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水解酸化 -SBR - BAF 工艺处理中药废水 ＊ 刘 斌 杨春平 陈海林 刘环宇 邓征宇 刘海洋 陈 宏 余关龙 湖南大学环境科学与工程学院, 湖南 长沙 410082 摘要 分析现有中药废水处理工艺及废水特点, 并考虑到废水处理技术改造的要求, 采用水解酸化-SBR -BAF 法联合处 理该中药废水, 研究了 SBR 反应器的曝气时间、温度及原水 pH 值对系统处理效果的影响。 系统进水 ρ COD为 1 249. 4～ 1 444. 5 mg L、ρ BOD5 为 201. 2～ 292. 8mg L、ρ SS 为 208 . 7～ 310. 6 mg L、色度为 70～ 100 倍, 曝气时间为 14 h、温度为20 ℃、pH 值为 7 时, 出水 ρ COD为 123. 4～ 140. 8 mg L、ρ BOD5 为 19. 4～ 26. 1 mg L、ρ SS 为 32. 7 ～ 60. 4 mg L、色度为 36～ 50 倍, COD、BOD5、SS 的平均去除率分别达到 90 . 3、90. 7、81. 8, 表明 HAT -SBR -BAF 法处理 该中药废水是可行的。 关键词 中药废水; 水解酸化; SBR; BAF PROCESS OF HAT-SBR -BAF FOR TREATMENT OF CHINESE TRADITIONAL MEDICINE WASTEWATER Liu Bin Yang Chunping Chen Hailin Liu Huanyu Deng Zhengyu Liu Haiyang Chen Hong Yu Guanlong College of Environmental Science and Engineering, Hunan University, Changsha 410082, China Abstract Hydrolytic acidification HAT -sequencing batch reactor SBR -biological aerated filter BAFprocess was used to upgrade an existing Chinese traditional medicine wastewater plant.Technological renovation of the manufacture processes, characteristics of the wastewater and the current treatment process were analyzed and taken into account in this investigation.The effects of aeration time of SBR, temperature, pH of the wastewater were studied. When ρ COD , ρ BOD 5, ρ SS, chroma in the influent of the system were 1 249. 4～ 1 444. 5 mg L, 201. 2～ 292. 8mg L, 208. 7 ～ 310. 6 mg L, 70～ 100 times, respectively, when the aerationtime of SBR, temperature, pH of the wastewater were 14 h, 20 ℃, and7, respectively , ρ COD , ρ BOD5, ρ SS, chroma of the effluent were 123. 4～ 140. 8mg L, 19. 4 ～ 26 . 1 mg L, 32. 7 ～ 60. 4 mg L, 36 ～ 50 times, the average removal rate of COD, BOD5, SSwas90. 3, 90. 