UASBMBR组合工艺处理黄连素废水的中试

第28卷第8期2015年8月环境科学研究ResearchofEnvironmentalSciences崔晓字，何绪文，曾萍，等UASB-MBR组合工艺处理黄连素废水的中试[JJ.环境科学研究，2015，28(8):1295-1301Vol.28,No.8Aug.,2015CUIXiaoyu,HEXuwen,ZENGPing，etα1.Apilot-scalehybridupflowanaerobicsludgeblanketreactor(UASB)-membranebioreactor(MBR)systemforberberinewastewatertreatment[JJ.ResearchofEnvironmentalSciences,2015,28(8):1295-1301.UASB-MBR组合工艺处理黄连素废水的中试崔晓宇12，3，何绪文1\曾萍2，3，邱光磊4，宋永会2，3*1.中国矿业大学(北京)化学与环境工程学院，北京1000832.中国环境科学研究院城市水环境研究室，北京1000123.中国环境科学研究院，环境基准与风险评估国家重点实验室，北京1000124.新加坡国立大学化学工程系，新加坡新加坡城117585摘要:为实现黄连素废水的规模化处理，针对黄连素废水可生化性差、有机污染物浓度高等特点，采用UASB-MBR(升流式厌氧污泥床，膜生物反应器)组合工艺，利用微生物的生化反应去除废水中的高浓度有机物和黄连素，考察在不同HRT(水力停留时间)下CODc，和黄连素的去除效果，并采用GC-MS(气相色谱-质谱联用仪)对系统进、出水中的特征污染物进行分析结果表明:①在UASB与MBR的HRT分别为96、66h，84、58h，72、50h，60、41h，以及进水p(CODc，)和p(黄连素)分别为2030.0-3660.0和19.0-400.0mg凡的条件下，CODc，和黄连素的平均去除率均可达到90.0%以上，出水ρ(CODc，)平均值低于150.0mg/L,p(黄连素)平均值低于4.0mg/L.②UASB与MBR的HRT分别为72、50h为最佳运行条件.③UASB可以明显降低废水中特征污染物的种类和浓度，UASB出水经MBR处理后，废水中的11种主要特征污染物均得到有效降解.关键词:制药废水;抗生素;黄连素;UASB-MBR组合工艺中图分类号:X703文献标志码:A文章编号:1001-6929(2015)08-1295-07DOI:10.13198/j.issn.1001-6929.2015.08.17APilot-ScaleHybridUpflowAnaerobicSludgeBlanketReactor(UASB)­MembraneBioreactor(MBR)SystemforBerberineWastewaterTreatmentCUIXiaoyul•2•3,HEXuwent.,ZENGPing2•3,QIUGuanglei4,SONGYonghui2•3*1.SchoolofChemical&EnvironmentalEngineering,ChinaUniversìtyofMining&Technology,Beijing100083,China2.DepartmentofUrbanWaterEnvironmentalResearch,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China3.StateKeyLaboratoryofEnvironmentalCriteriaandRiskAssessment,ChineseResearchAcademyofEnvironmentalSciences,Beijing100012,China4.DepartmentofChemicalandBiomolecularEngineering,NationalUniversityofSingapore,SingaporeCity117585,SingaporeAbstract:Asatypicalantibioticpharmaceuticalwastewater,berberinewastewatercontainshighconcentrationsofrefractoryandtoxicorganicpollutants.Inthisstudy,apilot-scaleupflowanaerobicsludgeblanket-membranebioreactor(UASB-MBR)systemwasbuiItforthetreatmentofberberinewastewater.Thesystemusedbiochemicalreactionstoremovehighconcentrationsoforganicmatterandberberine.Theeffectsofdifferenthydraulicretentiontimes(HRT)wereobserved,andGC-MSwasusedtoanalyzesignatureorganicpollutants(SOP)intheinfluentandeffluent.Theresultsshowedthat:1)WithHRTof96,84,72and60hfortheUASBreactor,and66,58,50and41hfortheMBR,andwithinfluentCODc,andberberineconcentrationsof2030.0-3660.0and19.0-400.0mg/L,respectively,morethan90.0%CODc,andberberineremovalswereachieved.TheaverageeffluentCODc,andberberineconcentrations收稿日期:2015-01-04修订日期:2015-05-28基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07202-002,2012ZX07202-û05)作者简介:崔晓字(1984-)，男，安徽怀远人，助理研究员，硕士，主要从事水污染控制技术研究，[e-mail].