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化學制藥廢水處理研究進展

發布時間:2011-12-6 14:21:45  中國污水處理工程網

隨著合成醫藥工業的發展,化學制藥廢水已成為嚴重的污染源之一。制藥工業是國家環保規劃中重點治理的12個行業之一。據統計,制藥工業占全國工業總產值的1.7%,而污水排放量占2%。由于化學成分品種繁多,在制藥生產過程中使用了多種原料,生產工藝復雜多變,產生的廢水等成分也十分復雜。這就給當今環境保護制造了一個難題。            

1 化學制藥廢水特點       

1.1COD含量高、成分復雜       

化學制藥廢水的COD、BOD5值高,有的高達幾萬甚至幾十萬,但B/C值較低,廢水一經排入水體中,就會大量消耗水中溶解氧,造成水體缺氧。同時,廢水的成分復雜且變化大,有機物種類繁多、濃度高、營養元素比例失調。                

1.2 無機鹽濃度高           

廢水中的鹽分濃度過高對微生物有明顯的抑制作用,當氯離子超過3000mg/L時,未經馴化的微生物的活性將明顯受到抑制,嚴重影響廢水處理的效率,甚至造成污泥膨脹,微生物死亡的現象。            

1.3 存在生物毒性物質            

廢水中含有氰、酚或芳香族胺、氮雜環和多環芳香烴化合物等微生物難以降解,甚至對微生物有抑制作用的物質。           

2 合成制藥廢水生化前預處理方法            

預處理為降低后續生物處理難度,在生物處理前必須先進行預處理,達到排除生物毒性物質干擾,降低廢水濃度的目的。目前合成制藥廢水生化前預處理方法主要包括:物化法、生物法等。               

2.1物化法            

2.1.1 混凝法 化學制藥廢水成分復雜,沖擊負荷大,采用化學絮凝進行預處理,以便減少生物毒性物質干擾,降低廢水濃度。利用混凝沉淀方法去除混合液中的有機物及部分非溶解態的溶媒物質具有較好的效果,COD由4080mg/L降低至2774mg/L,平均去除率達到32.0%。但是,混凝法容易產生二次污染。        

2.1.2 膜分離法膜技術 如用NF-90納濾膜處理水楊酸廢水,COD為4000-5000mg/L,去除率高達80%以上。利用該項技術對抗生素廢水進行濃縮分離,有良好的經濟效益和社會效益。          

2.1.3 電解法 如在甲紅霉素廢水中加入NaCl電解質,電解陽極間接氧化法的處理效果。電解產物NaClO具有極強的氧化性,當進水COD為331630mg/L時,其COD去除率可達46.1%,但所需電解時間相對較長。     

2.1.4 微電解法 如采用鐵屑-活性炭內點解法預處理大連某制藥廠廢水,COD去除率達到了23.38%,B/C由0.1提升至0.31。          

2.1.5 Fenton氧化技術 Fenton氧化技術是高級氧化技術中的一種,與其他高級氧化技術相比,Fenton氧化技術具有快速高效、可產生絮凝、設備簡單、成本低、技術要求不高等優點。

2.2 生物法             

目前生物法預處理化學制藥廢水主要采用水解酸化。其原理是在廢水處理中,利用水解酸化來提高廢水的可生化性,也為廢水的后期處理創造良好的條件。對于含有難降解物質較高的制藥廢水,水解酸化的重要作用已經逐漸得到人們的認可,水解酸化的相關研究也成為國內外的研究熱點。如采用水解酸化法對化學制藥廢水進行的預處理試驗,結果表明,廢水COD由2560mg/L降為1623mg/L,B/C由0.375提升至0.427。  

3 生物性處理               

3.1厭氧生物處理         

通常指在無分子氧條件下,通過兼性菌和厭氧菌的代謝作用降解廢水中的有機污染物,分解的最終產物是甲烷、二氧化碳、水及少量硫化氫和氨。厭氧處理的特點:厭氧處理具有對營養物需求低、成本低、能耗低、節能、污泥產量小等優點。但也有其弊端,例如厭氧處理的出水質量較差,通常需要后處理以使廢水達標排放。另外,厭氧處理在操作對操作過程和技術要求非常高。             

目前,國內外處理高濃度有機廢水主要是以厭氧法為主要手段和途徑。用于化學制藥廢水處理的厭氧工藝主要包括:厭氧復合床(UBF)、上流式厭氧污泥床(UASB)、厭氧折流板反應器(ABR)等。                

3.1.1 上流式厭氧污泥床(UASB)法 UASB法是目前研究較多,應用日趨廣泛的廢水厭氧生物處理工藝,它具有以下優點:(1)可實現污泥的顆粒化;(2)氣、固、液的分離實現了一體化;(3)通常情況下不發生堵塞。但是UASB工藝也存在一些難以解決的問題:如三相分離器的設計還沒有一個成熟的方法,對那些含有高濃度懸浮固體的廢水需要考慮懸浮物(SS)的預處理問題,污泥的顆粒化對工藝要求比較嚴格等。具體參見http://www.qrnlka.icu更多相關技術文檔。

采用UASB對上海化工廠排放的高濃度、高鹽度有機廢水進行處理。試驗結果表明,該化工廠CMC生產廢水采用UASB工藝處理可行。廢水經厭氧處理,COD去除率超過60%。