7, 81. 8, respectively. The results suggestthat the process of HAT -SBR -BAF is feasible for treatment of the Chinese traditional medicine wastewater. Keywords Chinese traditional medicine wastewater; hydrolytic acidification; SBR; BAF ＊国家自然科学基金项目 50778066 ; 教育部新世纪优秀人才支持 计划项目 NCET-05 -0701 。 0 引言 某中药厂以人参 、 枸杞 、 女贞子、淫羊藿丝、菟丝 子等为原料生产保健类口服液 、 片剂、 冲剂等中成药, 生产工艺为“药材洗涤切药 烘药煮药浓缩 酒精沉淀 过滤 配料 冷藏沉淀过滤灌装 封口包装” ,生产过程大多为间歇式操作, 在洗药、 煮药、浓缩 、 沉淀 、 过滤等工艺过程中产生洗药水、洗 罐水 、 残液 药汁 ,以及洗瓶水 、 冲洗水等废水 。废水 中药材产生的污染物有皂甙类 、 多糖类 、 氨基酸类 、 植 物蛋白、 淀粉等及其水解产物等; 此外, 废水中还含有 洗药产生的泥沙 、 少量的机械设备润滑油 、 回收酒精 产生的少量酒精残留等 。随着企业生产规模的扩大 和生产工艺的改进, 原有的“调节池 UASB 接触氧 化 沉淀池”处理工艺不能满足排放要求 ,需在考虑 现有各构筑物的基础上进行技术改造。 目前, 处理中药废水的试验研究工艺主要有 SBR 法 [ 1] 、 SMBR 法 [ 2- 3] 、 电控反冲 SMBR法 [ 4] 、 粉末活性碳 电控反冲 SMBR 法 [ 5] 、两相厌氧消化 -兼性 好氧接 触氧化 - 混凝沉淀-过滤法 [ 6] 、 微电解 - 生物接触氧 化法 [ 7] 、 水解酸化 -两级曝气生物滤池法 [ 8] 等; 工程 运用的 工艺 主 要有 SBR 法 [ 9-10] 、交叉 流 好氧 法 12 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 CAR [ 11] 、两相厌氧 -好氧工艺 [ 12] 、多段活性污泥 法 [ 13] 、水解酸化 - 接触氧化工艺 [ 14] 、水解酸化 - 两级 接触氧化法处理中药废水 [ 15] 、 气浮 - UASB - MBR 工 艺 [ 16] 等 。 SBR 法具有工艺流程简单、生化反应推动力大、 耐冲击负荷能力强 、 能有效防止污泥膨胀 、 操作灵活 等优点 ,广泛应用于工业废水处理当中 , 尤其在难降 解有机废水处理中 [ 17] 。BAF 法具有处理效率高、出 水效果好 、 占地面积少、 可维持较高的污泥龄 、 生物相 相对丰富稳定、具有较高的微生物量、对毒性物质和 冲击负荷具有较强的适应性等优点 ,广泛应用于废水 的二级和三级处理中 [ 18] 。本文根据中药废水现有的 处理工艺及水质特点, 提出 了“调节池 -水解酸 化- SBR- BAF”的联合生物处理工艺,并进行了HAT - SBR- BAF 法处理该中药厂废水的模拟试验研究。 1 材料与方法 1. 1 试验装置 试验装置如图 1。反应器均由圆柱型透明有机 玻璃制成 , 其中 SBR 反应器带有体积刻度线。SBR 反应器有效容积为3. 8 L , 每次控制进、出水2. 3 L, 排 水比为 0. 6。曝气生物滤池有效容积约4 L ,滤料体积 为2. 5 L ,滤柱高50 cm。 SBR反应器采用自动控制, 按 “瞬时进水 缺氧搅拌 不曝气 曝气 沉淀 瞬时 排水闲置”周期运行, 其中曝气与搅拌同时进行。 曝气生物滤池的进水为 SBR 反应器的出水 , 滤料采 用 3～ 6 mm的多孔轻质陶粒。 1调节池; 2污水泵; 31 号高位水箱; 4流量计; 5电磁阀; 6搅拌器; 7取样口; 8中间水箱; 92 号水箱; 10空气扩散器; 11陶粒滤料; 12出水水箱; 13加热水箱; 14温度传感器; 15曝气头; 16排泥管; 17空气压缩机; 18温度控制装置; 19时间控制装置。 