楊鵬 唐東 高文學(xué) 鄧琴 李吳金

（西昌學(xué)院農(nóng)業(yè)科學(xué)學(xué)院 四川西昌 615000）

隨著醫(yī)藥工業(yè)的迅速發(fā)展，制藥工業(yè)廢水已成為重要的環(huán)境污染來源。因藥物產(chǎn)品、生產(chǎn)工藝的不同，廢水存在較大的差異。制藥工業(yè)廢水通常具有組分復(fù)雜、有機(jī)物種類多、濃度高、毒性大、難降解物質(zhì)多、CODCr/BOD5差異大和處理復(fù)雜等特點(diǎn)，如不經(jīng)處理直接排放到環(huán)境中會(huì)對生態(tài)環(huán)境和人類造成嚴(yán)重的危害[1-2]。

目前，處理工業(yè)制藥廢水常用的方法包括：物化法、化學(xué)法、生化法和其它組合工藝方法。物化法主要有：混凝沉淀法、氣浮法、吸附法等[3-4]。生化法包括厭氧處理法和好養(yǎng)處理法[5-6]。升流式厭氧污泥床（UASB）是一種處理污水的厭氧生物方法，具有厭氧消化效率高、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)[7-8]。本研究采用改裝的UASB在前期的研究中已成功地應(yīng)用于好氧顆粒污泥的培養(yǎng)并在處理高濃度馬鈴薯深加工廢水中取得了較好的效果。

好氧顆粒污泥(aerobicgranulesludge，AGS)是微生物自凝聚形成的一種特殊形式的活性污泥。較之普通活性污泥，AGS具有良好的沉降性能、密實(shí)的結(jié)構(gòu)、多樣的微生物種群和較強(qiáng)的抗沖擊能力等優(yōu)點(diǎn)。20世紀(jì)90年代deKreuk發(fā)現(xiàn)了好氧顆粒污泥，因其具有沉降性能好、耐有機(jī)負(fù)荷高、結(jié)構(gòu)密實(shí)等特點(diǎn)，引起了國內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。近年來研究表明AGS能夠應(yīng)用于高濃度有機(jī)廢水、高含鹽廢水、垃圾滲漏液、制藥廢水和很多其它工業(yè)廢水的處理。

本文采用改裝UASB裝置培養(yǎng)好氧顆粒污泥，在處理高濃度馬鈴薯有機(jī)廢水研究的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了UASB反應(yīng)裝置結(jié)構(gòu)和好氧顆粒污泥的培養(yǎng)方法。從而可更快的培養(yǎng)出成熟的AGS，并在制藥工業(yè)廢水的處理中取得了較好的效果。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

本次試驗(yàn)采用MUASB反應(yīng)器培養(yǎng)AGS。MUASB反應(yīng)器高100cm，內(nèi)部直徑40cm，容積125.6L。反應(yīng)器主體為有機(jī)玻璃圓筒，左邊最低出水口距離地面為5cm，最高出水口距離地面為15cm。右邊最低出水口距離地面為35cm，其余出水口之間相距15cm。反應(yīng)器內(nèi)部采用上下層分層曝氣，中間采用鋼絲織成的分層網(wǎng)固定活性炭。進(jìn)水用抽水泵從反應(yīng)器底部正中間的進(jìn)水口抽入，出水由側(cè)壁出水口人工導(dǎo)出。

1.2 培養(yǎng)用水

培養(yǎng)AGS所用污水取自四川省西昌學(xué)院北校區(qū)內(nèi)生活污水，COD濃度為300～600mg·L-1，NH4+-N濃度為40～70mg·L-1，TP濃度為14~30mg·L-1。培養(yǎng)AGS的進(jìn)水COD質(zhì)量濃度從500 mg·L-1逐漸增加至2500mg·L-1。按試驗(yàn)水樣所需的COD濃度，定量添加葡萄糖，同時(shí)進(jìn)水水樣中還添加一定量常量和微量元素(每升污水中添加1mL微量元素使用液)，以促使污泥顆粒污泥快速地形成表1。

表1 營養(yǎng)元素使用液含量(mg/L)

1.3 試驗(yàn)廢水

試驗(yàn)所需廢水取自四川省西昌市好醫(yī)生制藥廠。廢液的COD濃度為1483.5mg·L-1，濃度為0.91mg·L-1，TP濃度為2.35 mg·L-1，色度和濁度分別為29.5和88.5，廢液pH為5.5~6.5。

1.4 運(yùn)行條件

反應(yīng)器室內(nèi)溫度為20~25℃。進(jìn)氣泵的曝氣量為2～3cm/s(表觀氣速)。好氧顆粒污泥培養(yǎng)每天運(yùn)行2個(gè)周期，處理工業(yè)制藥廢水每天運(yùn)行2個(gè)周期。第1天對接種污泥進(jìn)行曝氣16h[9]，第2天加入直徑為0.02～0.05mm的活性炭顆粒20g并固定在用鋼絲織成的分層網(wǎng)中，然后加入生活污水和試驗(yàn)廢水。隨著時(shí)間增加，COD負(fù)荷逐漸增大并產(chǎn)生選擇壓，使得浮在上層沉降性差的細(xì)小分散和絮狀污泥形成后及時(shí)排出，從而促使良好的顆粒污泥形成和積累。

