青霉素废水水解酸化参数的控制

碱度作为青霉素废水水解酸化参数的控制摘要:试验研究了改进序批式生物膜法处理青霉素废水过程中不同碱度类型和浓度下,碱度、pH值以及COD去除率本文来自中华环评网，的变化规律。结果表明:在一定范围内,进水碱度越高,水解效果越好。在实际工程中可以应用碱度和pH值的变化来调控水解时间。关键词:青霉素废水;碱度;序批式生物膜法;快速水解阶段中图分类号:X703.1文献标识码:A文章编号:1000-3770(2006)01-0062-04HYDROLYSISANDACIDIFICATIONONPENICILLINWASTEWATERWITHALKALINITYASCONTROLPARAMETERCuiCheng-wu,JiShu-lan,RenHai-yan（CollegeofEnvironmentandEnergySourceEngineering,BeijingUniversityofTechnology,Beijing100022,China）Abstract:Theeffectofdifferenttypesofalkalinityanddifferentconcentrationofthealkalinityonalkalinity,pH,andtheremovalrateofCODinhydrolysiswassystematicallyinvestigatedinamodifiedSBBRreactorwithPenicillinwastewater.Accordingtotheresults,insomeextension,thehigherthealkalinity,thebettertheeffectofhydrolysiswouldbe.Inpracticeproject,theHRTofhydrolysiscancontrolledbyalkalinityandpHvalue.Keywords:penicillinwastewater;alkalinity;SBBR(sequencingbatchbiofilmreactor);fasthydrolysisphase抗生素制药厂通常采用间歇生产工艺，产品的种类变化较大，造成了废水的水质、水量、污染物的种类变化较大[1]。青霉素废水是抗生素废水的一种，具有进水浓度高、色度高、硫酸盐含量高、pH值低、水质变化大、排放量大、可生化性差等特点。试验采用改进序批式生物膜法(SBBR)处理青霉素废水，目的是让水解反应在SBBR中进行，利用反应器中各种微生物的分工来达到对有机物的有效降解。其降解流程由进水、停曝（兼氧）、好氧、静沉和排水几个工序构成。水解反应在兼氧阶段进行，在该阶段中由于体系中溶解氧含量较低(DO0.1mg/L)，兼性菌会进行水解反应，将废水中的大分子、难降解有机物转化成为易降解、小分子有机物，从而提高废水的可生化性并降低体系中存在的对好氧微生物具有抑制作用的物质。在好氧阶段，好氧菌会迅速地降解水解后产生的小分子有机物。经过试验验证，该工艺对青霉素废水COD、色度的去除是有效的[2]。水解酸化工艺已广泛应用于实际工程当中，对该工艺的试验研究也日渐深入。但是国内外对于青霉素废水水解酸化影响因素的研究还不是很多。本文在改进SBBR工艺的基础上对水解阶段的影响因素-碱度进行研究和探讨。1试验材料和方法1.1污泥与废水废水取自某制药厂青霉素生产车间。接种污泥取自该制药企业污水处理厂的污泥消化池。废水呈棕红色，COD波动较大，在4～25g/L之间，pH值为2～4；污泥呈黑色、粘稠且有臭味。镜检未发现原、后生动物。经过近2个月的驯化、培养后，处理效果比较稳定，整个工序COD去除率稳定在85%以上。1.2试验装置试验用反应器装置见图1。反应器高1000mm，直径100mm，总有效体积7L。反应器进水为5min，水解时间根据实际情况而定，曝气12h，静置沉淀20min，排水以及闲置共55min。每次排水6L，即反应器每周期处理水量为6L。1.3分析项目DO、pH、温度采用德国WTWpH/Oxi340i测定仪进行在线监测。COD、MLSS、碱度按标准分析方法进行分析[3]。生物相用江南牌XS-18型生物显微镜鉴定。填料为JWX组合填料。1.4试验方案为了探求改进SBBR中碱度对水解阶段的影响以及控制条件，试验中维持曝气量恒定在0.08m3/h；进水COD稳定在500mg/L左右；温度维持在28℃。试验中对废水中的碱度和pH值的调整有三种方法：用NaOH调整了2个水平；用NaHCO3调整了2个水平；原水不投加任何碱度作为一个水平单独进行。在进水前向青霉素废水中加入适量的NaOH或NaHCO3以维持实验所需的碱度。每个水平的试验都运行10～15个周期以上才进行2～3次跟踪检测。2试验结果2.1碱度未加调节时各参数的变化规律试验结果见图2～图4。进水ALK(碱度，以CaCO3计)为750.8mg/L。