復(fù)合生物法處理難降解制藥廢水的

復(fù)合生物法處理難降解制藥廢水的研究

摘要：在藥品的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量高鹽度、高濃度的有機(jī)廢水，其中不僅含有大量鹽類物質(zhì)，而且還有大量有毒有害難生物降解的有機(jī)物(如硝基類、芳香類和烴類等有機(jī)化合物)。

關(guān)鍵字：復(fù)合生物法難降解制藥在藥品的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量高鹽度、高濃度的有機(jī)廢水，其中不僅含有大量鹽類物質(zhì)，而且還有大量有毒有害難生物降解的有機(jī)物(如硝基類、芳香類和烴類等有機(jī)化合物)。為了有效控制制藥廢水的污染問(wèn)題，哈爾濱工業(yè)大學(xué)的研究人員與東北制藥總廠的技術(shù)人員合作，對(duì)高鹽度、高濃度制藥廢水進(jìn)行了為期兩年的小試和中試研究，取得了大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，確定了以厭氧與微氧相結(jié)合、懸浮與固定生長(zhǎng)微生物相協(xié)調(diào)的水解酸化預(yù)處理工藝；以復(fù)合式交替流生物反應(yīng)器與曝氣生物濾池相組合的好氧生物處理主體工藝，并將其研究成果應(yīng)用到廢水處理工程中。1廢水處理工程概況1.1建設(shè)方案某制藥廠是一個(gè)歷史悠久的老企業(yè)，地處市區(qū)，因此建設(shè)廢水處理工程的場(chǎng)地十分有限，而且周圍環(huán)境對(duì)該廢水處理工程也提出了較高的要求。為了徹底解決廢水處理問(wèn)題，并為工廠的發(fā)展留出空間，在設(shè)計(jì)該工程時(shí)，采用了加大縱向高度、地上地下結(jié)合的立體式建設(shè)方案，解決了占地問(wèn)題；采用封閉凈化、內(nèi)部循環(huán)等氣體控制方案，消除了對(duì)周邊環(huán)境的影響；采用深層曝氣、垂直流態(tài)、多元復(fù)合等工藝技術(shù)，使該工程的占地面積僅為8000m2，在保證了有效實(shí)現(xiàn)污水經(jīng)濟(jì)處理的同時(shí)，也節(jié)約了土地的使用，保護(hù)了周邊環(huán)境。1.2設(shè)計(jì)水量該工程的設(shè)計(jì)廢水處理量為30000m3/d，出水達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)。處理后的廢水，部分直接回用，部分可通過(guò)進(jìn)一步的深度凈化實(shí)現(xiàn)處理水的再生利用。1.3廢水水質(zhì)該工程處理的廢水為制藥廠排放的綜合性生產(chǎn)廢水，廢水中含有維生素類、激素類和抗生素類等多種原料藥殘余物、醫(yī)藥中間體殘余物、鹽類及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的其他有機(jī)物。這些廢水水質(zhì)具有成分復(fù)雜、有機(jī)物濃度高、pH值變化大、懸浮物多、色度大、總鹽量高等特點(diǎn)，并且廢水中還含有大量難生物降解物質(zhì)和對(duì)微生物有抑制作用的有毒有害物質(zhì)。廢水水質(zhì)如表1所示。表1廢水水質(zhì)項(xiàng)目COD(mg/LL)BOD5(mg//L)SS(mg/L))TN(mg/L))TP(mg/L))pH總鹽量(%)范圍1000～80000400～25000800～1200050～2008～202～133～7平均值3600100010001601564.52廢水處理工藝設(shè)施2.1工藝流程研究與工程實(shí)踐表明，此類廢水采用生物處理是適宜的，但采用常規(guī)生物處理時(shí)，由于鹽分的影響，會(huì)使微生物的胞質(zhì)萎縮、生物活性降低，只有少量的適鹽類微生物能夠正常代謝，再加上有毒有害等物質(zhì)的抑制作用，使得常規(guī)生物處理法在不稀釋廢水的情況下很難達(dá)到理想的處理效果。經(jīng)過(guò)對(duì)比研究，本工程采用了具有較強(qiáng)的抗沖擊能力、較高的去除效率的“水解酸化—交替流生物反應(yīng)器—雙流向曝氣生物濾池”復(fù)合生物處理工藝。