高浓度中药生产废水CODcr去除方法及影响因素研究尹光志

高浓度中药生产废水CODCr去除方法及影响因素研究351高浓度中药生产废水CoD。r去除方法及影响因素研究尹光志,,2李东伟’,2魏作安,,2代高飞’,2(1.重庆大学资源及环境科学学院重庆大学西南资源开发及环境灾害控制工程教育部重点实验室)摘要基于一相厌氧一好氧生物处理技术的思维,在充分研究分析中药生产废水水质的基础上,提出了二相厌氧一好氧法进行高浓度中药生产废水COeD:降解的设想_并以重庆太极集团中成药儿康宁和急支糖浆的生产废水为试样,进行生化实验研究。实验结果显示,二相厌氧一好氧法降解后的出水coDc。为78.5州L,BO马为18.7州L,SS为45m留L,色度为7倍,完全满足(GB8978一1男场)一级排放标准_同时,对影响COcD:降解效果的因素进行了分析_关键词二相厌氧中药废水实验一、问题的提出随着科技的进步,中药产业已得到了飞速发展。特别是中成药的生产,已成为医药产业的支柱之一。然而,在中成药的生产提取过程中,不可避免地会产生大量的污水、废水,对这些废水如果不进行处理,则会造成极大的环境污染!’。而中成药的生产污水、废水,与其他类的工业污水、废水在水质和污染物成分方面差异很大,处理起来很难,专门用于中药废水处理的技术和方法,不仅少,而且很不成熟,如采用常规的处理方法,像sBR厌氧一好氧法等技术进行处理,效果不好,处理后的废水很难达标C因此,中药生产废水的处理,成为严重制约我国中成药产业发展的“瓶颈”问题,使得许多企业尽管产品很畅销,但还是不能扩大生产,治污已成为企业的头等大事。在治理污染方面,许多科研人员也作了一些研究与探索,提出了一些方法与建议。我们根据一相厌氧一好氧法的原理,提出r二相厌氧一好氧法处理中成药生产废水的设想[’一,并以重庆太极集团的中成药生产废水为试样,进行r试验研究,结果很理想,处理后的废水,经检测,完全达到国家允许排放标准,试验获得成功二、实验方法及作用原理2.1实验流程在一相厌氧处理废水工艺的基础上,设计出二相厌氧处理废水的试验流程,如图1。主要是将原来一相厌氧反应器,经过改造变成二相厌氧反应器,再加上传统活性污泥法进行高浓度中药废水处理。中成药生产废水的处理实验,主要按三个阶段进行,即:(l)废水物理处理阶段。废水经过滤后,有效去除细小纤维素等不溶性悬浮物,以减轻后续生化处理的负荷;(2)废水生化处理阶段。经物理处理后的废水,流人二相厌氧反应器中,进行厌氧反应处理。之后,再进人好氧反应器内,作好氧反应。在这一过程中,采用了自行设计的二相厌氧器。好氧处理采用了传统的活J性污泥法进行阶段曝气,曝气机的开启与停止,均是根据废水中的DO浓度自动实行在线控制。·352.中国水利学会2X()2学术年会论文集3)二沉阶段。向好氧反应器处理排出的废水中投人絮凝剂,使废水中的悬浮物在絮凝剂的作用下,经斜管填料进行最后沉淀,同时,将处理后的废水排出。厂厂叮叮叮习工工)))))))))))志志志志志志志志志志志配水摘水封2循环泵3蠕动泵4产酸反喻器5中间稳定腆6药箱湿式气体流量计10好城反应器11水下曝气机12二沉池13图1二相厌氧法处理中成药生产废水的试验流程图产甲烷反]、艾器}水2.2二相厌氧生化的作用原理二相厌氧反应器的实质就是将废水在两个不同的反应器中依次完成厌氧降解过程。因为在厌氧生化过程中,水解与酸化过程是同时进行的;产乙酸和产甲烷过程也是同时进行的;但水解与酸化、产乙酸与甲烷这两大过程,却是相互制约的,如图2。因为这两大过程所需要的微生物菌种不一样,而不同微生物菌种群本身所要求的生存环境差异很大。同时不同的菌种生存在一起,有的会相互抑制或破坏,这样使的厌氧生化过程的效果不好如果按照厌氧生化过程,将这些相互制约的过程分开进行,则可以充分发挥各自的作用,使厌氮生化降解更彻底,处理废水的效果更好基于这一原理,设计r二相厌氧反应器.