申请日2013.01.21
公开(公告)日2013.05.08
IPC分类号C02F3/34; C02F9/14
摘要
本发明公开了一种高浓度合成制药废水的预处理方法，属于废水处理领域。该处理方法的步骤为：将光合细菌进行固定化后投入IPSB(Immobilized photosynthetic bacteria)反应器;用低浓度合成制药废水对固定化光合细菌进行驯化;将待处理的高浓度废水调节pH值后加入IPSB反应器中进行微氧生物反应;反应结束后沉淀排水，上清液进行进一步处理。该方法适合高浓度合成制药废水的预处理，其进水COD浓度可达16000mg/L，色度可达1250倍，含盐量高达20000mg/L，硫酸根浓度高达5000mg/L，出水COD浓度可降低至2000mg/L，色度降低至100倍。
权利要求书
1.一种高浓度合成制药废水的预处理方法，其特征在于包含以下步骤：
(1)光合细菌的固定化：在光合细菌菌悬液中投入固定化载体后浸泡24～48小时即 可得到固定化光合细菌菌悬液;
(2)固定化光合细菌的驯化：将步骤(1)中固定化光合细菌菌悬液投加到IPSB反 应器中，向IPSB反应器加入COD浓度为7000～8000mg/L、pH值为7.0～9.0的废水 至IPSB反应器体积的70～80%，控制溶解氧浓度为0.5～2.0mg/L进行微氧曝气反应， 处理18～20小时后沉降1～2小时排出上清液，重新加入COD浓度为7000～ 8000mg/L、pH值为7.0～9.0的废水至IPSB反应器体积的70～80%，重复进废水-处 理-排上清液操作7～10次即可生成以光合细菌为优势菌种的污泥床层，固定化光合细 菌的驯化完成;
(3)高浓度合成制药废水的pH值调节：使用格栅拦截高浓度合成制药废水中粗大悬 浮物后进入调节池，使用碱性pH调节剂调节高浓度合成制药废水的pH为7.0～9.0;
(4)IPSB微氧生物反应：使用废水提升泵将经步骤(3)处理的高浓度合成制药废水 加入到含有步骤(2)驯化完成的固定化光合细菌的IPSB反应器中，控制溶解氧浓度 为0.5～2.0mg/L进行微氧曝气反应;
(5)沉淀滗水：步骤(4)IPSB微氧生物反应进行18～20小时后，停止曝气，静置 沉降1～2小时后排出上清液;
(6)重复进行步骤(3)-(5)。
2.如权利要求1所述的高浓度合成制药废水的预处理方法，其特征在于所述步骤(1) 中光合细菌菌悬液中光合细菌的浓度不低于109个/毫升。
3.如权利要求1所述的高浓度合成制药废水的预处理方法，其特征在于所述步骤(1) 所述光合细菌菌悬液与固定化载体的重量比为(40～60)：1。
4.如权利要求1所述的高浓度合成制药废水的预处理方法，其特征在于所述步骤(1) 中固定化载体为活性炭、炉渣、沸石粉或其组合。
5.如权利要求4所述的高浓度合成制药废水的预处理方法，其特征在于，所述步骤(1) 中固定化载体中活性炭：炉渣：沸石粉的重量比为(60～70)：(20～30)：(10～20)。
6.如权利要求1所述的高浓度合成制药废水的预处理方法，其特征在于所述步骤(2) 中固定化细菌悬液的投加体积占IPSB反应器体积的20～30%。
7.如权利要求1所述的高浓度合成制药废水的预处理方法，其特征在于所述的步骤(3) 中pH调节剂选自氢氧化钠、氢氧化钙中的一种或多种。
8.如权利要求1所述的高浓度合成制药废水的预处理方法，其特征在于所述步骤(4) 中高浓度合成制药废水加入到IPSB反应器后混合溶液体积占IPSB反应器总体积的 80～95%。
9.如权利要求1所述的高浓度合成制药废水的预处理方法，其特征在于所述高浓度合成 制药废水COD浓度高达16000mg/L，色度高达1250倍，含盐量高达20000mg/L，硫 酸根浓度高达5000mg/L，可生化性指标(B/C)小于0.3。
10.如权利要求1所述的高浓度合成制药废水的预处理方法，其特征在于实施上述处理方 法的装置由格栅、混合箱、调节池、IPSB反应器和收集池组成。
说明书
一种高浓度合成制药废水的预处理方法