2.2主要構(gòu)筑物工藝特征與運(yùn)行參數(shù)該制藥廢水處理工程的主體構(gòu)筑物的工藝特征與運(yùn)行參數(shù)如表2所示。表2主體構(gòu)筑物構(gòu)筑物數(shù)量(座)工藝特征運(yùn)行參數(shù)初沉池1平流式，機(jī)械刮泥泥刮渣HRT1.5h調(diào)節(jié)池1空氣攪拌式，微曝曝氣通氣強(qiáng)度20～445m3/mm2復(fù)合水解酸化池2×4圓柱形，深度為222m,復(fù)合式兩級(jí)級(jí)水解酸化第一級(jí)為厭氧狀態(tài)態(tài)，第二級(jí)為為微氧狀態(tài)交替流生物反應(yīng)器器5前部為連續(xù)流，后后部為交替流流，有效水深深為11mCOD容積負(fù)荷33.5kgCCOD/mm3·d雙流向曝氣生物濾濾池2×4上向流和下向流串串聯(lián)，不同粒粒徑填料COD容積負(fù)荷11.4kgCCOD/m33·d2.3主要構(gòu)筑物技術(shù)特點(diǎn)分析2.3.1曝氣調(diào)節(jié)池由于企業(yè)生產(chǎn)的周期及產(chǎn)品的更換，導(dǎo)致水質(zhì)和水量有較大的波動(dòng)，pH值在2～12之間變動(dòng)，COD等其它參數(shù)變化也較大，這對(duì)整個(gè)生化處理系統(tǒng)會(huì)造成較大的沖擊負(fù)荷。因此，該調(diào)節(jié)池采用微曝氣式調(diào)節(jié)池，利用壓縮空氣攪拌均化水質(zhì)、防止沉淀，并且去除廢水中易揮發(fā)性物質(zhì)，池內(nèi)還接納兩級(jí)水解酸化和復(fù)合交替流生物反應(yīng)器的部分剩余污泥，對(duì)廢水中的污染物進(jìn)行初級(jí)吸附。實(shí)踐表明，經(jīng)過(guò)該調(diào)節(jié)池的有效調(diào)節(jié)，可使出水pH保持在6左右，節(jié)省了大量的酸堿藥品，同時(shí)也有效地消減了COD有機(jī)負(fù)荷和有毒有害物質(zhì)造成的沖擊負(fù)荷，為后續(xù)的處理工藝提供了水質(zhì)和水量穩(wěn)定的廢水。2.3.2復(fù)合式水解酸化池根據(jù)該制藥廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，采用兩級(jí)復(fù)合式水解酸化池。每級(jí)水解酸化池設(shè)置為2級(jí)4組共8個(gè)，均為圓柱型折流式且全部采用半地上式。考慮到該廠地處北方寒冷地區(qū)，氣溫對(duì)水解酸化會(huì)有一定影響，因此采用保溫隔層，有效保持了水解酸化的溫度。兩級(jí)復(fù)合式水解酸化池的不同之處在于第一級(jí)采用缺氧形式，出水端設(shè)有波紋板狀生物填料；第二級(jí)采用微氧形式，后端設(shè)有軟性纖維狀生物填料。該水解酸化池將懸浮生長(zhǎng)微生物與固定生長(zhǎng)微生物結(jié)合起來(lái)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢(shì)，在高鹽度的狀態(tài)下，對(duì)有毒有害物質(zhì)和高濃度有機(jī)物進(jìn)行水解酸化。一級(jí)水解pH控制在5.5～6.5，對(duì)溶解氧濃度不做控制；二級(jí)水解池內(nèi)設(shè)有氣提循環(huán)攪拌，控制溶解氧濃度使其處于微氧狀態(tài)(前端0.2～0.4mg/L，末端0.1～0.2mg/L)，有效地抑制了甲烷菌的生長(zhǎng)，并將出水的pH控制在6.0～7.5。水解酸化池容積負(fù)荷最高可達(dá)6.2kgCOD/m3·d，COD去除率為20%～40%，出水的BOD5/COD與水解前相比有大幅提高。2.3.3交替流生物反應(yīng)器交替流生物反應(yīng)器(Alternate-flowBiologicalReactor，ABR)是在結(jié)合了UNITANK的特點(diǎn)，針對(duì)處理高鹽度、高濃度制藥廢水的水質(zhì)特性的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。它將連續(xù)流反應(yīng)器和間歇式反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來(lái)，形成了交替流生物反應(yīng)器。