水解酸化厌氧好氧法处理NF合成制药废水研究.docx
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水解酸化厌氧好氧法处理NF合成制药废水研究
水解酸化-厌氧-好氧法处理NF合成制药废水研究
近年来我国合成制药业有了长足的发展，随之也带来了生产废水的处理问题。
一般来说，合成制药需要经过比较复杂的合成路线，每一步都会有些残留原料以及中间产物进入生产废水中。
因此，合成制药废水的特征是有机物种类复杂，可生化性较差，有些废水还有一定的生物毒性。
NF是一种治疗心血管病的新药，在合成过程中会使用糠醛、萘和氯甲基萘等多种有机物。
其废水产生量不大，但BOD5/COD值仅为0.05，是一种典型的高浓度难降解有机废水。
本研究利用呼吸速度曲线确定了用于生物处理的适当的废水稀释比，并利用水解酸化-厌氧-好氧法对NF中试生产废水进行了处理。
研究方法
NF中试生产废水的水质如表1所示。
该废水的COD非常高，且可能含有生物毒性物质，因此适当的稀释有利于生物处理的顺利进行。
表1NF生产废水平均水质（单位：
mg/L）
COD
BOD5
NH3-N
总N
总P
pH
120000～200000
5000
100
120
15
8.50
1．污泥培养
实验用种污泥取自北京市朝阳区北小河污水处理厂。
污泥采集后，首先采用表2所示的人工配水进行厌氧及好氧污泥培养，然后根据废水处理效果逐渐降低进水中蔗糖的比例。
1个月后，蔗糖由最初的27.5g/L减至为0。
污泥培养采用批量方式，1-2d换一次废水。
厌氧污泥和好氧污泥达到稳定后，用于各种实验。
2．批量实验
分别将5倍、10倍、20倍和30倍稀释的废水加入不同的250ml锥形瓶中，加入种污泥后（酸化3.5g/L，厌氧3.2g/L，好氧3.6g/L）进行酸化、厌氧以及好氧处理。
酸化、厌氧处理利用磁力搅拌器进行搅拌，好氧处理利用空气曝气，其DO控制在2-3mg/L。
实验在室温下进行（20~25℃）。
表2污泥培养人工配水表（单位：
g/L）
蔗糖
酵母膏
K2HPO4
KH2PO4
NH4Cl
NaHCO3
27.5
0.3
1.3
2.5
7.3
33
3．序列处理实验
序列实验如图1所示。
酸化反应器及厌氧反应器的体积均为1L。
水力停留时间为酸化24h，厌氧24h，好氧48h。
各反应器中污泥浓度均为3000~3500mg/L,室温下反应。
4．好氧污泥呼吸活性快速测定
利用BODTrack测定仪（美国Hach公司）进行测试得到呼吸曲线，污泥浓度为3.6g/L，在20℃恒温室中进行。
5．分析测定方法：
COD采用CTL-12型COD仪（承德华通）测定，其它参数测定均采用标准方法。
结果与讨论
1．进水最佳稀释比
为研究不同稀释比对污泥活性的影响，利用BOD测定了不同进水条件下的污泥呼吸速度曲线（图２）。
图2中各曲线的斜率列于表3。
可以看出，废水经稀释后污泥的呼吸速度有明显的改善，稀释10倍至30倍可以有效地减少废水中有毒物质对污泥活性的影响。
在后续的序列处理实验中，废水稀释比确定为20倍稀释。
表3好氧污泥在不同稀释倍数进水中的呼吸曲线斜率值及COD去除效果
不同稀释倍数进水
0倍稀释
5倍稀释
10倍稀释
20倍稀释
30倍稀释
好氧呼吸曲线斜率值
（mg/LBOD.h-1）
13.8
22.6
37.9
38.9
59.8
COD去除率
（%）
2.3
10.4
28.8
34.3
43.1
2．各单元水力停留时间的确定
图3显示了在酸化、厌氧、好氧批量处理中COD与pH的变化。
废水的稀释倍数为20倍。
可以看出，在酸化水解和厌氧处理过程中，COD与pH基本上在反应24小时后达到一个稳定的水平，而在好氧处理过程中，反应需要48小时才能完成。
因此，在后续的序列处理实验中酸化、厌氧、好氧处理的HRT分别确定为24、24、48小时。
3．序列实验结果
以20倍稀释的废水为处理对象，进行了一个月的序列实验，COD的去除如图4所示。
