有机化学合成论文药物合成论文

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两相厌氧工艺处理化学合成类制药废水试验研究

摘要:采用两相厌氧工艺处理化学合成类制药废水,实验结果表明:产酸相进水COD多在14000～20000mg/L之间(平均为17883mg/L),容积负荷在30～42 kgCOD/m3·d之间,pH值为4.8～5.2,COD去除率为32%～52%,挥发酸含量从4.12%提高到22.54%,为产甲烷相的进一步处理提供了有利条件。经过产酸相后,UASB进水COD浓度在10000mg/L 左右, COD平均去除率为86.7%,出水COD浓度为1240～1550mg/L,平均容积负荷为4.5 kgCOD/(m3·d),产甲烷相出水pH值在6.5～7.0左右。

关键词:两相厌氧;产酸相;产甲烷相;化学合成类制药废水

制药工业属于精细化工,是国家环保规划要重点治理的12个行业之一。根据制药产品的种类、生产工艺过程及排污特点,可将制药生产企业分为6大类,其中化学合成类制药废水是制药工业废水中较难处理的废水[1]。其特点是组成复杂,有机污染物种类多,浓度高且波动性大,生物难降解物质多,毒性大,固体悬浮物SS浓度高[2,3]。

对于化学合成类制药废水来说,其可生化性较差,采用其他工艺处理效果较差。所以本实验采用两相厌氧工艺来处理这种高浓度难降解的废水。两相厌氧工艺是20世纪70年代Ghosh和Poland根据厌氧微生物代谢机理和微生物种群生态学的研究所提出的。该方法将产

酸菌和产甲烷菌分别置于两个反应器中,以便更好地控制反应条件最大程度地发挥产酸菌、产甲烷菌的活性,提高出水效果。与单相厌氧消化工艺相比,两相厌氧工艺更适用于有机物和悬浮物浓度高、含有毒有害物质及难降解物质的废水,而且处理效果也明显优于单相厌氧消化反应器[4~5]。

1 试验装置材料与方法

1.1 试验装置

化学合成类制药废水属于高浓度、难降解有机废水,有机物种类繁多,可生化性差。因此,对于化学合成类制药废水来说,如何在处理工艺中使难于降解的大分子有机物迅速转化成易于被后续微生物群降解的小分子有机物,提高废水的可生化性,是该废水处理的关键。两相厌氧工艺不但可以提高废水的可生化性,而且可以大幅度的降低废水浓度,减轻后续处理负荷,是该种废水的理想选择。本研究提出的化学合成类高浓度有机废水主体生物处理工艺实验路线如图1所示。

1.2废水水质

废水水质如表1所示。化学合成类制药废水有机污染物浓度高(COD=17883mg/L),固体悬浮物SS浓度高(612 mg/L),色度高(1310),成分复杂, BOD5/COD=0.29,属于难处理的高浓度有机废水。

1.3 分析方法

采用国家标准方法对COD、SS、VSS、pH等指标进行检测;挥发性脂肪酸(Volatile fatty acids,VFA)利用GC112型气相色谱仪(氢火焰检测器)进行分析,气相色谱分析条件:色谱配置2m×φ5mm不锈钢螺旋柱,内装2%H3PO4处理过的GDX-103担体(60～80目),载气为氮气,气体流量37ml/min,柱箱温度190℃,进样器温度220℃,离子室温度220℃,进样量2μl。测定前样品预处理:水样经离心或用普通定性滤纸过滤后,取5ml,同时加入6mol/L HCl一滴。

2 结果与讨论

2.1 产酸相运行结果分析

产酸相反应器经过启动和进一步调试,SS为40～50g/L,温度稳定在35℃左右,水力停留时间(HRT)为12h。在稳定运行阶段,进水COD 基本稳定在14000～20000mg/L之间。如图2所示,产酸相反应器COD 去除率为32%～52%,容积负荷达到30～42kgCOD/(m3·d),有时甚至更高,出水COD为9328～11660mg/L。此时处理效果稳定。

产酸相对有机物的去除率并不是衡量其处理效能的唯一标准,它更重要的作用在于:①为产甲烷相提供最佳底物种类组成;②具有较高的有机底物转化率和产酸(醇)率;③提高废水的可生化性。从图3中可以看出,经过产酸相后乙酸的平均含量从241mg/L提高到

873mg/L;乙醇的平均含量从358mg/L提高到767mg/L;丙酸的平均含量从63mg/L提高到174mg/L;原水中丁酸含量为68 mg/L,酸化后其值

提高了4～6倍,为174mg/L;原水中几乎没有戊酸,但经过产酸反应罐后产生了戊酸平均含量为150mg/L。挥发酸含量从3.65%提高到23.09%,可生化性得到了大大提高。

pH值是废水厌氧处理最重要的影响因素之一。厌氧处理中,水解菌与产酸菌对pH有较大范围的适应性,大多数这类细菌可以在pH为5.0～8.5的范围生长良好,一些产酸菌在小于5.0时仍可生长。由上所述可知产酸相微生物在不同的运行条件(温度、pH值、Eh等)下,由不同的微生物群在竞争中占据优势地位,从而表现出不同的发酵类型。也就是说不同的发酵微生物落群,对相同的生态因子,其耐性限度存在着差异。对pH值影响最大的因素是酸的形成,特别是乙酸的形成。如果反应区混合良好的话,其反应区的pH值与出水pH值应基本趋于一致。图4为产酸反应罐进出水pH值的比较,原水pH值波动范围比较大,在4～6之间。人为地对pH值进行调控,使它在6.5～5.5之间。产酸相稳定运行时pH值为4.8～5.2,为产酸菌生长提供了有力条件。

2.2 产甲烷相的运行结果分析

经过产酸相,废水的可生化性得到了提高,为产甲烷相的进一步处理提供了有利条件,在两相厌氧工艺中产甲烷相是去除COD的主要部分。废水经过产酸相以后,进水COD浓度在10000mg/L左右,挥发酸浓度为2250mg/L。在稳定状态,UASB的COD平均去除率为86.7%,

出水COD浓度为1240～1550mg/L。平均容积负荷为4.5

kgCOD/(m3·d),如图5所示。

产甲烷菌对pH值的波动十分敏感,一般来说其适宜生长的pH值范围为6.5～7.8,即使在其生长pH范围内,pH值的突然改变也会引起细菌活力的明显下降,所以应该尽量维持pH值的稳定。稳定期产酸相出水pH值始终在5.0左右,而产甲烷相出水pH值始终在6.5～7.0左右,如图6所示。这一方面说明产甲烷相运行稳定,另一方面还说明产酸相为其提供了理想的酸化底物,使产甲烷菌迅速生长起来。本系统水力停留时间(HRT)为55h,温度稳定在35℃左右。

3 结论

产酸相进水COD多在14000～20000mg/L之间(平均为

17883mg/L)。容积负荷在30～42 kgCOD/(m3·d)之间,有时甚至更高。稳定运行时pH值为4.8～5.2,挥发酸含量从4.12%提高到22.54%,提高了废水的可生化性,为产甲烷相的进一步处理提供了有利条件,COD 去除率为32%～52%。

经过产酸相后,UASB进水COD浓度在10000mg/L左右,在稳定状态,UASB的COD平均去除率为86.7%,出水COD浓度为1240～

1550mg/L。平均容积负荷为4.5 kgCOD/(m3·d)。产甲烷相出水pH

值在6.5～7.0左右,在该pH下,产甲烷相运行稳定,产甲烷菌生长旺盛。