CN101851036A - 一种生物实验室废水的处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明属环保技术领域，涉及一种生物实验室废水处理方法。本发明采用投加pH调节剂稀H₂SO₄30％作为初步杀菌方法，化学反应剂氧化钙、聚合双酸铝铁混凝剂和助凝剂聚丙烯酰胺配合使用作为混凝沉淀去除生物实验室废水中污染物质的方法，结合芬顿氧化法，达到继续降低有机污染物CODcr和LAS的目的，同时具备杀灭细菌、去除ATP，降低生物毒性的功效，经氢氧化钙调节出水pH，并沉淀后，经测定，排放的生物实验室废水中COD_Cr、LAS浓度、NH₃-N、T-N、T-P达到或优于二级排放标准；细菌总数去除率均达到100％，细菌生物活性指标值为0，生物毒性指标发光菌抑制率小于30％。

Description

一种生物实验室废水的处理方法

技术领域

本发明属环保技术领域，具体涉及一种生物实验室废水的处理方法。

背景技术

生物经济已经成为我国又一个新的经济增长点，生物科学技术在制药业、医疗业、农业等方面迅速发展，应用广泛，对缓解人类所面临的人口、资源、环境的矛盾方面扮演着不可或缺的角色。但是其自身潜在的威胁与风险，已日益引起人们的普遍关注和警觉。据调查，生物实验室中产生的生物活性物质、在实验室通过人工诱变及基因工程的构建使生物产生突变或构建获得的基因工程菌、病毒和癌细胞等，以及在实验室中采用的诱变剂、生化药物等，这些物质一旦进入环境，就会对人体健康和生态安全造成巨大威胁。

一般来说，生物实验室废水的水质特征是1)有机污染物(CODcr)含量较高，其主要成分为实验室用的化学药品、有机溶剂以及死亡微生物残体等；2)实验室污水中还含有较大量的洗涤剂成分如阴离子表面活性剂(LAS)；3)细菌总数较高，通常为10⁵-10⁶数量级，可能含有基因工程菌、致病菌等；4)含有生物活性物质(如DNA片段)，病毒、癌细胞等。

大量的文献调研表明，目前国内外尚缺乏对生物实验室废水进行有效处理的方法，多数生物实验室废水是直接排放至城市排水管网进入城市污水处理厂，其在城市排水管网的输送过程中对人体健康和生态安全会造成威胁，且城市污水处理厂对这类废水也没有针对性的处理工艺，在处理过程或排水水体后对人体健康和生态安全具有很高的危险性。

目前，去除废水中的有机污染物，主要的处理方法包括好氧生物处理、高级化学氧化、吸附法等，尤其以好氧生物处理应用广泛。但研究发现，生物实验室废水中所含的LAS在曝气时产生大量泡沫使微生物流失而无法进行，用臭氧等高级化学氧化法时也有相同的问题。且生物处理、吸附法均不能对生物实验室废水中的细菌和病毒进行有效的消毒和灭菌，也不能有效去除LAS。去除废水中的LAS，主要的处理方法为：混凝沉淀法、泡沫分离法等。泡沫分离法能有效去除废水中的LAS，但它不能去除废水中的其它溶解性有机物，也不能对生物实验室废水中的细菌和病毒进行有效的消毒和灭菌，且泡沫分离法的设备昂贵，运行能耗高。混凝沉淀法设备投资、运行能耗相对较低。但单纯依靠混凝沉淀的方法难以去除小分子结构的有机物，混凝沉淀只能将大分子有机物通过电中和及其共沉淀等作用去除，而小分子有机物仍然残留于废水中，导致CODcr去除效率较低，去除LAS的效率也相对较低。且和泡沫分离法相同，不能有效处理生物实验室废水中的溶解性有机物、细菌和病毒。

去除废水中的细菌及病毒的主要处理方法包括：液氯、臭氧等强氧化性物质进行消毒灭菌，或UV消毒。实践显示，采用常规消毒的方式(如液氯消毒)能够灭活废水中的细菌，但是对病毒类、基因片段以及癌细胞等的处理效率不够高，且加氯消毒方式会产生氯化消毒副产物等环境生态有害物质。UV消毒不会形成有毒消毒副产物，但对废水中的病菌、病毒、基因片段以及癌细胞等的处理效率均不够高，且经UV消毒后的病菌见光后又容易复活，不甚可靠。且除臭氧外的方法对有机污染物的降解去除功能均很弱。而对于生物性污染废水既需要对其中的基因工程菌、癌细胞、病毒等进行灭菌消毒，也需对其中的有机污染物进行有效去除。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种对生物实验室废水处理效果好，健康风险和环境毒理生态风险均低的废水处理工艺，具体涉及一种生物实验室废水的处理方法。