*责任作者:CI何绪文(1964-)，男，湖南涟源人，教授，博士，主要从事水污染控制技术研究，[e-mail];②宋永会(1967-)，男，山东营商人，研究员，博士，主要从事水污染控制研究，[e-mail]150.0and4.0mg/L,respectively.2)TheHRTsofUASBandMBRwere72and50hrespectivelyforthebestoperatingconditions.3)ByusingGC-MS,analysisoftheSOPsintheinfluentandeffluentsuggestedthatUSABtreatmentcouldsignificantlyreducetheSOPsspeciesandtheirrelativeconcentrations.AfterMBRtreatment,11mainorganicpollutantsinthewastewatercouldbeeffectivelydegraded.Keywords:pha口naceuticalwastewater;antibiotics;berberine;combinedUASB-MBRprocess1296环境科学研究第28卷化学合成类黄连素制药废水是一种典型的抗生素废水，废水中的主要目标污染物黄连素(Berberine)又称盐酸小壤碱，为无臭、昧极苦的白色结晶粉末，是一种具有多种药理学和生物学作用的异喳琳天然生物碱，分子式为C20日18N04，分子量为336.37，分子结构式见图1.黄连素主要用于治疗胃肠炎、细菌性嗣疾等肠道感染、眼结膜炎、化服性中耳炎等疾病，其药理学作用对多种革兰氏阳性及阴性菌具有抑制作用，其中对溶血性链球菌、金葡菌、霍乱弧菌、脑膜炎球菌、志贺荆疾杆菌、伤寒杆菌、白喉杆菌等有较强的抑制作用，低浓度时抑菌，高浓度时杀菌.OCH,CH,图1黄连素的分子结构式Fig.1Chemicalstructureofberberine黄连素制药废水中p(黄连素)和ρ(CODc，)均较高，黄连素的强抑菌特性致使许多现有的相关废水处理系统不能正常运行，造成了生化法处理黄连素制药废水的负荷较低、耗气量和耗电量较大、载体易磨损等问题.因此对于化学合成类制药生产废水，应分类收集，采用合适的物化或生物组合工艺的方式实现废水的达标排放[IJ近年来，基于国家水体污染控制与治理科技重大专项，研究者开展了一些试验.REN等[2J采用脉冲电絮凝法处理黄连素制药废水，在最优条件下，CODc，和黄连素的去除率分别为62.6%和92.1%.张国芳等[3J使用电化学法对黄连素成品母液废水进行处理，黄连素和CODc，的去除率分别达到97.5%和60.5%.秦伟伟等[4J采用03氧化及其组合技术处理黄连素成品母液废水，CODc，和黄连素的去除率分别达到41.3%和77.5%.崔晓宇等[5J采用Fenton法及其组合技术处理黄连素成品母液废水，CODc，和黄连素的去除率分别达到了44.1%和99.2%.但仅利用物化法处理高浓度黄连素制药废水，除了成本较高之外，其处理效率也较难满足达标排放，并且已有研究多为小试规模，中试及以上规模的黄连素废水处理试验开展较少.水解酸化和厌氧处理工艺利用产酸菌生长快、对毒物敏感性差的特点，对多种废水中抗生素具有较好的处理效果[618]，尽管这样，其出水水质仍难达到直接排放的标准[p(CODC，)运200.0mg/L,GB21907-2008(化学合成类制药工业水污染物排放标准》〕[19]，而MBR(膜生物反应器)以其运行稳定性优良、微生物菌体截留能力强和出水水质较好的特性，可以实现制药废水中剩余有机物等的最终去除[2亿27J邱光磊等问8J采用UASB-MBR(升流式厌氧污泥床-膜生物反应器)组合工艺处理模拟黄连素废水的小试试验中，CODc，和黄连素的去除率高达969毛和999毛.该研究选用UASB-MBR组合工艺进行中试试验，通过UASB中的厌氧污泥颗粒和MBR中微滤膜的商体截留固定能力，实现黄连素废水中有机物和黄连素的去除，以期为规模化处理黄连素废水提供技术支持.1材料与方法1.1试验用水以东北某制药厂黄连素废水为研究对象，黄连素废水来自化学合成工艺生产黄连素的最后工段，其中主要污染物为残留的黄连素成品、溶剂、部分反应物和中间体等，在进入UASB-MBR工艺前通过Fenton法对废水进行了预处理，处理后的水质:ρ(CODc，)为2030.0-3660.0mg/L，p(黄连素)为19.0-400.0mg/L，ρ(BOD5)为200.0-700.0mg儿，ρ(NH4+-N)为152.0-428.0mg/L，ρ(TP)为4.5-12.5mg/L.1.2试验装置UASB-MBR组合工艺装置流程见图2，组合工艺分为厌氧生物段和好氧生物段，中试试验装置配有1个5旷的耐腐蚀储水罐，以保证试验过程中废水的储存.UASB有效容积为4.00m3，反应器采取底部进水，经三相分离器溢流出水.为使UASB反应器达到适宜的水温，在UASB进水管段设置管道加热器，对进水进行加热.UASB内设pH计和水温测定仪(RCIR5N，美国HACH公司)，并设回流流量计和气体流量计各1台.MBR有效容积为2.75m3，曝气量为6.0m3/L,设置溶解氧仪l台，出水流量计1台.反应器安置2组聚偏氟乙烯中空纤维膜(PVDF中空纤维膜，中国碧水源公司)，单片膜面积为5.0m2，膜孔径为0.4μm，膜通量为100-150L!(m2.h).1.3试验方法UASB处理效果的决定性因素是