利福平制药废水处理的工艺实验研究
摘要：采用水解酸化-UASB(上流式厌氧污泥反应床)-接触氧化-生物活性炭工艺对利福平废水进行了生化处理。 结果表明:水解酸化可以有效提高废水的可生化性,大幅度提高后续的厌氧-好氧处理效果,工艺末端的生物活性炭 深度处理可以有效的去除好氧出水的COD和色度,使得出水达到GB8978-1996《污水综合排放标准》的规定标准。
关键词：利福平废水;水解酸化;UASB;接触氧化;生物活性炭
利福平是利福霉素(SV)的半合成衍生物,其生产 废水成分复杂,有机物、溶解性或胶体性固体物浓度高,悬浮物含量高,pH值变化范围大,带有暗红色或黄 色物质及酯类气味,含有难生物降解和抑菌作用的抗 生素等生物毒性物质,本研究通过水解酸化-UASB (上流式厌氧污泥反应床)-接触氧化-生物活性炭工 艺对利福平废水进行了生化处理,使得出水达到 GB8978-1996《污水综合排放标准》中规定的排放标准。
1 废水水质及出水要求
废水来自沈阳某制药厂。水质指标见表1所示。
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2 实验部分
2·1 工艺流程
实验工艺流程见图1。
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实验用的水解酸化池采用高100 cm,内径为 10 cm的有机玻璃圆柱体,有效容积为6 L。UASB反 应器高150 cm,内径为8 cm,有效容积也为6 L。接触 氧化柱高100 cm,内径10 cm,有效容积也为6 L。其中 UASB反应器采用夹套水浴保温,用温控继电器和加 热棒控制水浴恒温36·5~37·5℃。进水计量器采用 恒流泵,流量由每分钟的转数确定。各个容器都采用 连续进水方式,其中水解酸化柱和UASB反应器进水 由底部进料口进入,在顶部溢流出水,UASB反应器所 产沼气由集气罩收集,经水封瓶脱硫后,由湿式气体 流量计计量产气量。因为好氧柱为曝气柱,曝气头在柱的底部,气体由下而上,为了延长废水与污泥的接 触时间,因此好氧柱采用上进水下出水的方式。
2·2 水解酸化实验
水解酸化处理是指将厌氧过程控制在水解和酸化阶段,利用兼性的水解产酸菌将复杂有机物转化为简单有机物。水解酸化反应器将厌氧消化控制在反应时间较短的水解酸化段,使原污水中不溶的有机污染物溶解,可溶的部分复杂污染物得到降解。水解主要发生在细胞外,在兼性厌氧微生物胞外酶作用下进行。水解形成的小分子有机物被细菌用做进行发酵的碳源或氮源。这些发酵作用的氧化最终产物主要是短链的挥发性脂肪酸。水解是复杂的非溶解性聚合物被转化为简单的溶解性单体和二聚体的过程。水解过程通常较缓慢,被认为是含高分子有机物或悬浮物废水厌氧降解的限速阶段[1]。废水经水解酸化后,COD的变化见图2。
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2·3 UASB实验
UASB反应器的基本构造主要由污泥床、污泥悬浮层、沉淀区、三相分离器及进水系统等组成,其中反应区的颗粒污泥是反应器的核心[2]。运行过程中,废水从反应器底部经布水系统均匀进入,并向上流经反应区(污泥区)进入气固液分离区,最后进入UASB上部的沉淀区。混合液中污泥通过重力作用自沉淀区经三相分离区返回反应区,所产生的沼气则由集气室经管道排出反应器。在UASB内部无任何机械搅拌装置,其通过水流的上升及处理过程中所产生的沼气的上升搅动作用实现泥水的混合,一般不需要装填料,因而其构造简单,便于维护处理。废水经UASB反应器后,COD的变化见图3。
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2·4 生物接触氧化实验
