對(duì)利福平廢水進(jìn)行了生化處理,使得出水達(dá)到 GB8978-1996《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。
1 廢水水質(zhì)及出水要求
廢水來自沈陽某制藥廠。水質(zhì)指標(biāo)見表1所示。
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2 實(shí)驗(yàn)部分
2·1 工藝流程
實(shí)驗(yàn)工藝流程見圖1。
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實(shí)驗(yàn)用的水解酸化池采用高100 cm,內(nèi)徑為 10 cm的有機(jī)玻璃圓柱體,有效容積為6 L。UASB反 應(yīng)器高150 cm,內(nèi)徑為8 cm,有效容積也為6 L。接觸 氧化柱高100 cm,內(nèi)徑10 cm,有效容積也為6 L。其中 UASB反應(yīng)器采用夾套水浴保溫,用溫控繼電器和加 熱棒控制水浴恒溫36·5~37·5℃。進(jìn)水計(jì)量器采用 恒流泵,流量由每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)確定。各個(gè)容器都采用 連續(xù)進(jìn)水方式,其中水解酸化柱和UASB反應(yīng)器進(jìn)水 由底部進(jìn)料口進(jìn)入,在頂部溢流出水,UASB反應(yīng)器所 產(chǎn)沼氣由集氣罩收集,經(jīng)水封瓶脫硫后,由濕式氣體 流量計(jì)計(jì)量產(chǎn)氣量。因?yàn)楹醚踔鶠槠貧庵?曝氣頭在柱的底部,氣體由下而上,為了延長(zhǎng)廢水與污泥的接 觸時(shí)間,因此好氧柱采用上進(jìn)水下出水的方式。
2·2 水解酸化實(shí)驗(yàn)
水解酸化處理是指將厭氧過程控制在水解和酸化階段,利用兼性的水解產(chǎn)酸菌將復(fù)雜有機(jī)物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單有機(jī)物。水解酸化反應(yīng)器將厭氧消化控制在反應(yīng)時(shí)間較短的水解酸化段,使原污水中不溶的有機(jī)污染物溶解,可溶的部分復(fù)雜污染物得到降解。水解主要發(fā)生在細(xì)胞外,在兼性厭氧微生物胞外酶作用下進(jìn)行。水解形成的小分子有機(jī)物被細(xì)菌用做進(jìn)行發(fā)酵的碳源或氮源。這些發(fā)酵作用的氧化最終產(chǎn)物主要是短鏈的揮發(fā)性脂肪酸。水解是復(fù)雜的非溶解性聚合物被轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的溶解性單體和二聚體的過程。水解過程通常較緩慢,被認(rèn)為是含高分子有機(jī)物或懸浮物廢水厭氧降解的限速階段[1]。廢水經(jīng)水解酸化后,COD的變化見圖2。
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2·3 UASB實(shí)驗(yàn)
UASB反應(yīng)器的基本構(gòu)造主要由污泥床、污泥懸浮層、沉淀區(qū)、三相分離器及進(jìn)水系統(tǒng)等組成,其中反應(yīng)區(qū)的顆粒污泥是反應(yīng)器的核心[2]。運(yùn)行過程中,廢水從反應(yīng)器底部經(jīng)布水系統(tǒng)均勻進(jìn)入,并向上流經(jīng)反應(yīng)區(qū)(污泥區(qū))進(jìn)入氣固液分離區(qū),最后進(jìn)入U(xiǎn)ASB上部的沉淀區(qū)；旌弦褐形勰嗤ㄟ^重力作用自沉淀區(qū)經(jīng)三相分離區(qū)返回反應(yīng)區(qū),所產(chǎn)生的沼氣則由集氣室經(jīng)管道排出反應(yīng)器。在UASB內(nèi)部無任何機(jī)械攪拌裝置,其通過水流的上升及處理過程中所產(chǎn)生的沼氣的上升攪動(dòng)作用實(shí)現(xiàn)泥水的混合,一般不需要裝填料,因而其構(gòu)造簡(jiǎn)單,便于維護(hù)處理。廢水經(jīng)UASB反應(yīng)器后,COD的變化見圖3。
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2·4 生物接觸氧化實(shí)驗(yàn)
生物接觸氧化法是生物膜法的一種,是按生物膜與廢水的接觸方式把生物膜法分為填充式生物膜法和浸入式生物膜法。而在浸入式生物膜法中,通過鼓風(fēng)曝氣且載體固定稱為接觸氧化法[3]。生物接觸氧 化法處理廢水是使廢水與生物膜接觸,進(jìn)行固、液相的物質(zhì)交換,利用膜內(nèi)微生物將有機(jī)物氧化,使廢水獲得凈化。
首先是污泥馴化,此階段主要是恢復(fù)UASB反應(yīng)器和接觸氧化柱內(nèi)污泥活性,去除沉降性能較差的污泥。水解酸化柱污泥和UASB反應(yīng)器內(nèi)接種污泥取自沈陽某啤酒廠水處理的厭氧污泥,污泥VSS/TSS= 62·3%,污泥活性較好;接觸氧化柱采用該廠污泥與沈陽某豬場(chǎng)的新鮮豬糞聯(lián)合培養(yǎng)污泥。
