抗生素生产废水处理的研究
Jayati Chatterjee1＊,作为意大利广播电视公司2和Santosh k Sar3.＊
1拉曼大学化学系博士，印度Chattishgarh Bilaspur。
2香港政府工程部化学系大学，比拉斯布尔，印度。
3.印度毕莱理工学院应用化学系。
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.1.33
具有高生物毒性的头孢菌素抗生素生产的废水难以降解，可能对环境和人类造成巨大危害。在本文中，用生物化学处理加工来自头孢菌素生产的废水，作为水解酸化，上流厌氧污泥床（UASB），测序批量反应器活性污泥工艺（SBR），生物活性炭（BAC）。其中，水解酸化可以有效地增强废水的生物降解性，大大增加了随后的无氧处理的影响。最终的BAC方法可以有效地消除有氧处理处理的化学需氧量（COD）和废水的色度，其中鳕鱼达到100mg / L和色度为40.因此，在先前治疗后的废水基本上符合“集成”的排放标准废水排放标准“（GB8978-1996）。
废水;头孢菌素生产;水解酸化;UASB;SBR;生物活性炭
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王志强，王志强，王志强，等。抗生素生产废水处理技术的研究。Curr World Environ 2014; 9（1）DOI：http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.1.33
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王志强，王志强，王志强，等。抗生素生产废水处理技术的研究。2014;9(1)。可以从://www.a-i-l-s-a.com/?p=5880
介绍
抗生素等药物在世界范围内的使用越来越多，被归类为所谓的新兴污染物，已经成为一个新的环境问题，这在最近几年引起了科学家们的极大关注。头孢菌素抗生素生产废水成分复杂，有机物、可溶性或胶体固体物质含量高，悬浮物大量，pH值多变，含有不可生物降解和抑菌抗生素的生物毒性物质。本文采用水解酸化- UASB-SBR-BAC工艺对头孢菌素生产废水进行生化处理，保证废水基本符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的排放标准。
废水质量和出口要求
废水取样自该地区的医院排放物和更近的一家工厂。相关数据详见表1。
表1:废水原始质量和出口要求
实验部分
方法
流程示意图
采用有效容积为5L的有机玻璃圆筒作为水解酸化池。UASB反应器高度150cm，内径8cm，有效容积5L，通过温控继电器和加热器调节夹套水浴保持在37┃恒温。每个容器以连续进水的方式进行，水从底部进料口进入水解酸化缸和UASB反应器，从顶部流出。UASB反应器产生的沼气由捕气罩收集。
水解酸化
利用水解和产酸菌反应，将不可降解的有机物分解为小分子的可生物降解物质，进一步提高了可生物降解性，从而降低了后续过程的费用。
UASB（上流厌氧污泥床）反应
UASB反应器的基本结构主要由污泥床、污泥悬浮层、沉淀区、三相分离器和进气系统组成，反应区颗粒污泥是该反应器的关键。它是一种新型、高效的污水处理设备，改变了传统厌氧发酵处理落后的现状，在进水方式、进水分配系统、搅拌混合及三相分离器及进水系统的设计上具有新颖的见解。是处理高、中、低污染废水的理想设备。在运行过程中，废水从反应器底部均匀地飞出，通过进水分配系统，经反应区(污泥区)向上飞至三相分离区(气、液、固)，最后进入UASB上部沉淀区。混合溶液中的污泥经重力作用由沉淀区返回到三相分离区，合成的沼气经管道经收集室排出反应器。UASB系统不存在机械搅拌装置，通过流量提升和处理过程产生的沼气的提升和搅拌来进行浆料混合。通常不需要填充，因此UASB系统结构简单，易于维护。
SBR(序批式反应器)方法
SBR法即序批式反应器，是对早期充排空反应器的再生改造。SBR的明显优势在于:工艺流程简单，基建成本低，性能好;反应相是一种生化反应动力强、效果好、理想的塞流工艺;性能方式灵活，脱氨除磷效果好，防止污泥膨胀工艺优化;耐冲击负荷，对有毒或高浓度有机废水处理能力强。为保证系统整体效果达到排放标准，采用SBR作为后续厌氧处理工艺。SBR反应器为5mm有机玻璃圆柱体，总容积4.5L，直径140mm，有效高度293mm。从某污水处理厂二沉池采样的好氧污泥在SBR反应器中进行培养和驯化。8d后，体系性能基本稳定，污泥颜色呈现深褐色，絮凝体较大，边缘清晰，沉降性能较好，说明污泥培养成功。进水过强时，反应器内异养菌因营养充足而繁殖较多，而硝化菌繁殖缓慢，比生长速率小，在污泥中所占比例越来越小。 Moreover, both bacteria would compete for the substrates and dissolved oxygen, which had inhibitory effect on the generation of nitrobacteria. Therefore, each water inflow should not be above 1.5L, and under such situation, sludge load of reactor was 0.40kgCOD/(kgMLSS·d), and COD removal was 80%~85%. Results were depicted in Figure 4.
