兰溪生物废水处理设备 NDSLJ35 一体化设备 工程安装

硫酸新霉素是一种氨基糖苷类抗生素，主要用于治疗禽敏感的革兰氏阴性菌所致胃肠道感染，在畜牧业、水产养殖业应用广泛。其生产过程中会排出大量有机废水，主要来自以葡萄糖和玉米浆等为原料的发酵、过滤、提炼、精制等过程排水及设备冲洗水。该废水cod高达25~30g/l，硫酸盐约2.0~2.5g/l，总氮约3.0~3.5g/l，属难降解有机废水。若未得到妥善处理，会对人体健康和环境造成威胁。

目前，厌氧-好氧组合处理技术是处理抗生素废水的主流工艺，其既克服了厌氧法出水不达标的缺陷，又避免了好氧法能耗高、运行成本大的问题，并可同步去除有机物和营养元素。厌氧处理工艺中应用为广泛的厌氧反应器是上流式厌氧污泥床(uasb)，其具有有机负荷和去除率高、不需搅拌、无污泥回流、水力停留时间短等特点，但抗生素类物质对产甲烷菌有较大的抑制作用，可能会对厌氧生物系统的运行和处理效能造成较大影响。好氧处理工艺通常选用序批式活性污泥法(sbr)，sbr处理工艺中，硝化和反硝化在同一池内进行，理论上脱氮率可无限接近于。因此，针对硫酸新霉素废水水质特性，笔者采用野uasb-sbr冶组合工艺处理硫酸新霉素废水，分析硫酸新霉素浓度对uasb工艺运行特性的影响，研究反应器的启动过程及uasb-sbr对废水的处理效果，以期为该类废水处理工程的设计、调试及运行提供参考。

1、材料与方法

1.1 试验用水

试验用水为河北省某制药公司排放的硫酸新霉素废水，废水ph3.5~4.5、cod25~30g/l、so42-2.0~2.5g/l、总氮3.0~3.5g/l、硫酸新霉素550~600mg/l，由于废水污染物浓度过高，需根据运行条件适当稀释。

1.2试验污泥

uasb接种污泥取自某淀粉废水厌氧反应器中的颗粒污泥，接种体积占反应器有效容积的40%左右，反应器污泥接种量为27gvss/l。

sbr接种污泥取自某城市污水处理厂二沉池污泥。污泥呈黄褐色，svi为82mg/l。接种体积约为反应器有效容积的30%，反应器内污泥质量浓度4000mg/l。

1.3 试验装置

试验装置见图1。反应器采用有机玻璃制成，其中uasb反应器有效容积3l，反应区内径45mm，高度1000mm，沉淀区内径150mm，反应器内部设置三相分离器，气体从反应器上部收集；sbr反应器有效容积15l，反应区内径160mm，高度750mm，反应器上方装有搅拌电机(hdm-1035)，可控制搅拌速度和搅拌时间，反应器底部装有曝气装置，采用鼓风曝气(转子流量计lzb-3wb)，可调节曝气量。sbr反应器置于恒温水箱内，实现恒温(20±1)℃运行。

利用加热装置将废水预热到38~40℃后，通过蠕动泵(bl100)将废水打入uasb底部，经过厌氧生物处理后的出水从顶部溢出到中间储水箱后，通过蠕动泵(bl100)将中间储水箱废水打入sbr反应器。sbr反应周期为24h，即每天运行1个周期。运行条件为进水5min、缺氧反应6h、好氧反应6h、沉淀30min、出水15min，其余为闲置时间。缺氧和好氧条件分别由机械搅拌器和空气泵曝气来控制。sbr进水量3l，排水比为0.4。uasb反应器产生的沼气从装置上部排出，经过水封后，接入湿式气体流量计(lml/lmf)，记录产气量。

1.4 分析方法

硫酸新霉素浓度采用邻苯二甲醛(opa)衍生化高效液相法测定。ph采用玻璃电极法测定，cod采用测定，总氮采用过硫酸钾氧化-紫外分光光度法测定，氨氮(nh3-n)采用纳氏试剂光度法测定，so42-采用重量法测定。溶解氧(do)使用jpsj-605do分析仪测定。