图1 HATSBRBAF 试验装置 1. 2 废水水质 试验用废水取自该中药厂生产车间总排污渠 ,为 黄褐色半透明状 ,具体水质见表 1。废水为中等浓度 有机废水, ρ BOD5 ρ COD 比为 0. 16～ 0. 20, 可生化 性较差,属较难处理工业废水 。 表 1 原水水质 水质指标 ρ COD mg L-1ρ BOD5 mg L- 1ρ SS mg L- 1pH色度 倍 水质范围1188. 4～1 535. 3201. 2～ 327. 5196. 4～ 354. 15. 42～ 7. 2360～ 100 平均值1365. 9252. 7271. 55. 9680 1. 3 研究方法 试验 过 程 中, SBR 反 应 器 中 MLSS 维 持 在 3 000 mg L左右 , 排水比为 0. 6, 充分曝气; BAF 反应 器气水比保持为 3∶ 1。每次试验只变动一个参数, 适 应稳定期为4 d, 测定期为6 d 。 COD、BOD5、 SS 、 色度的 测定 ,分别采用重铬酸钾微波消解法 、 稀释接种法 、 滤 纸称重法、稀释比色法 ,均为国家标准方法 , 以水与 废水监测分析方法 第三版 国家环保局 1989 年 为依据。pH 采用 Jenco618 型 pH 计进行测定 。 1. 4 活性污泥的培养和驯化 试验用接种污泥取自长沙市第二污水处理厂污 泥浓缩池。首先进行连续曝气驯化5 d, 投加中药废 水和好氧污泥营养液 ρ C ∶ ρ N ∶ ρ P 100∶ 5∶ 1 , 每天不断提高中药废水的比重。再将驯化的污泥分 别置于SBR反应器和BAF 反应器中,按“进水1 min 缺氧搅拌2 h 曝气18 h沉淀88 min排水1 min 闲置30 min”设置 SBR 时间控制器, BAF 气水比为 3∶ 1。 20 d后,SBR污泥沉降比达到 0. 3, BAF 陶粒滤料 上附着一层较厚的淡黄色生物膜,经测定系统对COD 的去除率达到 85,驯化培养结束。 2 结果与讨论 HAT -SBR-BAF 联合工艺中主体工艺为 SBR 法,其曝气时间的长短将直接影响着出水水质 。废水 生物处理工艺中 , 温度和 pH 值对微生物的选择、生 长影响很大 [ 19] 。因此 ,试验研究了 SBR曝气时间 、 温 度及原水 pH 值对系统处理效果的影响。 2. 1 水解酸化的设置对废水可生化性的影响 试验以缺氧 SBR 模拟水解酸化工艺 , 其水力停 留时间为3. 3 h。 原水 ρ BOD5 ρ COD 仅为 0. 16 ～ 0. 20。中药废水经水解酸化后, 难降解的复杂不溶性 高分子 有机物转 化为溶解性 低分子有 机物, 其 ρ BOD5 ρ COD 提高到了 0. 39 ～ 0. 43, 废水的可生 13 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 化性大大提高, 为后续好氧生物处理创造了良好的条 件。同时, 由于污泥处于厌氧期, 对有机物的吸附性 能较好 ,降低了难降解有机物的浓度, 减小了其对微 生物的生长抑制作用 ,有利于污泥后续的好氧生长 。 2. 2 曝气时间对处理效果的影响 原水 pH 值小于 7,SBR反应器在20 ℃,将曝气时 间分别调节为 18,14,10 ,6,2 h进行试验, 其他时间保 持不变。在不同的 SBR曝气时间下, BAF 的进水、曝 气流量做出相应的调节 , 以使 BAF 在每个周期内将 SBR 出水正好处理完 。不同的 SBR 曝气时间下 , 系 统的处理效果如图 2和图 3 所示。 ◆进水; ◎出水; ■去除率。 图 2 不同 SBR曝气时间下的进、出水 COD 值及其去除率 图 3 不同SBR 曝气时间下的平均进、 出水 COD 值及其去除率 从图 2 和图 3 可以看出 曝气时间为18 h时,COD 平均去除率为 92. 0, 出水质量浓度维持在 96. 3 ～ 120. 5 mg L ,平均为109. 2 mg L, 接近一级排放标准; 曝气时间为 14 h时 ,COD 平均去除率为 90. 