污泥馴化完成后,開始連續(xù)進(jìn)利福平廢水,采用恒流泵將廢水送入水解酸化池底部進(jìn)料口,然后在水解酸化池上部的溢流口出水,出水直接進(jìn)UASB反應(yīng)器底部,通過三相分離器,氣體由上部排出,上清液由上部溢流口排出進(jìn)入到接觸氧化柱上部,最后出水由 柱底部的排水口排出進(jìn)入到沉淀池,沉淀池內(nèi)加入生物活性炭,沉淀池采用下進(jìn)水上出水方式。廢水經(jīng)接觸氧化柱后,出水COD的變化見圖4。
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由圖2~圖4可以看出,隨著進(jìn)水量的增加和污水停留時(shí)間的延長(zhǎng),水解酸化柱、UASB和接觸氧化柱出水COD均呈現(xiàn)相似的變化趨勢(shì),即每次增加廢水量時(shí)出水COD都會(huì)出現(xiàn)小的峰值,隨后又回落至平穩(wěn)狀態(tài),但是當(dāng)每天進(jìn)水量>2 000 mL時(shí),出水COD回升嚴(yán)重,因此確定反應(yīng)器COD最高容積負(fù)荷為 4·23 kg/(m3·d),水力停留時(shí)間為3d。
2·5 生物活性炭實(shí)驗(yàn)
生物活性炭(biological activated carbon,BAC)技術(shù)是以具有巨大比表面積及發(fā)達(dá)孔隙結(jié)構(gòu)的活性炭作 為微生物集聚、繁殖生長(zhǎng)的載體,在適當(dāng)?shù)臏囟燃盃I(yíng)養(yǎng)條件下,同時(shí)發(fā)揮微生物降解作用的水處理技術(shù), 或稱為生物活性炭法。生物活性炭法處理水的過程,涉及活性炭顆粒、微生物水中污染物(基質(zhì))及溶解氧4個(gè)因素在廢水中的相互作用。從微觀角度分析, 活性炭吸附和微生物降解的協(xié)同作用,不是二者簡(jiǎn)單的疊加[4]。
本研究通過對(duì)活性炭的吸附性能的研究,選取了對(duì)有機(jī)物質(zhì)吸附性能較強(qiáng)的顆粒破碎炭作為生物活 性炭的生物載體,同時(shí)選取稀釋豬糞污泥進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室好氧馴化培養(yǎng),并以此作為生物源制備成為實(shí)驗(yàn)所用生物活性炭。5 d后,在顯微鏡下觀察,加入活性炭的柱子中污泥呈現(xiàn)黃褐色、透明,且含有大量的原生動(dòng) 物、后生動(dòng)物,從表觀看,活性炭表面也已附著了一層生物膜,這些現(xiàn)象表明生物活性炭的制備已趨于成熟,可以進(jìn)行利福平廢水的處理。
將經(jīng)過水解酸化-UASB-接觸氧化處理后的利福平廢水出水進(jìn)生物活性炭柱,采取下進(jìn)水上出水方式。COD和色度去除率見圖5所示。
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通過生物活性炭對(duì)利福平廢水生化出水的深度處理,進(jìn)一步降低廢水的COD和色度。實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng) 過生物活性炭深度處理后的廢水ρ(COD)可達(dá) 100 mg/L以下,色度為45倍。
3 結(jié)論
1)在反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定期間,水解酸化出水COD 的去除率保持在36%~55%,UASB反應(yīng)器出水COD 的去除率保持在80%~90%,接觸氧化出水COD的 去除率保持在90%~95%。反應(yīng)器COD最高容積負(fù)荷達(dá)到4·23 kg/(m3·d)。
2)通過生物活性炭對(duì)利福平廢水生化出水的深度處理,進(jìn)一步的降低廢水的COD和色度。實(shí)驗(yàn)表明,經(jīng)過生物活性炭深度處理后的廢水ρ(COD)可達(dá) 100 mg/L以下,色度為45倍,基本達(dá)到排放要求。
參考文獻(xiàn)
[ 1 ] 張希衡.廢水厭氧生物工程[M].北京:中國(guó)環(huán)境科學(xué)出版社, 1996:56-58.
[ 2 ] 胡紀(jì)萃.廢水厭氧生物處理理論與技術(shù)[M].北京:中國(guó)建筑出 版社,2002:159-166.
[ 3 ] 高廷耀.水污染控制工程[M].北京:高等教育出版社,1989: 174-175.
[ 4 ] Woo Hang Kim. Pilot plant study on ozonation and biological activated carbon process for drinking water treatment[J]. Wat Sci Tech, 1997, 35(8): 21-28.
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