2、结果与讨论

2.1 硫酸新霉素浓度对厌氧抑制影响

利用营养液和硫酸新霉素配制硫酸新霉素质量浓度分别为300、600、900、1200mg/l的4种模拟废水，采用全自动甲烷潜力测试系统(ampts域)，测定不同硫酸新霉素浓度废水厌氧产甲烷气量，分析硫酸新霉素浓度对厌氧反应的影响，结果见图2。

由图2可以看出，随着硫酸新霉素浓度的增加，厌氧颗粒污泥大产甲烷量逐渐减小，其中对照样品大产甲烷量为205.8ml。与对照样品相比，硫酸新霉素质量浓度为300、600、900、1200mg/l的大产甲烷量分别降低了6.5%、9.9%、14.2%、29.7%。此外，不同硫酸新霉素浓度下大比产甲烷速率(umax)，即1gvss(间接代表厌氧微生物量)厌氧污泥每日的大甲烷产量。硫酸新霉素质量浓度为300、600、900、1200mg/l，在反应时间1200min时，相对活性分别为93.5%、90.1%、85.8%、70.3%。一般认为ra为75%~95%表示轻度抑制；ra为40%~75%表示中度抑制；ra<40%表示重度抑制。可见，废水中硫酸新霉素质量浓度在300~900mg/l时，对厌氧消化产生轻度抑制影响，当硫酸新霉素质量浓度大于1200mg/l时，对厌氧消化产生中度抑制影响。

2.2 uasb反应器运行情况

uasb反应器启动过程共80d，分为3个阶段院启动初期(第1天-第28天)、适应期(第29天-第53天)和稳定期(第54天-第80天)。进出水cod及cod去除率的变化见图3，容积负荷和水利停留时间(hrt)变化情况见图4。

2.2.1 uasb反应器启动

uasb的启动负荷为1.0kgcod/(m3•d)，进水cod为3000~3200mg/l，nh3-n为8~12mg/l，硫酸新霉素为68~75mg/l。启动初期需调节进水ph，因为厌氧反应器中产甲烷菌(mpb)对ph较为敏感，当环境ph超出其适生长ph(6.8~7.2)时，会抑制其产甲烷过程，造成有机酸累积，严重时引起系统酸化。因此，启动初期用na2co3调节进水ph7.0~7.5，并检测出水碱度。随着运行时间的延长，反应器内碱度不断升高，到第7天，反应器内碱度达到3045mg/l，说明反应器具备ph缓冲能力，此后进水不需调节ph。启动第1天-第2天，考虑到厌氧颗粒污泥的适应性，采用间歇进水，此阶段cod平均去除率约40.3%，第3天-第12天，厌氧颗粒污泥逐渐适应水质，因此通过调节进水量提高反应器运行负荷，负荷提高幅度为0.5kgcod/(m3•d)。随着厌氧微生物活性增强，cod去除率逐渐增加，第8天-第12天，平均cod去除率达到72.0%。第13天-第28天通过提高进水浓度和提高进水量相结合的方式提高负荷，负荷提高幅度为0.5kgcod/(m3•d)。第24天-第28天，运行负荷达到2.76kgcod/(m3•d)，进水cod5575mg/l，出水cod1322mg/l，cod去除率稳定在70%以上，uasb启动完成。

2.2.2 uasb反应器运行负荷确定

uasb启动成功后进入适应期，此时控制反应器进水cod5000~5500mg/l，缩短hrt来提高运行负荷，具体控制条件院当cod去除率大于70%时，稳定运行3~4d后，提高负荷，负荷提高幅度为0.5~1.0kgcod/(m•3d)。由图3、图4上的适应期可见，第41天-第47天，hrt缩短到24h，即运行负荷达到5.2kgcod/(m3•d)，cod去除率为73.5%，出水cod为1356mg/l，反应器沼气产量8.2l/d；第48天-第53天，hrt缩短到20.57h，即容积负荷提高到6.3kgcod/(m•3d)，平均cod去除率为59.9%，出水的cod2233mg/l，较运行负荷为5.2kgcod/(m•3d)的cod去除率降低了13.6%。分析认为在厌氧消化过程中，so42-在硫酸盐还原菌的作用下转化为硫化物，有机氮在水解阶段分解产生nh3-n，硫化物和nh3-n溶于废水对厌氧微生物有毒性作用，研究表明，游离的硫化氢对厌氧颗粒污泥的半抑制质量浓度约为250mg/l，nh3-n质量浓度对厌氧颗粒污泥的半抑制质量浓度约为1000mg/l。在uasb负荷提高阶段，当运行负荷为5.2kgcod/(m3•d)时，出水中硫化物、nh3-n质量浓度分别为146、633mg/l，而当运行负荷提高到6.3kgcod/(m•3d)，出水中硫化物、nh3-n质量浓度分别为253、755mg/l，对厌氧微生物的抑制作用明显，cod去除效果降低。因此，uasb处理硫酸新霉素废水时运行负荷控制在5.2kgcod/(m•3d)。