3 ,出水 维持在 123. 4 ～ 140. 8 mg L , 平均为131. 3 mg L , 达到 二级排放标准; 在其余的曝气时间下 ,出水 COD 均达 不到二级排放标准 ; 随着曝气时间的缩短 ,出水水质 急剧转差 ,COD的去除率迅速降低, 在曝气时间为2 h 时,出水 COD 质量浓度高达395. 3 mg L, 平均 COD 去 除率只有 71. 4; 在各曝气时间下 ,尽管进水 COD 变 化较大, 但出水 COD 都较平稳 , 表明 HAT -SBR - BAF 法处理中药废水对 COD冲击负荷有较强的抵抗 能力 。 曝气时间从14 h增加到18 h , 平均出水 ρ COD 仅降低22. 1 mg L , 平均 COD 去除率只增加了 1. 7, 说明此时 COD 主要由难降解的有机物构成 ,继续增 加曝气时间只能去除很小一部分有机物 。由于曝气 14 h后出水 COD 已达二级排放标准, 综合考虑选择 SBR 曝气时间为14 h。 相对于连续流反应器而言 ,SBR反应器有利于颗 粒化污泥的形成 [ 20-23] ; 本试验是以缺氧SBR模拟水解 酸化工艺, 而缺氧 好氧循环工艺更有利于颗粒化污 泥的形成 [ 24] ,使 SBR 反应器中的活性污泥具有更高 的活性,能更好降解废水中的有机物 。 2. 3 pH 值对处理效果的影响 原中药废水呈酸性, 在反应前必须投加适量碱调 节pH 值, 使系统中的微生物适应并维持较高的活 性。控制SBR反应器曝气时间为14 h、温度为20 ℃, 调节系统进水 pH 值分别为 50. 1、7 0. 1、9 0. 1 进行试验, 系统的处理效果如图4 所示。 ◆进水; ◎出水; ■去除率。 图4 不同原水 pH 值下系统进、 出水 COD 值及其去除率 从图 4 可以看出, 原水 pH 值为 5 时 , 平均进水 ρ COD为 1 326. 0 mg L, 平 均 出 水 ρ COD为 172. 8 mg L ,平均COD 去除率为 86. 9; 原水 pH 值为 7 时 , 平均进水 ρ COD 为1 356. 6 mg L , 平均出水 COD 为 ρ COD 131. 3 mg L , 平均 COD 去除 率为 90. 3; 原水 pH 值为 9 时 , 平均进水 ρ COD 为 1 359. 5 mg L , 平均出水 ρ COD 为149. 0 mg L , 平均 COD去除率为 89. 0; 原水 pH 值为 5 和 9时 COD 去 除率 ,均比 pH 值为 7 的低,且变化不大 。 在SBR 法中 ,原水 pH 值较低对微生物有抑制作 14 环 境 工 程 2009年 6 月第27 卷第3 期 用 [ 25] ,所以原水 pH 值为 5 时 COD 的去除率有所下 降。但是 , 由于水解酸化菌对 pH 的适应性较强, 其 pH 的适宜值为 3. 5 ～ 10. 0, 最佳值为 5. 5 ～ 6. 5, 其后 续处理又为好氧工艺, 因而对 pH 的要求并不十分严 格 [ 26] 。考虑出水安全及经济性 ,原水 pH 值应控制在 7 左右比较合适 。 2. 4 温度对处理效果的影响 控制 SBR 反应器曝气时间为14 h, 系统进水的 pH 值为7, 调节 SBR 反应器温度为 101 ℃, 20 1 ℃, 301 ℃ 分别进行试验, 系统的处理效果如图 5 所示。 ◆进水; ◎出水; ■去除率。 图 5 不同SBR 温度下系统进、出水 COD 值及其去除率 从图 5 可以看出 30 ℃时 , 平均进水 ρ COD 为 1 360. 8 mg L, 平均出水 ρ COD 为118. 1 mg L , 平均 COD去除率为 91. 6; 20 ℃时 , 平均进水 ρ COD 为 1 356. 6 mg L, 平均出水 ρ COD 为131. 3 mg L , 平均 COD去除率为 90. 3; 10 ℃时 , 平均进水 ρ COD 为 1 338. 6 mg L, 平均出水 ρ COD 为161. 5 mg L , 平均 COD去除率为 87. 