说起抗生素污水,不得不想起几年前央视重点报道的山东抗生素企业偷排有毒废水,给周围居民造成不良影响的新闻。以及发现自来水和全国主要河流都含有一种或多种抗生素的相关报道。
虽然有专业人士解读过饮用水中的抗生素含量很小,不会直接影响人体健康,但是长期食用这样的水,难免会有抗药性,或者其他的危害。
无论这些抗生素是通过人用、饲料还是医院进入水体的,其源头还是制药厂。
随着人类对抗生素的依赖,而国内抗生素生产中原材料利用率还比较低的现状,采用高效、经济的抗生素废水处理技术越来越重要。
抗生素废水产生的原因
抗生素工业生产过程主要通过菌种制备、孢子制备、种子制备、发酵、提取精制等步骤来实现。包括微生物发酵、过滤、萃取结晶、化学方法提取、精制等过程。期间会产生大量的工业废水,如:废弃母液、结晶液、洗涤废水、冷却水等。
抗生素废水的水质特征
1)污染物浓度高:COD高达10000mg/L,甚至十几万mg/L、几十万mg/L。
2)废水中BOD/N比值太低,在1-4之间。而微生物好氧要求为20:1,相差甚远,不利于微生物的繁殖和代谢,影响水处理效果。
3)硫酸盐浓度高:一般2000mg/L-3000mg/L最高可达4000mg/L-5000mg/L,硫酸根在厌氧时产生大量硫化氢,严重抑制生化反应的进行,给厌氧处理造成困难。
4)含有抗生素成份,毒性大,对微生物产生抑制和抗性,影响微生物的培养和繁殖。
5)有机物成分复杂,很难降解。
6)水量、水质变化幅度大,冲击负荷大。
了解了抗生素废水的产生原因,针对抗生素废水是一类富含难降解有机物和生物毒性物质的高浓度有机废水等水质特征。目前常用的处理方法有物理法、化学法、生物法以及多种组合方法等。
抗生素废水处理方法及其优缺点
常用的物理处理法有混凝法、气浮法、吸附法及膜分离法等。单纯的物理处理并不能使处理水质达标,一般是作为对抗生素废水的预处理,提高可生化性。
1、预处理方法的化学混凝絮凝法
(1)混凝剂种类:
1)铁盐:三氯化铁、聚合硫酸铁。
2)铝盐:聚合氯化铝,三氯化铝,聚合硫酸
3)复盐:聚合氯化硫酸铁铝,铁铝硅三元共聚混凝剂。
(2)絮凝剂
1)聚丙烯酰胺
2)改性淀粉
(3)工艺方法
1)混凝絮凝、沉淀、过滤。
2)混凝、絮凝、气浮、过滤。
(4)处理效果:COD去除率≥10%-50%,SS去除率≥70%,提高了可生化性。
2、预处理中的功能微生物强化处理法
(1)加日本的EM多功能菌群:光合菌、乳酸菌、酵母菌、芽孢杆菌,提高微生物群体功能。
(2)加多功能枯草芽孢杆菌、分解抗生素,增加可生化性。
(3)预处理中的硫酸盐降解法。采用铁硫还原菌,将硫酸盐还原成硫化物,还原成无机硫磺增加可生化性。
物化法对废水处理均有一定的效果,但需要投入大量的化学药剂,使得处理成本加大,而且复杂的操作程序往往会导致处理不当二次污染的产生。这些因素都在一定程度上限制了物化法的应用。
化学处理法也叫化学沉淀法,通过加入化学试剂能迅速沉淀废水中的悬浮物,有选择性地去除悬浮物,去除率可达90%以上。方法主要包括氧化还原法(添加试剂有Fenton试剂、H202等)、光催化氧化技术等。
不足:
(1)某些试剂的过量添加容易导致水体的二次污染。
(2)试剂价格会比较昂贵。
1、好氧生物处理法
我国现存的好氧生物处理工艺包括活性污泥法、深井曝气法、SBR、氧化沟等几种方法。
其中,序批式间竭活性污泥法(SBR法)是传统方法之一,应用广泛。
优点:
(1)技术成熟可靠。
(2)适应高COD浓度,高SS的水质。
(3)无须二沉池。
(4)无须污泥回流。
(5)抗冲击负荷能力强,效果稳定。
(6)COD去除率高达90%即以上。
缺点不足:
(1)容积负荷低,一般在1kgCOD/(m3·d)左右,才能保证出水达标效果。
(2)在最低水位和最高水位变化,设备利用率低。
(3)泥水分离,滗水时间长,微生物营养代谢时间相对短,导致设备利用率较低。
(4)控制点多,设备多,故障率高。
(5)水利停留时间太长,需24小时-36小时。
2、厌氧生物处理法
与好氧生物法相比,厌氧法具有有机物负荷高、污泥产率低、能耗低、能源可回收等优点。我国现存的抗生素污水处理技术有普通厌氧消化工艺、厌氧流化床技术、厌氧折流板反应器技术等。
3、厌氧-好氧组合工艺
针对好氧法和厌氧法的研究和实践总结而来的厌氧-好氧组合工艺,由于其容积负荷高、较少稀释用水量、能源可回收等方法在工业生产中得到了普遍的应用。
其中,厌氧水解酸化——好氧工艺是通过水解酸化难降解有机大分子降解成有机小分子提高好氧的可生化性。
优点:
(1)处理能力强
(2)耐冲击负荷较强
(3)污泥生成量少
(4)不用污泥回流
(5)运行费用低
(6)COD容积负荷比SBR法
高厌氧酸化段为4.93 kg/(m3·d),好氧段为5.15 kg/(m3·d)。
缺点:
(1)经厌氧水解酸化——生物接触氧化COD浓度降至400mg/L左右。
对照国家一级标准200mg/L,二级标准300mg/L,还有距离,对照严于国标的地标150mg/L更有距离。需再加一级化学混凝处理。
(2)水利停为时间太长,厌氧水解酸17小时,生物接触氧化为14小时,总停留时间31小时,筑构物尺寸大,基建投资大。
(3)好氧段气水比高达45:1,鼓风机耗电大。
厌氧——好氧工艺中,厌氧段是第三代厌氧反应器,颗粒污泥膨胀反应器(EGSB)和厌氧沉淀池构成。厌氧技术的关键是培养颗粒污泥技术。好氧段是带污泥回流的改进型,接触氧化技术。
优点:
(1)处理效果稳定
出水COD能接近一级标准200mg/L,达二级标准300mg/L,运行实例为250mg/L
(2)COD容积负荷比水解酸化——好氧略高
厌氧段为5.3 kg/(m3·d),
好氧段为5.6 kg/(m3·d)。
缺点:
(1)水利停留时间太长、厌氧段:8.5小时-14小时,接触氧化段:10小时-16小时,总停留时间为18.5小时-30小时。构筑物尺寸大,基建投资高。
(2)培养颗粒污泥时间长,技术比较复杂。
总结
虽然上述所说的各种抗生素废水的处理方法在废水处理领域都得到了一定的应用,但无论是物化法还是生物法,都有着各自的局限性。在科技日益进步的今天,通过相关领域人员的努力,有许多新方法新工艺的产生,会更加高效、节能、环保。
参考资料:会议内容《抗生素废水处理中的新技术》刘文治
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