BAC（生物活性炭）方法
BAC技术采用比表面积大的活性炭和形成的空隙结构作为微生物聚集、繁殖和生长的载体，在温和的温度和营养条件下同时发挥微生物降解作用。这种水处理技术也称为BAC法。BAC处理废水过程中涉及到BAC颗粒、微生物、水体污染物(基质)和溶解氧的相互作用。从微观上看，BAC吸附与微生物降解的协同效应并非两者的普通叠加。本文对BAC的吸附能力进行了研究，选择对有机物吸附能力强的颗粒碎片碳作为生物载体，同时对稀释后的猪粪污泥进行实验室规模的好氧驯化和培养，作为生物源制备BAC用于研究。5d后，通过显微镜观察，BAC表面包覆了一层生物膜，说明BAC制备已趋于成熟，可用于头孢菌素生产废水的处理。将水解酸化- UASB-SBR处理后的废水加入到BAC柱中，采用下进上出的方式，进水和出水COD、色度和去除率如图5所示。结果表明，BAC深度处理可有效去除好氧处理废水的COD和色度，COD可达100mg/L以下，色度可达40。
结论
在反应器的正常过程中，COD除去水解酸化和UASB反应器流出物分别保持36％〜55％和80％〜90％。SBR反应器的污泥载荷为0.40kg COD /（kgmlss·d），COD去除为80％〜85％。BAC先进治疗可有效消除通过好氧治疗处理的废水的COD和色度，其中鳕鱼达到100mg / L和色度为40.因此，废水基本上符合“集成废水排放标准”的排放标准（GB8978-1996）．
参考文献
抗生素等药物在世界范围内的使用越来越多，被归类为所谓的新兴污染物，已经成为一个新的环境问题，这在最近几年引起了科学家们的极大关注。头孢菌素抗生素生产废水成分复杂，有机物、可溶性或胶体固体物质含量高，悬浮物大量，pH值多变，含有不可生物降解和抑菌抗生素的生物毒性物质。本文采用水解酸化- UASB-SBR-BAC工艺对头孢菌素生产废水进行生化处理，保证废水基本符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的排放标准。
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图1:过程示意图 点击这里查看图 |
废水质量和出口要求
废水取样自该地区的医院排放物和更近的一家工厂。相关数据详见表1。
表1:废水原始质量和出口要求
指数 |
ph |
鳕鱼/ mg / l |
BOD / mg / l |
SS / mg / l |
铬 |
测量值 |
5．3 |
7230 |
595.1 |
5890 |
850 |
出口要求 |
6 ~ 9 |
100. |
30. |
70 |
50 |
实验部分
方法
- pH值的测定：玻璃电极法;
- 色度测定:稀释倍数法;
- COD的测定：二色素法（CODCR）;
- 生化培养5天，生化需氧量测定
流程示意图
采用有效容积为5L的有机玻璃圆筒作为水解酸化池。UASB反应器高度150cm，内径8cm，有效容积5L，通过温控继电器和加热器调节夹套水浴保持在37┃恒温。每个容器以连续进水的方式进行，水从底部进料口进入水解酸化缸和UASB反应器，从顶部流出。UASB反应器产生的沼气由捕气罩收集。
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图2:水解酸化池出水COD变化曲线 点击这里查看图 |
水解酸化
利用水解和产酸菌反应，将不可降解的有机物分解为小分子的可生物降解物质，进一步提高了可生物降解性，从而降低了后续过程的费用。
UASB（上流厌氧污泥床）反应
UASB反应器的基本结构主要由污泥床、污泥悬浮层、沉淀区、三相分离器和进气系统组成，反应区颗粒污泥是该反应器的关键。它是一种新型、高效的污水处理设备，改变了传统厌氧发酵处理落后的现状，在进水方式、进水分配系统、搅拌混合及三相分离器及进水系统的设计上具有新颖的见解。是处理高、中、低污染废水的理想设备。在运行过程中，废水从反应器底部均匀地飞出，通过进水分配系统，经反应区(污泥区)向上飞至三相分离区(气、液、固)，最后进入UASB上部沉淀区。混合溶液中的污泥经重力作用由沉淀区返回到三相分离区，合成的沼气经管道经收集室排出反应器。UASB系统不存在机械搅拌装置，通过流量提升和处理过程产生的沼气的提升和搅拌来进行浆料混合。通常不需要填充，因此UASB系统结构简单，易于维护。
