維生素C制藥廢水厭氧酸化及控制技術(shù)研究.pdf

1、維生素C是人體必需的一種營(yíng)養(yǎng)類物質(zhì)，也可作抗氧化劑和食品添加劑，被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、食品、飲料、飼料、化妝品等行業(yè)。中國是VC生產(chǎn)大國，年產(chǎn)量接近20萬t，生產(chǎn)工藝主要為兩步發(fā)酵法，生產(chǎn)過程會(huì)排放菌絲體廢水、洗灌水、酸洗和堿洗廢水、古龍酸母液、轉(zhuǎn)化母液、蒸醇?xì)堃?、精制母液等多種廢水，特點(diǎn)是水量大、有機(jī)污染物濃度高、成分復(fù)雜、難降解、毒性大、含鹽高，嚴(yán)重威脅水環(huán)境和人類健康，目前國內(nèi)外主要采用厭氧與好氧結(jié)合的工藝進(jìn)行處理。隨著人們對(duì)環(huán)境污染

2、的關(guān)注，制藥廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)不斷提高，尤其是《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB21903-2008)的實(shí)施，要求處理工藝中各個(gè)單元更加高效穩(wěn)定運(yùn)行，其中厭氧處理就成為整個(gè)工程能否達(dá)標(biāo)排放的關(guān)鍵。
　　在厭氧生物處理過程中，產(chǎn)酸菌和產(chǎn)甲烷菌相互依賴相互制約處于一個(gè)穩(wěn)定的平衡狀態(tài)，但因產(chǎn)甲烷菌對(duì)環(huán)境因子要求比較嚴(yán)格，活性容易被抑制，從而導(dǎo)致?lián)]發(fā)酸(VFA)大量積累，而酸性狀態(tài)又對(duì)甲烷菌有毒害作用，最終引起厭氧反應(yīng)器的運(yùn)行失敗，即“

3、酸化”。酸化已成為制約厭氧工藝實(shí)際應(yīng)用的一個(gè)嚴(yán)重問題。VC制藥廢水的厭氧處理在工程上最常使用升流式厭氧污泥床(UASB)與內(nèi)循環(huán)厭氧(IC)反應(yīng)器，其容積較大，負(fù)荷較高，一旦出現(xiàn)酸化不僅出水水質(zhì)下降，對(duì)環(huán)境造成污染，并且酸化后恢復(fù)費(fèi)用也高。因此研究厭氧反應(yīng)器的酸化與控制技術(shù)對(duì)其高效穩(wěn)定運(yùn)行、減少污染、降低投資具有重要的意義。
　　方法:
　　(1)接種污泥后，啟動(dòng)厭氧小試反應(yīng)器并逐步提高負(fù)荷沖擊致酸化，監(jiān)測(cè)進(jìn)出水COD、pH

4、、VFA、ALK、容積產(chǎn)氣率等各參數(shù)，建立酸化預(yù)警參數(shù)。
　　(2)在現(xiàn)場(chǎng)采用中試反應(yīng)器處理VC制藥廢水，驗(yàn)證酸化預(yù)警參數(shù)的適用性并根據(jù)實(shí)際廢水進(jìn)行參數(shù)校正;在正常運(yùn)行、輕度酸化、重度酸化時(shí)從反應(yīng)器不同高度取樣，比較不同時(shí)期不同高度各參數(shù)的變化，采用掃描電鏡、PCR-DGGE分析微生物形態(tài)和種群變化。
　　(3)連續(xù)流態(tài)下采用模擬廢水培養(yǎng)好氧顆粒污泥并處理制藥廢水，穩(wěn)定運(yùn)行后采用中試反應(yīng)器酸化出水進(jìn)行酸沖擊，監(jiān)測(cè)各參數(shù)和污泥

5、性質(zhì)變化。
　　(4)使用2個(gè)小試設(shè)備同時(shí)處理VC制藥廢水，溫度分別上升和下降直至酸化;采用0、3、6、12的外循環(huán)比高負(fù)荷沖擊致酸化;每次酸化分別采用不同的方法進(jìn)行恢復(fù)。
　　結(jié)果:
　　(1)VC廢水COD為3000～5000mg/L時(shí)，中試反應(yīng)器最大容積負(fù)荷為20kgCOD/(m3·d);當(dāng)VFA/ALK＜0.35，且VFA/CODin＜0.1，厭氧反應(yīng)器穩(wěn)定，當(dāng)VFA/ALK＞0.35，或VFA/CODin＞0