生物接触氧化法是生物膜法的一种,是按生物膜与废水的接触方式把生物膜法分为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,通过鼓风曝气且载体固定称为接触氧化法[3]。生物接触氧 化法处理废水是使废水与生物膜接触,进行固、液相的物质交换,利用膜内微生物将有机物氧化,使废水获得净化。
首先是污泥驯化,此阶段主要是恢复UASB反应器和接触氧化柱内污泥活性,去除沉降性能较差的污泥。水解酸化柱污泥和UASB反应器内接种污泥取自沈阳某啤酒厂水处理的厌氧污泥,污泥VSS/TSS= 62·3%,污泥活性较好;接触氧化柱采用该厂污泥与沈阳某猪场的新鲜猪粪联合培养污泥。
污泥驯化完成后,开始连续进利福平废水,采用恒流泵将废水送入水解酸化池底部进料口,然后在水解酸化池上部的溢流口出水,出水直接进UASB反应器底部,通过三相分离器,气体由上部排出,上清液由上部溢流口排出进入到接触氧化柱上部,最后出水由 柱底部的排水口排出进入到沉淀池,沉淀池内加入生物活性炭,沉淀池采用下进水上出水方式。废水经接触氧化柱后,出水COD的变化见图4。
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由图2~图4可以看出,随着进水量的增加和污水停留时间的延长,水解酸化柱、UASB和接触氧化柱出水COD均呈现相似的变化趋势,即每次增加废水量时出水COD都会出现小的峰值,随后又回落至平稳状态,但是当每天进水量>2 000 mL时,出水COD回升严重,因此确定反应器COD最高容积负荷为 4·23 kg/(m3·d),水力停留时间为3d。
2·5 生物活性炭实验
生物活性炭(biological activated carbon,BAC)技术是以具有巨大比表面积及发达孔隙结构的活性炭作 为微生物集聚、繁殖生长的载体,在适当的温度及营养条件下,同时发挥微生物降解作用的水处理技术, 或称为生物活性炭法。生物活性炭法处理水的过程,涉及活性炭颗粒、微生物水中污染物(基质)及溶解氧4个因素在废水中的相互作用。从微观角度分析, 活性炭吸附和微生物降解的协同作用,不是二者简单的叠加[4]。
本研究通过对活性炭的吸附性能的研究,选取了对有机物质吸附性能较强的颗粒破碎炭作为生物活 性炭的生物载体,同时选取稀释猪粪污泥进行实验室好氧驯化培养,并以此作为生物源制备成为实验所用生物活性炭。5 d后,在显微镜下观察,加入活性炭的柱子中污泥呈现黄褐色、透明,且含有大量的原生动 物、后生动物,从表观看,活性炭表面也已附着了一层生物膜,这些现象表明生物活性炭的制备已趋于成熟,可以进行利福平废水的处理。
将经过水解酸化-UASB-接触氧化处理后的利福平废水出水进生物活性炭柱,采取下进水上出水方式。COD和色度去除率见图5所示。
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通过生物活性炭对利福平废水生化出水的深度处理,进一步降低废水的COD和色度。实验表明,经 过生物活性炭深度处理后的废水ρ(COD)可达 100 mg/L以下,色度为45倍。
3 结论
1)在反应器运行稳定期间,水解酸化出水COD 的去除率保持在36%~55%,UASB反应器出水COD 的去除率保持在80%~90%,接触氧化出水COD的 去除率保持在90%~95%。反应器COD最高容积负荷达到4·23 kg/(m3·d)。
2)通过生物活性炭对利福平废水生化出水的深度处理,进一步的降低废水的COD和色度。实验表明,经过生物活性炭深度处理后的废水ρ(COD)可达 100 mg/L以下,色度为45倍,基本达到排放要求。
参考文献
[ 1 ] 张希衡.废水厌氧生物工程[M].北京:中国环境科学出版社, 1996:56-58.
[ 2 ] 胡纪萃.废水厌氧生物处理理论与技术[M].北京:中国建筑出 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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