图4表明，酸化、厌氧、好氧各单元的COD平均去除率分别为8.8%、48.1%、49.3%，系统的总COD去除率平均达到76%。
结 论
1）NF废水的最佳稀释比控制在20倍，单元水力停留时间为酸化处理24小时，厌氧处理24小时，好氧处理48小时。
2）经过连续运行，系统的总COD去除率平均达到76%。
水解与接触氧化工艺处理印染废水
广州市新塘镇新图印染厂是一家棉布印染、整理企业，染色所用的染料主要是硫化染料，上染率不高，废水中残留染料多，颜色深；使用ABS作为表面活性剂，对微生物有抑制作用［1］；所用浆料为PVA,生化性差。
废水水质如表1。
表1 废水水质
CODCr（mg/L）
BOD5（mg/L）
pH
色度（倍）
温度（℃）
SS（mg/L）
600～1200
160～300
＞13
400～600
45～55
300～600
工程采用水解酸化、接触氧化的工艺，目的是通过废水的水解酸化反应，把难降解的高分子物质转化为较小的分子，从而改善废水的可生化性，为接触氧化创造条件［2］。
1 处理流程与设计参数
设计进水参数与排放标准如表2、3所示。
表2 设计的进水指标
CODCr（mg/L）
BOD5（mg/L）
pH
温度（℃）
色度（倍）
SS（mg/L）
800
200
＞13
45～55
500
450
表3 广州地区的排放标准
CODCr（mg/L）
BOD5（mg/L）
pH
色度（倍）
SS（mg/L）
80
30
6～9
40
70
2 工艺介绍
①沉砂池
沉砂池设计停留时间为15min。
在沉砂池中部设置格栅，主要是去除一些大的杂物。
在池的前段开始加酸，通过搅拌机搅动使酸碱充分反应。
沉砂池内不设曝气管，格栅人工清渣。
②调节池
在调节池的入口处设置pH监测仪。
在工程设计时，特别增加了调节池的调节时间，废水在调节池的停留时间为8h。
调节池内设置穿孔曝气管曝气，曝气的主要用途是脱硫和使酸碱反应更充分，以保证进入水解酸化池废水的pH值在7～10之间。
废水在进入水解酸化池之前主要通过降温装置使温度降到40℃以下，以保证微生物的正常代谢。
③水解酸化池
设计的水解酸化池与一般的水解酸化池有不同之处：
a.水解酸化池中挂填料，使污泥附着在填料上形成膜，从而增大污水与污泥的接触面积，达到增加泥水接触时间的目的；b.模仿UASB工艺，采用虹吸脉冲布水的方法，使布水均匀；c.控制每次脉冲的时间在5～7min，通过脉冲布水，可以造成剧烈搅动，激起池底的沉积污泥，又一次加强泥水之间的接触；d.根据实际经验确定污水在池中的停留时间，而不是单纯采用一般的容积负荷来设计池容。
④接触氧化池
设计的接触氧化池有以下特点：
a.采用组合填料。
b.采用微孔曝气器布气，提高氧的利用效率。
工艺采用的气水比为25∶1，设置4台SSR型鼓风机，平时2用2备，特殊情况下3用1备，空气流量为40m3/min。
在运行过程中，控制水中溶解氧在2～4mg/L。
c.在接触氧化池末段设置中间沉淀池，目的是沉淀一部分污泥和脱落的膜，并回流至水解池，使最终进入斜管沉淀池中的泥量有所减少，继而减少沉淀池中药剂的用量。
同时，回流到水解酸化池的污泥由于有比较长的停留时间，大部分能够得到消化［2］。
d.设计水力停留时间为8h。
⑤斜管沉淀池
斜管沉淀池设计为两个并联使用，反应区与沉淀区设计在一起。
表面负荷为1.5m3/（m2·h），水力停留时间为2.25h。
废水在进入沉淀池之前已加药，所加药剂为PAC和PHP，它能去除相当一部分的CODCr和色度。
特殊情况下，色度如不能达标，则投加漂白水脱色。
3 行过程与结果
2000年6月15日开始调试，按照设计处理水量的20%左右投加污泥于水解酸化池与接触氧化池中。
调试运行阶段，由于废水可生化性差，一般采用投加营养料提高BOD与COD的比值来提高废水的可生化性，培养、驯化微生物对废水的适应性。
投加的养料有面粉、糖、尿素、磷。
对于水解酸化池，调试初始阶段控制BOD/COD＞0.3，控制每天的进水量在设计流量的10%～15%。