9; 出水水质随着温度的升高而 变好 ,但影响并不是很大 。 当温度在 10～ 20 ℃变化时 ,水解酸化反应速率 变化不大 ,说明水解酸化微生物对低温变化的适应能 力较强 [ 26] 。细菌生长最佳的温度为 25 ～ 35 ℃,在最 佳温度之前 ,温度每上升10 ℃生长速度约增加 1 倍; 温度不仅影响微生物的新陈代谢活动, 而且影响水中 空气的传递速率和污泥的沉淀性能 [ 19] , 所以 , 在溶解 氧浓度不影响反应速率情况下 ,温度对有机物的去除 仍有较大的影响 。 30 ℃ 时 ,HAT - SBR- BAF 系统处理中药废水的 效果较好, 10 ℃时效果较差 。考虑实际运行时年平 均温度为20 ℃左右 ,所以反应器温度为20 ℃更能体 现实际运行情况 。冬天处理废水时 ,建议应对工艺的 操作条件做出适当调节、降低系统的处理负荷 ,如减 小周期处理水量 ,或延长 SBR反应器曝气时间等。 2. 5 操作方式和运行参数的确定 根据试验数据 ,HAT -SBR-BAF 联合工艺处理 中药废水的关键运行参数为 原水 pH 值为 7, 温度为 20 ℃,HAT 池水力停留时间为3. 3 h,SBR池水力停留 时间为26. 7 h,BAF 池气水比为 3∶ 1。此时, 各单元污 染物去除情况如表 2。系统出水符合GB8978 -1996 污水综合排放标准二级标准, HAT 、SBR、BAF 池 COD的平均去除率分别为 12. 6、76. 6、52. 4, COD有机负荷分别约为10. 1,1. 1,0. 34 kg m 3d 。 表 2 各单元的处理情况 水质指标 ρ COD mg L- 1ρ BOD5 mg L- 1ρ SS m g L- 1 色度 倍 系统进水1 249. 4～ 1444. 5201. 2～ 292. 8208. 7～ 310. 670～ 100 HAT出水1 074. 1～ 1257. 3458. 0～ 523. 4 SBR出水247. 1～ 319. 6 BAF 出水123. 4～ 140. 819. 4～ 26. 132. 7～ 60. 436～ 50 二级排放标准1503015080 3 结论 1 试验用缺氧 SBR 反应器模拟水解酸化池, 使 废水的 ρ BOD5 ρ COD 从 0. 16 ～ 0. 20 提高到了 0. 39～ 0. 43,同样得到了较好的水解酸化效果 。 2 在SBR曝气时间、 SBR 温度、原水 pH 值 3 个影 响因素中,SBR 曝气时间对 HAT -SBR-BAF 系统处 理中药废水的影响最大。 3 试验结果表明 HAT - SBR-BAF 工艺处理中 药废水,对 COD 冲击负荷 、 pH 值变化 、 温度变化均有 较强的抗冲击能力。 4 在 SBR 反应器排水比为 0. 6, 曝气时间为14 h HRT 为26. 7 h 、温度为20 ℃、pH 值为 7 时, 进水 ρ COD 为1 249. 4～ 1 444. 5 mg L 、ρ BOD5 为 201. 2～ 292. 8 mg L 、ρ SS 为 208. 7～ 310. 6 mg L 、 色度为 70～ 100 倍 , 则 出水 ρ COD 为 123. 4 ～ 140. 8 mg L 、ρ BOD5 为 19. 4 ～ 26. 1 mg L 、ρ SS 为 32. 7～ 60. 4 mg L 、 色度为 36～ 50 倍, 达到GB8978-1996 二级标准 。 5 HAT - SBR-BAF 系统处理中药废水的关键运 行参数为 原水 pH 值为 7; HAT 池水力停留时间为 3. 3 h ,COD有机负荷约为 10. 1 kg m 3d ; SBR 池水 力停留时间为26. 7 h、 COD 有机负荷约为1. 1 kg m 3 d ; BAF 池 气 水比 为 3∶ 1 , COD 有 机 负荷 约 为 0. 34 kg m 3d 。 参考文献 [ 1] 韩相奎, 周春生, 姚秀芹. 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