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以抗生素类制药为主的混合工业废水怎么处理
作者:佚名 文章来源:南京蓝污环保 点击数: 更新时间:2015-1-4
 

抗生素类生产废水存在生物抑制性物质,如残留抗生素及其中间代谢产物、高浓度硫酸盐、表面活性剂(破乳剂、消沫剂等)和提取分离中残留的高浓度酸、碱、有机溶剂等,是一类富含生物毒性物质的极难生物降解的有机废水,是目前国内外污水处理的难点和热点。

某工业集中区内有2家抗菌素生产企业,其废水产生量约占该工业区目前工业废水量的80%。该工业区污水处理厂建设规模为4万t/d,分二阶段建设。一阶段工程(2万t/d)采用“水解酸化+MSBR(改进型序批式活性污泥法)+絮凝沉淀” 工艺处理该混合工业废水。多年的运行实践表明:当进水满足进水水质标准时,该工艺处理效果稳定,但处理出水只能达到《污水综合排放标准》(GB8978—1996)二级排放标准的要求。根据政府及环保部门有关出水提标的要求,该工业区污水 处理厂进行了一阶段提标及二阶段工程。该工程于2011年1月开始施工,2012年9月试运行,其采用的工艺为“厌氧水解+MSBR+臭氧氧化+絮凝沉淀+曝气生物滤池”,出水水质执行《污水综合排放标准》(GB8978—1996)的一级标准。笔者对以“厌氧水解+MSBR+臭氧氧化+絮凝沉淀+曝气生物滤池”复合工艺处理该工业园区以抗生素类制药为主的混合工业废水进行了介绍,以期为该类废水的治理提供一条新的技术路线。

1 流程介绍
 
1.1 工艺简介
 
一阶段提标后及二阶段工程的工艺流程见图 1,系统各主要处理单元有效容积及水力停留时间见表 1。

 图 1 一阶段提标后及二阶段工程工艺流程

表 1 系统各主要处理单元有效容积及水力停留时间
名称 有效容积/m 3 个数水 力停留时间/h
初沉池 2500 2 3.0
水解酸化池 13333 2 16.0
MSBR池 12463 2 14.96
臭氧接触氧化池 666 1 0.40
絮凝沉淀池 2500 2 2.5
曝气生物滤池 553 1 0.33

1.2 设计进出水水质
 
设计进出水水质见表 2。

表 2 设计进出水水质
项目 COD NH 3 -N TP BOD 5 pH
注:除pH外,其余项目单位均为mg/L。
进水 ≤500 ≤60 ≤8 300 6~9
出水 ≤100 ≤15 ≤0.5 15 6~9

1.3 原一期工程工艺设计特点及存在问题
 
1.3.1 原一期工程工艺设计特点
 
(1)采用了厌氧水解工艺,停留时间高达16 h,有利于将大分子、难降解有机物降解为小分子、易降解有机物,有效提高了废水的可生化性。

(2)采用了MSBR工艺,该工艺占地省、集约化程度高,工艺先进、可靠,运行管理自动化程度高。

(3)在MSBR内采用了大流量低扬程过墙式回流泵、浮筒式搅拌器及空气出水堰等新型设备,这些设备先进且维修方便,可以在系统不停产的情况下进行设备检修和维护。

(4)在MSBR中设置了回流污泥浓缩池,浓缩后的污泥流入厌氧池,上清液直接流至缺氧池,这样避免了浓缩污泥中的硝酸盐对厌氧池释磷的影响,大大强化了系统生物除磷功能。

(5)根据污水厂滩涂填海造地引起的地基软弱且细砂层液化问题严重的情况经过多方案研究采用了经济可靠且施工方便的真空预压地基处理技术,很好地解决了大型水池地基承载力及抗拔力,同时也解决了淤泥质细砂层的液化问题。

1.3.2 原一期工程存在问题
 
(1)在MSBR内采用了管式橡胶曝气器等传统设备,这些设备须在系统停产甚至池体放空的情况下才能进行检修和维护。

(2)由于厌氧水解池、MSBR池的剩余污泥和絮凝沉淀池的污泥含水率较高,均泵送至初沉池前端,经初沉池的沉淀作用,通过刮泥机得到含水率较低的污泥,以利于后续压泥。但这样导致初沉池水力停留时间仅1.3 h,停留时间偏短。

