用SBR法处理中药废水.doc

用SBR法处理中药废水
　　吉林敖东药业集团口服液生产车间主要生产安神补脑液，其废水主要为提取工段废水、精制工段废水和地面清洗水。提取工段废水其COD浓度为500～800 mg/L,BOD5为350 mg/L左右，SS为400 mg/L左右。因为精制工段加入大量乙醇，从而使废水有机污染物浓度大为提高。各股废水汇流后，其混合废水COD浓度平均为2 500 mg/L左右，BOD5为1500 mg/L，SS为200 mg/L左右，pH值为6.6～7.7，混合废水呈黄褐色，废水排放量为70 m3/d。
　　该车间每天排水9.5 h左右，其间废水COD浓度变化很大，当精制罐清洗时，COD浓度通常超过10 000 mg/L，水质非常不稳定。
　　该企业仅有一处16 m×11 m空地供建污水处理站之用。
1 工艺流程
　　采用以SBR法为主体的处理工艺，其流程如图1。

1.1 集水池
　　限于处理站可利用面积小，集水池设于处理站外过道处，全地下，上设盖板以保证人与车得以通行，钢筋混凝土结构，有效水深1.3 m，有效容积15.6 m3。
1.2 沉淀池
　　沉淀池采用竖流式，为半地下式，建于处理间内，钢筋混凝土结构，有效水深4.0 m，底部锥斗角度为60°，靠重力排泥。
1.3 SBR池
　　SBR池为钢筋混凝土结构，长×宽×高=9.0 m×4.0 m×4.5 m，与沉淀池共壁，有效水深4.0 m，有效容积144 m3。设排水口3个，采用自制浮式滗水器3套，软管直径150 mm，滗水率48.6%。底部设套袖式微孔曝气器，每个曝气器服务面积0.5 m2。
　　由于处理站可资利用面积小，日处理水量亦小，故本处理工艺不设置污泥处理单元。沉淀池污泥及SBR池剩余污泥靠重力排至与处理间紧邻的煤场，掺煤烧掉。由于废水中悬浮物粒径小，故未设置格栅，只在车间下水处设一格网，每周清除一次。
2 处理效果
2.1 工程调试及污染物的去除
　　该工程总投资30.18万元。调试时取用吉化公司污水处理厂回流污泥4m3打入SBR池，同时启动污水泵，使SBR池达到设计水位，曝气并不断观察处理系统现象，2d后发现污水较前清晰分离，镜下可发现褐色菌胶团，异于接种污泥。之后每日满负荷进水，至7 d后，镜下发现褐色菌胶团占大多数，15d后镜下发现几乎全部为褐色菌胶团，视为培养驯化结束，并确定其运行参数为进水9.5h，曝气18h，沉淀2h，排水2h，闲置2h。该处理系统经当地环境监测部门的历次检测，结果如表1所示。
表１　处理系统的进出水水质监测情况
时间
COD(mg/L)
BOD5(mg/L)
SS(mg/L)
NH3-N(mg/L)
pH
进水
出水
进水
出水
进水
出水
进水
出水
进水
出水
1997-09-01
3639.4

67.9
1445.3
19.8
180
90

6.86
6.90
1997-09-03
4112.6
158.3
1658.7
49.6
225
85

6.72
6.88
1997-09-04
750.6
86.8
316.9
30.5
230
80

7.12
7.08
1997-09-05
633.2
105.7
304.6
54.0
200
95

7.10
6.90
1998-05-29
3218.0
99.3
2092.2
43.0
233
75
4.50
1.34
6.60
6.90
1998-05-30
3731.3
121.5
2592.5
83.7
456
91
4.14
1.27
6.70
6.90
1998-06-01
3305.7
109.5
1720.2
56.1
189
69
3.54
1.04
6.60
6.90
　　由表1中数据可见，尽管进水污染物浓度较高，水质波动很大，但出水COD浓度＜158.3 mg/L，BOD5＜83.7 mg/L(大多＜60 mg/L)，SS＜100 mg/L，处理效果较好。经两年多的运行证明，SBR池污泥除每年两次少量运出作为其他污水处理站接种污泥外，从未排放过剩余活性污泥，且从未发生过污泥膨胀现象，SVI值一直在80 mL/g以下。肉眼观察发现菌胶团均呈颗粒状，粒径在1 mm左右，一旦停止供气，迅速沉下。显微镜下发现菌胶团几乎均为球菌，致密如鱼子团，可见钟虫、累枝虫及少量轮虫。
2.2 反应体系的动态特征
　　随着敖东药业集团的生产规模不断扩大，至2000年废水排放量将增至900 m3/d。为给2000年拟建的废水处理工程提供设计参数和依据，对该生化系统的动态设计特征进行了研究。在现有投配比条件下，进行了进水和SBR池内混合液澄清水的COD浓度历时变化测定试验，其结果如图2所示。

