EGSBAO组合工艺处理抗生素类废水试验研究陈大伟

2011．NO．1．ISSN1672-9064CN35-1272/TKISSN1672-9064CN35-1272/TK作者简介：陈大伟（1982～），男，硕士，主要从事水处理技术研究及其工程化应用。EGSB+AO组合工艺处理抗生素类废水试验研究陈大伟陈艺阳俞春华（无锡通源环保技术工程有限公司江苏无锡214122）摘要试验采用“EGSB+AO”组合工艺，经过2级EGSB后，出水COD去除率达70%，COD可稳定在1200mg/L左右，再经过AO工艺，其出水COD达300mg/L，满足国家综合排放二级标准，氨氮控制在15mg/L以内，达到一级排放标准要求。关键词EGSB厌氧颗粒污泥高浓度废水沼气回收中图分类号：X703.1文献标识码：B文章编号：1672-9064(2011)01－0076－03高浓度硫酸盐废水尤其是低COD/SO42-废水的生物处理技术一直是国内外研究的热点［1-3］。此类废水的厌氧生物处理工艺可归纳为2大类：①单相处理工艺；②2相处理工艺。单相处理工艺最大的困难在于硫酸盐还原菌（SRB）对产甲烷菌（MPB）的竞争，长期运行的还会造成产甲烷菌受到严重抑制。比较2种处理工艺，2相处理工艺更具有较高的研究价值和潜力［4，5］。山东某大型制药厂主要从事中西药原料及制剂、抗生素、生物制药、基因工程领域的研发与生产，废水主要来源于抗生素类原料药生产。所产生的废水具有高有机污染物、高氨氮及高硫酸根的特点，由于该企业欲扩大产能，原有的污水处理站（主体工艺采用水解酸化→CASS→生物接触氧化工艺）处理能力满足不了要求，为此，决定对整个系统进行必要的改进，以使处理效果满足国家二级排放标准。我公司根据多年工程经验，拟采用2级高效厌氧EGSB反应器+高效好氧AO技术作为该制药废水治理系统改造的核心工艺，通过本试验为工程设计提供准确、可靠的参数。1试验方法1.1进水水质试验水取自该厂的综合调节池出水，其水质指标见表1。1.2水质指标测定方法COD：标准酸性重铬酸钾法［6］；SO42-：铬酸钡分光光度法［6］；pH：出水采用MetterToledoDetla320pH计,反应器内在线测定采用MetterToledo4052602T2PA2S8/120pH计；氨氮：钠氏试剂分光光度法［6］；硫化物：碘量法［6］。1.3试验装置流程试验流程如图1所示。厌氧部分由2个相同EGSB反应器串联而成。单个EGSB反应器的有效体积为4.5L，夹套内循环热水保温。1级EGSB出水进入中间桶，内设曝气装置，再由蠕动泵抽入2级EGSB反应器，2级EGSB反应器出水经预曝气后进入AO反应器装置（有效容积为28L）。1.4试验方法如图1连接反应装置，EGSB反应器中接种专性厌氧颗粒污泥，接种量占反应器有效体积的1/3。反应器的驯化阶段以综合调节池内的水为厌氧进水，先调节进水的pH值，使其在8.0～8.5之间，起初控制COD容积负荷在4kg/m3·d左右，SO42-容积负荷在3kg/m3·d左右。经过10d左右的驯化，1级EGSB反应器的COD去除率达到了50%，硫酸根的去除率也达到了30%。2级EGSB反应器的COD去除率达到了50%，硫酸根的去除率在10%。总的出水COD在1000mg/L左右，硫酸根在2500mg/L左右；逐步提高厌氧系统的进水流量使1级EGSB反应器的进水COD负荷最终达到10kg/m3·d左右，SO42-容积负荷也相应达到了6kg/m3·d左右，厌氧系统进入稳定运行阶段。厌氧出水经预曝气后直接进AO池的O段，经硝化后通过回流泵进入A段进行反硝化，回流比400%。AO反应装置中放有填料，污泥取自该厂原有CASS池，并接种2L含水率书书书表１原水水质ＣＯＤ／（ｍｇ／Ｌ）ＳＯ４２－／（ｍｇ／Ｌ）ｐＨＮＨ４１＋／（ｍｇ／Ｌ）硫化物／（ｍｇ／Ｌ）４０００～６０００３０００～４０００６～９５００～７００４０～７０图1试验装置流程示意图环保技术762011．