1.5 分析儀器及方法

2 結(jié)果與討論

2.1 MUASB 中的顆粒化過程

接種污泥取自西昌市小廟鄉(xiāng)污水處理廠DE氧化溝工藝污泥回流池，池內(nèi)污泥的MLSS為4.5g·L-1，污泥體積指數(shù)（SVI）5.1mL·g-1，污泥沉降比（SV30）23%。接種的活性污泥絮體呈深黃褐色，結(jié)構(gòu)比較疏松呈絮狀。開始培養(yǎng)好氧顆粒污泥時(shí)，在反應(yīng)器內(nèi)接種量為25L，此后在運(yùn)行過程中不再補(bǔ)加污泥。

本實(shí)驗(yàn)采用逐漸增加進(jìn)水混合溶液中的COD并添加活性炭顆粒形成顆粒內(nèi)核的方法培養(yǎng)AGS，經(jīng)過3~4天的時(shí)間出現(xiàn)能夠用肉眼觀察到的顆粒污泥。顆粒顏色呈淺黃色。形狀為不規(guī)則的橢球或球狀。到第5天時(shí)，顆粒污泥基本成型且趨于穩(wěn)定，采用moticBA300體式顯微成像系統(tǒng)觀測，AGS的平均直徑達(dá)2mm，在顆粒污泥附近有許多原生和后生動(dòng)物活動(dòng)。

結(jié)果表明，通過本實(shí)驗(yàn)方法可以快速地培養(yǎng)出成熟的AGS。

2.2 AGS 培養(yǎng)期生活污水的處理效果

圖1 AGS 培養(yǎng)期COD 濃度及去除率變化

圖2 AGS 培養(yǎng)期濃度及去除率變化

如圖1所示，COD的進(jìn)水濃度從406.8mg·L-1增加到2552 mg·L-1，平均去除率達(dá)84.66%。反應(yīng)器運(yùn)行到第6個(gè)周期時(shí)，隨著COD進(jìn)水濃度的增加，去除率逐漸升高。當(dāng)COD濃度為2552mg·L-1時(shí)，去除率最高達(dá)94.39%。圖2中，的進(jìn)水濃度在46.7 mg·L-1~61.87mg·L-1之間，平均去除率為91.02%，其中去除率最高時(shí)可達(dá)98.78%。TP進(jìn)水濃度穩(wěn)定在18.37mg·L-1左右，平均去除率為54.82%，其中去除率最高時(shí)可達(dá)82.58%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，AGS培養(yǎng)期COD和NH4+-N的去除能達(dá)到較高的水平，TP也有較好的去除效果。采用MUASB培養(yǎng)好氧顆粒污泥能有效地降解生活污水中的有機(jī)物。

2.3 制藥工業(yè)廢水的處理效果分析

實(shí)驗(yàn)的第七天第一周期開始改進(jìn)生活污水和制藥工業(yè)廢水按一定比例配置的混合液，配比情況和進(jìn)水濃度見表2。

表2 混合液進(jìn)水水質(zhì)及配比情況

2.3.1 混合廢液中COD去除效果分析

在COD初始濃度為700~800mg·L-1時(shí)，COD去除率在80%以上；當(dāng)COD濃度增加到1200~1400mg·L-1時(shí)，COD去除率達(dá)90%以上。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，COD去除率從81.25%上升到92%，之后COD去除率穩(wěn)定在90%以上。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明AGS在處理制藥工業(yè)廢水中具有較高的去除率。

2.3.2 混合液中NH+4-N和TP去除效果分析

2.3.3 混合液中色度和濁度去除效果分析

當(dāng)進(jìn)水濁度在21~82.85時(shí)，出水為8.41~26.89，隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，去除率逐漸升高。當(dāng)進(jìn)水濁度為82.85時(shí)，去除率達(dá)到最高，為67.5%。進(jìn)水色度在6~30時(shí)，出水為2.2~8.8。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，去除率也逐漸升高，且色度的去除率較濁度高。當(dāng)色度為30時(shí)，去除率達(dá)到最高，為70.6%。說明在改裝的UASB反應(yīng)器中AGS對色度和濁度具有較好的去除效果。

本研究與同類生物法處理制藥廢水的比較如表3所示。利用改裝UASB處理制藥廢水具有反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡單，培養(yǎng)好癢顆粒污泥周期短，運(yùn)行穩(wěn)定和處理效果好等優(yōu)點(diǎn)，具有進(jìn)一步的工程應(yīng)用潛力。

表3 同類生物法處理制藥工業(yè)廢水的比較

3 結(jié)語

3.1 在MUASB反應(yīng)器中，通過采用改裝UASB(MUASB)5天可培養(yǎng)出成熟的顆粒污泥，顆粒直徑達(dá)2~3mm。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)用低濃度的有機(jī)污水進(jìn)化馴化，逐漸增加有COD負(fù)荷，并添加顆粒活性炭顆粒，能夠促使顆粒污泥的快速形成。

3.2 采用MUASB反應(yīng)器處理制藥工業(yè)廢水，當(dāng)COD和濃度分別為1296mg·L-1和0.76mg·L-1時(shí)，去除率分別達(dá)92%和76.3%，而TP的去除效果不明顯。

3.3 采用MUASB培養(yǎng)好氧顆粒污泥，濁度和色度的平均去除率分別為65%和68.7%。隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，廢水中濁度和色度的去除率逐漸升高，且色度的去除率較濁度更好。

3.4 本實(shí)驗(yàn)在MUASB反應(yīng)器中采用網(wǎng)格裝置固定活性炭的方法，旨在創(chuàng)造一個(gè)受外界水流干擾相對較小的環(huán)境，同時(shí)增加AGS快速形成的晶核。結(jié)果表明，采用網(wǎng)格裝置固定活性炭的方法可以改進(jìn)MUASB裝置的應(yīng)用條件，為進(jìn)一步的工程應(yīng)用提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

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