【摘要】： 抗生素廢水水質(zhì)成分復雜,含有發(fā)酵殘余基質(zhì)及營養(yǎng)物、微生物菌絲體、中間代謝產(chǎn)物、溶媒提取過程萃余液、蒸餾釜殘液、發(fā)酵濾液等,導致該類廢水具有有機物濃度高、pH變化大、生物抑制性強等特點,廢水處理難度大。隨著更加嚴格的制藥工業(yè)水污染物排放標準的頒布和實施(GB21903-2008發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標準),制藥廢水,特別是抗生素類制藥廢水如何達標排放是目前國內(nèi)外水處理行業(yè)研究的熱點,也是制藥行業(yè)亟待解決的難點。因此,尋找技術(shù)經(jīng)濟可行的抗生素廢水處理技術(shù)十分必要。 針對抗生素廢水水質(zhì)特點及新的排放標準要求,提出了水解酸化-懸浮載體復合MBR處理抗生素廢水的技術(shù)路線。水解酸化試驗結(jié)果表明:在進水水質(zhì)波動較大的情況下(COD范圍為1670~4200mg/L ; SS范圍為270~730mg/L),出水水質(zhì)相對穩(wěn)定。對影響水解酸化效果的主要參數(shù)HRT和溫度進行了考察,結(jié)果表明:要想達到較好的水解酸化效果(酸化度在50%左右,出水VFA在1500mg/L以上),HRT應控制在10h,溫度應控制在20℃~30℃。水解酸化長期運行結(jié)果表明:水解酸化極大地改善了廢水的生物降解性能,BOD_5/COD由0.29上升到0.49,SCOD/COD由0.67提高至0.92。懸浮載體復合MBR處理經(jīng)水解酸化預處理抗生素廢水的試驗結(jié)果表明:當HRT為12~18h時,COD去除率在91%~94%,出水COD小于200mg/L;當HRT在24h以上時, COD去除率穩(wěn)定在95%左右,出水COD小于100mg/L,均滿足《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標準》中的相關(guān)標準。對影響懸浮載體復合MBR處理效果的主要影響因素DO和溫度進行了考察,對比了懸浮載體復合MBR與普通MBR對經(jīng)水解酸化預處理的抗生素廢水的處理效果,在相同運行條件下,懸浮載體復合MBR對COD、氨氮和TN的去除效果均優(yōu)于普通MBR,去除率分別提高了4.8%、8.2%和8.3%。 在分析活性污泥和生物膜共存系統(tǒng)動力學的基礎(chǔ)上,通過對系統(tǒng)有機物的物料衡算,構(gòu)建了活性污泥生物膜共存的懸浮載體復合MBR有機物降解動力學模型,為實際工程應用奠定了理論基礎(chǔ)。在試驗條件下求得載體生物膜COD半飽和常數(shù)K s,COD,sp=114.36 mg/L,載體生物膜最大COD降解速率q|^)_(m ,COD,sp)=3.04mg/(個·d),最大比基質(zhì)降解速率常數(shù)Vmax=0.62d~(-1),基質(zhì)飽和常數(shù)K_s=147.65mg/L,有機物降解速率常數(shù)K=V_(max/Ks)=0.004。根據(jù)模型對出水COD進行了模擬預測,與實際測定數(shù)據(jù)相對比,模擬值與實測結(jié)果基本吻合。對懸浮載體復合MBR的污泥產(chǎn)率系數(shù)Y與衰減系數(shù)K_d進行求解,在SRT=100d、HRT=24h、MLSS=12~15g/L條件下,Y=0.09,Kd=0.0144,均小于普通MBR的Y=0.1327,K_d=0.0177。 采用中心復合設(shè)計試驗和響應面法確定了影響膜臨界通量的主要操作條件。試驗結(jié)果表明:臨界通量隨污泥濃度的增大而減小;曝氣量在0.05~0.15m~3/h范圍內(nèi),臨界通量隨著曝氣量的增加呈先增大后減小趨勢,當曝氣量在0.1m~3/h時,臨界通量最大;載體含量在5%~15%范圍內(nèi),臨界通量隨載體填充量的增加呈先增大后減小,填充量為10%時達到最大值。基于響應曲面法對污泥濃度、曝氣量、載體含量對臨界通量影響進行了雙因子交互效應分析。結(jié)果表明:污泥濃度、曝氣量、載體含量均是影響懸浮載體復合MBR膜臨界通量的主要因素;曝氣量、污泥濃度及載體含量對膜臨界通量的影響從大到小依次為污泥濃度曝氣量載體含量。建立了影響膜臨界通量的數(shù)學模型,模型預測值與試驗值的最大相對誤差為6.58%,模型對試驗結(jié)果具有良好的預測效果,且模型對于膜臨界通量具有一定的外推預測效果。得到臨界通量的最優(yōu)操作條件為:污泥濃度5000mg/L、曝氣量0.1m~3/h、載體含量10.85%。恒通量連續(xù)操作條件下,載體添加延長了運行時間,達到30kPa臨界TMP條件,懸浮載體復合MBR需要89h,為普通MBR的2.6倍。膜TMP的平均上升速率(dP/dt)為0.33kPa/h,為普通MBR的37.5%。 通過SEM和共聚焦顯微鏡對污染膜表面的微觀結(jié)構(gòu)進行了觀察,結(jié)合ISA3d軟件分析了濾餅層的微觀結(jié)構(gòu)參數(shù),通過與普通MBR進行對比研究,揭示了懸浮載體對膜污染速率延緩的主要機理。結(jié)果表明:相同運行時間條件(34h),懸浮載體對膜污染速率的延緩主要表現(xiàn)在增大了濾餅層空隙率和減小了濾餅層質(zhì)量,懸浮載體復合MBR膜表面的濾餅體積和濾餅厚度分別為3.2×105μm~3和9.45μm,均小于普通MBR膜表面的5.4×105μm~3和12.6μm,膜表面濾餅比阻為普通MBR的25%。達到相同TMP(30kPa)條件,懸浮載體復合MBR的濾餅體積、平均濾餅厚度、空隙率均大于普通MBR反應器。濾餅層空隙率的增大,抵消了由于膜表面濾餅質(zhì)量增大對膜阻力增大的負面影響,增強了膜過濾性能。
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：X703
【圖文】：

