抗生素生产废水的处理研究
Jayati Chatterjee1*我是妮娜·雷2和Santosh k Sar3.*
1印度恰蒂什加尔邦比拉斯布尔拉曼大学化学系
2政府工程化学系印度恰蒂斯加尔邦比拉斯布尔大学
3.印度比莱理工学院应用化学系
http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.1.33
头孢菌素类抗生素生产废水具有较高的生物毒性，难以降解，对环境和人类造成极大危害。采用水解酸化法、上流式厌氧污泥床法(UASB)、序批式活性污泥法(SBR)、生物活性炭法(BAC)对头孢菌素生产废水进行了生化处理。其中水解酸化能有效提高废水的可生化性，并大大提高后续厌氧-好氧处理的效果。最终的BAC工艺可以有效去除好氧处理废水的化学需氧量(COD)和色度，COD低于100mg/L，色度为40。因此，经过上述处理后的废水基本符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的排放标准。
废水;头孢菌素生产;水解酸化;UASB;SBR;生物活性炭
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李建军，李建军，李建军，等。含抗生素废水处理研究进展。当代世界环境2014;9(1)DOI:http://dx.doi.org/10.12944/CWE.9.1.33
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李建军，李建军，李建军，等。含抗生素废水处理研究进展。生态学报，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日益增加，被归类为所谓的新兴污染物，已经成为一个新的环境问题，在过去的几年里引起了科学家们的极大关注。头孢菌素类抗生素生产废水成分复杂，有机物质和可溶性或胶体固体物质含量均较高，悬浮物较多，且pH值经常变化，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《废水综合排放标准》(GB8978-1996)的排放标准。
污水水质及出口要求
废水取样自该地区的医院排放和附近的工厂。相关数据详见表1。
表1:废水原水质及出水要求
实验部分
方法
流程示意图
水解酸化池采用有效容积为5L的有机玻璃圆筒。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 " f恒温。每个容器采用连续进水的方式，水从底部进料口流入水解酸化筒和UASB反应器，从顶部流出。采用集气罩对UASB反应器产生的沼气进行收集。
水解酸化
通过水解和产酸菌反应，将不可降解的有机物分解为具有小分子的可生物降解物质，进一步提高了生物降解性，从而降低了后续工序的负荷。
上流式厌氧污泥床反应
UASB反应器的基本结构主要由污泥床、污泥悬浮层、沉淀带、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，改变了传统的厌氧发酵落后的处理方式，在进水方式、进水分配系统、搅拌混合和三相分离器进气系统的设计上都有新颖的见解，是处理高、中、低污染废水的理想设备。在性能过程中，废水从反应器底部均匀地通过进水分配系统飞出，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。混合溶液中的污泥在重力作用下由沉淀区返回反应区至三相分离区，所得沼气经管道经集气室排出反应器外。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上升和搅拌来进行料浆混合。通常不需要填料，因此UASB系统结构简单，易于维护。
SBR(序批式反应器)法
SBR法即序批式反应器，是对早期填充-排空反应器的更新改造。SBR的明显优势有:工艺流程简单，基本建设成本低，性能好;反应阶段是一个理想的塞流过程，生化反应产生强大的推动力，效果良好;灵活的性能方式，良好的脱氨除磷效果，防止污泥膨胀的最佳工艺;耐冲击负荷，处理有毒或高浓度有机废水能力强。采用SBR作为厌氧处理的后续工艺，确保系统整体效果达到排放标准。SBR反应器为5mm有机玻璃筒体，总体积4.5L，直径140mm，有效高度293mm。对某污水处理厂二沉池好氧污泥进行了SBR反应器培养驯化。8d后，系统性能基本稳定，污泥颜色呈现深褐色，絮凝体较大，边缘清晰，沉降性能较好，表明污泥培养成功。进水过猛时，由于营养充足，异养菌在反应器中繁殖较多，而硝化菌繁殖缓慢，比生长率小，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)法
BAC技术利用具有巨大比表面积和发达空隙结构的活性炭作为微生物聚集、繁殖和生长的载体，在温度和营养适中的条件下，同时进行微生物降解。这种水处理技术也被称为BAC法。BAC颗粒与微生物、水污染物(基质)和溶解氧的相互作用参与了BAC处理废水的过程。从微观上看，BAC吸附与微生物降解的协同效应不是两者的普通叠加。本文对BAC的吸附能力进行了研究，选择对有机物具有高吸附能力的颗粒状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培养，作为生物源制备BAC进行研究。5d后，通过显微镜观察，BAC表面包被一层生物膜，说明BAC的制备已经趋于成熟，可以与头孢菌素生产废水进行处理。将水解酸化- UASB-SBR工艺后的废水加入BAC塔，采用下进上出的方式，进水和出水COD、色度及去除率如图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达到100mg/L以下，色度为40。
结论
在反应器正常运行过程中，水解酸化和UASB反应器出水COD去除率分别保持在36%~55%和80%~90%。SBR反应器污泥负荷为0.40kg COD/ (kgmlSS·d)， COD去除率为80%~85%。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，色度为40。因此，废水基本符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的排放标准。
