曝氣生物法深度處理制藥廢水
摘要：設計利用曝氣生物法處理經過兩級接觸氧化的制藥廢水，研究了曝氣生物濾池的啟動和水力停留時間、水力負荷及進水COD對廢水中COD、NH4+-N去除率的影響。結果表明，在氣水體積比為10：1，水力停留時間為12h時,COD去除率最大；進水COD在320～780mg/L，COD去除率隨進COD的增加而增加；在進水COD為320～780mg/L，水力停留時間12h，水力負荷0.23L/h，氣水體積比10：1的條件下，NH4+-N的去除率穩定在45%～56%。出水達到國家生活雜用水標準。
關鍵詞：曝氣生物法;深度處理;制藥廢水;去除率
中圖分類號：X787文獻標識碼：A文章編號：1000-3770(2012)增刊-0101-003
山西某制藥廠屬于混裝制劑類制藥企業，其生產廢水中含有維生素類、抗生素類等多種原料藥殘余物、鹽類及生產過程中產生的其他有機物。此類廢水成分復雜、有機物含量高、毒性大、色度深、含鹽量高，生化性很差，且為間歇性排放，屬難處理的工業廢水[1]；其主要來源是生產車間排放廢水和生產過程中產生的廢水。該廠廢水處理采用了調節沉淀-水解酸化-兩級接觸氧化-排放的工藝流程，為達到生活雜用水標準，設計采用曝氣生物法對出水進行深度處理。
曝氣生物濾池是生物降解與過濾截留相結合的一種高效低耗的污水處理方法[2]。本文通過小型模擬試驗，對經二級接觸氧化的廢水以升流式曝氣生物濾池進行深度處理，以期為實際工程提供優化設計參數和運行條件。
1試驗部分
1.1試驗用水
原水取自該制藥廠二級接觸氧化曝氣池出水口，其各項指標如表1所示。
試驗條件：pH為7～8；氣水體積比10：1；溫度16～20℃；反沖洗周期2d；反沖洗水強度15L/(m2·s)；反沖洗氣強度20L/(m2·s)。
1.2試驗裝置
反應器采用容積為4L的有機玻璃柱,中部和底部裝有曝氣頭。以粒徑為3～5mm的粘土陶粒作為填料，其中填料體積為柱容積的2/3[3]。
表1試驗水樣水質
Tab.1Qualityoftheexperimentalwater
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進水裝置中的制藥廢水經提升泵提升進入曝氣柱底部，流經填料時，填料上的生物膜及填料空隙中的生物絮體在有溶氧的參與下將廢水中的有機物氧化、分解，生物絮體同時具有截留、吸附底物的作用[4]。處理后的水由上部出水口直接排出。試驗采取連續進水的方式，測定出水COD、NH4+-N，水和氣的流量由轉子流量計控制。
1.3分析指標及方法
COD：重鉻酸鉀法；NH4+-N：納氏試劑法；pH：PHS-3C型。
2結果與討論
2.1曝氣生物池的掛膜
2.1.1生物膜的培養
因所處理的有機廢水為二次生化廢水，其有機物濃度低，營養底物不足，故采用接種掛膜，以減少掛膜時間[5]。試驗初期，取生活污水處理廠生化沉淀池底泥，經稀釋后加入反應器中，按照微生物的營養需要（按照比例m(C)：m(N)：m(P)=100：5：1）投加藥物，連續培養14d后，改為小流量進水，使微生物逐漸適應進水水質。
2.1.2生物相觀察
經過21d的連續運轉，掛膜完成。反沖洗出水中含有陶粒上脫落下的絮狀菌膠團，顏色呈褐色，透明。在顯微鏡下觀察，膠團呈現黃褐色、透明，生物膜中出現了大量的原生動物、后生動物，如鐘蟲、累枝蟲、吸管蟲等。大量的原生動物、后生動物的出現進一步從微生物的角度說明了試驗系統出水水質成分好，生物膜中已經出現大量種屬生物，生物鏈已經形成，生物膜馴化已趨于成熟[6]。
2.2各因素對COD去除率的影響
2.2.1水力負荷
在水力停留時間為12h，進水COD為320～780mg/L，NH4+-N質量濃度為35～58mg/L，氣水體積比為10：1的條件下，水力負荷對曝氣生物濾池COD去除率的影響如圖1所示。
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圖1不同水力負荷下COD的去除率
Fig.1TheremovalrateofCODatdifferenthydraulicloading
由圖1可知，COD的去除率與水力負荷并不是簡單的線性關系，當流量為0.43L/h時，COD的去除率最大，約為84%。流量比較小的情況下，有機負荷低，加上氣、水在濾池中的分布不均，導致微生物所需營養攝取不足，所以COD去除率較低；隨著流量的增大，有機負荷隨之提高，濾池中的傳質條件也得到改善，微生物所需營養物質充足，生物膜生長加速，生物活性也得到改善，使COD的去除率得到提高。但是，當流量超過0.5L/h時，隨著污水在曝氣濾池中的水力停留時間的縮短，COD去除率明顯下降，這是由于廢水中有機物與生物膜沒有充足的接觸反應時間所致。