(3)由于该污水厂地处海边,空气中盐分高,对铸钢材质的带式压泥机腐蚀非常历害,设备老化严重,故障率高。

(4)生化污泥浓度较低,经常造成带式压泥机跑泥,压泥效率较低。

(5)目前处理工艺出水难以达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的一级标准。

2 一阶段提标及二阶段工程新加入的各单元作用原理
 
2.1 臭氧氧化
 
臭氧在水中极不稳定,可分解为氧气,并产生氧化能力极强的单原子氧(·O) 和羟基(·OH) 等物质。臭氧分子是选择性氧化剂,与电子供体基团结合有高反应性; 而与电子受体结合则反应性下降。而·OH 与各种有机物和无机物反应没有选择性,其反应速率主要受扩散作用的限制。由于废水中存在很多·OH的抑制剂,在臭氧浓度低时,臭氧直接氧化占主导。

臭氧氧化对污水中的COD、TOC、浊度、总氮、UV254、色度的去除效果均较好。臭氧氧化可提高污水的可生化性,特别是有利于新兴污染物的降解,国内外已有诸多将臭氧应用于饮用水消毒及污水处理的成功工程案例。

抗生素废水原本很难生化处理,经企业内污水处理站预处理后,可生化性进一步降低,特别是再与其他工业废水混合后经工业集中区污水厂二级生化处理后的尾水,更是属于不宜生化的范畴。

该混合工业废水经二级生化处理后的尾水经臭氧氧化后,大分子、难降解有机物被降解为小分子、易降解有机物,有效提高了废水的可生化性,为曝气生物滤池的进一步生化降解提供了有利条件。

2.2 曝气生物滤池
 
曝气生物滤池(BAF)是20世纪80年代末欧美发展起来的一种新型生物处理工艺,BAF工艺现已广泛应用于微污染源水处理、废水处理及中水回用等。

BAF的工作原理由3部分组成:(1)物理拦截;(2)化学氧化;(3)生物代谢。BAF的优点是占地少、运行费用较低、自动化程度高、管理方便、污染物去除效率较高、受外界环境变化的影响较小、处理效果稳定,其对COD、SS、氨氮和总磷的去除效果显著,对有机物、铁、锰、浊度等也有不同程度的处理效果〔3〕;其主要缺点是对进水SS 要求较高,一般要求进水SS﹤10 NTU。其影响因素主要有填料、滤速与空床停留时间(EBCT)、进水水质和溶解氧等。填料是曝气生物滤池的核心所在,填料应具有较好的生物膜附着性能,同时具有较大的比表面积,孔隙率大,截污能力强。

2.3 叠螺机及悬挂链式曝气器
 
2.3.1 叠螺机
 
叠螺机即叠螺式污泥脱水机的简称,其脱水原理:(1)浓缩。当螺旋推动轴转动时,设在推动轴外围的多重固活叠片相对移动,在重力作用下,水从相对移动的叠片间隙中滤出,实现快速浓缩。(2)脱水。经过浓缩的污泥随着螺旋轴的转动不断往前移动;沿泥饼出口方向,螺旋轴的螺距逐渐变小,环与环之间的间隙也逐渐变小,螺旋腔的体积不断收缩;在出口处背压板的作用下,内压逐渐增强,在螺旋推动轴依次连续运转推动下,污泥中的水分受挤压排出,滤饼含固量不断升高,最终实现污泥的连续脱水。(3)自清洗。螺旋轴的旋转,推动游动环不断转动,设备依靠固定环和游动环之间的移动实现连续的自清洗过程,从而巧妙地避免了传统脱水机普遍存在的堵塞问题。其优点:(1)设计紧凑,占地空间小,便于维修及更换;(2)不宜堵塞,具有自我清洗的功能,对含油污泥的脱水效果好;(3)低速运转,耗电极低,故障少,噪音振动小,操作安全;(4)操作简单,可实现24 h连续无人运行,日常维护时间短,维护作业简单;(5)机体几乎全部采用不锈钢材质,防腐蚀,经久耐用,能有效防止海边高盐空气腐蚀,能够最大限度延长使用寿命,更换部件只有螺旋轴和游动环,使用周期长。

