厌氧折流板反应器治理制药废水
1 工程概况
驻马店华中医药集团以淀粉等为原料采用发酵法生产乙酰螺旋霉素,其生产性废水水质如下表所示。
表1 乙酰螺旋酶素生产废水主要特征
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该废水属于抗生素类废水,虽然其BOD5/CODcr = 0.49 ,理论上属于可生化废水,但由于废水中含有残留的抗生素和溶媒,对微生物具有一定的抑制作用;同时废水中含有不少生物发酵所产生的生物难降解物质,属高浓度难降解有机废水,若直接采用厌氧或好氧工艺都难以取得理想的效果。针对上述水质特点,在小试和中试的基础上采用如下处理工艺流程:废水→隔油沉淀池→调节池→厌氧折流板反应器→厌氧复合床→循环活性污染系统→出水。
工程于1997 年12 月建成,1998 年1 月～1998 年7 月进行废水处理工程系统调试和试运行,1998 年8 月废水处理工程验收和正式投产运行。验收期间,河南省驻马店地区环境保护监测站进行了每天6 次连续8 天的监测,监测结果达到国家《污水综合排放标准》( GB8978 - 96) 生物制药工业二级排放标准,结果见表2。
表2 工程达标验收监测结果
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2 厌氧折流板(ABR) 反应器
厌氧折流板反应器是美国教授McCarty 于1982 年开发的一种高效节能厌氧装置,1983 年他又将上、下流室等宽的厌氧折流板反应器改造成上流室宽、下流室窄的新型ABR 反应器,并在折流板末端设置导流折角[1] 。厌氧折流板反应器的特点是在反应器内沿水流方向设置多层隔板,将反应器分隔成若干个串联的反应室,每个反应室都是一个先升流后降流,类似厌氧污泥床的单元。在各反应室内,水力特性接近完全混合式,而在整个反应器中则类似于推流式[2]。
本设计将厌氧折流板反应器控制在酸化水解阶段,产气量很小不需气体收集装置和加热保温措施。厌氧折流板反应器设计为两个并联的池子,每个池子的池体尺寸为L ×B×H = 25 m ×6 m ×5. 5 m。每个池子分为3 格,每格上流室和下流室宽之比为3∶1。每格下部均设有污泥收集装置和排泥设备。在第三格上流室上部设有2 m 高的弹性立体填料,既扩大了反应器容积、改善水流状态和传质效果,又有利于强化沉淀效果及防止污泥流失。池体总容积为1 650 m3 ,有效容积为1 250 m3 ,水力停留时间为12 h。本工程采用的厌氧折流板反应器构造见图1。
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图1 厌氧折流板酸化反应器的工艺
3 厌氧折流板反应器的调试
工程调试时采用沉淀污泥回流作为接种污泥,在30天以后填料挂上一层结实的生物膜结构密实,从测定结果看酸化作用明显。系统进入稳定运行期。
4 稳定运行期测定结果
工程自1998年投入生产运行,至今仍很稳定,运行期对水解池进出水中化学需氧(CODcr) 、pH值、悬浮性固体(SS) 等项目每天测定三次,测定方法均为标准方法,表中数据为三次监测结果的平均值。挥发性酸(VFA) 每天测定一次。测定方法为蒸馏滴定法[4]。监测结果见表3。
表3 稳定运行期酸化反应器监测数据
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5 运行监测结果分析
5. 1 水力停留时间
预酸化有明显的优点,但完全酸化对产生颗粒污泥有害,颗粒污泥的生长也与废水的酸化程度有关,如果废水完全预酸化,则不能生成颗粒污泥。在本工程的厌氧复合床反应器中生长着将近2m 的颗粒污泥床层,运行一直很稳定。表明ABR酸化反应器的水力停留时间为12h 是合适的。
5. 2 温度
河南省驻马店市位于我国中部,冬季和夏季处理水温差10 ℃左右,运行结果表明,酸化作用受温度影响不大,ABR 酸化反应器可以在我国大部分地区推广使用。无需加热保温措施和气体收集装置。
5. 3 挥发性酸
挥发性酸由1324mg/L 升高至2563mg/L , 提高了96% ,这表明残留抗生素和难降解有机物在酸化器中通过水解酸化细菌的作用,大分子有机物转化为小分子有机物和挥发性脂肪酸,消除了抗生素的毒性,提高了废水的可生化性。
5. 4 pH 值
pH值是影响厌氧硝化微生物生命活动过程的重要原因。乙酰螺旋霉素废水在折流板反应器中,pH值由5.7升高至6.1 ,这主要是有机氮化合物和NO3-进行氨化反应分解转化为氨态氮的结果。厌氧处理有机废水时生物氧化的顺序是:反硝化、反硫化、酸性发酵、甲烷发酵等。厌氧进水中的NO3- 在厌氧反应器中,首先进行反硝化反应,从而降低了产甲烷菌的活性。NO3-对产甲烷菌抑制的质量浓度为40～70mg/L ,UASB反应器可以在忍受5～7. 5mg/L 的最大NO4+- N 质量浓度下成功运行, 非离子化氨质量浓度在150mg/L 时对甲烷化才具有抑制作用。在折流板反应器中进行的反硝化过程对甲烷化反应器的稳定运行是有益的。笔者也曾遇到因硝酸盐浓度高而引起甲烷化反应器中丝状菌膨胀的现象,导致甲烷化反应不能正常进行。
5. 5 化学需氧量(CODcr)和悬浮物(SS)
废水在酸化反应器中, CODcr由进水的9680mg/L 降到出水的7958mg/L ,降低了18%。SS 由进水的1162mg/L ,降到了出水的705mg/L ,降低了49% ,均达到了设计要求,进一步改善了水质。
6 小结
(1) 乙酰螺旋霉素废水经厌氧折流板酸化反应器,挥发性酸由1 324 mg/ L 升至2 563 mg/ L ,提高了96 %; CODcr由进水的9 680 mg/ L ,降至出水的7 958 mg/ L ,降低了18 %; SS 由进水的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 ;经过酸化作用后改善了水质,降低了抗生素的毒性,为进一步甲烷化的稳定运行创造了条件。
(2) 厌氧折流板酸化反应器设计简单,启动时间短,操作运行管理简单,便于工程应用。
(3) 对NO3- 含量高的废水进行酸化水解有助于抑制厌氧丝状菌过度生长,可避免因反硝化反应使甲烷菌活性降低。
(4) 可通过控制水力停留时间控制废水酸化水解程度。
本工程运行状况表明乙酰螺旋霉素废水采用12 h 的停留时间是合适的。
参考文献
1 邱波,等. ABR 反应器处理制药废水的启动运行. 中国给水排水,2000 ,16 (8) :42～44
2 戴友芝,等. 厌氧折流板反应器处理有毒废水及其污泥特性的研究. 环境科学学报,2000 ,20(3) :284～289
3 国家环境保护局. 水和废水监测分析方法. 北京:中国环境科学出版社,1989
4 贺延龄. 废水的厌氧生物处理. 北京:中国轻工业出版社,1998
5 [美]R. E. 斯皮思,工业废水的厌氧生物技术. 李亚新译. 北京:中国建筑工业出版社,2001
6 买文宁. 生物化工废水处理技术及工程实例. 北京:化学工业出版社,2002
作者简介 毛卫兵,男,1976 年生,河南安阳人,1998 年获环境工程学士学位。华南理工大学环境工程专业在读硕士。
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