组合生物技术处理制药废水及其生物相.docx
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组合生物技术处理制药废水及其生物相
第40卷
第1期
吉林大学学报(地球科学版)
V01.40No.1
2010年1月
JournalofJilinUniversity(EarthScienceEdition)
Jan.201o
组合生物技术处理制药废水及其生物相
刘
鹏1,张兰英1,刘莹莹1,刘
娜1,刘
峰2,刘
虹3,崔
哲1,许国欣
1.吉林大学环境与资源学院,长春1300262.东北制药集团股份有限公司,沈阳
110026
3.吉林化工学院环境与生物工程学院,吉林省吉林市132022
摘要:
为有效治理化学制药废水和生物制药废水,采用水解酸化一活性污泥一曝气生物滤池组合工艺对制药废水进行室内模拟生物处理研究。
结果表明:
该工艺对出水CoD、BOD5的去除率均大于90%,已达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)二级标准。
对生物相的显微镜观察分析表明,污泥絮体和生物膜生长良好,并出现变形虫、轮虫和漫游虫等原生和后生动物。
对各构筑物中的细菌进行分离纯化,同时应用BIoI。
oG细茵鉴定系统进行鉴定,分别得到8株、3株、6株可培养的细茵。
关键词:
制药废水;水解酸化;活性污泥;曝气生物滤池;BI()L()G中图分类号:
X703.1;X172
文献标识码:
A
文章编号:
1671—5888(2010)01—0169—07
Pharmaceutical
WastewaterTreatment
andItsBiological
PhaseinCombinationwithBiologicalTechnology
LIUPen91,ZHANGI。
an—yin91,LIUYing—yin91,LIUNal,
LIUFen92,LIUHon93,CUIZhel,XUGuo-xinl
1.College
of
EnvironmentandResources。
JilinUniversity,Changchun
130026,China
2.Northeast
Pharmaceutical
GroupCo.,Ltd.,Shenyang
1
10026,China
3.School
of
EnvironmentalandBiological
Engineering,JilinInstitute
of
Chemical
Technology,
jilin
City。
jilin
Province
132022,China
Abstract:
Thebiologicaltechnology(hydrolyticacidification—activatedsludge-biologiealaeratedfiltertechnique)wasused
tOtreat
thepharmaceuticalwastewater.Theresultsindicatethatremovalefficiency
oftheprocessforbothCODandBOD5
are
higherthan90%,andalltheindexesalreadymetthesecond
classof“NationalComprehensiveWastewaterDischargeStandard”(GB8978—1996).Themicroscopicobservationshowsthatthesludgefloesandthebiofilmsgrowwellandthere
are
amoebas,rotifersandvagilesinsuccession.Afterseparationandpurificationofbacteriaineveryunit,8
speciesinhydrolytic
acidificationtank,3speciesinactivatedsludgetank,and6speciesinbiologicalaeratedfiltertankare
foundandidentifiedbyBIOLOGbacterialidentificationsystemrespectively.
Keywords:
pharmaceuticalwastewater;hydrolyticacidification;activatedsludge;biologicalaeratedfilter:
B10LOG
收稿日期:
2009—06—08
基金项目:
国家自然科学基金项目(40702039);国家“863”项目(2007AA062343);沈阳市科技攻关项目(1041036—4—