2.3.2 悬挂链式曝气器
 
悬挂链式曝气器可有效地作用于好氧生化池的各个部位,氧利用率高,能耗低,供氧均匀。悬挂链式曝气器与其他曝气技术的区别在于:布气管道漂浮于水面,橡胶膜管曝气单元通过悬挂软管与漂浮布气管相连,在曝气过程中橡胶膜管曝气单元在水下可自由摆动,可延长曝气在污水中的停留时间,提高了氧气利用率,降低了能耗;悬挂链式曝气器安装、维修均无需放水,池内无需任何配置,具有高效低耗、维修方便的显著特点。

3 结果分析
 
3.1 运行效果
 
该工业集中区污水厂采用“厌氧水解+MSBR+ 臭氧氧化+絮凝沉淀+曝气生物滤池”复合工艺运行半年多以来,运行效果稳定,出水水质优于设计标准,完全达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中的一级排放标准,部分指标还达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级A标准。该污水厂2012年10月~2013年3月的平均进出水水质见表 3。

3.2 各处理单元处理效果统计分析
 
对该污水厂2012年10月~2013年3月各处理单元的处理效果进行了统计分析,见表 4。

表 3 2012 年10 月~2013 年3 月平均进出水水质
时间 COD NH 3 -N TP
进水/(mg·L-1) 出水/(mg·L-1) 去除率/% 进水/(mg·L-1) 出水/(mg·L-1) 去除率/% 进水/(mg·L-1) 出水/(mg·L-1) 去除率/%
2012年10月 458 88 80.8 43.6 12.3 71.8 8.70 0.350 96.0
2012年11月 386 63 83.7 38.3 9.6 74.9 9.31 0.378 95.9
2012年12月 587 92 84.3 55.8 13.1 76.5 6.62 0.404 93.9
2013年1月 489 86 82.4 47.9 10.7 77.7 5.86 0.353 94.0
2013年2月 520 74 85.8 28.9 4.7 83.7 7.67 0.223 97.1
2013年3月 472 83 82.4 32.6 5.6 82.8 7.83 0.278 96.4
表 4 系统各主要处理单元处理效果统计分析
单元 名称 COD平均去除率/% NH3-N平均去除率/% TP平均去除率/%
1 初沉池 29.3 15.6 25.1
2 水解酸化池 38.6 9.8 36.5
3 MSBR池 40.9 55.4 44.6
4 臭氧接触氧化池 4.1 0.3 1.4
5 絮凝沉淀池 16.7 6.7 79.6
6 曝气生物滤池 18.5 28.4 18.9

从表 4可知,初沉池、水解酸化池、MSBR池和曝气生物滤池对该混合工业废水的COD、NH3-N、TP 的去除效果显著,但臭氧氧化对该二级生化出水的COD、NH3-N、TP 的去除效果不显著,这说明该工业集中区污水厂混合工业废水二级生化出水中的某些有机物抗臭氧氧化能力较强,很难被彻底矿化。R. Javier等〔14〕 的研究也证明了这一点。虽然臭氧对该二级生化出水COD、NH3-N、TP的 去除效果不是很显著,但是经臭氧氧化后,大分子、难降解有机物被降解为小分子、易降解有机物,提高了废水的可生化性,对后续的曝气生物滤池的生物降解是有利的。显然,该复合工艺中臭氧氧化效率虽然不高,但是有效地提高了废水的可生化性,促进了后面的曝气生物滤池的进一步生物降解。具体参见http://www.dowater.com更多相关技术文档。

3.3 运行成本分析
 
从建设成本、设备折旧、药剂、人员工资、电耗等进行综合分析,采用该工艺处理混合工业废水使出水水质从《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)的三级标准达到一级标准的综合成本为1.65元/t,对比江浙一带类似污水处理成本为2.3元/t左右,相对较合理。

4 结论
 
采用“厌氧水解+MSBR+臭氧氧化+絮凝沉淀+曝气生物滤池”复合工艺处理以抗生素类制药生产废水为主的混合工业废水是可行的,当进水COD、 NH3-N、TP平均分别为485、41.2、7.66 mg/L时,出水COD、 NH3-N、TP平均分别为81、9.3、0.331 mg/L,COD、NH3-N、TP平均去除率分别为83.2%、77.9%、95.6%,出水水质达到《污水综合排放标准》(GB 8978—1996)中的一级排放标准。该工艺结构简单,连续高效,运行成本较低,处理效果好,具有明显的经济效益、环境效益和社会效益,该复合工艺的成功应用为极难生物降解的混合工业废水的处理提供了新途径。

 
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