技术领域
本发明属于废水处理领域，具体涉及一种高浓度合成制药废水的预处理方法。
背景技术
高浓度合成制药废水产生于利用有机和无机原料进行化学反应以及制备药品或中间 体的生产过程中，其具有有机物浓度高、盐度大、成分复杂等特点，常含有生物毒性物质 和生物难降解物质，可生化性差，是一类处理难度高的工业废水。
目前合成制药废水常用处理方法主要有混凝、气浮、焚烧、萃取、吸附、高级氧化、 蒸发等物化方法和UASB、SBR、CASS等厌氧、好氧活性污泥法。物化方法往往需要采 购特殊设备或投加大量药剂，运行成本和基建费用都很高，且设计运行不当易造成二次污 染。而活性污泥法虽然能够循环使用，但其负荷较低，其中厌氧工艺进水COD通常小于 10000mg/L，且易受到废水中高浓度硫酸盐的影响，不能直接应用于高浓度合成制药废水 的处理;好氧工艺进水COD更低，一般小于3000mg/L，曝气能耗和污泥处置费用高。 上述废水处理方法用于合成制药废水的处理效果不佳。因此，在制药工业废水处理前进行 预处理对于改善废水处理效果，降低废水处理成本具有十分重要的意义。
光合细菌(PSB)具有耐高有机负荷、耐高盐度、需氧量小、受温度影响小、污泥产 量低且可回收利用、操作维护简单、运行费用低等诸多突出优势，在废水处理领域已有应 用研究。管希夷等在南通发酵厂建立了利用光合细菌处理柠檬酸废水的装置，日处理能力 300～400t;王宇新等用光合细菌处理淀粉废水，日处理能力4t;孙涛等在活性炭固定化对 光合细菌去除废水中氮磷的研究中得出结论，粉末活性炭固定光合细菌对海水配制的模拟 废水中的NH4+-N和PO43--P的去除率分别为92.5%和78.8%。上述现有技术所处理的废水为 可生化性良好的有机废水，或者为人工配制的低浓度模拟废水。国内现有技术中尚未见将 固定化光合细菌应用于高浓度合成制药废水处理的报道。因此，如何充分发挥光合细菌的 优势，增强其固定化效果，使其应用于制药废水的处理，对于化工制药生产和环境保护均 具有十分重要的意义。
发明内容
针对目前固定化光合细菌应用于高浓度制药废水工程实际的不足，本发明旨在提供一 种固定化生物量大、COD去除率高、脱色功能显著、耐高盐度、处理费用低、操作简单、 效果稳定的高浓度合成制药废水的预处理方法。该方法进水负荷高，色度大，盐度高，出 水水质指标稳定，光合细菌可长期稳定繁殖并保持优势。
为了实现上述目的，本发明将生物固定化技术和光合细菌联用，将光合细菌固定于载 体上对其进行驯化培养，在载体表面及孔穴中形成以光合细菌为优势菌种的生物膜，即 IPSB生物反应体系，应用此反应体系对高浓度合成制药废水进行预处理。
本发明中采用以下步骤处理高浓度合成制药废水：将光合细菌固定化;对固定化光合 细菌进行驯化;调节废水pH值至7.0～9.0;IPSB微氧生物反应;沉淀滗水。具体操作步 骤和技术要求如下：
(1)光合细菌固定化：向光合细菌菌悬液中投入固定化载体后浸泡24～48小时即 可得到固定化光合细菌菌悬液。本发明采用吸附法将光合细菌固定于载体之上，光合细菌 和固定化载体充分浸泡后，光合细菌即会吸附于在载体表面及孔穴中。
上述所述的光合细菌固定化步骤中，浸泡后光合细菌的浓度不低于109个/毫升;光 合细菌为市售或自行培养，但应保证下列技术要求：长势良好，色泽鲜艳通透，质地均匀， 无沉淀;光合细菌悬液与固定化载体的重量比为(40～60)：1;固定化载体可以为常用菌 种固定化载体，优选为活性炭、炉渣、沸石粉或其组合，发明人通过大量探索性实验证实 当将活性炭：炉渣：沸石粉以重量百分比(60～70)：(20～30)：(10～20)混合时，其对 光合细菌的固定化效果更好。
