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工业废水的生物处理

EGSB 反应器处理抗生素制药废水的性能研究

添加时间:2020/06/03

  北极星水经管网讯:抗生素是邦内常用的生物成品,正在其临蓐进程中会发作洪量的废水,抗生素废水中含有高浓度的有机物,而且具有必定的毒性。若管理欠妥会对四周处境发作极大的摧残。

  目前,针对高浓度有机废水,常用的经管设施为厌氧生物经管,正在去除有机污染物的同时还能接受局部甲烷。颗粒污泥膨胀床(EGSB)响应器是一种新型的厌氧经管技能,与常用的高贵式厌氧污泥床(UASB)响应器比拟,其具有上升流速高、有机物去除率高、抗进攻本事强及容积负荷上等上风,可普及运用于高浓度或有毒、难降解有机废水。

  本推敲修建EGSB响应器经管高浓度抗生素制药废水,考试其对该废水的经管本能及耐进攻本事,判辨了微生物群落组织来确定上风菌群,以期为从此EGSB响应器正在抗生素制药废水经管中的运用供给必定的技能撑持。

  本实践底物为抗生素制药废水,取自哈尔滨市某制药厂废水经管站汇集池。汇集后的废水储存正在塑料筒内,室温下待用。经检测,废水水质目标:COD为(15 772±225) mg/L,SS为(478±32) mg/L,NH4+-N为(17±2) mg/L,TP为(3.9±0.6) mg/L,碱度为(235±12) mg/L,pH为6.8±0.3,色度为752±56倍。该废水含有高浓度的有机物,且氮、磷等养分元素亏损,

  因而,正在进水中通过投加必定量的NH4Cl和KH2PO4来支持进水m(C)∶m(N)∶m(P)为500∶5∶1,以知足厌氧微生物的根本代谢需求。

  响应器接种污泥汇集于哈尔滨某市政污水经管厂,为脱水机房板框压滤机出泥(含水率为75%),该污泥合键来自生化响应后二浸池的排出污泥。污泥汇集后以0.600 mm×0.450 mm(30目×40目)的不锈钢筛网举行筛分以去除大颗粒物质,以提防后续蠢动泵及管道的梗塞。预经管后的污泥直接投加至EGSB响应器。经检测,接种时的污泥总悬浮物(TS)和挥发性悬浮物(VS)差别为(9.6±0.4) g/L和(7.2±1.0) g/L。

  EGSB响应器装配由有机玻璃制成,有用容积为25 L。顶部安设玻璃钢材质气液固三相区别器,内部安设pH探头以及时检测编制pH改观。响应器外壁围绕电阻丝举行电加热,并与温度探头连锁自愿支配响应温度为(35±1) ℃。当预经管后的接种污泥投

  加进EGSB响应器后,废水由可调速蠢动泵输送进响应器内,稀释进水COD,支配启动容积负荷为1.0 kgCOD/(m3·d)(HRT 为48 h),正在响应器启动运转进程中,逐渐升高容积负荷直至满负荷运转〔7.9kgCOD/(m3·d)〕。当响应器启动胜利后,循序消浸编制HRT差别为40、32 h〔对应的容积负荷差别为9.5、11.8 kgCOD/(m3·d)〕,以确定最适的容积负荷。响应器局部出水通过计量泵回流至进水。

  响应器发作的生物胸宇采用LMH-1型湿式气体流量计(山东桑泽仪器)举行测定。甲烷体积分数采用7890B型气相色谱(美邦安捷伦)举行测定。

  COD、BOD5、TS、VS、NH4+-N、TP、碱度和色度采用邦度圭臬设施举行判辨。污泥粒径采用湿式筛分法举行测定,菌群品种判辨采用文献中所述的离心洗涤、试剂提取、凝胶电泳及基因扩增设施举行测定。

  考试全体实践时代(200 d)EGSB响应器的连接运转本能,结果睹图2。

  由图2可知,正在EGSB响应器启动进程中,通过进步进水COD使容积负荷由1.0 kgCOD/(m3·d)逐渐进步直至7.9 kgCOD/(m3·d)(满负荷)运转。

  正在每一个容积负荷要求下运转,当COD去除率抵达80%时,循序进步容积负荷至2.0、2.9、3.9、4.9、5.8、6.9、7.9 kgCOD/(m3·d)。全体启动进程不断了约90 d,启动胜利后的EGSB响应器正在22 d的运转年光内本能安宁,COD均匀去除率安宁正在91.6%±1.8%,出程度均COD为(1 320±15) mg/L。