即进行水解和酸化的酸化反)、认器和产乙酸和甲烷的甲烷反应器,并用来处理高浓度中药生产废水产酸反应器产二甲烷反应器水水解过程程)))盏乙烷过程程产产甲烷过程程图2厌氧牛化过程的分解树枝图2.3实验结果1.中成药生产废水的水质分析据统计,目前中成药的生产大都采用水溶法,水济法的’上产过程主要包括洗药、煮提和制剂三个步骤因此,废水主要来自原料的洗涤水、原药煎汁残液和地表面的冲洗水对废水中污染物的成分分析,中成药生产废水中含有各种天然有机污染物,其主要成分有糖类、试类、高浓度中药生产废水CODC:去除方法及影响因素研究353葱醒、木质素、生物碱、靴质、蛋白质、色素及它们的水解产物。中药生产废水中污染物的含量见表1。废水中水质水量变化系数较大,其中,c0cD:最高可达20《IOmg几,BO从最高可达8以x、1唱儿。本次实验研究是以重庆太极集团的中成药儿康宁和急支糖浆的生产废水为试样,其污染物的含量见表1表1废水试样的污染状况表序号污染物平均含量eo肠r(m留L)BODS(哪/L)弘(mglL)NH3一N(。1以L)TP(mg/L)pH色度(倍)备注最大值:6350最大值:2780最大值:713叹711r“n,今、ùl`J,`162oo2实验结果经过90天的微生物培养驯化,各阶段处理后出水的(C)D及COD去除率见图3和图4图3二相厌氧反应器各单元COD变化情况图4二相厌氧反应器各单元COD去除率变化情况从实验结果叮以看出,l一10天为反应器的启动阶段,接种的活性污泥得以恢复、增殖在50天以后、COD的去除率基本稳定在如%左右,反应器处于正常运行状态-经二相厌氧反应器处理后的出水,COD浓度已降至粼叉〕一soomg几,再对废水进行传统的活性污泥法处经抽样测试分析,其结果见表2从检测的结果可以看出,水质完全达到((邢8978一191入5)一级排放标理准表2二相厌氧一好氧系统处理后废水抽样检测结果检测项日平均值最大值最小值CODor(n喇L)78.58971Bol丢(mg/l)15.719.517.355(m创L)45684()色度(倍)795pH6.8--一一_____同时,实验得出二相厌氧一好氧法处理高浓度中成药生产废水的最佳条件为:pH6一9,二相厌氧HR犯h8,其中酸化反应器HRTgh,甲烷反应器HR1Th9,延时曝气RH4T卜,絮凝沉淀HRTI.hs。在这种条件下,可使eocnr毛solng几,BoDS毛加mg/L,55蕊somg/L。由于在二相厌氧反应器的设计中,考虑了废水自流,且厌氧段去除效率高,所以采用二相厌氧一好氧法处理中成药生产废水时,系统承受冲击负荷的能力较大,据测算,其直接运行成本,吨废水低于0.68元。四、影响CODcr去除的因素讨论在实验中,影响c0D去除的因素很多,我们选择了温度、pH、容积有机负荷、厌氧活性污泥、废水的营养·354·中国水利学会2田2学术年会论文集比等五个方面进行实验观察和讨论:1.温度对COD去除的影响温度是影响微生物生存及生物化学反应最重要的因素之一二各类微生物适宜的温度范围是不同的,一般认为f6勺,产甲烷菌的生存温度范围是5℃一印℃,在35℃和53℃左右可分别获得较高的消化效率,温度为40一45℃时,厌氧消化效率较低。如图4所示。温度的急剧变化和上下波动不利于厌氧消化作用。短时间内温度升降5℃,沼气产量明显下降,波动的幅度过大时,甚至停止产气在高温厌氧消化时,温度的波动,不仅影响沼气产量,还影响沼气中的甲烷含量。()080目..几(一)一)三义)三:ù百三\阔丫饭—有机负荷一一一产气量00()()6491茨长划犯粉队罕口,2污书l飞几4`)45弓{)温度/飞’只一lùnù冲1人乃浇711八U三二à\竺、框书宾娜体图5温度对厌氧微生物的影响图6pH值对产甲烷菌活性的影响2.pH值对COD去除的影响每种微生物可在一定的pH值范围内活动,产酸细菌对酸碱度不及产甲烷菌敏感,其适宜的pH值范伟!