NO．1.ISSN1672-9064CN35-1272/TKISSN1672-9064CN35-1272/TK（下转第82页）99.2%的高效硝化菌种。控制A段污泥浓度在6000mg/L，O段在3000mg/L左右，混合液沉淀后的污泥回流至O段维持反应器中的污泥浓度。2实验结果及讨论2.1运行过程中COD及硫酸根的变化情况运行过程中COD及磷酸根的变化情况见图2、图3。由图2、图3可以看出，2级EGSB对COD的去除率可达到70%，出水稳定在1200mg/L左右，厌氧出水经AO反应器后，其出水COD可降至300mg/L左右。进水中COD/SO42-只有1.2左右，对于3000～4000mg/L的硫酸根，厌氧系统的降解效果稳定下来只有30%，且1级EGSB降解效果显著，2级EGSB对硫酸根的降解甚微，见图3所示。这主要是由于第1级EGSB进水pH控制在8.0～8.5，比较适合MRB和SRB的生长，且1级EGSB的进水中容易被利用的有机物比较多；到了2级EGSB的进水，由于中间桶曝气的作用，硫离子被氧化使得pH值上升至9.0左右，长期的高pH值抑制了MRB和SRB的活性，加上pH的上升使得水体中游离氨含量增加，致使2级EGSB对硫酸根的降解效果甚微，而COD也只能在1级EGSB出水的基础上降解40%～50%左右，这也说明此条件下对SRB的抑制作用强于对MRB的抑制。2级厌氧是1级厌氧的稳定保证工艺，增强整个厌氧系统的抗负荷冲击能力。由图2可以看出，当厌氧进水COD浓度在5000mg/L左右时，其整体厌氧出水在1200mg/L，而当厌氧进水COD浓度在4000mg/L或更低时，其整体厌氧出水浓度依然能够维持在1200mg/L以内，并没有反弹的迹象。对于进水水质不稳定的制药废水来说，厌氧系统的稳定性在整个污水处理系统中起着至关重要的作用，是污水处理达标排放的关键保证。2.2运行过程中氨氮的变化情况运行过程中氨氮的变化情况见图4。由图4可见，进水氨氮浓度变化较大，基本上在400～700mg/L之间，自运行以来，出水氨氮值呈指数型降低的趋势，持续20d后稳定在15mg/L以内（实测平均为10mg/L），没有出现反弹的现象，这是因为实验过程中接种的高效硝化菌种起了至关重要的作用。在氨氮降解的过程中，水体的pH呈不断下降的趋势，通过向AO池中定时补充一定的碱度可以维持pH在7.0～8.5之间，以保证硝化菌的活性。2.3运行过程中pH的变化和硫酸根的去除情况如图5所示，进水pH一直在7.5～8.5之间，1级EGSB的出水一般比同期进水的pH值略低，这主要是因为1级EGSB反应器中发生的反应以水解酸化为主。1级EGSB的出水经过中间桶曝气后使得2级EGSB进水pH的升高至9.0附近，进而使2级EGSB中的SRB活力基本被抑制，如图3所示，硫酸根几乎没有得到降解，出水中的硫化物经多次测定基本维持在40mg/L以内。图2运行过程中COD的变化图3运行过程中硫酸根含量的变化图4运行过程中氨氮的变化图5运行过程中pH的变化环保技术772011．NO．1．ISSN1672-9064CN35-1272/TKISSN1672-9064CN35-1272/TK（上接第77页）3结论（1）采用2级EGSB厌氧技术处理水质变化大且低COD/SO42-的制药废水，出水效果稳定，COD≤1200mg/L。（2）控制反应系统中的pH长期在9.0左右可以抑制硫酸根还原，也减轻了后续好氧处理时硫化物的毒性负荷。（3）采用AO反应器处理高氨氮浓度的厌氧出水，使出水COD达300mg/L，满足国家综合排放二级标准，氨氮控制在15mg/L以内，达到一级排放标准要求。