制藥廢水處理鐵碳微電解-水解酸化-AO技術 制藥廢水處理鐵碳微電解-水解酸化-AO技術
近年來，制藥廢水中生物難降解有機污染物種類和數量逐漸增多，對生態環境的危害日益嚴峻。制藥廢水的水質特征主要包括：COD濃度很高，生物降解性差，生物降解性低;廢水中有含氮有機化合物、硫化物、有毒有機物、殘留抗生素等。值得注意的是，無論是物化處理還是生化處理技術，單一處理技術難以對制藥廢水實現良好的處理效果。因此，對特定的水質和處理需求實現更好的處理和經濟效益，需要組合和優化不同的工藝。
本文以某制藥廠的制藥廢水為例，對污水處理工藝進行優化實驗，在正常工藝流程前增加鐵碳微電解這一過程。通過鐵碳微電解對高濃度水單獨進行處理，再與低濃度廢水進行混合后，經過水解酸化、AO生化曝氣處理進一步分解有機物。
1、實驗水質分析及測量指標
1.1 實驗廢水水質
實驗所用廢水取河北某制藥公司生產廢水，該公司主要生產頭孢菌素類合成抗生素及中間體。該公司的高濃度廢水特點為有機物濃度高、pH值低、氨氮濃度高，水質波動大，具有一定毒性。具體數據為：高濃度廢水COD20000～30000mg/L，氨氮500～700mg/L，pH4～6;低濃度廢水COD1500～2000mg/L，氨氮50～100mg/L，pH5～6。
1.2 實驗流程
將高濃度廢水進入鐵碳微電解單元中，經過反應后出水再與低濃度廢水進行混合，經過水解酸化單元，出水最終進入AO生化單元。
1.3 實驗裝置
微電解反應：2L量筒，氧氣泵;水解反應：3L反應槽，攪拌器;AO反應：4L反應槽，攪拌器，氧氣泵。
1.4 分析方法
COD采用重鉻酸鉀法測量;BOD采用稀釋接種法測量;pH采用梅特勒FE20酸度計測量;氨氮采用蒸餾中和滴定法。
2、結果與討論
2.1 微電解實驗
2.1.1 單因素實驗
采用鐵碳復合填料(球形，Fe：C比3:1)，分別對pH、HRT、固液比為條件，找出最佳的工藝運行參數。
2.1.2 進水溶液pH影響的研究
分別將廢水的pH值調至2.0、3.0、4.0、5.0、6.0，向反應器中加入1L經pH調節好的廢水，加入相同體積的鐵碳填料，適量曝氣60min，反應后靜置出水，測上清液COD指標。見圖1：
從圖1可以看出，鐵碳微電解可以在不同pH條件下降低該廢水COD。伴隨pH的降低，COD去除效果逐漸增加。在pH=3的情況下，去除效率zui好，達到28%。其次是pH=2的條件下，但是過于酸性的條件造成鐵碳填料的加速腐蝕，引起水體COD和色度的上升，同時亞鐵離子形成絮體覆蓋在電極表面影響電解反應，造成去除效率的下降。
2.1.3 HRT影響的研究
將廢水調節pH至pH=3.0，向反應器中加入1L廢水，加入等量的鐵碳填料，控制HRT分別為30min、60min、90min、120min，反應后靜置出水，測上清液COD指標，如上圖2：
隨著微電解反應時間的延長，有機物去除效率也伴隨著增加。反應時間延長至90min后，去除率反而不再明顯增加，微電解反應消耗了原水中的氫離子，造成pH上升，減少了亞鐵離子的溶出速度，隨著填料的消耗，過多的亞鐵離子形成絮體，其覆蓋在填料表面并降低電解反應速率。
2.1.4 固液比影響的研究
將廢水pH值調至3.0，將反應器導入1L廢水，放入不同體積的鐵碳填料適量曝氣，控制曝氣反應時間90min。不同固液比條件對COD降解效率的影響如圖2所示。
不同的固液比中，廢水COD都有下降，隨著反應器中固液比的增長，廢水有機污染物去除率也在同步增加，至600g/L時COD去除率提升至35%，隨著固液比繼續增加，COD去除率沒有明顯變化。選擇600g/L固液比條件為最佳條件。
2.2 水解酸化聯合A/O實驗
水解酸化工藝的主要作用是將難生物降解的大分子有機物水解酸化為較易生物處理的小分子有機酸，以提高廢水的可生化性，為后續的好氧生物處理做好準備[3]。
通過水解酸化單元，HRT控制24h(模擬污水站實際運行停留時間)，有機物有較好的降解效果，COD去除率20%左右。
2.3 A/O生化實驗
A/O工藝是廣泛應用于廢水中污染物進行生物降解的工藝，工作原理就是氧化分解污水中的有機物，將氨氮、有機氮轉化為硝酸根和亞硝酸根，將來自O段末端的回流液被反硝化菌在A段還原為氮氣。
2.3.1不同回流比的影響
硝化液回流比是A/O工藝運行的重要參數之一，通過調整回流比考察A/O工藝COD、氨氮進出水指標以及去除率變化，如圖：
本實驗控制參數如下：A段DO≤0.5mg/L，O段DO保持在3-5mg/L;AO階段HRT6d(HRTA：HRTO=1:3，模擬污水站實際運行停留時間)
可以看出，不同回流比條件下，AO出水COD指標相差不大，都能達到91%以上，表明AO工藝在不同回流比的工況下對COD降解影響不大。但回流比增加后，氨氮去除效果增強比較明顯，其中回流比增加到300%時，對硝化作用的提升效果zui好，達到98.3%。
2.4 最佳條件下的處理效果
選用上述實驗中zui好的工藝條件對該制藥廢水進行處理，通過上述實驗得出該高濃度制藥廢水在鐵碳微電解的最佳條件為pH=3.0，HRT=90min，固液比600g/L，反應后按原比例與低濃度水混合后流入后續單元中，AO回流比300%的條件下，反應后取水靜置測上清液COD、氨氮指標，見圖4：
3、結論
(1)此種制藥廢水經過鐵碳微電解、水解酸化、AO生化處理后，出水指標要好于只單純經過水解、AO工藝。
(2)在最適宜條件下，將高濃度廢水pH調節為3.0，控制固液比600g/L，反應90min的環境下，該廢水COD降解率最高可達到36%，BOD/COD通過微電解反應、水解酸化反應提高至0.37，有利于后續的AO生化處理。
(3)經過電解反應后的高濃度水按原有比例與低濃度水配水后，經過水解酸化停留24h，進入AO工藝，在300%比例硝化液內回流后，COD、氨氮去除率分別保持在92%和98%左右，并對后續的深度降解減輕壓力。