01);吉林大学环境与资源学院重点实验室项目
作者简介:
刘鹏(1981--),男,山东淄博人。
博士研究生,主要从事环境生物技术研究,E-mail:
liupen95182@163.com通讯联系人:
刘娜(1977--),女,辽宁辽中人,副教授,主要从事环境生物技术研究,E-mail:
liuna@jlu.edu.en。
170
吉林大学学报(地球科学版)第40卷
0
引言
东北制药总厂是以生物制药和化学制药为主的
企业,其特点是:
产品种类多、生产工序多、原材料品种多。
而原料的流失率也较高。
化学制药废水和生物制药废水是治理难度较大的两类废水,直接排放对环境危害大[1吨]。
制药废水的处理方法可简单归纳为物化处理和生物处理【3J,两种方法各有优势和不足。
物化方法适于高浓度难降解制药废水的处理,但是其处理费用相对较高;而生物处理方法费用较低,污染物的去除较彻底,但不适于高浓度废水的处理[4]。
目前对制药废水的生物处理研究多集中在工艺上的研究¨。
5],对处理过程中起核心作用的细菌研究较少‘引。
以东北制药总厂废水为处理对象,模拟水解酸化(HA)一活性污泥(AS)一曝气生物滤(BAF)池处理工艺对其进行处理研究。
此组合工艺兼有物化处理方法中的曝气吹脱、吸附截留和生物处理中的缺氧与好氧处理工艺。
同时对生物相进行显微镜观察,对3个反应池污泥中的细菌进行分离纯化,应用BIOLOG细菌鉴定系统对其进行鉴定。
l实验材料与方法1.1
实验材料
实验用接种污泥采自东北制药总厂污水处理厂
水解酸化池、曝气池沉淀污泥;填料为陶粒,购自江西全兴化工填料有限公司,粒径3~5
mm;BIOLOG
GN/GP鉴定板购自BIOI。
OG公司;实验用废水采自东北制药总厂污水处理厂进水,pH为7.01,
|D(COD)为4700mg・L~,p(BOD5)为1050mg・
L~,JD(NH4~N)为15.3mg・L~,P(Cl一)为
168.91
mg・L~,』D(POi一)为0.23
mg・L~,
e(so:
一)为46.8
mg・I。
~。
1.2
实验装置及工艺
废水处理工艺流程如图1所示。
水解酸化池、活性污泥池、二次沉淀池及曝气生物滤池均由有机玻璃柱制作,高45cm,内径4.6cm,液面高度分别为30
cm、40cm、40cm、45cm,曝
气生物滤池填料高度为40cm,曝气头位于底部。
装置中水流为自重力流,污泥回流采用气提的方法。
回一区亟圈
圈一匝囹
图1
废水处理工艺流程图
Fig.1
Flowsheetofpharmaceutical
wastewater
disposal
process
1.3
实验方法
1.3.1
污泥的驯化及装置运行方法
水解酸化池污泥驯化方法:
将取回的污泥放入水解酸化池中,并添加一定量的原水,慢速搅拌24h,静置沉降30rain,排出50%的上清液,再加入新鲜的原水,重复本过程并逐渐增加原水的比例,直至原水比例为100%,本过程大约持续30
d。
活性污泥池驯化及曝气生物滤池挂膜方法:
分别将适量的污泥投入活性污泥池和曝气生物滤池,同时在各池中按比例投加葡萄糖、硝酸铵、磷酸二氢钾、微量元素溶液。
向2池通人空气闷曝48h,再少量连续加进制药废水,逐渐增加制药废水比例,至完全为废水。
约30d后污泥和生物膜培养驯化结束。
整套装置的运行分为启动运行、提负荷和稳定运行3个阶段,在反应器启动运行阶段,水解酸化池、活性污泥池、曝气生物滤池采用单级并联运行,进入到提负荷运行和稳定运行时,采用串联运行。
1.3.2
污水各指标分析方法及细菌分离鉴定方法
COD、BOD。
、氨根、总磷测定采用标准方法【7],硝酸根、亚硝酸根、氯离子、硫酸根用离子色谱仪测定,DO用溶解氧仪测定,pH值用pH计测定。
细菌的分离纯化方法参考文献[8]进行。
应用BIOLOG细菌鉴定系统鉴定细菌的方法按说明书
鉴定。
1.4
实验仪器
BIOLOG细菌鉴定系统(4.20.04版本,美国),861双抑制型离子色谱仪(Metrohm,瑞士),721分光光度计(上海第一仪器厂,中国),DO仪(雷磁,中国),pH计(Satorius,德国),显微镜(0LYMPUS,
Et本)。
1.5
仪器参数
离子色谱:
分离柱为Metrosop
ASupp4250/
4。
0
mm,洗脱液由100
mmolNaHC03和3.2mmo|
第1期刘
鹏,等:
组合生物技术处理制药废水及其生物相
171
Na:
CO。
溶于1L超纯水制备,进样体积20L,流量
1.00mL/min,MSM抑制器再生液50(mmoI・
L叫)H。
SO。
溶液,冲洗液为去离子超纯水。
2实验结果及讨论
2.1处理效果
2.1.1
驯化阶段出水指标分析
在驯化阶段,各构筑物出水COD和BOD。
的变
