洁霉素废水厌氧生物处理研究

邓灿，杨健，李文书
(同济大学环境科学与工程学院，上海 200092)

　　摘要：采用上流式厌氧污泥床反应器，在34t下处理洁霉素废水。通过进水稀释与不稀释的实验对比，分析探讨了有毒有害物质、碱度、容积负荷等对厌氧生物处理的影响。洁霉素废水的COD_cr质量浓度为16.8-24.3g/L，BOD₅质量浓度为7.2-9.9g／L。在进水不稀释条件下，COD_cr负荷为5.7kg／(m³·d)，进水COD_cr的质量浓度为16.8g／L，进水BOD的质量浓度为7.2g／L时，COD_cr平均去除率为72％，BOD₅平均去除率为84％。
　　关键词：洁霉素；废水处理；厌氧反应器；碱度；容积负荷
　　中图分类号：X787　　 文献标识码：A　　 文章编号：1009—2455(2004)04—0042—03

A Study of Anaerobic Biotreatment of Lincomycin Hydrochloride Wastewater
DENG Can，YANG Jian，LI Wen-shu
(College of Environmental Science and Engineering, Tongji University，Shanghai 200092，China)

　　AbStract：An Upflow AnaerobiC Sludge Bed(UASB) reactor was used in the treatment of Lincomycin hydrochloride wastewater at 34℃.The effects of toxic and harmful matters，alkalinity and volumetric loading on the anaerobic biological treatment were studied and discussed through an experimental comparison between diluted influent water and undiluted influent water.The mass concentrations of COD_cr and BOD₅ of the Lincomycin hydrochloride wastewater were 16.8-24.3g／L and 7.2—9.9g／L respectively. When the influent water was not diluted and the load of COD_cr was 5.7kg／(m³·d)，the COD_cr concentration of the influent water was 16.8g／L，the BOD concentration of the influent water was 7.2g／L，the average removal rate of COD_cr was 72％, and that of BOD₅ was 84％.
　　Key wordS： Lincomycin hydrochloride；wastewater treatment；anaerobic reactor；alkalinity；volumetric loading

1 废水来源

　　洁霉素主要通过发酵、提炼、纯化几个步骤制取。生产过程采用三级发酵溶媒提取法。用葡萄糖、淀粉、豆饼粉等配制培养基，经灭菌接人菌种发酵，通人无菌空气，机械搅拌，在发酵期补人麦芽糖、硫酸铵等物料。发酵液经酸化后经过滤板框和碱化板框过滤，滤渣外排，滤液用丁醇提取，提取后的废母液经蒸馏回收丁醇后外排。丁醇萃取液浓缩后用酸水提取，丁醇回收利用。水提液经浓缩后脱色，加入丙酮结晶、过滤、真空干燥、分袋、出成品，丙酮由回收塔回收。产污环节为发酵冷却排水、提炼废水、板框冲洗废水及母液蒸馏废水等，见图1。

2 洁霉索废水水质特点

　　实验用洁霉素废水取自南阳普康集团化学制药厂洁霉素生产车间污水排放口，水样的主要水质指标见表1。

表1 洁霉素废水主要的水质指标

　　从表1中可看出，洁霉素废水有机物含量很高，BOD₅与COD_cr的质量比为0.38—0.42。从BOD₅与COD_cr的质量比和降解动力学来评定，洁霉素废水属于生物处理可行性尚可的工业废水。为了较大幅度地削减COD_cr,减少稀释水量，降低基建、设备投资和运行费用，作者对洁霉素废水的厌氧生物处理进行了小试研究。

3 处理工艺与方法

3.1 处理工艺的确定
　　针对洁霉素废水有机物含量高的特点，本试验拟采用UASB工艺。据报道^[1]，UASB反应器在处理大多数有机废水时，只要操作方法正确，一般均可在反应器内培养出厌氧颗粒污泥。厌氧颗粒污泥的特性是有较高的去除有机物活性，密度比絮体污泥大，具有良好的沉淀性能，使反应器内可维持较高的生物量。
　　为了探讨生物毒性物质、碱度、容积负荷等对厌氧生物处理的影响，共用2套结构相同的UASB反应器。反应器直径6.7 cm，高1.0m，有效体积3.52L。其中，反应器1进原水，反应器2进水用自来水稀释1倍，反应器内装填弹性纤维填料。2套反应器一起置人装有温水的水浴桶里，温度控制为34t。
3.2 反应器的启动
　　取某城市污水处理厂水解池的污泥进行接种，接种水解污泥ρ(MLSS)为30g／L，ρ(VSS)／ρ(SS)为0.75左右，接种量约为1.5L。
　　污泥经30d启动期和60d驯化期，进入负荷运行增长期。为了避免废水中有毒物质对产甲烷菌的抑制，驯化初期用生活污水将原水稀释1倍，随着污泥驯化的不断成熟、颗粒污泥的形成，逐渐增加进水浓度，最后反应器1直接进原水，反应器2进水用自来水稀释1倍。
3.3 生物毒性物质的影响
　　洁霉素废水中总氮浓度较高，其中大部分是有机氮，反应过程中有机氮转变成氨氮，反应器中氨氮浓度过高对厌氧生物处理也会产生一定影响。然而，随着反应的进行，细菌可能会逐渐适应高浓度的氨氮环境，或有些厌氧菌被高浓度的氨氮环境选择而繁衍增强。但是，洁霉素废水中还存在大量其它生物毒性物质，如残留抗生素及其中间代谢产物、高浓度硫酸盐、表面活性剂和提取分离中残留的高浓度酸、碱和有机溶剂等。对含有生物难降解物质的废水进行生化处理，为了增加工艺的稳定性和提高处理效果，一般需要将原浓度废水进行预处理或者进行适当稀释。本实验中，通过比较进水稀释和不稀释反应器的处理效果来探讨生物毒性物质对厌氧生物处理的影响。图2是在相同容积负荷(以COD_cr计，下同)3.3 kg／(m³·d)条件下，进水稀释与不稀释BOD₅的去除率曲线。