膜內(nèi) 部一 般 呈多 孔 網(wǎng) 狀 海 綿結(jié)構(gòu) ， 在泥水分離的過濾過程中可將微粒截留在膜內(nèi)部。在壓力的驅(qū)動下，膜對污泥混合液的分離過程如圖1-4所示。圖 1-4 污 泥混 合 液 膜 過濾 分 離 過 程示 意 圖Fig. 1-4 Schematic diagram of the mixed liquor membrane filtration process由圖 1-4 可以看出，根據(jù)污染表面的結(jié)構(gòu)可以將膜污染分為 3 類：(1)活性污泥和膠體物質(zhì)形成的濾餅層；(2)溶解性有機物，有機物的來源主 要是微 生 物 的 代 謝產(chǎn) 物 ，它 可在膜表面形成凝膠層 ，也可在膜內(nèi)微孔表 面被吸 附而 堵塞 孔道，使膜通量 下降；(3)小于膜孔孔徑的小顆粒物質(zhì)和膜微孔表面滋生的微生物所造 成的膜孔內(nèi)部污染。1.5.3.2 膜污染阻力劃分目前 仍沒 有 可用 于 估 算 膜 污染 性質(zhì)和程度的通用規(guī)則，膜過濾過程中膜污染現(xiàn)象 常用 膜污染 阻力來 表征[77]。一般認為表征膜過濾過程中污染阻力的經(jīng)典模型為達西方程。根據(jù)達西方程(Darcy’s law)，膜過濾阻力可以表示如下：tPJ R (1-1)式 中：J——膜通 量

(1)普通泡棉 (2) 親水性泡棉 (3)活性炭泡棉圖4-1 試驗載體照片F(xiàn)ig. 4-1 Pictures of carriers for experiment第05期 李正：水解酸化-懸浮載體復合MBR處理抗生素廢水研究 B027-21-55

(a)未掛膜載體(50 倍) (b)掛膜載體(125 倍)(c)掛膜載體(50 倍) (d)掛膜載體(125 倍)圖4-5 載體生物膜 SEM 照片F(xiàn)ig. 4-5 SEM image of carrier biofilm4.3 懸浮載體復合MBR處理抗生素廢水影響因素試驗中考察了 HRT、溫度及 DO 對水解酸化預處理后抗生素廢水的處理效果。4.3.1 HRT對處理效果的影響水力停留時間(HRT)是MBR工藝重要的運行參數(shù)，HRT的改變會影響容積負荷，進而影響生物反應器內(nèi)污泥增殖以及有機物的降解。HRT的選擇不僅與系統(tǒng)的處理效果有關(guān)，還直接決定了生物反應器容積的大小，影響系統(tǒng)的基建投資。Harada等研究發(fā)現(xiàn)[ 145]，過短的HRT會造成系統(tǒng)內(nèi)溶解性有機物(SMP)的積累，而反應器內(nèi)積累的SMP是造成膜污染的重要因素[ 146]。但較長的HRT會增加曝氣池容積，增加基建費用，因此確定合理的HRT對保證出水水質(zhì)和節(jié)省工程投資具有十分重要的意義。第05期 李正：水解酸化-懸浮載體復合MBR處理抗生素廢水研究 B027-21-59

【引證文獻】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 孟壯;黃星;郝華偉;高學理;;MIBR-納濾組合工藝在生活污水回用中的應用研究[J];水處理技術(shù);2013年10期

相關(guān)碩士學位論文 前2條

1 劇盼盼;微波-Fenton氧化法深度處理土霉素廢水試驗研究[D];河北科技大學;2012年

2 程江紅;電化學活性菌強化厭氧MBR處理硝基苯廢水[D];大連理工大學;2013年

本文編號：2806625