厭氧折流板反應器治理制藥廢水
1 工程概況
駐馬店華中醫藥集團以淀粉等為原料采用發酵法生產乙酰螺旋霉素,其生產性廢水水質如下表所示。
表1 乙酰螺旋酶素生產廢水主要特征
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該廢水屬于抗生素類廢水,雖然其BOD5/CODcr = 0.49 ,理論上屬于可生化廢水,但由于廢水中含有殘留的抗生素和溶媒,對微生物具有一定的抑制作用;同時廢水中含有不少生物發酵所產生的生物難降解物質,屬高濃度難降解有機廢水,若直接采用厭氧或好氧工藝都難以取得理想的效果。針對上述水質特點,在小試和中試的基礎上采用如下處理工藝流程:廢水→隔油沉淀池→調節池→厭氧折流板反應器→厭氧復合床→循環活性污染系統→出水。
工程于1997 年12 月建成,1998 年1 月～1998 年7 月進行廢水處理工程系統調試和試運行,1998 年8 月廢水處理工程驗收和正式投產運行。驗收期間,河南省駐馬店地區環境保護監測站進行了每天6 次連續8 天的監測,監測結果達到國家《污水綜合排放標準》( GB8978 - 96) 生物制藥工業二級排放標準,結果見表2。
表2 工程達標驗收監測結果
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2 厭氧折流板(ABR) 反應器
厭氧折流板反應器是美國教授McCarty 于1982 年開發的一種高效節能厭氧裝置,1983 年他又將上、下流室等寬的厭氧折流板反應器改造成上流室寬、下流室窄的新型ABR 反應器,并在折流板末端設置導流折角[1] 。厭氧折流板反應器的特點是在反應器內沿水流方向設置多層隔板,將反應器分隔成若干個串聯的反應室,每個反應室都是一個先升流后降流,類似厭氧污泥床的單元。在各反應室內,水力特性接近完全混合式,而在整個反應器中則類似于推流式[2]。
本設計將厭氧折流板反應器控制在酸化水解階段,產氣量很小不需氣體收集裝置和加熱保溫措施。厭氧折流板反應器設計為兩個并聯的池子,每個池子的池體尺寸為L ×B×H = 25 m ×6 m ×5. 5 m。每個池子分為3 格,每格上流室和下流室寬之比為3∶1。每格下部均設有污泥收集裝置和排泥設備。在第三格上流室上部設有2 m 高的彈性立體填料,既擴大了反應器容積、改善水流狀態和傳質效果,又有利于強化沉淀效果及防止污泥流失。池體總容積為1 650 m3 ,有效容積為1 250 m3 ,水力停留時間為12 h。本工程采用的厭氧折流板反應器構造見圖1。
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圖1 厭氧折流板酸化反應器的工藝
3 厭氧折流板反應器的調試
工程調試時采用沉淀污泥回流作為接種污泥,在30天以后填料掛上一層結實的生物膜結構密實,從測定結果看酸化作用明顯。系統進入穩定運行期。
4 穩定運行期測定結果
工程自1998年投入生產運行,至今仍很穩定,運行期對水解池進出水中化學需氧(CODcr) 、pH值、懸浮性固體(SS) 等項目每天測定三次,測定方法均為標準方法,表中數據為三次監測結果的平均值。揮發性酸(VFA) 每天測定一次。測定方法為蒸餾滴定法[4]。監測結果見表3。
表3 穩定運行期酸化反應器監測數據
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5 運行監測結果分析
5. 1 水力停留時間
預酸化有明顯的優點,但完全酸化對產生顆粒污泥有害,顆粒污泥的生長也與廢水的酸化程度有關,如果廢水完全預酸化,則不能生成顆粒污泥。在本工程的厭氧復合床反應器中生長著將近2m 的顆粒污泥床層,運行一直很穩定。表明ABR酸化反應器的水力停留時間為12h 是合適的。