　　从图2中可看出，进水稀释并不能明显提高BOD₅的处理效率，底物浓度的降低，BOD₅的去除率反而有所下降。据有关资料，大多数有毒物质对产甲烷菌的作用是抑制而不是杀灭，产甲烷菌对许多有毒化合物有较强的适应能力^[2]。根据实验结果，洁霉素废水中的生物毒性物质对产甲烷菌的抑制性并不太强，因而用UASB法处理高浓度的洁霉素废水不需要加水稀释。
3.4 碱度的影响
　　一般认为，厌氧反应适宜pH值范围为6.5-7.5^[3]。厌氧消化体系中的pH值(或酸碱平衡)是体系中CO₂，H₂S等在气液两相间的溶解平衡、液相内的酸碱平衡以及固液相间离子溶解平衡等综合作用的结果，而这些又与反应器内所发生的生化反应直接相关^[4]。而厌氧体系一旦发生酸化即脂肪酸严重积累，pH值严重下降(低于5.5)，则需要很长的时间才能恢复。为了保证厌氧体系具有一定的缓冲能力，以维持合适的pH值，厌氧体系中必须保持一定的碱度。有研究表明，厌氧反应器内总碱度一般控制在2.0-4.0g／L之间较好^[5]。对进水稀释1倍的反应器，进水的碱度低于1.0 g/L几。为了检验进水的碱度是否影响了该反应器的处理效率，在抑制影响实验之后补充了碱度影响的实验。进水COD_cr，BOD₅的质量浓度分别为7900mg／L，3600mg／L。容积负荷同上(3.3 kg／(m³·d))。实验结果如表2。

表2 碱度对厌氧反应的影响

　　从表2实验数据可以看出，进水碱度对BOD₅的处理效率有一定的影响。进水的碱度从0.8g／L提高至2.0g／L，BOD5处理效率从84.7％提高至91.7％。
3.5 容积负荷的影响
　　进水不稀释反应器的启动过程完成后，取几个不同的容积负荷值，每个容积负荷值连续运行15d左右，每隔3d取一次数据。容积负荷由低到高逐渐变化。实验结果见表3。

表3 容积负荷对厌氧反应器的影响

　　从表3来看，尽管厌氧反应器的COD_cr去除宰为70％左右，平均出水CODc,的质量浓度为4468-6426mg／L 。在同一容积负荷条件下，BOD₅有着稳定的去除率，随着容积负荷的降低，BOD₅平均去除率呈上升趋势，平均去除率已达78％-89％。实验结果表明，通过厌氧处理，洁霉素废水中难降解的有机物质得到有效的去除，而没有完全降解的有机物质转化为易于好氧处理的低分子物质，为后续的好氧处理创造了有利条件。

4 结论

　　①进水稀释和不稀释的运行结果表明，洁霉素废水中的生物毒性物质对产甲烷菌的抑制性并不太强，在相同负荷条件下，进水稀释1倍和不稀释BOD₅平均去除率分别为83.7％，89.2％。因此，可以直接对原水进行厌氧处理。对进水稀释1倍的反应器来说，进水碱度偏低对BOD₅的处理效率有一定的影响。
　　②工程上建议，容积负荷取5.7kg／(m³·d)，此时进水COD_cr,的质量浓度16800 mg／L，进水BOD₅的质量浓度为7200mg／L，平均CODcr去除率为72％，平均BOD₅去除率为84％。

参考文献：
　　[1]胡纪萃.简谈现代高效厌氧反应器——UASB反应器[J].环境保护，1998，(2)：48—48.
　　[2]郝晓刚，李春.味精—卡那霉素混合废水的厌氧生物处理[J].化工环保，1999，19(3)：168—171.
　　[3]顾夏声，废水生物处理数学模型(第二版)[M].北京：清华大学出版社，1993.
　　[4]Anderson G k，G Young.pH Control in Anaerobic Treatment of Industrial Wastewater [J].J Environ Eng，1992，118(4)：551—557.
　　[5]赵慧君.厌氧生物处理技术CJ].石油化工环境保护，1996，(1)： 19—21.

作者介绍：邓灿(1979-)，女，湖南沅江人，2001年毕业于湘潭大学环境工程专业，2002年考取同济大学硕士研究生，现在硕士在读，主要研究方向为水污染控制，电话(021)65984275，dengdadai177@sohu.com。