發酵制藥廢水處理技術

更新時間：2014-10-11 09:52 來源：環境工程學報作者: 閱讀：2598

發酵制藥廢水具有成分復雜，污染物濃度高，可生化性差等特點，國內對該類廢水的處理主要采用生化組合的處理工藝。該工藝雖可去除廢水中的大部分污染物，但對有機污染物的去除效果不佳，出水色度常出現超標現象。2008年強制施行的《發酵類制藥工業水污染物排放標準》（GB21903—2008）對發酵類制藥工業水污染物的排放要求更加嚴格，傳統的生化處理技術已難以滿足新的排放標準要求，因此，尋求適宜的深度處理技術成為許多企業的當務之急。

目前，應用于發酵制藥廢水深度處理的方法主要有吸附法、高級氧化法、微電解法、電解法等。其中，三維電解法作為一種新型的電化學處理技術，有著不使用或較少量使用化學藥品，處理構筑物體積小，處理效率高，不發生二次污染等特點，被廣泛應用于廢水的深度處理中。本研究以某制藥企業的二級生化出水為研究對象，根據其水質特點采用三維電解法對其進行處理，通過單因素實驗對影響處理效果的各因素進行了研究，在此基礎上，通過正交實驗得到了最佳工藝參數。最后，采用活性污泥法對電解出水進行了后續處理。此項研究的目的在于探討該類廢水經深度處理后達標排放的可能性。

1實驗材料與方法

1.1廢水水質

實驗用水為某制藥廠二級生化出水，其水質如表1所示。

1.2實驗裝置

實驗采用自制的長方形電解槽裝置，見圖1。

電解裝置由電源、曝氣裝置、電解槽及其他附件等組成，電解槽（120mm×100mm×120mm）有效容積為1.2L，共2對電極板，陽極采用不銹鋼板，陰極采用石墨板，極板距保持在3cm，電極板尺寸為70mm×70mm。電解槽底部裝有多孔布氣板，孔徑為1mm，利用空氣壓縮機向反應系統提供適量空氣，用轉子流量計控制曝氣量大小，以使粒子均勻地懸浮于容器中。實驗第三極材料采用2.0mm大小的活性炭顆粒，使用前先用稀硫酸進行表面活化，然后在清水中浸泡24h，使其充分解吸，再置于烘箱中于105℃下烘烤24h；使用時先用實驗廢水浸泡活性炭，使其達到吸附平衡。

1.3實驗方法

將約1L實驗廢水加入到電解槽中，采用空壓機進行曝氣，調節電壓、電流至所需值后，接通電源，反應到所需時間后停機，靜置，過濾，取濾液進行水質分析。主要考察電解時間、電流密度、pH、活性炭投加量等因素對處理效果的影響。最后，對電解出水采用活性污泥法進行處理，以使最終的處理出水能夠達標排放。

1.4分析方法

COD、色度、氨氮的測定采用標準方法，紫外-可見光圖譜分析所用儀器為日本島津UV-2550型紫外-可見光分光光度計，紅外圖譜分析所用儀器為PerkinElmer的Spectrumone型紅外分析光譜儀。

2結果與討論

2.1單因素實驗分析

2.1.1電流密度對三維電解效果的影響

根據相關文獻和預備實驗，確定初始反應條件：進水pH為5，電解時間為30min，活性炭投加量為10g/L。在此條件下，改變電流密度，考察其對三維電解效果的影響，結果如圖2所示。

由圖2可知，隨著電流密度的增大，COD和色度去除率增大。當電流密度由10mA/cm2增加至40mA/cm2時，反應電流通過第三極粒子，COD去除率的增幅較大，而當電流密度從40mA/cm2增大到60mA/cm2時，COD去除率的增幅只有9.08%。這是因為電流密度過大，導致在活性炭電解上發生一些副反應，使得污染物不能很好地通過電解去除，使COD去除率增幅變小。三維電解的脫色效果十分明顯，通電后，鐵從陽極溶解生成Fe2+，氧在陰極上還原為H2O2，生成的羥基自由基可與發色或助色基團反應，電解30min后，色度去除率即達到了60％以上，出水顏色由淺黃色變成無色。三維電解對氨氮的去除率不高，氨氮靠間接電氧化作用能得到一定的去除，另外，氯離子在陽極上氧化為游離氯，溶于水溶液中形成“活性氯”，其與氨氮反應產生氮氣，也可使氨氮得到一定的去除。綜合考慮處理效果和處理成本，選擇電流密度為40mA/cm2。