参考文献
抗生素等药物在世界范围内的使用日益增加，被归类为所谓的新兴污染物，已经成为一个新的环境问题，在过去的几年里引起了科学家们的极大关注。头孢菌素类抗生素生产废水成分复杂，有机物质和可溶性或胶体固体物质含量均较高，悬浮物较多，且pH值经常变化，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《废水综合排放标准》(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 |
污水水质及出口要求
废水取样自该地区的医院排放和附近的工厂。相关数据详见表1。
表1:废水原水质及出水要求
指数 |
pH值 |
鳕鱼/ mg / l |
BOD / mg / l |
SS / mg / l |
铬 |
测量值 |
5.3 |
7230 |
595.1 |
5890 |
850 |
出口需求 |
6 ~ 9 |
One hundred. |
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;
- 重铬酸钾法测定COD
- 生化需氧量测定:5天生化培养
流程示意图
水解酸化池采用有效容积为5L的有机玻璃圆筒。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
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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
通过水解和产酸菌反应，将不可降解的有机物分解为具有小分子的可生物降解物质，进一步提高了生物降解性，从而降低了后续工序的负荷。
上流式厌氧污泥床反应
UASB反应器的基本结构主要由污泥床、污泥悬浮层、沉淀带、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，改变了传统的厌氧发酵落后的处理方式，在进水方式、进水分配系统、搅拌混合和三相分离器进气系统的设计上都有新颖的见解，是处理高、中、低污染废水的理想设备。在性能过程中，废水从反应器底部均匀地通过进水分配系统飞出，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。混合溶液中的污泥在重力作用下由沉淀区返回反应区至三相分离区，所得沼气经管道经集气室排出反应器外。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上升和搅拌来进行料浆混合。通常不需要填料，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)法
SBR法即序批式反应器，是对早期填充-排空反应器的更新改造。SBR的明显优势有:工艺流程简单，基本建设成本低，性能好;反应阶段是一个理想的塞流过程，生化反应产生强大的推动力，效果良好;灵活的性能方式，良好的脱氨除磷效果，防止污泥膨胀的最佳工艺;耐冲击负荷，处理有毒或高浓度有机废水能力强。采用SBR作为厌氧处理的后续工艺，确保系统整体效果达到排放标准。SBR反应器为5mm有机玻璃筒体，总体积4.5L，直径140mm，有效高度293mm。对某污水处理厂二沉池好氧污泥进行了SBR反应器培养驯化。8d后，系统性能基本稳定，污泥颜色呈现深褐色，絮凝体较大，边缘清晰，沉降性能较好，表明污泥培养成功。进水过猛时，由于营养充足，异养菌在反应器中繁殖较多，而硝化菌繁殖缓慢，比生长率小，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)法
BAC技术利用具有巨大比表面积和发达空隙结构的活性炭作为微生物聚集、繁殖和生长的载体，在温度和营养适中的条件下，同时进行微生物降解。这种水处理技术也被称为BAC法。BAC颗粒与微生物、水污染物(基质)和溶解氧的相互作用参与了BAC处理废水的过程。从微观上看，BAC吸附与微生物降解的协同效应不是两者的普通叠加。本文对BAC的吸附能力进行了研究，选择对有机物具有高吸附能力的颗粒状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培养，作为生物源制备BAC进行研究。5d后，通过显微镜观察，BAC表面包被一层生物膜，说明BAC的制备已经趋于成熟，可以与头孢菌素生产废水进行处理。将水解酸化- UASB-SBR工艺后的废水加入BAC塔，采用下进上出的方式，进水和出水COD、色度及去除率如图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达到100mg/L以下，色度为40。
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图5:BAC柱COD和色度去除率 点击这里查看图 |
结论
在反应器正常运行过程中，水解酸化和UASB反应器出水COD去除率分别保持在36%~55%和80%~90%。SBR反应器污泥负荷为0.40kg COD/ (kgmlSS·d)， COD去除率为80%~85%。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，色度为40。因此，废水基本符合《污水综合排放标准》(GB8978-1996)的排放标准。
参考文献
- 胡建成等(2002)。废水厌氧处理理论与技术。北京:中国建筑出版社，159-166。
- 欧文，r.l.等人(1985)。测序釜反应器的技术评价。U.S.Environ。Pro.Ageney。
- 彭永忠(1993)。SBR法的五大优点。中国给水排水9(2): 29-31。
- 吴鸿基等(1997)。臭氧氧化与生物活性炭处理饮用水中试研究。Wat.Sci.Tech农业学报，35(8):21-28。