  别的,正在EGSB响应器启动进程中,每次进步容积负荷时,编制的COD均匀去除率均呈先降落后升高的趋向,这是由于响应器内厌氧微生物对新的运转要求须要有必定的顺应期。

  正在响应器运转的第102 d,消浸编制HRT至40 h以进步容积负荷至9.5 kgCOD/(m3·d),原委20 d的运转呈现编制的COD去除率险些没有改观,COD均匀去除率为91.4%±0.8%。当编制HRT进一步消浸至32 h时〔此时容积负荷为11.8 kgCOD/(m3·d)〕,COD均匀去除率降落至83.5%±1.2%,出程度均COD升高至(2 558±97) mg/L。

  同时,正在EGSB出水中呈现颗粒污泥的存正在,这是由于正在HRT为32 h下过速的上升流速导致局部污泥流失,从而使厌氧微生物数目裁汰,编制经管恶果降落。将编制HRT再次升高至40 h,原委20 d的运转,编制运转本能复兴至原程度,COD均匀去除率升高至91.7%±1.1%。

  这剖明,本推敲EGSB响应器正在HRT为40 h〔容积负荷9.5kgCOD/(m3·d)〕的要求下运转更具上风,既能竣工高COD去除本事又能减小响应器的容积负荷。

  正在响应器运转的1~157 d内,EGSB响应器内的pH安宁正在6.9~7.6,此pH领域有利于厌氧产甲烷菌群的增殖代谢。为考试响应器运转的安宁性及抗进攻本事,正在运转的第158 d,正在进水中投加必定量浓度31%的盐酸将pH消浸至5.6,低于厌氧微生物的最适pH领域(6.5~8.5),考试EGSB响应器的运转功效。

  结果剖明,当进水pH消浸后,EGSB响应器的COD均匀去除率即刻大幅度消浸,从而导致出水COD上升。COD均匀去除率降落至74.8%±1.9%,较pH调整前消浸了18.4%,出水COD升高至(3 973±102) mg/L。

  跟着年光的运转,厌氧微生物渐渐顺应了低pH处境,对COD的去除率渐渐升高,并抵达安宁形态。EGSB响应器原委25 d的连接运转,COD均匀去除率复兴至83.4%±1.3%,低于pH调动前的COD均匀去除率(91.7%±1.1%),这剖明低pH处境对响应器内的产甲烷菌群发作了必定水准不成逆的负面影响。

  因而,支持编制pH正在厌氧微生物的最适领域内,对EGSB响应器的高效安宁运转至合紧张。

  由图3可知,EGSB正在启动进程中,跟着容积负荷的逐渐升高,甲烷产率渐渐升高。当编制满负荷运转时,甲烷均匀产率为(2.33±0.04) L/(L·d)。当消浸编制HRT至40 h时,甲烷产率升高至(2.56±0.05) L/(L·d),跟着HRT进一步消浸至32 h,甲烷产率无间升高至(2.82±0.04) L/(L·d)。

  只管正在HRT为32 h时,编制COD均匀去除率较低,为83.5%±1.2%,但其进水的有机物总量较高,最终去除的有机物总量均高于HRT为48 h和40 h的运转要求,因而,编制会发作更众的甲烷。

  但归纳琢磨COD去除恶果,编制HRT 为32 h不适合EGSB响应器的永恒运转。当编制受到低pH进攻后,COD去除率大幅度降落,甲烷产率同样大幅度降落至(2.04±0.04) L/(L·d),较pH调动前消浸了27.7%,低pH对产甲烷菌群的负面影响导致了甲烷产量的降落。

  跟着厌氧微生物渐渐顺应新的代谢处境,代谢本能渐渐巩固并安宁,从而甲烷产率渐渐升高,最终安宁正在(2.26±0.07) L/(L·d)驾驭,低于pH调动前的甲烷产率。

  正在全体运转进程中,EGSB响应器发作的生物气中甲烷体积分数较为安宁,正在57.3%~72.2%之间改观,甲烷体积分数受容积负荷及pH进攻的影响较小。除甲烷外,生物气中还存正在必定量的CO2和少量H2等。

  要确保厌氧响应器高效、安宁的运转,颗粒污泥的变成是至合紧张的。与絮状污泥比拟,颗粒污泥具有更好的浸降性及微生物密度,从而可进步编制的抗外界身分(如负荷、pH及有毒元素等)搅扰本事。正在以前的推敲中,颗粒污泥界说为粒径≥0.5 mm的污泥。考试EGSB响应器正在启动进程中的差别粒径污泥的占比改观情景,结果睹图4。