2.1.2電解時間對三維電解效果的影響

在進水pH為5，活性炭投加量為10g/L，電流密度為40mA/cm2的條件下，考察了電解時間對三維電解效果的影響，結果如圖3所示。

由圖3可知，電解10min時，COD去除率達到55.6%，但當電解時間為20min時，COD去除率不升反降，隨著電解時間的進一步延長，COD去除率又逐漸上升直到平穩。這可能是因為反應進行至一定時間，三維電解將部分原來不能被COD試驗測定的復雜物質氧化成能被測定的小分子物質，使得COD的可測定范圍增大，造成COD測定值偏高。電解60min后可降解有機物已基本被去除。

隨著電解時間的延長，色度去除率呈先上升后下降的趨勢。電解30min時，色度去除率就達到80.0%以上，當電解時間為60min，色度去除率可達到90.0%。但隨電解時間的進一步延長，色度去除率反而降低，這是因為電解時間過長，溶液中溶解的鐵離子增多，導致出水色度增加，色度去除率下降；同時，電解時間過長，會使絮凝污泥量加大，并可能會形成包裹住活性炭顆粒的絮凝物，不利于廢水處理。綜合考慮處理效果和處理成本，選擇電解時間為30min。

2.1.3pH對三維電解效果的影響

在電流密度為40mA/cm2，活性炭投加量為10g/L，電解時間為30min的條件下，考察了pH對三維電解效果的影響，結果如圖4所示。

由圖4可知，色度去除率隨著pH的增大逐漸減小，當pH為2～3時，色度去除率最大，達到90.0%。COD去除率隨pH的變化則呈現出一條波浪線，酸性環境（pH為2～3）有利于整個體系產生電芬頓效應，產生的·OH能夠直接氧化難降解有機物，有利于COD的去除；微堿環境有利于產生新生態的Fe2+，絮凝效果好，也有利于COD的去除。pH過高，電解槽中可生成大量絮凝體，在陽極表面產生一層不溶于水的墨綠色物質，阻礙反應的繼續進行，導致污染物的去除效果降低。綜合考慮處理效果和處理成本，選擇pH為3。具體參見http://www.dowater.com更多相關技術文檔。

2.1.4活性炭投加量對三維電解效果的影響

在電流密度為40mA/cm2，電解時間為30min，pH為3的條件下，改變活性炭投加量（5、10、15、20、25、30g/L），考察了其對三維電解效果的影響。結果表明，隨著活性炭投加量的增加，COD和色度去除率呈先上升后下降的趨勢，氨氮去除率則逐漸減小。當活性炭投加量為10g/L時，COD和色度去除率均達到最大，分別為91.8%和90.0%，氨氮去除率達到30%。第三極粒子活性炭投加過量，會增加其相互接觸造成短路，影響被感應而帶電的第三極粒子電解的形成，嚴重時會導致部分粒子電解沉淀在反應器底部，導致廢水處理效果降低。根據實驗結果，選取活性炭投加量為10g/L。

2.2正交實驗分析

根據單因素實驗結果，以電流密度、電解時間、pH、活性炭投加量為影響因素，COD去除率為評價指標（因影響因素較多，稀釋倍數法測定色度的方法不精確）進行了正交實驗，結果如表2所示。

由表2可知，4個因素對處理效果的影響順序依次為電流密度>pH＞電解時間＞活性炭投加量；最佳水平組合：電流密度為50mA/cm2，電解時間為40min，pH為3，活性炭投加量為15g/L。

2.3生化處理

因為電解出水中的氨氮比較高，所以需進行電解后續的生化處理。接種污泥取自污水處理廠的二沉池，培養馴化過程中投入電解出水，逐步將處理水的投加量由5%增加至100%，直至出現指示生物，馴化過程歷時1個月。將最佳電解條件下（電流密度50mA/cm2，電解時間40min，pH為3，活性炭投加量15g/L）處理的出水投入到馴化好的活性污泥反應器中，在反應溫度為25℃，曝氣時間為8h的條件下進行生化處理，結果如表3所示。