2.2.3 uasb反应器稳定运行效果

在uasb反应器容积负荷5.2kgcod/(m3•d)、hrt=24h条件下运行20d，uasb处理效果如表1所示。

由表1可以看出，进水cod/so42-约为8，研究表明，cod/so42-大于2时，硫酸盐还原菌和产甲烷菌达到平衡状态，共同发挥去除有机物的作用，厌氧反应器可以稳定运行且效果良好。本实验的研究结果证明了这一结论，cod的平均去除率为73.5%。nh3-n质量浓度由20~30mg/l增加到612~648mg/l，这是由于厌氧消化的水解作用将大部分有机氮分解为nh3-n，因此后续工艺需进一步脱除nh3-n。出水硫酸新霉素残留为0.12~0.2mg/l，平均去除率为99.8%。uasb运行期间，沼气产气量为8.0~8.5l/d。

2.3 sbr运行情况分析

2.3.1 sbr反应器启动

启动阶段的主要任务是培养硝化细菌，因此只进行好氧反应，溶解氧保持2.0~2.5mg/l。每个运行周期24h，具体运行条件为进水5min、曝气12h、沉淀30min、出水15min，其余时间闲置。nh3-n的去除情况如图5所示。配水采用厌氧出水加自来水的方式，进水ph7.6~7.8、cod283mg/l、nh3-n121mg/l。由图5可以看出，到第18个运行周期，nh3-n去除率稳定在96%以上，svi达到77ml/g，说明污泥沉降性能良好，反应器启动完成。为保证启动阶段的良好运行，持续运行至第20个周期。

2.3.2 cod及nh3-n的去除情况

sbr反应器启动完成能够稳定运行后，逐步提高进水浓度，即提高容积负荷，实现uasb出水直接进入sbr反应器，并考察sbr反应器对cod及nh3-n的去除情况，结果如表2所示。

由表2可以看出，随着反应器进水cod从(262±11)mg/l提升到(1309±60)mg/l，反应器出水cod[相应地上升，从(96±3)mg/l提升到(450±18)mg/l，这是由于进水中不可生物降解物质的累积和负荷的提高所致，cod去除率基本稳定在60%以上，微生物对废水已有较好的适应性。运行到第41天-第45天时，cod容积负荷5.818kg/(m3•d)，nh3-n负荷达到0.036kg/(kgmlvss•d)，cod去除率保持65%以上，nh3-n去除率保持95%以上。反应器运行稳定，出水cod及nh3-n达到《发酵类制药工业水污染物排放标准》(gb21903-2008)规定的间接排放要求。

2.4 组合工艺对废水的处理效果

uasb-sbr组合工艺对废水的处理效果见表3。连续运行14d，cod去除率达到91.8%，出水cod<500mg/l、nh3-n<20mg/l，可满足当地污水厂排入要求。

3、结论

(1)废水中硫酸新霉素质量浓度在300~900mg/l时，对厌氧消化产生轻度抑制，当硫酸新霉素质量浓度大于1200mg/l时，对厌氧消化产生中度抑制。

(2)在进水cod5010~5565mg/l、so42-610~655mg/l、总氮712~800mg/l、硫酸新霉素质量浓度103~129mg/l、容积负荷5.2kgcod/(m3•d)、hrt=24h条件下，uasb反应器稳定运行，出水cod为1250~1348mg/l、so42-15~20mg/l、nh3-n600~650mg/l，硫酸新霉素质量浓度为0.12~0.2mg/l。cod去除率稳定在73.0%左右，沼气产气量为8.0~8.5l/d。

(3)采用sbr工艺处理硫酸新霉素废水uasb厌氧反应器出水时，在mlss为3500~4000mg/l时，cod容积负荷为5.818kg/(m3•d)，nh3-n负荷0.036kg/(kgmlvss•d)，出水cod、nh3-n分别为412~488、12~16mg/l，平均去除率分别为67.0%、97.4%。