內(nèi)循環(huán)厭氧及光催化技術(shù)聯(lián)合處理生物制藥廢水的試驗(yàn)研究.pdf

1、潔霉素是一種抗生素藥物，主要以滅菌后的淀粉、葡萄糖、豆餅粉等配制培養(yǎng)基，采用三級(jí)發(fā)酵溶媒提取法進(jìn)行生產(chǎn)。產(chǎn)生的廢水主要為發(fā)酵冷卻水、設(shè)備沖洗廢水、廢母液及提煉廢水等，屬于難降解的高濃度有機(jī)廢水，主要含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、類脂物以及少量潔霉素，如排放到環(huán)境中，不僅影響生態(tài)環(huán)境，甚至?xí)?duì)人體健康造成潛在或者累積性的危害。
　　目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)生物制藥廢水尤其是抗生素廢水的處理研究不少，但抑制微生物生長(zhǎng)或者難被微生物降解的污染物增加了生

2、物制藥廢水處理的難度。采用傳統(tǒng)的物化與生化凈化技術(shù)，處理效率低，成本高，而且降解不徹底。日益引起關(guān)注的光催化氧化技術(shù)是內(nèi)循環(huán)厭氧反應(yīng)器處理制藥廢水的良好補(bǔ)充。因此研究將IC反應(yīng)器和光催化氧化技術(shù)組合起來處理高濃度難降解的生物制藥廢水，這將為實(shí)際工程提供指導(dǎo)和參考。
　　方法:
　?。?）接種污泥后，采用間歇脈沖方式進(jìn)水來進(jìn)行啟動(dòng)調(diào)試，測(cè)COD濃度、VFA濃度、SS、pH值、溫度及產(chǎn)氣情況來判斷IC反應(yīng)器運(yùn)行情況，并對(duì)調(diào)試啟動(dòng)

3、過程進(jìn)行控制。
　?。?）IC反應(yīng)器啟動(dòng)調(diào)試過程中，采用掃描電鏡、PCR-DGGE分析微生物形態(tài)和種群變化。
　?。?）采用實(shí)驗(yàn)室建立的小試裝置，通過改變HRT和進(jìn)水COD濃度來調(diào)節(jié)反應(yīng)器進(jìn)水容積負(fù)荷，在不同進(jìn)水濃度的條件下，由基質(zhì)的降解情況確定動(dòng)力學(xué)參數(shù)。
　?。?）制備石墨烯，并以其為起點(diǎn)，采用溶膠凝膠法合成制備納米 TiO2-石墨烯復(fù)合材料，經(jīng)浸潤(rùn)提拉法涂膜及550℃高溫煅燒后，制得光催化薄膜；采用SEM、AFM

4、、XRD和HR-TEM對(duì)其進(jìn)行表征，并用電化學(xué)工作站測(cè)試其電化學(xué)性能，以光催化性能試驗(yàn)來探討光催化薄膜降解潔霉素廢水的效果。
　　結(jié)果:
　　(1) IC反應(yīng)器啟動(dòng)調(diào)試采用間歇式脈沖進(jìn)水，在污泥馴化培養(yǎng)期（10~60d），進(jìn)水負(fù)荷在2500~3000mg/L之間，容積負(fù)荷由0.75 kg/(m3·d)增加到2.0 kg/(m3·d)，出水濃度及COD去除率分別穩(wěn)定在948~1181mg/L和60％~67%之間；在逐步提高負(fù)荷

5、期（61~120d），進(jìn)水容積負(fù)荷提高至4.84 kg/(m3·d)，進(jìn)水濃度增大到8330mg/L， COD去除率維持在65%~77%之間；在顆粒污泥逐步成熟期（120~150d），進(jìn)水濃度提高到10000mg/L左右，容積負(fù)荷增加至4.46 kg/(m3·d)，但出水濃度有所波動(dòng)；在滿負(fù)荷運(yùn)行期（150d~），進(jìn)水濃度穩(wěn)定在11000mg/L左右，容積負(fù)荷在7.74~10.76 kg/(m3·d)，出水濃度穩(wěn)定在1971~3646m