参考文献1HenryJG，PrasadD.Anaerobictreatmentoflandfillleachatebysul-fatereduction.WaterScienceandTechnology，2000，41（3)2ChoiE，RimJM.Competitionandinhibitionofsulfatereducersandmethaneproducersinanaerobictreatment.WaterScienceandTech-nology，1991，23（9)3McartneyDM.Competitionbetweenmethanogensandsulphatere-duce：effectofCOD/SO42-ratioandacclimation.WaterEnvironmentResearch，1993，65（5)4康风先.硫酸盐还原-甲烷化两相厌氧法过程和机理研究.无锡轻工业学院，1994（4）5康宁，伦世仪.硫酸盐还原-甲烷化两相厌氧消化系统运行工艺条件的研究.工业微生物，1996，26（3）6美国公共卫生协会.水和废水标准检验手册.宋仁元，等译.北京：中国建筑工业出版社，1985另含新设的前臭氧系统、结晶软化系统、臭氧系统、快滤池及生物活性炭滤床等高级净水处理单元，提供高雄地区持续且稳定的高质量饮用水［5］。（2）拷潭水厂。高雄市拷潭净水厂创建于1973年，为进一步提升水质并确保大高雄地区充足的水量，台湾省自来水股份有限公司自2001年开始执行“大高雄地区自来水后续改善工程”计划，在水厂原有基础上进行技术改造增设薄膜高级净水设备。技术升级后的水厂于2007年9月正式供水，设计水量25万m3/d，最大供水量为27万m3/d。藉此，拷潭高级净水厂成为了目前世界上最大的双膜法净水厂。高雄市拷潭高级净水厂采用薄膜净水技术即采用超滤膜（UF）单元及低压逆渗透膜（LPRO）单元整合系统处理技术，深度过滤水中重金属离子、悬浮固体、胶体颗粒、藻类、寄生孢子、病毒等危害人体的化学物质，同时节省化学药剂用量并减少污泥产量。运行表明，双膜法水质处理可以有效提升水质、利于自动化且节省空间，取得很好的工程效果。2.5中国大陆我国城市水厂深度处理主要采用臭氧－生物活性炭深度处理技术，并且对改善饮用水水质起到了较好作用，目前在北京、深圳、广州、杭州、嘉兴、昆山、上海、昆明等地区都有应用。于1985年投产的北京田村山水厂是最早应用此技术进行城市供水的水厂，而2004年投产广州南洲水厂处理能力达到100万m3/d。在我国无锡等地也已经开始将薄膜技术应用于深度水处理中。据估计全国深度处理水量总体上达到每天700～800万m3［6］。3工艺评价3.1臭氧－生物活性炭工艺从目前运行的城市深度水厂来看，臭氧－生物活性炭工艺应用最为广泛，最大处理能力近200万m3/d。该工艺具有如下优点：对耗氧量有较好的去除作用；对臭、味物质有较好的去除作用；对生物稳定性指标的控制效果佳。但是该工艺也存在以下缺点：臭氧氧化副产物、生物安全性问题、反应器设计问题。根据目前深度处理的实际工程核算，臭氧－活性炭深度处理单元投资运行成本为0.2～0.3元/m3［6］。3.2薄膜净水技术薄膜净水技术用于城市水厂并不多，但近年发展迅速，其优点：不须加化学药品就可做到固—液分离及消毒、无混凝剂及消毒剂残留、占地较小、设备具扩充弹性。但是薄膜技术也有如下缺点：（1）薄膜反冲洗的效果有限。当薄膜积垢进行清洗后，将无法达到100%的回复率，且每清洗一次，效果就降低一次；若前处理效果不佳，将需常常进行反冲洗，因此若要节省时间，可能必须准备两组薄膜系统替换使用。（2）若处理物质含有毒性，其浓缩水将必须作后续处理。假如处理物质含有毒性，由于薄膜法属于物理作用，因此无法使这些物质消失，不但如此，由于浓缩水浓度大幅提高，相对其毒性也将提升，将增加处理的困难度，所以一般来说，除非要进行物种的回收（如重金属），不然若处理的物质含有毒性，可能较不适合使用此种方法。（3）若只想针对某种特殊物质进行处理，将无法使用此种方法。由于薄膜法不但对有机物有去除的效果，连大部分无机物也都有去除效果，因此若只想针对某种物质进行处理，将不适用。实际运行表明，超