　　由图中可见，进水COD浓度有很大波动性，而反应系统混合澄清液的COD浓度波动却相对小得多，体现了系统的一定缓冲能力。上述结果由两个原因造成：一是系统采用非限制性曝气，比较快速的混合和反应使COD在液相的总量降低；二是由于系统具有较大的稀释能力。
　　从反应系统的COD变化曲线还可以看出，即使在进水期，COD的降解也并不遵从零级反应动力学关系，其结果和某些观点有所偏离。
3 经验与体会
　　①SBR工艺适于多种有机废水的处理，但与其他处理工艺相比，最具优势的还是小水量、水质波动大、日排放时间短的有机废水。本工艺不仅没用格栅，把集水井和调节池合并为一，也未采用污泥处理系统，工艺紧凑且经济实用。
　　② 采用SBR工艺处理敖东药业集团中药提取废水，工艺路线短，启动速度快，处理效果好，节省投资且便于管理，是处理中药提取废水有效而实用的方法。
　　③ 在一定范围内，COD浓度尽管变化很大，但就SBR工艺来说，对出水水质影响不大，系统的降解能力和缓冲能力起了重要作用。
　　④ 对SBR工艺来说，进水期的有机物降解未必都服从零级反应动力学关系，这应当与进水浓度、进水速度、池容、混合传质速度等因素有关。就处理效果而言，当一点进水时，圆形与正方形反应池混合速度较快，传质效果好，对提高处理效率有利；而当反应池为长方形时，应适当考虑多点进水，当排水面积相对较小、特别是池端排水时，更当如此。

用硅藻土回收染料废水中的亚硫酸钠
　　吉林化学工业公司染料厂排出的工业废水中含有萘、萘酚、萘酚衍生物、Na2SO3及NaHSO3等物质，其中Na2SO3占14.84%。为提取废水中的Na2SO3晶体，先后采取了加热蒸馏有机物、筛网(滤纸)过滤、活性炭吸附等方法，但效果均不够理想，因此，采用硅藻土作助滤剂进行试验。
1　试验原理与方法
1.1　原理
　　按机械载流的原理，助滤剂颗粒可以载流杂质，吸附一定量的萘、萘酚、萘酚衍生物和其他杂质，使澄清液体流出以达到过滤的目的。因而，助滤剂的结构形式、间隙大小、表面组成、吸附能力等对滤液的澄清度有很大影响，同时，滤液的粘度、密度、温度等对过滤效果也有一定的影响。试验采用先预涂再进行主体过滤的方法，预涂作用在于形成预涂层，从而延长助滤剂的过滤周期。助滤剂过滤过程主要是形成一个滤饼，这个滤饼具有液体的可透性，在液体透过过程中，助滤剂的颗粒对杂质颗粒有一定的吸附作用。如果没有助滤剂，滤饼只是由杂质颗粒沉降形成，液体的透过性极差。
　　对于恒压过滤，应用Carman方程：
　　　　　　　　　t/V=［U2αCsYmt／2ΔP2A3］V　　　(1)
　　式中　V——时间t(s)内的总流量，m3
　　　　　U——被过滤液的粘度，Pa·s
　　　　　α——过滤阻抗，m/kg
　　　　　Cs——被过滤液体的总渣量，kg/m3
　　　　　Ym——单位面积滤材的比阻抗，m-1
　　　　　A——过滤饼的面积，m2
　　　　　ΔP——过滤压力，Pa
　　式(1)中如果滤饼不可压缩，则α不变，t/V对V是直线关系；如果滤饼可压缩，则α改变，t/V对V不是直线关系。直线关系有利于过滤(且斜率越小越有利于过滤)，非直线关系不利于过滤。萘酚类染料工业废水滤出液中的亚硫酸钠含量用分光光度法测定。溴百里香酚兰为酸碱指示剂，其变色范围为pH=6.0～7.6，颜色由黄变蓝。根据吸收度与浓度成正比的关系即可求得未知物中Na2SO3的百分含量。
1.2　试验方法
　　原水为吉林化学工业公司染料厂排出的工业废水(Na2SO3占14.84%)，红褐色。助滤剂为吉林大学物理化学研究室研制的高温硅藻土(含无定形SiO285%～94%)。亚硫酸钠、碳酸钠均为分析纯。
过滤装置如图1所示，其过滤面积为3.85×10-5m2，直径为7.0×10-2 m，高度为5.0×10-2 m(亦可根据过滤量决定)。过滤的目的是去除废水中高于5%的NaHSO3(2NaHSO3+Na2CO3→2Na2SO3+H2O+CO2↑)。试验时，在1 kg废水中加入1.5×10-2 kg的Na2CO3，将0.20 L含硅藻土助滤剂的废水从加料口加入、抽滤，在滤纸(筛网)上形成预涂层；将流出液再次通过加料口加入，重复三次，完成预涂。最后通入具有一定比例助滤剂的废水，加压进行过滤。全部过滤结束后用少许蒸馏水重复过滤2次，以保证滤液中Na2SO3的含量。

