利福平制藥廢水處理的工藝實驗研究
摘要：采用水解酸化-UASB(上流式厭氧污泥反應床)-接觸氧化-生物活性炭工藝對利福平廢水進行了生化處理。 結果表明: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,使得出水達到GB8978-1996《污水綜合排放標準》的規定標準。
關鍵詞：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 廢水成分復雜,有機物、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,本研究通過水解酸化-UASB (上流式厭氧污泥反應床)-接觸氧化-生物活性炭工 藝對利福平廢水進行了生化處理,使得出水達到 GB8978-1996《污水綜合排放標準》中規定的排放標準。
1 廢水水質及出水要求
廢水來自沈陽某制藥廠。水質指標見表1所示。
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2 實驗部分
2·1 工藝流程
實驗工藝流程見圖1。
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實驗用的水解酸化池采用高100 cm,內徑為 10 cm的有機玻璃圓柱體,有效容積為6 L。UASB反 應器高150 cm,內徑為8 cm,有效容積也為6 L。接觸 氧化柱高100 cm,內徑10 cm,有效容積也為6 L。其中 UASB反應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℃。進水計量器采用 恒流泵,流量由每分鐘的轉數確定。各個容器都采用 連續進水方式,其中水解酸化柱和UASB反應器進水 由底部進料口進入,在頂部溢流出水,UASB反應器所 產沼氣由集氣罩收集,經水封瓶脫硫后,由濕式氣體 流量計計量產氣量。因為好氧柱為曝氣柱,曝氣頭在柱的底部,氣體由下而上,為了延長廢水與污泥的接 觸時間,因此好氧柱采用上進水下出水的方式。
2·2 水解酸化實驗
水解酸化處理是指將厭氧過程控制在水解和酸化階段,利用兼性的水解產酸菌將復雜有機物轉化為簡單有機物。水解酸化反應器將厭氧消化控制在反應時間較短的水解酸化段,使原污水中不溶的有機污染物溶解,可溶的部分復雜污染物得到降解。水解主要發生在細胞外,在兼性厭氧微生物胞外酶作用下進行。水解形成的小分子有機物被細菌用做進行發酵的碳源或氮源。這些發酵作用的氧化最終產物主要是短鏈的揮發性脂肪酸。水解是復雜的非溶解性聚合物被轉化為簡單的溶解性單體和二聚體的過程。水解過程通常較緩慢,被認為是含高分子有機物或懸浮物廢水厭氧降解的限速階段[1]。廢水經水解酸化后,COD的變化見圖2。
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2·3 UASB實驗
UASB反應器的基本構造主要由污泥床、污泥懸浮層、沉淀區、三相分離器及進水系統等組成,其中反應區的顆粒污泥是反應器的核心[2]。運行過程中,廢水從反應器底部經布水系統均勻進入,并向上流經反應區(污泥區)進入氣固液分離區,最后進入UASB上部的沉淀區。混合液中污泥通過重力作用自沉淀區經三相分離區返回反應區,所產生的沼氣則由集氣室經管道排出反應器。在UASB內部無任何機械攪拌裝置,其通過水流的上升及處理過程中所產生的沼氣的上升攪動作用實現泥水的混合,一般不需要裝填料,因而其構造簡單,便于維護處理。廢水經UASB反應器后,COD的變化見圖3。
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2·4 生物接觸氧化實驗
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,進行固、液相的物質交換,利用膜內微生物將有機物氧化,使廢水獲得凈化。
首先是污泥馴化,此階段主要是恢復UASB反應器和接觸氧化柱內污泥活性,去除沉降性能較差的污泥。水解酸化柱污泥和UASB反應器內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的新鮮豬糞聯合培養污泥。
污泥馴化完成后,開始連續進利福平廢水,采用恒流泵將廢水送入水解酸化池底部進料口,然后在水解酸化池上部的溢流口出水,出水直接進UASB反應器底部,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入到接觸氧化柱上部,最后出水由 柱底部的排水口排出進入到沉淀池,沉淀池內加入生物活性炭,沉淀池采用下進水上出水方式。廢水經接觸氧化柱后,出水COD的變化見圖4。
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由圖2~圖4可以看出,隨著進水量的增加和污水停留時間的延長,水解酸化柱、UASB和接觸氧化柱出水COD均呈現相似的變化趨勢,即每次增加廢水量時出水COD都會出現小的峰值,隨后又回落至平穩狀態,但是當每天進水量>2 000 mL時,出水COD回升嚴重,因此確定反應器COD最高容積負荷為 4·23 kg/(m3·d),水力停留時間為3d。
2·5 生物活性炭實驗
生物活性炭(biological activated carbon,BAC)技術是以具有巨大比表面積及發達孔隙結構的活性炭作 為微生物集聚、繁殖生長的載體,在適當的溫度及營養條件下,同時發揮微生物降解作用的水處理技術, 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)及溶解氧4個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同作用,不是二者簡單的疊加[4]。
本研究通過對活性炭的吸附性能的研究,選取了對有機物質吸附性能較強的顆粒破碎炭作為生物活 性炭的生物載體,同時選取稀釋豬糞污泥進行實驗室好氧馴化培養,并以此作為生物源制備成為實驗所用生物活性炭。5 d后,在顯微鏡下觀察,加入活性炭的柱子中污泥呈現黃褐色、透明,且含有大量的原生動 物、后生動物,從表觀看,活性炭表面也已附著了一層生物膜,這些現象表明生物活性炭的制備已趨于成熟,可以進行利福平廢水的處理。
將經過水解酸化-UASB-接觸氧化處理后的利福平廢水出水進生物活性炭柱,采取下進水上出水方式。COD和色度去除率見圖5所示。
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通過生物活性炭對利福平廢水生化出水的深度處理,進一步降低廢水的COD和色度。實驗表明,經 過生物活性炭深度處理后的廢水ρ(COD)可達 100 mg/L以下,色度為45倍。
3 結論
1)在反應器運行穩定期間,水解酸化出水COD 的去除率保持在36%~55%,UASB反應器出水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%。反應器COD最高容積負荷達到4·23 kg/(m3·d)。
2)通過生物活性炭對利福平廢水生化出水的深度處理,進一步的降低廢水的COD和色度。實驗表明,經過生物活性炭深度處理后的廢水ρ(COD)可達 100 mg/L以下,色度為45倍,基本達到排放要求。
參考文獻
[ 1 ] 張希衡.廢水厭氧生物工程[M].北京:中國環境科學出版社, 1996:56-58.
[ 2 ] 胡紀萃.廢水厭氧生物處理理論與技術[M].北京:中國建筑出 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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