該生物反應(yīng)器池體為深層曝氣式，保證了充足的氧氣供應(yīng)和較高的氧轉(zhuǎn)移效率。池體外作保溫處理，以保證處理構(gòu)筑物在寒冷季節(jié)的運(yùn)行溫度，使微生物具有較高的生物活性。該反應(yīng)器為完全混合與推流式相結(jié)合的流態(tài)，前端為連續(xù)流活性污泥形式，后端為間歇式活性污泥形式。該生物反應(yīng)器的運(yùn)行參數(shù)為：MLSS2500～3500mg/L，DO1.0～3.0mg/L。出水COD≤300mg/L，BOD5≤100mg/L，pH7.0～8.0。出水可直接排放或進(jìn)入后端的生物深度處理系統(tǒng)進(jìn)行凈化，做為再利用水源。2.3.4雙流向曝氣生物濾池為了實(shí)現(xiàn)水資源的充分利用，該工程在交替流生物反應(yīng)器之后，設(shè)置了雙流向曝氣生物濾池(Two-way-flowAeratedBiologicalFilter，TABF)處理單元，將廢水進(jìn)行深度處理，使出水達(dá)到企業(yè)中水回用的要求。此外，該生物濾池還消除了交替流生物反應(yīng)器的周期性運(yùn)行對(duì)出水水質(zhì)的影響。雙流向曝氣生物濾池系統(tǒng)采用上流式與下流式串聯(lián)的方式同時(shí)運(yùn)行。前端采用4～6mm改性粘土生物陶粒，后端采用2～3mm改性粘土生物陶粒。該生物濾池采用氣水聯(lián)合反沖洗，沖洗周期約為2～3天。出水pH7.0～8.0，COD150mg/L，BOD530mg/L，SS20mg/L，可為進(jìn)一步深度處理提供穩(wěn)定可靠的水源或在此基礎(chǔ)上進(jìn)行直接回用。3運(yùn)行效果分析3.1啟動(dòng)研究該工程采用先啟動(dòng)好氧處理設(shè)施，再啟動(dòng)水解酸化與曝氣生物濾池的方案。接種污泥來(lái)自于城市生活污水處理廠的脫水污泥，采用直接高強(qiáng)度的馴化培養(yǎng)方式。經(jīng)過(guò)幾天的轉(zhuǎn)型馴化和十余天快速培養(yǎng)后，通過(guò)生物鏡檢可看到，交替式生物反應(yīng)器內(nèi)的生物相種類比較豐富，以菌膠團(tuán)為主，兼有少量具有耐鹽性的裂口蟲(AmphieptusSp)和漫游蟲(LitonotusSP)等原生動(dòng)物。培養(yǎng)出的菌膠團(tuán)具有良好的吸附、凝聚、氧化和沉降性能。同時(shí)，少量的原生動(dòng)物的存在，能夠捕食游離態(tài)的細(xì)菌和微小顆粒以及可溶性有機(jī)物，并能分泌粘液使細(xì)菌活化，促使細(xì)菌絮凝，有助于改善出水水質(zhì)，還可作為指示生物。3.2處理效果分析經(jīng)過(guò)格柵、初沉池的預(yù)處理和曝氣調(diào)節(jié)池均化后的制藥綜合廢水，其COD約為3600mg/L。工程運(yùn)行結(jié)果表明，兩級(jí)復(fù)合式水解酸化系統(tǒng)對(duì)高濃度高鹽度的制藥廢水有較強(qiáng)的抗沖擊能力，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好，COD去除率在30%左右。此外，廢水鹽含量在小于5%以下的范圍內(nèi)變化時(shí)，微生物并沒(méi)有受到明顯的抑制，運(yùn)行過(guò)程中COD去除率變化不大。生物鏡檢發(fā)現(xiàn)污泥為無(wú)機(jī)成分較高的細(xì)小顆粒污泥，具有良好的水解酸化性能和耐鹽性能。經(jīng)過(guò)水解酸化，使廢水的BOD5/COD值得到提高。交替流生物反應(yīng)器可馴化出具有良好的有機(jī)物降解性能的耐鹽性微生物，能有效去除廢水中的有機(jī)物，去除率在90%以上，并能抵抗有毒有害物質(zhì)及鹽分的影響，出水可以直接排放或者進(jìn)入后段進(jìn)行深度處理。雙流向曝氣生物濾池系統(tǒng)能夠?qū)U水進(jìn)行有效地凈化處理，其COD去除率在40%左右，出水可直接部分回用或經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的深度處理進(jìn)行中水的回用?？偟奶幚硇Ч绫?所示。表3廢水處理效果項(xiàng)目COD(mg/LL)BOD5(mg//L)SS