近年來,制藥廢水中生物難降解有機(jī)污染物種類和數(shù)量逐漸增多,對生態(tài)環(huán)境的危害日益嚴(yán)峻。制藥廢水的水質(zhì)特征主要包括:COD濃度很高,生物降解性差,生物降解性低;廢水中有含氮有機(jī)化合物、硫化物、有毒有機(jī)物、殘留抗生素等。值得注意的是,無論是物化處理還是生化處理技術(shù),單一處理技術(shù)難以對制藥廢水實(shí)現(xiàn)良好的處理效果。因此,對特定的水質(zhì)和處理需求實(shí)現(xiàn)更好的處理和經(jīng)濟(jì)效益,需要組合和優(yōu)化不同的工藝。
本文以某制藥廠的制藥廢水為例,對污水處理工藝進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn),在正常工藝流程前增加鐵碳微電解這一過程。通過鐵碳微電解對高濃度水單獨(dú)進(jìn)行處理,再與低濃度廢水進(jìn)行混合后,經(jīng)過水解酸化、AO生化曝氣處理進(jìn)一步分解有機(jī)物。
1、實(shí)驗(yàn)水質(zhì)分析及測量指標(biāo)
1.1 實(shí)驗(yàn)廢水水質(zhì)
實(shí)驗(yàn)所用廢水取河北某制藥公司生產(chǎn)廢水,該公司主要生產(chǎn)頭孢菌素類合成抗生素及中間體。該公司的高濃度廢水特點(diǎn)為有機(jī)物濃度高、pH值低、氨氮濃度高,水質(zhì)波動(dòng)大,具有一定毒性。具體數(shù)據(jù)為:高濃度廢水COD20000~30000mg/L,氨氮500~700mg/L,pH4~6;低濃度廢水COD1500~2000mg/L,氨氮50~100mg/L,pH5~6。
1.2 實(shí)驗(yàn)流程
將高濃度廢水進(jìn)入鐵碳微電解單元中,經(jīng)過反應(yīng)后出水再與低濃度廢水進(jìn)行混合,經(jīng)過水解酸化單元,出水最終進(jìn)入AO生化單元。
1.3 實(shí)驗(yàn)裝置
微電解反應(yīng):2L量筒,氧氣泵;水解反應(yīng):3L反應(yīng)槽,攪拌器;AO反應(yīng):4L反應(yīng)槽,攪拌器,氧氣泵。
1.4 分析方法
COD采用重鉻酸鉀法測量;BOD采用稀釋接種法測量;pH采用梅特勒FE20酸度計(jì)測量;氨氮采用蒸餾中和滴定法。
2、結(jié)果與討論
2.1 微電解實(shí)驗(yàn)
2.1.1 單因素實(shí)驗(yàn)
采用鐵碳復(fù)合填料(球形,F(xiàn)e:C比3:1),分別對pH、HRT、固液比為條件,找出最佳的工藝運(yùn)行參數(shù)。
2.1.2 進(jìn)水溶液pH影響的研究
分別將廢水的pH值調(diào)至2.0、3.0、4.0、5.0、6.0,向反應(yīng)器中加入1L經(jīng)pH調(diào)節(jié)好的廢水,加入相同體積的鐵碳填料,適量曝氣60min,反應(yīng)后靜置出水,測上清液COD指標(biāo)。見圖1:
從圖1可以看出,鐵碳微電解可以在不同pH條件下降低該廢水COD。伴隨pH的降低,COD去除效果逐漸增加。在pH=3的情況下,去除效率最好,達(dá)到28%。其次是pH=2的條件下,但是過于酸性的條件造成鐵碳填料的加速腐蝕,引起水體COD和色度的上升,同時(shí)亞鐵離子形成絮體覆蓋在電極表面影響電解反應(yīng),造成去除效率的下降。
2.1.3 HRT影響的研究
將廢水調(diào)節(jié)pH至pH=3.0,向反應(yīng)器中加入1L廢水,加入等量的鐵碳填料,控制HRT分別為30min、60min、90min、120min,反應(yīng)后靜置出水,測上清液COD指標(biāo),如上圖2:
隨著微電解反應(yīng)時(shí)間的延長,有機(jī)物去除效率也伴隨著增加。反應(yīng)時(shí)間延長至90min后,去除率反而不再明顯增加,微電解反應(yīng)消耗了原水中的氫離子,造成pH上升,減少了亞鐵離子的溶出速度,隨著填料的消耗,過多的亞鐵離子形成絮體,其覆蓋在填料表面并降低電解反應(yīng)速率。
2.1.4 固液比影響的研究
將廢水pH值調(diào)至3.0,將反應(yīng)器導(dǎo)入1L廢水,放入不同體積的鐵碳填料適量曝氣,控制曝氣反應(yīng)時(shí)間90min。不同固液比條件對COD降解效率的影響如圖2所示。
不同的固液比中,廢水COD都有下降,隨著反應(yīng)器中固液比的增長,廢水有機(jī)污染物去除率也在同步增加,至600g/L時(shí)COD去除率提升至35%,隨著固液比繼續(xù)增加,COD去除率沒有明顯變化。選擇600g/L固液比條件為最佳條件。
2.2 水解酸化聯(lián)合A/O實(shí)驗(yàn)
水解酸化工藝的主要作用是將難生物降解的大分子有機(jī)物水解酸化為較易生物處理的小分子有機(jī)酸,以提高廢水的可生化性,為后續(xù)的好氧生物處理做好準(zhǔn)備[3]。
通過水解酸化單元,HRT控制24h(模擬污水站實(shí)際運(yùn)行停留時(shí)間),有機(jī)物有較好的降解效果,COD去除率20%左右。
2.3 A/O生化實(shí)驗(yàn)
A/O工藝是廣泛應(yīng)用于廢水中污染物進(jìn)行生物降解的工藝,工作原理就是氧化分解污水中的有機(jī)物,將氨氮、有機(jī)氮轉(zhuǎn)化為硝酸根和亞硝酸根,將來自O(shè)段末端的回流液被反硝化菌在A段還原為氮?dú)狻?/p>
2.3.1不同回流比的影響
硝化液回流比是A/O工藝運(yùn)行的重要參數(shù)之一,通過調(diào)整回流比考察A/O工藝COD、氨氮進(jìn)出水指標(biāo)以及去除率變化,如圖:
本實(shí)驗(yàn)控制參數(shù)如下:A段DO≤0.5mg/L,O段DO保持在3-5mg/L;AO階段HRT6d(HRTA:HRTO=1:3,模擬污水站實(shí)際運(yùn)行停留時(shí)間)
可以看出,不同回流比條件下,AO出水COD指標(biāo)相差不大,都能達(dá)到91%以上,表明AO工藝在不同回流比的工況下對COD降解影響不大。但回流比增加后,氨氮去除效果增強(qiáng)比較明顯,其中回流比增加到300%時(shí),對硝化作用的提升效果最好,達(dá)到98.3%。
2.4 最佳條件下的處理效果
選用上述實(shí)驗(yàn)中最好的工藝條件對該制藥廢水進(jìn)行處理,通過上述實(shí)驗(yàn)得出該高濃度制藥廢水在鐵碳微電解的最佳條件為pH=3.0,HRT=90min,固液比600g/L,反應(yīng)后按原比例與低濃度水混合后流入后續(xù)單元中,AO回流比300%的條件下,反應(yīng)后取水靜置測上清液COD、氨氮指標(biāo),見圖4:
3、結(jié)論
(1)此種制藥廢水經(jīng)過鐵碳微電解、水解酸化、AO生化處理后,出水指標(biāo)要好于只單純經(jīng)過水解、AO工藝。
(2)在最適宜條件下,將高濃度廢水pH調(diào)節(jié)為3.0,控制固液比600g/L,反應(yīng)90min的環(huán)境下,該廢水COD降解率最高可達(dá)到36%,BOD/COD通過微電解反應(yīng)、水解酸化反應(yīng)提高至0.37,有利于后續(xù)的AO生化處理。
(3)經(jīng)過電解反應(yīng)后的高濃度水按原有比例與低濃度水配水后,經(jīng)過水解酸化停留24h,進(jìn)入AO工藝,在300%比例硝化液內(nèi)回流后,COD、氨氮去除率分別保持在92%和98%左右,并對后續(xù)的深度降解減輕壓力。( >
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