陶粒滤料曝气生物法深度处理制药废水

某制药厂属于混装制剂类制药企业，其生产废水中含有维生素类、抗生素类等多种原料药残余物、盐类及生产过程中产生的其他有机物。此类废水成分复杂、有机物含量高、毒性大、色度深、含盐量高，生化性很差，且为间歇性排放，属难处理的工业废水[1];其主要来源是生产车间排放废水和生产过程中产生的废水。该厂废水处理采用了调节沉淀-水解酸化- 两级接触氧化- 排放的工艺流程，为达到生活杂用水标准，设计采用曝气生物法对出水进行深度处理。

　　曝气生物滤池是生物降解与过滤截留相结合的一种高效低耗的污水处理方法[2]。本文通过小型模拟试验，对经二级接触氧化的废水以升流式曝气生物滤池进行深度处理，以期为实际工程提供优化设计参数和运行条件。

　　1 试验部分

　　1.1 试验用水

　　原水取自该制药厂二级接触氧化曝气池出水口，其各项指标如表1 所示。

　　试验条件：pH 为7～8;气水体积比10：1;温度16～20℃;反冲洗周期2 d;反冲洗水强度15 L/(m2·s);反冲洗气强度20 L/(m2·s)。

　　1.2 试验装置

　　反应器采用容积为4 L的有机玻璃柱, 中部和底部装有曝气头。以粒径为3～5 mm 的粘土陶粒作为填料，其中填料体积为柱容积的2/3[3]。

　　表1 试验水样水质

　　Tab.1 Quality of the experimental water

　　进水装置中的制药废水经提升泵提升进入曝气柱底部，流经填料时，填料上的生物膜及填料空隙中的生物絮体在有溶氧的参与下将废水中的有机物氧化、分解，生物絮体同时具有截留、吸附底物的作用[4]。处理后的水由上部出水口直接排出。试验采取连续进水的方式，测定出水COD、NH4+-N，水和气的流量由转子流量计控制。

　　1.3 分析指标及方法

　　COD：重铬酸钾法;NH4+-N：纳氏试剂法;pH：PHS-3C 型。

　　2 结果与讨论

　　2.1 曝气生物池的挂膜

　　2.1.1生物膜的培养

　　因所处理的有机废水为二次生化废水，其有机物浓度低，营养底物不足，故采用接种挂膜，以减少挂膜时间[5]。试验初期，取生活污水处理厂生化沉淀池底泥，经稀释后加入反应器中，按照微生物的营养需要(按照比例m(C)：m (N )：m(P) = 100：5：1)投加药物，连续培养14 d 后，改为小流量进水，使微生物逐渐适应进水水质。

　　2.1.2生物相观察

　　经过21 d 的连续运转，挂膜完成。反冲洗出水中含有陶粒上脱落下的絮状菌胶团，颜色呈褐色，透明。在显微镜下观察，胶团呈现黄褐色、透明，生物膜中出现了大量的原生动物、后生动物，如钟虫、累枝虫、吸管虫等。大量的原生动物、后生动物的出现进一步从微生物的角度说明了试验系统出水水质成分好，生物膜中已经出现大量种属生物，生物链已经形成，生物膜驯化已趋于成熟[6]。

　　2.2 各因素对COD 去除率的影响

　　2.2.1水力负荷

　　在水力停留时间为12 h，进水COD 为320～780 mg/L，NH4+-N质量浓度为35～58 mg/L，气水体积比为10：1 的条件下，水力负荷对曝气生物滤池COD 去除率的影响如图1 所示。