6、g/L之間， COD去除率不低于66%，甚至可高達(dá)80%；
　　(2)影響IC反應(yīng)器運(yùn)行的主要因素為：
　　反應(yīng)器水力停留時(shí)間HRT隨進(jìn)水量提高而減少，對(duì)COD去除率影響不大。第120~180d，容積負(fù)荷由4.46 kg/(m3·d)提高到10.76 kg/(m3·d)，HRT由1.7天縮短至1.1天，COD去除率維持在60%~80%之間；
　　反應(yīng)器進(jìn)水pH在6.5~8.83之間，出水pH值變化要比出水VFA的變化滯

7、后，出水VFA和出水濃度呈正相關(guān)性，而與COD去除率呈負(fù)相關(guān)性；
　　反應(yīng)器出水VFA應(yīng)保持在250mg/L以內(nèi)，出水VFA維持在200mg/L以下時(shí)運(yùn)行狀態(tài)最好，出水VFA超過400mg/L時(shí)，反應(yīng)器開始酸化；
　　容積產(chǎn)氣率與容積負(fù)荷顯著相關(guān)，兩者的關(guān)系可用擬合方程式Y(jié)=0.00005x4-0.00348x3+0.05676x2+0.06849x+0.11452表示，隨著容積負(fù)荷的提高，容積產(chǎn)氣率總體呈上升趨勢(shì)。運(yùn)行穩(wěn)定

8、后，反應(yīng)器容積產(chǎn)氣率穩(wěn)定在4m3/（m3·d），單位COD產(chǎn)氣率在0.5 kg/(m3·d)。
　　(3)假設(shè)第一反應(yīng)區(qū)為完全混合流態(tài)，第二反應(yīng)區(qū)為平推流態(tài)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行推導(dǎo)，建立IC反應(yīng)器基質(zhì)降解動(dòng)力學(xué)模型：
　　(4)厭氧顆粒污泥的形態(tài)在電鏡下顯示：表面高低不平，且有各種形狀的孔洞附著在顆粒污泥表面；微生物群落在厭氧顆粒污泥中主要是球菌，絲狀菌、桿狀菌并存。
　　反應(yīng)器內(nèi)厭氧顆粒污泥的粒徑的變化有一定的規(guī)律性。啟

9、動(dòng)完成后，反應(yīng)器中小于0.5mm的顆粒，逐漸減少，從63.3%減少到45.7%；大粒徑的污泥從無到有，大于3.0mm的顆粒增加到6.5%。
　　啟動(dòng)過程中污泥產(chǎn)甲烷活性在不斷增加，運(yùn)行90d、120d、150d的顆粒污泥的比產(chǎn)甲烷活性呈遞增的趨勢(shì)。隨著HRT的減小，污泥產(chǎn)甲烷活性和輔酶F420的變化一致，呈下降趨勢(shì)。
　　(5)納米TiO2在TiO2/GR復(fù)合材料分布較為均勻，具有良好的光催化活性和導(dǎo)電性能；
　　(6

10、)通過光催化性能試驗(yàn)處理潔霉素廢水可知，在紫外光作用下，COD去除率為80%，而在自然可見光作用下，COD去除率僅有25%。
　　對(duì)同一種溶液pH值越小，酸性越強(qiáng)時(shí)，光催化能力越強(qiáng)，而在中性、弱酸弱堿性時(shí)，光催化能力相差不大。
　　以LHHW模型為基礎(chǔ)，采用牛頓插值法和初始濃度法對(duì)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果反應(yīng)速率常數(shù)k0和吸附平衡常數(shù)k A。
　　結(jié)論:
　?。?）IC反應(yīng)器啟動(dòng)調(diào)試時(shí)間分為三個(gè)階段：前60d

11、為污泥馴化培養(yǎng)期，61~120d為提高負(fù)荷期，120d~180d為滿負(fù)荷運(yùn)行期，IC反應(yīng)器處理潔霉素廢水的啟動(dòng)調(diào)試時(shí)間需150天左右，設(shè)計(jì)容積負(fù)荷取6~10kg/（m3·d）， COD去除率基本上在60%-80%之間。
　?。?）IC反應(yīng)器降解潔霉素廢水的動(dòng)力學(xué)模型：
　　進(jìn)水流量維持不變的情況下，基質(zhì)去除效率可以通過增大反應(yīng)器高度來得到有效提高。
　　（3）厭氧活性顆粒污泥中的微生物以球菌為主，絲狀菌、桿狀菌并存，具