陶粒濾料曝氣生物法深度處理制藥廢水

某制藥廠(chǎng)屬于混裝制劑類(lèi)制藥企業(yè)，其生產(chǎn)廢水中含有維生素類(lèi)、抗生素類(lèi)等多種原料藥殘余物、鹽類(lèi)及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的其他有機物。此類(lèi)廢水成分復雜、有機物含量高、毒性大、色度深、含鹽量高，生化性很差，且為間歇性排放，屬難處理的工業(yè)廢水[1];其主要來(lái)源是生產(chǎn)車(chē)間排放廢水和生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的廢水。該廠(chǎng)廢水處理采用了調節沉淀-水解酸化- 兩級接觸氧化- 排放的工藝流程，為達到生活雜用水標準，設計采用曝氣生物法對出水進(jìn)行深度處理。

　　曝氣生物濾池是生物降解與過(guò)濾截留相結合的一種高效低耗的污水處理方法[2]。本文通過(guò)小型模擬試驗，對經(jīng)二級接觸氧化的廢水以升流式曝氣生物濾池進(jìn)行深度處理，以期為實(shí)際工程提供優(yōu)化設計參數和運行條件。

　　1 試驗部分

　　1.1 試驗用水

　　原水取自該制藥廠(chǎng)二級接觸氧化曝氣池出水口，其各項指標如表1 所示。

　　試驗條件：pH 為7～8;氣水體積比10：1;溫度16～20℃;反沖洗周期2 d;反沖洗水強度15 L/(m2·s);反沖洗氣強度20 L/(m2·s)。

　　1.2 試驗裝置

　　反應器采用容積為4 L的有機玻璃柱, 中部和底部裝有曝氣頭。以粒徑為3～5 mm 的粘土陶粒作為填料，其中填料體積為柱容積的2/3[3]。

　　表1 試驗水樣水質(zhì)

　　Tab.1 Quality of the experimental water

　　進(jìn)水裝置中的制藥廢水經(jīng)提升泵提升進(jìn)入曝氣柱底部，流經(jīng)填料時(shí)，填料上的生物膜及填料空隙中的生物絮體在有溶氧的參與下將廢水中的有機物氧化、分解，生物絮體同時(shí)具有截留、吸附底物的作用[4]。處理后的水由上部出水口直接排出。試驗采取連續進(jìn)水的方式，測定出水COD、NH4+-N，水和氣的流量由轉子流量計控制。

　　1.3 分析指標及方法

　　COD：重鉻酸鉀法;NH4+-N：納氏試劑法;pH：PHS-3C 型。

　　2 結果與討論

　　2.1 曝氣生物池的掛膜

　　2.1.1生物膜的培養

　　因所處理的有機廢水為二次生化廢水，其有機物濃度低，營(yíng)養底物不足，故采用接種掛膜，以減少掛膜時(shí)間[5]。試驗初期，取生活污水處理廠(chǎng)生化沉淀池底泥，經(jīng)稀釋后加入反應器中，按照微生物的營(yíng)養需要(按照比例m(C)：m (N )：m(P) = 100：5：1)投加藥物，連續培養14 d 后，改為小流量進(jìn)水，使微生物逐漸適應進(jìn)水水質(zhì)。

　　2.1.2生物相觀(guān)察

　　經(jīng)過(guò)21 d 的連續運轉，掛膜完成。反沖洗出水中含有陶粒上脫落下的絮狀菌膠團，顏色呈褐色，透明。在顯微鏡下觀(guān)察，膠團呈現黃褐色、透明，生物膜中出現了大量的原生動(dòng)物、后生動(dòng)物，如鐘蟲(chóng)、累枝蟲(chóng)、吸管蟲(chóng)等。大量的原生動(dòng)物、后生動(dòng)物的出現進(jìn)一步從微生物的角度說(shuō)明了試驗系統出水水質(zhì)成分好，生物膜中已經(jīng)出現大量種屬生物，生物鏈已經(jīng)形成，生物膜馴化已趨于成熟[6]。

　　2.2 各因素對COD 去除率的影響

　　2.2.1水力負荷

　　在水力停留時(shí)間為12 h，進(jìn)水COD 為320～780 mg/L，NH4+-N質(zhì)量濃度為35～58 mg/L，氣水體積比為10：1 的條件下，水力負荷對曝氣生物濾池COD 去除率的影響如圖1 所示。