5. 2 溫度
河南省駐馬店市位于我國中部,冬季和夏季處理水溫差10 ℃左右,運行結果表明,酸化作用受溫度影響不大,ABR 酸化反應器可以在我國大部分地區推廣使用。無需加熱保溫措施和氣體收集裝置。
5. 3 揮發性酸
揮發性酸由1324mg/L 升高至2563mg/L , 提高了96% ,這表明殘留抗生素和難降解有機物在酸化器中通過水解酸化細菌的作用,大分子有機物轉化為小分子有機物和揮發性脂肪酸,消除了抗生素的毒性,提高了廢水的可生化性。
5. 4 pH 值
pH值是影響厭氧硝化微生物生命活動過程的重要原因。乙酰螺旋霉素廢水在折流板反應器中,pH值由5.7升高至6.1 ,這主要是有機氮化合物和NO3-進行氨化反應分解轉化為氨態氮的結果。厭氧處理有機廢水時生物氧化的順序是:反硝化、反硫化、酸性發酵、甲烷發酵等。厭氧進水中的NO3- 在厭氧反應器中,首先進行反硝化反應,從而降低了產甲烷菌的活性。NO3-對產甲烷菌抑制的質量濃度為40～70mg/L ,UASB反應器可以在忍受5～7. 5mg/L 的最大NO4+- N 質量濃度下成功運行, 非離子化氨質量濃度在150mg/L 時對甲烷化才具有抑制作用。在折流板反應器中進行的反硝化過程對甲烷化反應器的穩定運行是有益的。筆者也曾遇到因硝酸鹽濃度高而引起甲烷化反應器中絲狀菌膨脹的現象,導致甲烷化反應不能正常進行。
5. 5 化學需氧量(CODcr)和懸浮物(SS)
廢水在酸化反應器中, CODcr由進水的9680mg/L 降到出水的7958mg/L ,降低了18%。SS 由進水的1162mg/L ,降到了出水的705mg/L ,降低了49% ,均達到了設計要求,進一步改善了水質。
6 小結
(1) 乙酰螺旋霉素廢水經厭氧折流板酸化反應器,揮發性酸由1 324 mg/ L 升至2 563 mg/ L ,提高了96 %; CODcr由進水的9 680 mg/ L ,降至出水的7 958 mg/ L ,降低了18 %; SS 由進水的1 162 mg/ L ,降到了出水的705 mg/ L ,降低了49 %;pH值由5. 7 升高至6. 1 ;經過酸化作用后改善了水質,降低了抗生素的毒性,為進一步甲烷化的穩定運行創造了條件。
(2) 厭氧折流板酸化反應器設計簡單,啟動時間短,操作運行管理簡單,便于工程應用。
(3) 對NO3- 含量高的廢水進行酸化水解有助于抑制厭氧絲狀菌過度生長,可避免因反硝化反應使甲烷菌活性降低。
(4) 可通過控制水力停留時間控制廢水酸化水解程度。
本工程運行狀況表明乙酰螺旋霉素廢水采用12 h 的停留時間是合適的。
參考文獻
1 邱波,等. ABR 反應器處理制藥廢水的啟動運行. 中國給水排水,2000 ,16 (8) :42～44
2 戴友芝,等. 厭氧折流板反應器處理有毒廢水及其污泥特性的研究. 環境科學學報,2000 ,20(3) :284～289
3 國家環境保護局. 水和廢水監測分析方法. 北京:中國環境科學出版社,1989
4 賀延齡. 廢水的厭氧生物處理. 北京:中國輕工業出版社,1998
5 [美]R. E. 斯皮思,工業廢水的厭氧生物技術. 李亞新譯. 北京:中國建筑工業出版社,2001
6 買文寧. 生物化工廢水處理技術及工程實例. 北京:化學工業出版社,2002
作者簡介 毛衛兵,男,1976 年生,河南安陽人,1998 年獲環境工程學士學位。華南理工大學環境工程專業在讀碩士。
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