7d后，开始加大处理量，同时监测水解池中的pH与CODCr。
运行一段时间后，填料上长有生物膜，水解酸化池中存在指示性微生物，这种微生物呈杆状，当水解酸化池中处理效果好时，它们的数量多且比较活跃。
运行正常后，处理水的pH值变化明显且比较稳定，COD去除率一般在40%左右，色度也有明显变化。
当然，投加养料不能中止，否则处理效果将变差。
水解酸化后的处理水进入接触氧化池中进行曝气，调试阶段采用投加糖等养料的方法来增强处理效果，促进生物膜的生长，并控制溶解氧在2～4mg/L。
刚开始运行时，池内有大量的泡沫，说明表面活性剂还大量存在，运行正常后（一般需要30d左右），泡沫消失。
由此可以看出，难处理的表面活性剂ABS经过水解酸化处理后，分子结构发生了变化。
采泥样镜检可以看到丰富的钟虫以及轮虫、线虫，其他的原生动物也较多。
在接触氧化池内，CODCr、色度得到明显的去除，运行近3个月时的CODCr监测结果如表4所示。
表4 各单元出水CODCr的监测结果 mg/L
日期
原水
水解池出水
接触氧化池出水
沉淀池出水
9月1日
950.8
694.1
182.70
100.22
9月2日
745.67
484.69
124.82
82.37
9月3日
723.41
450.38
105.27
75.63
9月4日
840.0
478.83
134.45
89.62
9月5日
650.37
357.70
95.74
71.42
9月6日
620.49
341.27
89.61
65.24
9月7日
679.64
384.19
98.82
67.33
9月8日
845.89
524.45
137.44
88.45
9月9日
812.57
479.42
108.87
75.57
9月10日
889.82
503.40
151.02
94.76
9月11日
703.27
392.21
93.99
65.54
9月12日
587.34
300.62
85.00
69.42
9月13日
634.68
345.91
100.32
75.67
9月14日
579.79
300.56
92.47
70.74
9月15日
678.89
377.74
101.86
73.50
一般情况下，接触氧化池的出水CODCr和SS还比较高，在进入斜管沉淀池时要投加PAC和PHP，投加量可根据经验或做小试确定。
当水质变化较大时，要加大PAC和PHP的投加量。
沉淀池出水色度有时偏高，还要在脱色池中投加漂白水进一步去除色度。
因为沉淀池采用斜管，表面负荷较小，但出水中SS一般能达标。
沉淀池中的污泥排入污泥浓缩池中浓缩，再经板框压滤机脱水。
4 主要运行费用分析
运行费用由以下几个方面组成：
投酸费用，泵、鼓风机、以及其他机械设备运行费用，药剂费用，养料费，人工费用等。
①投酸费用：
由于该厂为新建厂，生产工艺中无碱回收系统，故每天的中和用酸量较大，将近2kg/m3，硫酸按450元/t计算，投酸的成本为4500元/d。
②电费：
一般情况下，运行两台鼓风机，每台功率为55kW；每天运行两台7.5kW水泵，总功率为125kW。
按实际运行功率100kW计算，用电量为2400kW/d，则电费为2400元/d。
③药剂费、养料费：
每天用去1.5tPAC、0.5tPHP，按平均价1800元/t计算，则药剂费用为3600元/d；实际运行时，每天投加的养料费用也不少于800元/d。
经初步估算，该厂的废水处理费用至少在2.26元/t以上。
估计碱回收开展起来后，运行费用会有所降低，但也在1.4元/t以上。
5 结论
①当进水水质超过设计指标时，一般难达到排放标准。
②即使运转正常时，适当的投加养料是必须的，否则处理效果将变差。
③整个运行系统中，处理效果的好坏关键在于水解酸化工艺是否运转正常。
④膜式水解酸化、接触氧化法处理印染废水，特别对于难生化处理的浆料、染料，是一种行之有效的工艺。
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