　　圖1 不同水力負荷下COD 的去除率

　　Fig.1 The removal rate of COD at different hydraulic loading

　　由圖1 可知，COD 的去除率與水力負荷并不是簡(jiǎn)單的線(xiàn)性關(guān)系，當流量為0.43 L/h 時(shí)，COD 的去除率*大，約為84%。流量比較小的情況下，有機負荷低，加上氣、水在濾池中的分布不均，導致微生物所需營(yíng)養攝取不足，所以COD 去除率較低;隨著(zhù)流量的增大，有機負荷隨之提高，濾池中的傳質(zhì)條件也得到改善，微生物所需營(yíng)養物質(zhì)充足，生物膜生長(cháng)加速，生物活性也得到改善，使COD 的去除率得到提高。但是，當流量超過(guò)0.5 L/h 時(shí)，隨著(zhù)污水在曝氣濾池中的水力停留時(shí)間的縮短，COD 去除率明顯下降，這是由于廢水中有機物與生物膜沒(méi)有充足的接觸反應時(shí)間所致。

　　試驗過(guò)程中發(fā)現，當水力負荷小的情況下，曝氣生物濾池上會(huì )出現局部發(fā)黑現象。這是由于，一方面水力負荷小的情況下，廢水中有機負荷低，這些有機物在濾池下部已經(jīng)基本被微生物分解、吸收和利用，到達上部時(shí)，滿(mǎn)足不了上部微生物對有機物的營(yíng)養需要;另一方面是由于水、氣傳遞輸阻力大，導致供氧不足，*終出現局部發(fā)黑現象。這種情況下，需要及時(shí)進(jìn)行反沖洗，保證曝氣生物濾池的正常運行。

　　2.2.2水力停留時(shí)間

　　在進(jìn)水COD 為320～780 mg/L，NH4+-N質(zhì)量濃度為35～58 mg/L，氣水體積比為10：1 的條件下，水力負荷對曝氣生物濾池COD 去除率的影響如圖2 所示。

　　由圖2 可知，COD 的去除率隨水力停留時(shí)間的增加而增加。當水力停留時(shí)間為8 h 時(shí)，去除率已達到80%，此時(shí)出水已達標;當水力停留時(shí)間為12 h時(shí)，COD 的去除率能夠達到93%。

　　2.2.3進(jìn)水COD

　　在水力停留時(shí)間12 h，進(jìn)水COD 為320～780mg/L，NH4+-N質(zhì)量濃度為35～58 mg/ L，水力負荷為2.3 L/h，氣水體積比為10：1 的條件下，進(jìn)水COD 對曝氣生物濾池COD 去除率的影響如圖3 所示。

　　圖3 進(jìn)水COD 對COD 去除率的影響

　　Fig.3 The effect of concentration of organic matter on removal rate of COD

　　由圖3 可知，COD 的去除率隨進(jìn)水COD 的增大而增加。進(jìn)水COD 為320～500 mg/L 時(shí)，COD 的去除率為70%～80%;進(jìn)水COD 為500～780 mg/L時(shí)，COD 的去除率為80%～93%。說(shuō)明曝氣生物濾池對有機負荷變化適應能力強。

　　2.3 NH4+-N處理效果

　　在進(jìn)水COD為320～780 mg/L，水力停留時(shí)間12 h，水力負荷0.23 L/h，氣水體積比10：1 的條件下，進(jìn)水N NH4+-N質(zhì)量濃度為35～58 mg/L 時(shí)，NH4+-N去除率如圖4 所示。

　　圖4 NH4+-N的去除率

　　Fig.4 The removal rate of NH4+-N

　　生物濾池中的微生物是以附著(zhù)在顆粒填料上的方式生長(cháng)，可以在反應器中停留很長(cháng)時(shí)間，加上濾池中的陶粒顆粒填料具有巨大的比表面和較大的空隙率，有利于底物和溶解氧的傳遞，這些都有利于在濾池中形成穩定的硝化狀態(tài)。當硝化菌進(jìn)入比較穩定的硝化狀態(tài)后，其硝化能力較強，由圖4 可知，濾池對NH4+-N的去除率穩定在45%～56%之間，出水NH4+-N能夠達到生活雜用水標準。

　　3 結論

　　在適宜的條件下，曝氣生物濾池的掛膜需21 d就可以完成。培養期間若出現局部發(fā)黑現象，需要及時(shí)進(jìn)行反沖洗，以確保生物膜的成活。

　　流量0.23 L/h，氣水體積比10：1，溫度16～20℃，pH 為7～8 的條件下，水力停留時(shí)間為8 h 時(shí)，COD 的去除率能夠達到80%，此時(shí)出水COD 已達到生活雜用水水質(zhì)要求;水力停留時(shí)間為12 h 時(shí),COD 去除率達到*大值93%。

　　COD 的去除率隨進(jìn)水COD 的增大而增大，說(shuō)明曝氣生物濾池具有較強的耐沖擊負荷能力。

　　進(jìn)水NH4+-N質(zhì)量濃度在35～58 mg/L 之間時(shí)，曝氣生物濾池對NH4+-N的去除率穩定在45%～56%，出水NH4+-N能夠達標。

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