制药废水特别是化学合成制药废水往往具有水质复杂、污染物含量高、生物难降解物及有毒有害物多等特点,是工业废水处理的难题和重点。针对不同种类制药废水的特点,进行处理工艺的研究和推广是近年来工业废水处理领域的研究热点之一。 两相厌氧消化(TPAD)系统是20世纪70年代初美国Ghosh和Pohland根据厌氧消化过程产酸和产甲烷两阶段中起作用的微生物在种群组成和生理生化特性方面的差异,开发的采用两个独立反应器串联运行的厌氧生物处理工艺。由于其具有较好的稳定性和去除效果,且产酸相可减少毒性或抑制性物质对产甲烷细菌不利影响,许多学者采用两相厌氧工艺处理制药废水。买文宁研究了其处理抗生素废水的效果,施悦对用其处理中药废水进行了试验研究,赵胜利等以两相厌氧/好氧系统处理白霉素废水,均取得了较好的处理效果。然而生产原料和生产过程的不同导致各种制药废水性质千差万别,处理方法也并不一定通用。由于目前尚无两相厌氧工艺应用于麻醉药品类制药废水处理的报道,笔者进行了CSTR与UASB两相厌氧系统处理重庆某医药化工厂麻醉药品生产废水的试验,主要考察各相启动特性和处理效果,为实际运用两相厌氧工艺处理此类废水进行探索。 1 试验材料与方法
(1)产酸反应器。R1为连续流搅拌槽式产酸反应器,内设搅拌装置,通过水封保证反应区良好的密封条件,有效容积为15.2 L。 (2)产甲烷反应器。R2为上流式厌氧污泥床(UASB)反应器,总容积为43 L,有效体积为39.7 L。反应区内径为190 mm,高1 050 mm,有效体积29.8 L;沉降区内径290 mm,高150 mm,有效体积为9.9 L。底部为倒扣锥形,锥角为45°,锥高为95 mm,锥形最底部开口接进水管。从距离反应器底部100 mm起,沿反应器垂直向上每隔200 mm设置孔径5 mm的取样口1个,取样口共5个。 (3)中间调节槽为底部呈锥角65°的倒扣锥形、容积20 L的自制水槽,调节进入R2反应器的废水pH。需定期排出沉淀在底部的从R1洗出的污泥。 1.2 试验水质和接种污泥 直接从其他厌氧处理设施引入厌氧污泥是最简便的做法,国外研究者常以厌氧颗粒污泥接种,国内由于运行的厌氧处理设施较少,将此方法用于实际工程困难较大。研究表明,好氧活性污泥作为杂菌体,其内部存在厌氧菌核,如果控制好厌氧发酵条件,就能够顺利实现好氧污泥的转型,将其中的厌氧菌群培养成优势菌种。各好氧污水 处理设施每天要排放大量剩余活性污泥,以这些剩余活性污泥作为接种污泥引入厌氧处理设施是一种非常经济实用的方法。因此,本试验采用好氧剩余污泥作为接种污泥。接种污泥取自重庆大渡口污水处理厂,由于污泥中含有絮凝剂,试验前曝气培养一周,并加入少量制药废水使污泥初步适应。产酸、产甲烷反应器的污泥接种量分别为9、28 L,分别占有效容积的60%、70%,接种污泥的VSS/SS为0.45。 1.3 分析项目与方法
1.4 启动方法
2 结果与讨论
启动11~35 d,R1的VLR从2.2 kg/(m3·d)逐渐增加到7.2 kg/(m3·d),HRT由20.3 h缩短到15.2 h,COD去除率由46.1%迅速下降,平均为22.6%。R2的VLR从0.9 kg/(m3·d)逐渐增加到2.8 kg/(m3·d),HRT由39.7 h缩短为29.8 h,COD去除率升至82.8%。在VLR快速增加过程中, R1酸化逐渐明显,而R2去除效果不断增加,说明污泥活性不断提高。 启动36~51 d,两相厌氧反应器HRT降为36 h,R1的VLR从10 kg/(m3·d)增加到14 kg/(m3·d),出水COD去除率平均为18.5%。R2去除率进一步提高,总去除率由83.7%上升到89.5%。 在启动后第51天,两相厌氧反应器HRT为 36 h,总VLR为4.7 kg/(m3·d),系统整体COD去除率达到最优,为89.5%。其中,产酸相HRT为12.2 h,VLR为13.9 kg/(m3·d),去除率为21.2%;产甲烷相HRT为23.8 h,VLR为5.6 kg/(m3·d),去除率为86.6%。 2.2 启动过程中VFA的变化情况 启动后11~35 d,随着水力停留时间的缩短、进水COD负荷的提高,产酸反应器中水解酸化微生物活性大为提高,水解酸化效果增强,产酸相出水VFA由1 000 mg/L逐步增加到2 300 mg/L。而产甲烷反应器由于COD负荷提高,出水VFA略有提高,但都在500 mg/L以下。 启动后36~51 d,产酸相出水VFA继续随进水COD负荷的增加而提高,由2 300 mg/L增加到 3 300 mg/L,而产甲烷相出水VFA下降至400 mg/L左右,说明产酸与产甲烷微生物的活性都在继续提高,这正是系统COD去除率不断增加的原因。 2.3 启动过程中pH的变化情况
2.4 启动过程中污泥的变化 产酸反应器是一种连续流搅拌槽式反应器,这种运行方式决定了其内的微生物群落以絮状活性污泥的形式存在并进行物质和能量的代谢,因此产酸相污泥为黑色絮绒状,反应器内平均污泥质量浓度从启动第25天后就维持在7 000 mg/L左右, m(MLVSS)∶ m(MLSS)为0.5~0.6。启动过程中R2中污泥浓度的变化见表3。 表 3 启动过程中R2污泥浓度的变化
由表3可以看出,整个启动过程中ρ(MLSS)、 m(MLVSS)∶m(MLSS)不断增大,说明污泥活性不断增加。启动第40天污泥床底部出现部分粒径> 1 mm的颗粒污泥,污泥床中、上部仍主要为絮状污泥。R2反应器能够培养出颗粒污泥是由于试验具备这些有利条件:(1)适宜的生长环境。分相培养、适量添加营养元素与微量元素、设置中间稳定槽并投加NaHCO3保证产甲烷相稳定运行的碱度条件,使微生物菌群在最适宜的环境中生长。(2)良好的水力条件。产甲烷反应器采用UASB并通过回流增加上升流速,为颗粒的形成创造了外部条件。(3)惰性颗粒的投加。投加颗粒活性炭具有加速污泥颗粒化进程、缩短启动时间的强化作用。但颗粒污泥的数量、形态不算十分良好,这是由废水性质决定的,通常有毒难降解废水较难或者不能培养出颗粒污泥。。 3 结论 |