在进水后的1h内，碱度、pH值和d(pH)/dt下降趋势明显，ΔALK为200.2mg/L。体系中易降解的COD被吸附和快速降解。1～10h，碱度、pH值都发生了不同程度的升高，其中ALK为678.8mg/L。10h后，碱度、pH值以及COD去除率基本保持平稳。2.2NaOH调节碱度时的各参数变化规律试验结果见图5～图7。进水ALK分别为1216.2mg/L、1851.9mg/L。在进水后的1h内碱度下降趋势明显，ΔALK分别为230mg/L、425.5mg/L。pH值以及d(pH)/dt变化与碱度变化的相关性较好。投加NaOH后，COD去除率明显提高。当ALK为1851.9mg/L时，1～5h，体系中碱度、pH值和d(pH)/dt一直保持下降的趋势，其中ΔALK为200.2mg/L。5h后体系保持平稳。而当进水ALK为1216.2mg/L时，在1～7h体系中碱度和pH值有所上升，ΔALK为190.1mg/L。7h后体系保持平稳。2.3利用NaHCO3调节碱度时各参数的变化规律试验结果见图8～图10。进水ALK分别为1451.5mg/L、2506.5mg/L。进水后的1h，碱度降低，ΔALK分别为100.1mg/L、185.2mg/L。pH值以及d(pH)/dt变化与碱度变化的相关性较好。投加NaHCO3后，COD去除率也有一定提高。进水碱度为2506.5mg/L时，1～4h体系中碱度和pH值保持下降趋势。当进水碱度为1451.5mg/L时，pH值和碱度在1～4h时呈升高趋势。在4～15h时，各项指标均较为稳定，水解反应已经基本结束。3分析与讨论3.1水解时间的控制当进水为原水时，碱度、pH值以及d(pH)/dt相继在1h出现拐点，定义该阶段为快速水解阶段；在10h时，各参数几乎同时出现平台，说明水解反应已经结束。经过测定后发现，COD去除率在10h后也比较稳定。因此可以把水解时间定为10h。当用NaOH调节碱度时，可以用pH值和碱度来进行水解时间的控制。尽管在快速水解阶段之后会出现不同的试验现象，但是pH值和碱度依然能够给出较好的指示来说明水解反应的结束。本试验得出的结论为：在进水ALK分别为1216.2mg/L、1851.9mg/L时，水解时间分别为7h和5h。当利用NaHCO3调节碱度时，由于NaHCO3是弱碱，加入废水中会形成缓冲体系，水解形成的酸性物质是弱酸，因此体系pH值变化的趋势不是十分明显，而且很快趋于平稳。但是，在水解反应结束后，pH值和碱度依然能够给出较为明显的指示信号。试验确定：利用NaHCO-3调节碱度后水解时间为4h。3.2体系中碱度和pH变化规律的解释当进水不投加任何碱度调节时，青霉素废水在初期水解后反应会产酸，因此碱度和pH值都呈下降的趋势。尔后，由于体系中累计了一定量的酸性物质，会抑制酸性水解的继续进行，反应会向着碱性水解的方向进行。此时体系中的一些兼性微生物会利用水解后的产物继续进行水解反应，而此时水解的主要产物为碱性物质，这样一来，碱度和pH值都呈上升的趋势。最终体系达到平衡后各个参数变化趋于稳定。另外，实验发现水解反应过程中碱度和pH值的变化和进水碱度的高低有关。当进水碱度较高时，由于体系呈碱性，较高的pH值会抑制兼性微生物进行碱性水解[4]，此时水解反应的主要产物为酸性物质，因此pH值和碱度下降直到水解反应结束。当进水碱度较低时，快速水解后由于酸性物质的积累会抑制酸性水解的进一步进行，反应更有利于碱性水解。此时，水解反应的主要产物为碱性物质，因此pH值和碱度升高直到体系达到平衡。4结论利用改进SBBR处理青霉素废水，水解反应体系中pH值和碱度变化趋势与进水碱度有着十分密切的关系。试验发现碱度越高，越有利于水解反应，而且水解效果也越好；碱度越低，水解反应的时间越长。利用NaOH和NaHCO3调节碱度后发现水解时间都比原水时间有所缩短。试验中应用pH和碱度作为水解酸化自动化时间的控制参数。对于今后实际工程具有一定的参考价值。参考文献:[1]姜家展,季斌.高浓度抗生素有机废水处理[J].中国给水排水.1999,15(3):517-518.[2]任海燕,纪树兰,崔成武,等.改进序批式生物膜法处理青霉素废水的初探[C].北京:清华大学,第三届环境污染与模拟控制研讨会论文集,2003,101-102.[3]国家环保局《水和废水监测分析方法》编委会编著.水和废水监测分析方法(第3)版[M].北京:中国环境科学出版社,1989.[4]王凯军.低浓度污水厌氧-水解处理工艺[M].北京:中国环境出版社,1991,86-117.[5]彭党聪,王志盈,袁林江.活性污泥系统非平衡增长理论及其应用[J].中国给水排水.2001，24(12):6-9.基金项目：北京市自然科学基金资助项目（8042007），北京工业大学研究生科技基金资助项目（YKJ-2003-19）作者简介：崔成武（1981-），男，研究方向为污水处理技术；联系电话：[phone]；E-mail：[e-mail]。〖本文来自中华环评网，〗