化如图2所示。
45004000,、3500
;3
000∞
邑2
500吾2
000
8
1500气
l000500
0
,
0
60
g
≤
口
o
∞V
q
t/d
图2提负荷驯化阶段各构筑物出水COD和BOD5变化
曲线
Fig.2
Thevariation
curves
ofCODandBODj
duringthe
domesticationphase1#.水解酸化池出水;2#.活性污泥池出水13#.曝气生物滤池出水
从图2中可以看出,各构筑物出水COD、BOD。
总体趋势在降低。
第三天时各反应池的COD较低,因为各构筑物的污泥和生物膜经过2d的闷曝后,有机物的含量低;开始提负荷运行时,污泥絮凝体的吸附能力强,对有机物的去除以污泥絮凝体吸附为主。
曝气生物滤池中的陶粒填料在进水初期对
有机物有很强的吸附能力,会大量吸附有机物,使出水COD、BOD。
降低。
随着污泥培养驯化的进行,污泥的活性提高,由前期的以吸附为主转化为以降解为主,有机污染物在微生物的作用下,进行同化或异化分解代谢,一部分有机物被转化为细胞内物质,用于菌体生长;而另一部分有机物被分解代谢为COz和H:
O,产生能量,为微生物的其他生命活动提供能量。
2.1.2
稳定运行阶段处理效果分析
(1)装置运行参数
装置在稳定运行期间,污水处理量为0.8L/d,供气量为1.2L/h,COD负荷为4.61kg/(m3・d),BOD5负荷为1.21kg/(m3・d)。
活性污泥的性能指标:
D0为(4.5±0.5)mg/L,SV为(26.70±
5.12)%,SVI为(80±11)mI。
/g,MI。
SS为(3333±341)mg/L,MLVSS为(2627±244)mg/L。
(2)水力停留时间对去除效果的影响
水力停留时间(HRT)是指待处理污水在反应器内的平均停留时间,也就是污水与生物反应器内
微生物作用的平均反应时间。
通常HRT越长,处理效果越好,但所需建造的反应池体积越大,经济上不合理。
在保持其他条件相同的前提下,考察不同
HRT对处理效果的影响。
不同HRT下出水CoB、BOD。
的去除率如表l所示。
表1
HRT对处理效果的影响
Table1
EffectsofHRT
on
treatmentefficiency
从表1中可以看出:
当总HRT为13.5h时,COD和BOD;的总去除率低于60%;当总HRT为
27
h时,COD和BOD5的总去除率高于93%;但当
停留时间再增加时,去除率的提高不明显,所以选择HA、AS、BAF的HRT分别为8、15、4
h。
(3)温度对处理效果的影响
东北地区一年四季温差较大,而且污水处理过程中起核心作用的微生物对温度较敏感。
在保持其他条件相同的前提下,设计不同温度下的处理效果实验,以确定温度对处理效果的影响。
不同温度下
枷枷枷咖咖枷枷瑚。
吉林大学学报(地球科学版)
第40卷
总COD、BOD。
的去除率如表2所示。
从表2可以看出,当温度为8℃时,COD、BoD。
的总去除率都小于50%;当温度高于20℃时,总去除率都大于90%。
这说明温度对处理效果的影响较大,实际工程应用时温度要保持在20℃以上,冬天可以通过对反应池安装保温材料,尽可能提高温度,或者适当延长HRT,保持其去除率。
表2
温度对处理效果的影响
Table2
Effectsof
temperature
on
treatmentefficiency
(4)出水指标分析
装置在稳定运行期间的各项出水指标如表3所示[6]。
从表3中可以看出,该套工艺装置对制药废水处理效果较好,出水达到《污水综合排放标准》
(GB
8978一1996,1998.01.01实施)二级标准,对
CoD和BOD。
的去除率分别达到95.43%和93.10%。
处理完成后出水(3#井出水)氨态氮低,
为1.57mg/L左右,亚硝态氮未检出,硝态氮高,主
要是因为有机态氮转化为氨态氮,又转化为亚硝态氮和硝态氮,反硝化进行不完全,致使出水硝态氮较高。
氯离子的含鼍在处理过程中是急剧增加的,这是因为原水样中含有较多的含氯有机物(原样中有
机物的GC/MS全扫描数据未列),当其被降解后,氯从有机物上脱除,致使其含量增加。
2.2微生物相分析
2.2.1
生物相的显微镜观察
对接种污泥、驯化期间及稳定运行期间各构筑
物的生物相进行镜检,记录污泥的驯化及生长状况,用数码相机拍摄照片,如图3所示。
从图中可以看出,0#样品中污泥絮体已经松散,丝状菌大量繁殖,这是因为取回的污泥在实验室4℃保存10d后接种。
随着处理过程的进行,污泥絮体由开始的颗粒细小、分散,成长为后来的活性高、颗粒大、沉降性能良好的絮体。
同时1#(b)(水解酸化池)中出现单核变形虫,2#(b)(活性污泥池)中出现轮虫,3#(b)(曝气生物滤池)中出现漫游虫。