  由图4可知,生污泥中根本为絮状污泥,个中粒径≥0.5 mm的污泥仅占比18.3%,颗粒状污泥很少,SV30为(33.1±0.4),浸降性较差。跟着响应器启动运转,颗粒状污泥的比例渐渐升高,且颗粒污泥直径渐渐增大。

  当响应器运转至第30 d时,编制初步闪现粒径≥2 mm的颗粒污泥,且颗粒污泥的比例由生污泥的13.7%升高至55.2%,这剖明颗粒污泥驯化正正在举行。

  正在运转的第60 d时,颗粒污泥无间增加,占比进步至75.7%,个中粒径≥1 mm和粒径≥2 mm的颗粒污泥可差别占到18.4%和7.7%。

  响应器启动胜利后(第90 d),颗粒污泥占比可抵达80.7%,为生污泥的6倍,这也是响应器正在满负荷运转要求下具有较高COD去除率及甲烷产率的由来。

  同时,经检测颗粒污泥的SV30为21.3±0.4,低于生污泥,这剖明颗粒污泥具有更高的浸降本能。另颗粒污泥的VS高达(39.1±1.5) g/L,远高于生污泥的(7.2±1.0) g/L,注解颗粒污泥具有更高的生物量。

  对EGSB响应器正在运转第90 d和第200 d举行取样并判辨微生物群落组织和相对丰饶度,判辨结果睹图5。

  正在厌氧生物经管进程中,微生物根本分为产酸菌群和产甲烷菌群两大类。产酸菌群合键刻意将水中的有机化合物通过水解酸化的感化转化为挥发性有机酸及少量的醇类,正在本推敲中,EGSB响应器出水中的合键挥发性有机酸为乙酸和丁酸。

  由图5可知,正在EGSB启动胜利并安宁运转后(第90 d),合键的上风产酸菌群为Geobacter,其相对丰饶度为20.1%±2.2%,该菌群的合键代谢产品为乙酸和丁酸。

  Methanomassiliicoccus菌群为上风产甲烷菌群,正在产甲烷进程中起合键感化,其相对丰饶度为31.2%±1.8%。Methanomassiliicoccus菌群是中温厌氧生物经管进程常睹的菌群之一,合键感化为将产酸菌群发作的挥发性有机酸进一步转化为甲烷和二氧化碳等。

  本推敲上风菌群组织与C. M. Chen等的推敲结果划一,其曾修建UASB来经管煤气化废水并对厌氧微生物群落组织举行判辨,呈现上风菌群为Geobacter和Methanomassiliicoccus,厌氧生物经管进程合键由以上2种菌群达成。当编制受低pH进攻并安宁运转后(200 d),各微生物群落组织没有显著改观,但相对丰饶度均有差别水准的改观。

  上风产甲烷菌群Methanomassilii-coccus的相对丰饶度由31.2%±1.8%降落至18.7%±1.6%,该菌群受低pH影响显著,这也是编制COD去除率降落的合键由来。

  相反的,Methanothrix菌群相对丰饶度却由90 d的4.8%±0.2%升高至10.5%±0.5%,这剖明该产甲烷菌群对pH改观具有良好的耐受本事,对低pH要求下的安宁运转阐扬着紧张的感化。

  以前的推敲外明,Methanothrix菌群或许正在较低pH下举行新陈代谢,且代谢本能精良。除此以外,其余产甲烷菌群的相对丰饶度均有差别水准的消浸。

  经低pH进攻后,上风产酸菌群Geobacter的相对丰饶度由20.1%±2.2%升高至28.9%±1.1%,这与产酸菌群适宜于低pH要求下的代谢处境相合。产酸菌群的代谢产品合键为挥发性有机酸,会使代谢处境呈酸性,这决心了其耐低pH进攻的性格。

  (1)EGSB响应器经管高浓度抗生素制药废水具有必定可行性,正在最适容积负荷为9.5 kgCOD/(m3·d)(HRT 40 h)的要求下,COD均匀去除率可达91.4%±0.8%,甲烷产率为(2.56±0.05) L/(L·d)。

  (2)只管pH改观对EGSB响应器的安宁运转有较大的影响,但仍具有必定的抗低pH进攻本事。受低pH进攻后,EGSB响应器原委必定的顺应期后COD去除率仍可抵达83.4%±1.3%。

  (3)EGSB响应器内的上风菌群为Geobacter和Methanomassiliicoccus。受低pH进攻后,上风菌群组织未爆发改观,但Geobacter菌群相对丰饶度升高而Methanomassiliicoccus菌群的相对丰饶度消浸。这注解低pH对产甲烷菌群具有必定的负面影响。

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