3.1.2 厭氧復合床(UBF) UBF反應器的主要特點是:下部為污泥床,充分發揮其生物保有能力大,成熟后的顆粒污泥去除有機物效率高的作用;上部為過濾層,充分發揮濾層填料有效截留厭氧污泥的能力,減輕了厭氧反應器運行過程中的污泥流失。馮婧微等采用UBF處理水解酸化后的抗生素廢水,COD由9262mg/L降至769mg/L,去除率達到了91.7%。

3.1.3 厭氧折流板反應器(ABR) 厭氧折流板反應器(ABR)具有獨特結構,是一種理想的多段分相、混合流態的處理工藝。它具有良好的生物分布和生物固體截流能力,對有毒物質適應性強,抗沖擊負荷能力強,并且具有啟動較快、運行穩定等多種優良性能。

采用ABR反應器處理高濃度頭孢抗生素廢水,當進水COD負荷控制在2.67-3.0kg/(m3.d),溫度控制在35±0.5℃時,ABR對該廢水COD的去除率可達在50%,且其可生化性得到了有效的提高,促進了廢水進一步后續生化處理的運行穩定性。

3.2 處理技術          

3.2.1 好氧生物處理技術 是指廢水中的溶解性有機物在好氧微生物作用下轉化成不溶性可沉的微生物固體和一部分有機物,從而使廢水得到凈化的過程。如采用逐步提高有機負荷鹽濃度的方法,馴化出耐高濃度鹽污泥,在進水NaCl質量濃度為2.68×104-4.72×104mg/L之間時,保持較高的污泥濃度可使反應器COD容積負荷達到0.6kg/(m3.d),COD和苯乙酸去除率達到95%以上。               

3.2.2 生物接觸氧化法 如采用生物接觸氧化處理醫藥中間體TMBA廢水,最高進水COD控制在1600mg/L左右,COD去除率高達90%左右。                       

3.2.3 AB法 AB法屬超高負荷活性污泥法,如采用A-B二段法處理環氧丙烷皂化廢水,COD去除率可達80-86%。

3.2.4 SBR法 SBR法如采用SBR法對藥物合成廢水預處理出水,進水COD為2000-2500mg/L,可生化性為0.2,出水COD降到200mg/L以下,COD去除率達到90%左右。               

3.2.5 膜生物反應器 膜生物反應器(MBR)是近年來一種迅速發展的廢水生物處理技術。該項新型技術是將污水的生物處理技術和膜過濾技術結合在一起。對有機污染物去除率高,出水中沒有懸浮物,硝化能力強,污泥產率低,便于實現自動化控制。如利用一體式膜生物反應器對COD為2500-4000mg/L的抗生素廢水進行了處理。           

3.3 傳統的生物強化污水處理技術工藝       

由于活性污泥中雜菌多,導致消耗較多的氧與養料,抑制了正常細菌的生長和作用發揮,對其進行分離純化后,能獲得較高的降解效率。如分離、篩選得到的效應菌株分別屬不動桿菌屬、假單胞菌屬、埃希氏菌屬和芽孢桿菌屬,將效應菌株制成混合菌液處理β-2內酰胺環類抗生素廢水,廢水COD由4100mg/L降至989.7mg/L,COD去除率達到了75.86%,并對此類抗生素有較強耐受能力。          

3.4 固定化技術            

固定化微生物法是將微生物固定在載體上或定位于限定的空間區域內,并保持其生物功能,反復利用。固定化微生物技術已用來處理四環素、阿苯噠唑、撲爾敏、布洛芬等制藥生產廢水,另外,亦可在SBR中采用固定化微生物技術來處理氨氮含量高的制藥廢水。如PVA復合載體包埋固定化微生物顆粒處理抗生素廢水的工藝條件,活性微生物為經抗生素廢水以10%濃度增幅馴化75d后的活性污泥。              

結果表明:進水COD為2000mg/L、曝氣20h、溫度控制在10-45℃、pH值7-10、固定化顆粒與廢水比例1:4是固定化活性污泥處理抗生素廢水的最佳工藝條件,COD去除率可達80.57%。              

3.5 化學制藥廢水的處理             

化學制藥廢水的處理多數采用單一生化法處理不能徹底解決問題,必須進行必要的預處理。首先設調節池,調節水質水量和pH,且根據實際情況采用特定物化或化學法進行預處理,提高廢水的可降解性,以利于廢水的后續生化處理。預處理后的廢水,可選取某種厭氧和好氧工藝進行處理,如采用微電解-厭氧水解酸化-SBR串聯工藝處理化學合成制藥廢水,原廢水BOD5/COD約為0.13,屬難生物降解廢水,經微電解-厭氧水解酸化處理后,出水BOD /COD可達0.63,可生化性大大提高。          

在進行SBR處理時,維持SBR進水COD在1500mg/L左右,污泥負荷為0.5kgCOD/(kgMLSSd),曝氣8-10h,出水COD可以降低至200mgL-1以下。如采用吹脫-厭氧-好氧串聯工藝處理含有氯霉素、抗菌素增效劑和磺胺新諾明的合成制藥廢水,經吹脫和厭氧水解酸化處理后,COD去除率為70%,再經好氧生化系統處理,COD去除率可達60%。               

4 結語           

化學制藥廢水是一種成分復雜、毒性高、含難降解有機物質的有機廢水,目前的處理方法有預處理-生物處理。工程應用以單元處理為主,因此開發經濟、有效的復合水處理單元迫在眉睫。此外,新技術如膜技術、生物強化技術等的應用在化學制藥廢水處理方面有更廣闊的應用前景。 (谷騰水網)           

參考文獻           

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