　　图1 不同水力负荷下COD 的去除率

　　Fig.1 The removal rate of COD at different hydraulic loading

　　由图1 可知，COD 的去除率与水力负荷并不是简单的线性关系，当流量为0.43 L/h 时，COD 的去除率最大，约为84%。流量比较小的情况下，有机负荷低，加上气、水在滤池中的分布不均，导致微生物所需营养摄取不足，所以COD 去除率较低;随着流量的增大，有机负荷随之提高，滤池中的传质条件也得到改善，微生物所需营养物质充足，生物膜生长加速，生物活性也得到改善，使COD 的去除率得到提高。但是，当流量超过0.5 L/h 时，随着污水在曝气滤池中的水力停留时间的缩短，COD 去除率明显下降，这是由于废水中有机物与生物膜没有充足的接触反应时间所致。

　　试验过程中发现，当水力负荷小的情况下，曝气生物滤池上会出现局部发黑现象。这是由于，一方面水力负荷小的情况下，废水中有机负荷低，这些有机物在滤池下部已经基本被微生物分解、吸收和利用，到达上部时，满足不了上部微生物对有机物的营养需要;另一方面是由于水、气传递输阻力大，导致供氧不足，最终出现局部发黑现象。这种情况下，需要及时进行反冲洗，保证曝气生物滤池的正常运行。

　　2.2.2水力停留时间

　　在进水COD 为320～780 mg/L，NH4+-N质量浓度为35～58 mg/L，气水体积比为10：1 的条件下，水力负荷对曝气生物滤池COD 去除率的影响如图2 所示。

　　由图2 可知，COD 的去除率随水力停留时间的增加而增加。当水力停留时间为8 h 时，去除率已达到80%，此时出水已达标;当水力停留时间为12 h时，COD 的去除率能够达到93%。

　　2.2.3进水COD

　　在水力停留时间12 h，进水COD 为320～780mg/L，NH4+-N质量浓度为35～58 mg/ L，水力负荷为2.3 L/h，气水体积比为10：1 的条件下，进水COD 对曝气生物滤池COD 去除率的影响如图3 所示。

　　图3 进水COD 对COD 去除率的影响

　　Fig.3 The effect of concentration of organic matter on removal rate of COD

　　由图3 可知，COD 的去除率随进水COD 的增大而增加。进水COD 为320～500 mg/L 时，COD 的去除率为70%～80%;进水COD 为500～780 mg/L时，COD 的去除率为80%～93%。说明曝气生物滤池对有机负荷变化适应能力强。

　　2.3 NH4+-N处理效果

　　在进水COD为320～780 mg/L，水力停留时间12 h，水力负荷0.23 L/h，气水体积比10：1 的条件下，进水N NH4+-N质量浓度为35～58 mg/L 时，NH4+-N去除率如图4 所示。

　　图4 NH4+-N的去除率

　　Fig.4 The removal rate of NH4+-N

　　生物滤池中的微生物是以附着在颗粒填料上的方式生长，可以在反应器中停留很长时间，加上滤池中的陶粒颗粒填料具有巨大的比表面和较大的空隙率，有利于底物和溶解氧的传递，这些都有利于在滤池中形成稳定的硝化状态。当硝化菌进入比较稳定的硝化状态后，其硝化能力较强，由图4 可知，滤池对NH4+-N的去除率稳定在45%～56%之间，出水NH4+-N能够达到生活杂用水标准。

　　3 结论

　　在适宜的条件下，曝气生物滤池的挂膜需21 d就可以完成。培养期间若出现局部发黑现象，需要及时进行反冲洗，以确保生物膜的成活。

　　流量0.23 L/h，气水体积比10：1，温度16～20℃，pH 为7～8 的条件下，水力停留时间为8 h 时，COD 的去除率能够达到80%，此时出水COD 已达到生活杂用水水质要求;水力停留时间为12 h 时,COD 去除率达到最大值93%。

　　COD 的去除率随进水COD 的增大而增大，说明曝气生物滤池具有较强的耐冲击负荷能力。

　　进水NH4+-N质量浓度在35～58 mg/L 之间时，曝气生物滤池对NH4+-N的去除率稳定在45%～56%，出水NH4+-N能够达标。

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