6、.1，會(huì)發(fā)生酸化。酸化初期，參數(shù)的敏感程度為:容積產(chǎn)氣率下降＞VFA上升＞ALK下降＞COD去除率下降＞pH值下降，酸化從底部向上延伸，2～3m處最先變化。
　　(2)正常顆粒污泥顏色較黑，粒徑在1～2mm之間，以球形和橢球形為主;顆粒最大沉速103.2m/h，SVI約為15;2m處的VSS/SS和比產(chǎn)甲烷活性分別為78.4％和372.1mLCH4/(gVSS·d)，掃描電鏡觀察到污泥表面布滿了形態(tài)飽滿的球菌和形狀均勻整齊的桿菌，

7、表面和內(nèi)部有很多孔隙和空洞。厭氧反應(yīng)器酸化時(shí)，顆粒污泥顏色發(fā)灰發(fā)黃，3m處沉降速度為42.6m/h，SVI值在1～2m處升高至20，3m處下降至10，污泥VSS/SS下降至64.1％，比產(chǎn)甲烷活性還不及正常的1/3，細(xì)胞畸形、破裂，出現(xiàn)大量細(xì)胞死亡留下的空腔和一些其他形態(tài)的雜菌，菌群相似性指數(shù)為43.2％，多樣性和豐度均顯著下降。
　　(3)連續(xù)流態(tài)下接種厭氧顆粒污泥和好氧絮狀污泥，50d左右成功培養(yǎng)出好氧顆粒污泥，對(duì)VC制藥廢水

8、的COD、氨氮、TP去除率分別在90％、90％、70％以上。掃描電鏡觀察到好氧顆粒表面被絲狀菌包裹，內(nèi)有短桿菌和少量球菌且存在許多直徑約20～80μm的空穴。厭氧反應(yīng)器完全酸化后，好氧顆粒污泥系統(tǒng)對(duì)COD、氨氮、TP的去除率分別下降到35％、50％和30％，其影響程度為:TP＞COD＞NH3-N;反應(yīng)器中顆粒污泥大量解體，污泥SVI升高到82.4;污泥顏色變暗，顆粒變得松散，沉降速度降至24～41m/h。顆粒表面原有的絲狀菌流失，細(xì)胞殘

9、留物增多，僅剩部分桿菌和少量球菌。
　　(4)溫度上升比下降對(duì)反應(yīng)器的影響顯著，容積負(fù)荷為10kgCOD/(m3·d)時(shí)，溫度超過39℃或低于29℃，反應(yīng)器容易酸化。外循環(huán)有利于反應(yīng)器啟動(dòng)，減少VFA的積累，循環(huán)比的選擇以反應(yīng)器內(nèi)水流上升流速小于3.0m/h為宜。厭氧出水回流+投加顆粒污泥+降低負(fù)荷、好氧出水回流+投加顆粒污泥+降低負(fù)荷、好氧出水回流+降低負(fù)荷、清水沖洗+降低負(fù)荷法四種恢復(fù)方法的恢復(fù)時(shí)間分別為7d、9d、11d、1

10、1d。
　　結(jié)論:
　　(1)酸化預(yù)警參數(shù)VFA/ALK和VFA/CODin能及時(shí)反應(yīng)酸化的發(fā)生。
　　(2)厭氧反應(yīng)器酸化時(shí)，顆粒污泥顏色、粒徑、沉速、SVI值、比產(chǎn)甲烷活性、微觀結(jié)構(gòu)、菌群組成均發(fā)生顯著變化。
　　(3)連續(xù)流態(tài)下可以培養(yǎng)出好氧顆粒污泥并對(duì)VC制藥廢水的污染物有良好的去除效果，耐輕度酸沖擊，厭氧重度酸化致好氧工藝運(yùn)行失敗，出水有損人體健康。
　　(4)容積負(fù)荷為10kgCOD/(m3·d