試驗過程中發現，當水力負荷小的情況下，曝氣生物濾池上會出現局部發黑現象。這是由于，一方面水力負荷小的情況下，廢水中有機負荷低，這些有機物在濾池下部已經基本被微生物分解、吸收和利用，到達上部時，滿足不了上部微生物對有機物的營養需要；另一方面是由于水、氣傳遞輸阻力大，導致供氧不足，最終出現局部發黑現象。這種情況下，需要及時進行反沖洗，保證曝氣生物濾池的正常運行。
2.2.2水力停留時間
在進水COD為320～780mg/L，NH4+-N質量濃度為35～58mg/L，氣水體積比為10：1的條件下，水力負荷對曝氣生物濾池COD去除率的影響如圖2所示。
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由圖2可知，COD的去除率隨水力停留時間的增加而增加。當水力停留時間為8h時，去除率已達到80%，此時出水已達標；當水力停留時間為12h時，COD的去除率能夠達到93%。
2.2.3進水COD
在水力停留時間12h，進水COD為320～780mg/L，NH4+-N質量濃度為35～58mg/L，水力負荷為2.3L/h，氣水體積比為10：1的條件下，進水COD對曝氣生物濾池COD去除率的影響如圖3所示。
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圖3進水COD對COD去除率的影響
Fig.3TheeffectofconcentrationoforganicmatteronremovalrateofCOD
由圖3可知，COD的去除率隨進水COD的增大而增加。進水COD為320～500mg/L時，COD的去除率為70%～80%；進水COD為500～780mg/L時，COD的去除率為80%～93%。說明曝氣生物濾池對有機負荷變化適應能力強。
2.3NH4+-N處理效果
在進水COD為320～780mg/L，水力停留時間12h，水力負荷0.23L/h，氣水體積比10：1的條件下，進水NNH4+-N質量濃度為35～58mg/L時，NH4+-N去除率如圖4所示。
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圖4NH4+-N的去除率
Fig.4TheremovalrateofNH4+-N
生物濾池中的微生物是以附著在顆粒填料上的方式生長，可以在反應器中停留很長時間，加上濾池中的陶粒顆粒填料具有巨大的比表面和較大的空隙率，有利于底物和溶解氧的傳遞，這些都有利于在濾池中形成穩定的硝化狀態。當硝化菌進入比較穩定的硝化狀態后，其硝化能力較強，由圖4可知，濾池對NH4+-N的去除率穩定在45%～56%之間，出水NH4+-N能夠達到生活雜用水標準。
3結論
在適宜的條件下，曝氣生物濾池的掛膜需21d就可以完成。培養期間若出現局部發黑現象，需要及時進行反沖洗，以確保生物膜的成活。
流量0.23L/h，氣水體積比10：1，溫度16～20℃，pH為7～8的條件下，水力停留時間為8h時，COD的去除率能夠達到80%，此時出水COD已達到生活雜用水水質要求；水力停留時間為12h時,COD去除率達到最大值93%。
COD的去除率隨進水COD的增大而增大，說明曝氣生物濾池具有較強的耐沖擊負荷能力。
進水NH4+-N質量濃度在35～58mg/L之間時，曝氣生物濾池對NH4+-N的去除率穩定在45%～56%，出水NH4+-N能夠達標。
參考文獻：
[1]祁佩石,陳戰利,于桂清,等.復合生物法處理難降解制藥廢水的研究[J].中國環保產業,2005,10:31-33.
[2]邱立平,陳京英,劉偉正,等.曝氣生物濾池處理機理及反沖洗控制研究進展[J].濟南大學學報:自然科學版,2010,24(2):216-220.
[3]李汝其,錢易,孔波.曝氣生物濾池去除污染物的機理[J].環境科學,1999,20(6):49-52.
[4]肖文勝,徐文國,楊桔才.曝氣生物濾池中生物膜的活性研究[J].北京理工大學學報,2003,23(5):655-657.
[5]郎咸明,魏德洲,郭艷紅,等.曝氣生物濾池深度處理部分制藥廢水的研究[J].安全與環境學報，2004,4(5):41-43.
[6]鄭俊,吳浩汀,程寒飛.曝氣生物濾池污水處理新技術及工程實例[M].北京:化學工業出版社,2002.
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