较J’一,在4.5一8.0之间产甲烷菌则要求环境介质PH值在中性附近,最适宜的Pll值为6.6一7.4在一步厌氧反应器中,为了维持平衡,避免过多的酸积累,`常保持pH值在6,5一7.5范围内在庆氮过程中,pH值的升降变化除受外界的影响外,还取决于有机物代谢过程中某此产物的增减产:酸作用会使PH下降;含氮有机物分解产物氨的增加,会引起pH的升高在pH值为6一8范围内,控制消化液pH值的主要化学系统是二氧化碳一重碳酸盐缓冲系统pH值对产甲烷菌活性的影响见图丘从以L叮以看出,在}{I氧生物处理过程中,pH值除受进水的pH值影响外,主要取决于代谢过程中自然建立的缓冲平衡,取决于挥发酸、碱度、c()2、氨氮、氢之间的平衡-3.容积有机负荷的影响有机负荷是影响厌氧消化效率的一个币要囚素.直接影响产气鼠和处理效率_在一定范围内,随着有机负荷的提高,产气率趋向下降,而消化气的容积产气量增加4.厌氧活性污泥厌氧活性污泥主要是由厌氧微生物及其代谢的和吸附的有机物、无机物组成厌氧活性污泥的浓度和性状与消化的效能有密切的关系性状良好的污泥是厌氧消化高效率的基础保证仄氧活性污泥的性质主要表现为他的作用效能与沉淀性能,作用效能主要取决于微生物的比例及其对底物的适应性和微生物中生长效率低的产甲烷菌的数量是否达到与不产甲烷菌数量相适应的水平活性污泥的沉淀性能是指污泥混合液在静止状态下的沉降速度,它与污泥的凝聚性有关在厌氧处理时,废水中的有机物主要是靠活性污泥中的微生物分解去除,在一定范围内,活性污泥浓度愈高,厌氧效率也愈高但当活性污泥浓度达到一定程度后,效率的提高不再明显高浓度中药生产废水CODc;去除方法及影响因素研究·3555.废水的营养比厌氧微生物的生长繁殖需按一定的比例摄取碳、氮、磷以及其他微量元素。工程上主要控制进料的碳、氮、磷比例,因为其他营养元素不足的情况较少出现。不同的微生物、在不同的环境条件下所需的碳、氮、磷比例不完全一致。一般认为,厌氧处理中碳、氮、磷的比例控制为2田一300:5:l为宜。在碳、氮、磷比例中,碳氮比例对厌氧消化的影响更为重要,研究表明,CIN为or一1:81。如图6和图7所示。有机物浓度3蹄洲.一~-.18.多汽\,}L”_丫们」熙:一`{腾新细胞合成t刀`,,洲产」()只翻一/J`,_。,钱胜一吕尸.八卜ó竹1.月口一0lOC门e日自日ǎ澎卑髦à、嘲似男中望振On们ù刁少11三二匕瓦一、自测到澳宾体习l:们毓物三111〔;15Zfj22(`入图7氮浓度与处理址的关系图8c/N与新细胞合成量及产气量关系在厌氧处理时提供氮源,除满足合成菌体所需外,还有利于提高反应器的缓冲能力。若氮源不足,即炭氮比太高,则不仅厌氧菌增殖缓慢,而{1.消化液的缓冲能力降低,pH值容易下降一相反,若氮源过剩,则碳氮比太低,氮不能被充分利用,将导致系统中氦的过分积累,pH值上升至8.。以上,而抑制产甲烷菌的生长繁殖,使消化效率降低五、结语一相仄氧反应是指厌氧降解过程在一个反应器中进行,在厌氧生物处理过程中,所有的细菌都是积聚在一起,使的菌种之间相:l]制约,厌氧处理效果不好而二相厌氧反应是按照厌氧生化的过程,将相互抑制的过程分开,分别在不同的反应器中进行这样二相厌氧反应器中比酸化活性和比产甲烷活性要远远高于一相厌氧反应器中的所以,二相厌氧法的处理效果要优于一相厌氧方法高浓度中药废水的处理非常难,成功的方法很少本次试验仅是对这一领域进行的一些有益探索,可为其他试验所借鉴。参考文献)划韩相奎等SBR法处理中药废水的试验研究〔J〕.环境科学,1岁奴i,17(l):65一68「2〕管运涛等,两相厌氧膜生物系统处理有机废水研究仁J二.环境科学,1998,l9(6):56一59〔3]贺延龄.废水的厌氧生物处理IM〕.北京:中国轻工出版社,19更,「4〕环境工程手册编写组.环境工程手册「M].北京:高等教育出版社,1993〔5」金志刚等.污染物生物降解〔M].上海:华东理工大学出版社,1997〔6」王家玲.环境微生物学!M〕.北京:高等教育出版社,1998