(2)固定化光合细菌驯化：采用低浓度废水驯化方式对固定化的光和细菌进行驯化， 使其逐渐适用水质，繁殖增殖从而形成以光合细菌为优势菌种的生物载体。将步骤(1) 中固定化光合细菌菌悬液投加到IPSB反应器中，向IPSB反应器加入COD浓度为7000～ 8000mg/L、pH值为7.0～9.0的废水至IPSB反应器体积的70～80%，控制溶解氧浓度为 0.5～2.0mg/L进行微氧曝气反应，处理18～20小时后沉降1～2小时排出上清液，重新加 入COD浓度为7000～8000mg/L，pH值为7.0～9.0的废水至IPSB反应器体积的70～80%， 如此重复进废水-处理-排上清液操作7～10次即可以生成以光合细菌为优势菌种的污泥 床层，固定化光合细菌的驯化完成。
上述所述驯化步骤中固定化细菌悬液的投加体积占IPSB反应器体积的20～30%。步 骤(1)至(2)完成后，即可应用于高浓度合成制药废水的处理中，无需再重复此过程。
(3)调节废水pH值：使用格栅拦截高浓度合成制药废水中粗大悬浮物后进入调节 池，使用碱性pH调节剂调节高浓度合成制药废水的pH为7.0～9.0。因废水中含有酸性 物质，使得废水呈现酸性，而光合细菌降解有机物的适宜pH值为中性或弱碱性，因此需 要使用碱性pH调节剂调节废水pH值为7.0～9.0，所述pH调节剂为氢氧化钠、氢氧化钙 中的一种或多种。
(4)IPSB微氧生物反应：使用废水提升泵将经步骤(3)处理的高浓度合成制药废 水加入到含有步骤(2)驯化完成的固定化光合细菌的IPSB反应器中，开启搅拌装置和 曝气装置，控制溶解氧浓度为0.5～2.0mg/L进行微氧曝气反应。进水COD浓度约14000～ 16000mg/L，色度约1000～1250倍。含盐量约17000～20000mg/L，硫酸根浓度约 5000mg/L，可生化性指标(B/C)小于0.3。高浓度合成制药废水在光合细菌的作用下， 逐步降解有机物，去除废水中大部分COD，降低出水色度，减轻后续处理的负担。
上述IPSB微氧生物反应步骤中，所述高浓度合成制药废水加入后IPSB反应器中混 合溶液的体积占其反应器总体积的80～95%。
(5)沉淀滗水：步骤(4)IPSB微氧生物反应进行18～20小时后，停止搅拌与曝气， 静置沉降1～2小时后，固定化光合细菌即可沉降于反应器底部，并可以循环使用。开启 滗水装置，上清液自反应器顶部溢流堰排出，排出上清液。
上述所述出水COD浓度去除率85%以上，色度去除率70%以上。为合成制药废水的 进一步处理提供有利的水质条件。
(6)重复进行步骤(3)~(5)。
本发明所述的高浓度合成制药废水的预处理方法，与现有技术相比，其创新之处和达 到的效果如下所述：
(1)光合细菌价格低廉，培养简单，耐受高有机负荷、高硫酸盐浓度等苛刻的水质 条件，负荷可达4～5㎏COD/m3.d，COD去除率在85%以上，色度去除率70%以上，且 不受高盐和高硫酸根的限制，可耐受高达20000mg/L的含盐量、5000mg/L的硫酸根浓度， 是常规物化预处理方法以及普通厌氧和好氧活性污泥法所不能比拟的。
(2)IPSB反应体系弥补了现有技术的生物强化技术处理废水时需要定期投加菌种 的不足，仅需一次固定化与驯化过程，且驯化周期短，一般7～10天即可完成，运行过程 中无需重复补充光合菌菌液，光合细菌即可长期稳定繁殖并保持优势，有效防止菌体流失， 节约运行成本，简化操作流程。
(3)在常规固定化载体活性炭中加入炉渣和沸石形成混合固定化载体，弥补了现有 技术的使用单一固定化载体的不足，有利于增加光合细菌的负载生物量，出水流失的菌体 明显减少。炉渣的加入减少了活性炭的使用量，从而减少了成本，并且炉渣比重大，有利 于增强活性炭的沉降性。沸石粉是一种极性吸附材料，能够吸附和富集细菌，将其添加有 利于光合细菌向载体表面及内部孔穴富集繁殖。三者联合使用达到了降低成本、优化沉降 性、增加光合细菌生物量的作用。
(4)处理构筑物结构简单紧凑，占地面积少，生物繁殖、有机物降解、出水分离在一 个反应器内完成。出水不需要混凝沉降或者离心分离系统，大大节约了运行成本。
(5)实施例1～5结果表明本发明尤其适合高浓度合成制药废水的预处理，进水COD 浓度可达16000mg/L，色度可达1250倍，含盐量可达20000mg/L，SO42-浓度可达 5000mg/L，可生化性指标(B/C)小于0.3，长期运行出水水质稳定。