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图3:SBR出水COD变化曲线 点击这里查看图 |
SBR(序批式反应器)方法
SBR法即序批式反应器，是对早期充排空反应器的再生改造。SBR的明显优势在于:工艺流程简单，基建成本低，性能好;反应相是一种生化反应动力强、效果好、理想的塞流工艺;性能方式灵活，脱氨除磷效果好，防止污泥膨胀工艺优化;耐冲击负荷，对有毒或高浓度有机废水处理能力强。为保证系统整体效果达到排放标准，采用SBR作为后续厌氧处理工艺。SBR反应器为5mm有机玻璃圆柱体，总容积4.5L，直径140mm，有效高度293mm。从某污水处理厂二沉池采样的好氧污泥在SBR反应器中进行培养和驯化。8d后，体系性能基本稳定，污泥颜色呈现深褐色，絮凝体较大，边缘清晰，沉降性能较好，说明污泥培养成功。进水过强时，反应器内异养菌因营养充足而繁殖较多，而硝化菌繁殖缓慢，比生长速率小，在污泥中所占比例越来越小。 Moreover, both bacteria would compete for the substrates and dissolved oxygen, which had inhibitory effect on the generation of nitrobacteria. Therefore, each water inflow should not be above 1.5L, and under such situation, sludge load of reactor was 0.40kgCOD/(kgMLSS·d), and COD removal was 80%~85%. Results were depicted in Figure 4.
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图4:SBR出水COD变化曲线 点击这里查看图 |
BAC（生物活性炭）方法
BAC技术采用比表面积大的活性炭和形成的空隙结构作为微生物聚集、繁殖和生长的载体，在温和的温度和营养条件下同时发挥微生物降解作用。这种水处理技术也称为BAC法。BAC处理废水过程中涉及到BAC颗粒、微生物、水体污染物(基质)和溶解氧的相互作用。从微观上看，BAC吸附与微生物降解的协同效应并非两者的普通叠加。本文对BAC的吸附能力进行了研究，选择对有机物吸附能力强的颗粒碎片碳作为生物载体，同时对稀释后的猪粪污泥进行实验室规模的好氧驯化和培养，作为生物源制备BAC用于研究。5d后，通过显微镜观察，BAC表面包覆了一层生物膜，说明BAC制备已趋于成熟，可用于头孢菌素生产废水的处理。将水解酸化- UASB-SBR处理后的废水加入到BAC柱中，采用下进上出的方式，进水和出水COD、色度和去除率如图5所示。结果表明，BAC深度处理可有效去除好氧处理废水的COD和色度，COD可达100mg/L以下，色度可达40。
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图5:BAC色谱柱的COD和色度去除 点击这里查看图 |
结论
在反应器的正常过程中，COD除去水解酸化和UASB反应器流出物分别保持36％〜55％和80％〜90％。SBR反应器的污泥载荷为0.40kg COD /（kgmlss·d），COD去除为80％〜85％。BAC先进治疗可有效消除通过好氧治疗处理的废水的COD和色度，其中鳕鱼达到100mg / L和色度为40.因此，废水基本上符合“集成废水排放标准”的排放标准（GB8978-1996）．
参考文献
- 胡，J.C.等人。（2002）。废水厌氧治疗理论与技术．北京:中国建筑出版社，159-166。
- Irvine，R.L.等人。（1985）。测序Bateh reator的技术评估．U.S.Environ。Pro.Ageney。
- 彭，Y.Z.（1993）。SBR方法的五种优点。中国给水排水，9（2）：29-31。
- Woo，H.K.等人。（1997）。饮用储量和生物活性炭工艺试验植物研究。Wat.Sci.Tech，35（8）：21-28。
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