　　取滤液用分光光度法分析Na2SO3的相对含量，加热浓缩，去除多余的水分和少量酚，干燥后即得白色晶体Na2SO3。
2　结果与讨论
2.1　助滤剂最佳用量的选取
　　预涂5.0×10-3 kg(1.30kg/m2)助滤剂，主体过滤用量分别为：0.10×10-2、0.25×10-2、0.50×10-2、1.00×10-2、2.00×10-2 kg/L；压力表压力为4.90×104 Pa。各种助滤剂用量试验数据见表1。
表1　助滤剂用量试验数据
助滤剂用量(×10-2kg/L)
0.10
0.25
0.50
100
2.00
斜率

0.21
0.20
0.19
0.28
Na2SO3相对含量(%)
17.93
18.20
19.40
19.92
19.92
　　经试验，斜率小的助滤效果好，用量为0.50×10-2 kg/L的为最佳，斜率比用量为1.00×10-2 kg/L时的略大，但二者相差很小，Na2SO3的相对含量相差得也很小。用量为0.25×10-2 kg/L时，斜率虽然也很小，但用量过少，预涂不均匀，过滤效果不理想，同时，Na2SO3的相对含量增加得也很少。所以，最佳助滤剂用量的选择为0.50×10-2 kg/L。助滤剂用量为 0.10×10-2 kg/L和2.00×10-2 kg/L的过滤效果不好，前者滤饼太薄不均匀，Na2SO3相对含量增加值很少；后者助滤剂用量多，滤饼太厚，影响过滤速度，虽然Na2SO3 的相对含量有所增加，但此方法是不可取的。因此，在压力为4.90×104 Pa的情况下，预涂5.0×10-3 kg(1.30kg/m2) 助滤剂，主体过滤最佳用量为0.50×10-2 kg/L。
2.2　最佳过滤压力的选取
　　预涂5.0×10-3 kg(1.30kg/m2)助滤剂，主体过滤用量为0.50×10-2 kg/L。各种过滤压力的试验数据见表2。

表2　各种过滤压力试验数据
压力(×104Pa)
2.45
4.90
7.35
9.80
19.60
斜率

0.20
0.01
0
0
Na2SO3相对含量(%)
18.21
19.91
19.92
19.89
18.84
　　由试验可知，压力为2.45×104 Pa时，得一条曲线；压力为4.90×104 Pa时，得一条直线，斜率为0.20，Na2SO3的相对含量增加到19.91%；压力为9.80×104 Pa时，得一条直线，斜率为零，Na2SO3的相对含量增加到19.89%；而当压力为1.96×105 Pa时，斜率为零，但Na2SO3的相对含量没有增加，主要原因是压力过大、流速过快，助滤剂没有起到吸附杂质的作用。可见，压力为2.45×104 Pa和1.96×105 Pa的过滤效果不好，是不可取的。所以，最佳过滤压力的选取应在(4.90～9.80)×104Pa的范围之间。
3 结论
  　　采用硅藻土作助滤剂进行处理萘酚类染料工业废水回收亚硫酸钠的过滤试验结果表明：选用预涂5.0×10-3 kg(1.30kg/m2)助滤剂，主体过滤用量应为0.50×10-2 kg/L；压力应在(4.90～9.80)×104 Pa的范围之间选取。过滤液中的亚硫酸钠的含量可增加到23.92%，加热浓缩滤液，去除多余水分和少量酚类，干燥后可得到白色的亚硫酸钠晶体，其回收率为87.33%，纯度为89.81%。采用这种方法，能使被过滤的液体流速在总体上比筛网过滤快、流出的滤液澄清度好(浅粉色)、亚硫酸钠的回收率高(筛网过滤为74.71%)、含量增加(筛网过滤为14.84%)、纯度提高(筛网过滤为68.14%)。
  　　据资料报道：近年来，人们发现不少微生物及其所分泌的大分子或高分子化合物具有使微细颗粒疏水絮凝的功能。研究结果也证实，某些微生物的衍生物确实既可以加速颗粒沉降，提高物料过滤速度，又能降低滤饼水分。此种生化方法不仅可以产生化学反应难以合成的理想的分子结构的助滤剂，而且原料来源也不像化学反应那样要求严格。因此，采用助滤剂处理液体的分离技术将会有广阔的发展前景。