2.2.2
应用B10I。
OG细菌鉴定系统鉴定细菌
应用传统的LB培养基对水解酸化池、活性污泥池的污泥及曝气生物滤池的生物膜中的细菌进行分离纯化,分别分离出8株、3株、6株可培养的细菌,应用BIOLOG细菌鉴定系统进行鉴定,其结果如表4、5、6所示。
从表中可以看出,3个构筑物中的优势菌群都为芽孢杆菌属,说明芽孢杆菌属在废水处理领域起着重要作用,其中蜡状芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌是一种重要的微生物资源阳。
13],也是废水处理中的常见微生物。
表3
各构筑物出水指标值
Table3
Thevalueoftheeffluentindexes
注:
0#为原水;1#为水解酸化池出水;2#为活性污泥池出水;3#为曝气生物滤池出水;温度为(20+2)℃;数值为平均值±标准误差。
。
第1期刘鹏.等:
组合生物技术处理制药废水及其生物相
173
图3
接种污泥、驯化及稳定运行期间生物相观察
Fig.3
ThebiotaobservationofsludgeduHngdomesticationandstableoperation
0#.接种污泥;1#(a).第15天水解酸化池污泥11#(b).第45天水解酸化池污泥;2#(a).第15天活性污泥池污泥;2#(b).第45天活性污泥池污泥;3#(a).第15天曝气生物滤池生物膜;3#(b).第45天曝气生物滤池生物膜
表4
水解酸化池中细菌鉴定结果
Table4
Thebacterialidentificationresultsofhydrolyticacidificationtank
注:
一表示BIOLOG细菌鉴定仪未给出数值;PROM、SIM、DIS为BIOLOG鉴定系统3个参数,分别表示测试结果与数据库中数据条的可能性、相似性、位距;表5、表6同表4。
表5
活性污泥池中细菌鉴定结果
Table5
Thebacterialidentificationresultsofactivatedsludge
tank
174
吉林大学学报(地球科学版)
第40卷
表6
曝气生物滤池中细菌鉴定结果
Table6
Thebacterialidentificationresultsofbiologicalaeratedfiltertank
3
结论
(1)整套工艺共驯化30d,稳定运行30d,出水
达到《污水综合排放标准》(GB
8978—1996,1998.
01.01实施)二级标准,对COD的去除率达到
95.43%,BoD。
的去除率达到93.10%。
(2)对各构筑物的生物相显微镜观察可知,污泥絮体由开始的颗粒细小、分散,成长为后来的活性高、颗粒大、沉降性能良好的絮体。
并且水解酸化池中出现单核变形虫。
活性污泥池中出现轮虫,曝气生物滤池中出现漫游虫,是处理效果好的指示生物。
(3)对各构筑物牛物相中的细菌进行分离纯化,应用BIOLOG细菌鉴定系统进行鉴定。
水解酸化池、活性污泥池和曝气生物滤池分别鉴定出8株、3株、6株可培养的细菌。
以上分析表明,室内模拟水解酸化一活性污泥一曝气生物滤池处理工艺是一种很好的制药废水处理
组合工艺。
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第1期刘鹏,等:
组合生物技术处理制药废水及其生物相
175
公告
——本刊成为《Ei》数据库源刊
从2009年第1期开始,本刊被《Ei》数据库收录。
据Ei中国网站报道,《Ei》数据库从2009年1月起,所收录的中国期刊数据不再分核心数据与非核心数据。
本刊2009年第1—5期的全部文献已经被《Ei》数据库收录,有需要的作者和读者可到
Ej中国网站查询:
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本刊编辑部
组合生物技术处理制药废水及其生物相
作者:
刘鹏,张兰英,刘莹莹,刘娜,刘峰,刘虹,崔哲,许国欣,LIUPeng,ZHANGLan-ying,LIUYing-ying,LIUNa,LIUFeng,LIUHong,CUIZhe,XUGuo-xin作者单位:
刘鹏,张兰英,刘莹莹,刘娜,崔哲,许国欣,LIUPeng,ZHANGLan-ying,LIUYing-ying,LIUNa,CUIZhe,XUGuo-xin(吉林大学,环境与资源学院,长春,130026,刘峰,LIUFeng(东北制药集团股份有限公司,沈阳,110026,刘虹,LIUHong(吉林化工学院,环境与生物工程学院,吉林省吉林市,132022
刊名:
吉林大学学报(地球科学版)
英文刊名:
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