具体而言，本发明采用调节pH+混凝+助凝+Fenton氧化的方法处理生物实验室废水。首先通过投加稀H₂SO₄(30％)作为pH调节剂，使与废水pH降至2左右，搅拌，进行初步杀菌；接着投加氧化钙，利用十二烷基苯磺酸钠与氧化钙之间的化学反应，生成不溶于水的十二烷基苯磺酸钙，以利于对LAS的去除；进而通过混凝沉淀去除生物实验室废水中的悬浮固体(SS，包括新生成的十二烷基苯磺酸钙)、胶体类有机物、部分的细菌、病毒等。本发明中，混凝沉淀具体采用聚合双酸铝铁(PAFCS)作为混凝剂，聚丙烯酰胺(PAM)作为助凝剂。然后对于废水中仍然存在的病毒、细菌等，采用芬顿(Fenton)氧化法，在pH2.5左右进行，酸性pH条件下加上氢氧自由基(·OH)的协同氧化作用既可有效杀灭废水中细菌、病毒、癌细胞、生物活性物质，又可以利用·OH较高的氧化性，进一步提高废水中有机物(以CODcr表示)的去除率。本发明方法无有害消毒副产物产生，对人体和环境无害。经氢氧化钙(Ca(OH)₂)调节出水pH，并沉淀后，能达到对生物实验室废水无害化处理和达标排放的目的。

本发明方法包括如下步骤：

(1)生物实验室废水收集后进入贮水池，然后进入pH调节池，在pH调节池中投加稀H₂SO₄(30％)作为pH调节剂，使与废水pH降至2左右，搅拌10-30min，进行初步杀菌；

(2)初步杀菌后废水进入反应池，加入NaOH调节为中性，并加入CaO与废水中LAS进行化学反应形成小的沉淀悬浮物，CaO摩尔投加量相当于LAS摩尔浓度的0.75-1.0倍，化学反应时间10-20min，其混合液流入后续混合池，混合池中加入PAFCS进行快速搅拌(300r/min)，混合时间为1-2min，投加量为40-60mg/L；

(3)混合液进入絮凝池，絮凝池中投加PAM0.5-1.0mg/L，絮凝时间为15-30分钟，此过程在慢速搅拌(60r/min)中进行，保证大颗粒絮体的形成；

(4)絮凝后的混合液进入第一沉淀池，第一沉淀池水力停留时间为90-120分钟，大量的絮体沉入沉淀池底部得到去除，沉淀后废水中CODcr去除率达60％以上，LAS去除率达到50％以上，部分细菌同时得到去除；

(5)沉淀后的废水上清液进入Fenton氧化池进行Fenton氧化，运行条件为H₂O₂投加量0.044-0.18mol/L，硫酸亚铁投加量按照mol(H₂O₂)/mol(Fe²⁺)比为20∶0.5-20∶2进行投加，用酸调节法院溶液pH在2-4，反应3.5-5.5h，在此过程进行中速搅拌(100r/min)，处理出水CODcr小于100mg/L；

(6)Fenton氧化后废水进入中和池，投加NaOH或者CaO调节出水pH为中性；

(7)最后，经二次沉淀池沉淀90-120分钟后，排放。

经测定其出水COD小于100mg/L，氨氮、总磷分别小于25mg/L、3mg/L，出水满足《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB8918-2002)》二级排放标准的相关要求。细菌总数去除率达到100％，细菌生物活性(ATP)低于检测限，保障出水的生物卫生安全性。发光细菌的急性毒性试验结果表明，其相对抑光率降至30％以下，属低水平毒性，保障了出水的生态健康安全性。

本发明具有如下显著优点：

采用调节pH+混凝+Fenton氧化为主体的处理方法，能解决由于生物实验室废水中的高CODcr、LAS以及细菌、病毒、生物活性物质等引起的生物性污染新问题；

由于采用CaO化学沉淀剂和无机高分子混凝剂，实践表明，该混凝剂具有混凝效果好，对原水pH、温度、浊度、碱度、有机物含量的适应范围宽，处理水成本低等优点，与助凝剂PAM配合使用效果较好；

采用Fenton氧化工艺，既可以对有机污染物(以COD_Cr计)和LAS继续氧化去除，使其达标排放；又可以达到杀灭病菌、病毒、癌细胞、生物活性物质的目的；

本发明的突出优点是不需要采用常规氯消毒工艺，避免了有毒消毒副产物的产生，对病菌、病毒、癌细胞、生物活性物质进行有效的杀灭，保障了其出水对人类的健康风险和环境毒理生态风险均低，同时也可以有效地去除废水中的其它有机污染物，使出水达到二级排放标准。

附图说明

图1是本发明方法的工艺流程。

具体实施方式

实施例1：

某高校生物实验室废水，生物实验室废水首先进入贮水池进行流量调节，然后进入pH调节池，在pH调节池中投加稀H₂SO₄(30％)作为pH调节剂，使与废水pH降至2，搅拌20min，进行初步杀菌；杀菌后废水进入化学反应池，投加LAS摩尔浓度0.75倍的CaO，中速(150r/min)中速混合5min进行化学反应；混合后的水流入混合池进行混凝，投加PAFCS 40mg/L，快速(300r/min)搅拌1min，混凝后进入絮凝池投加PAM 1.0mg/L，慢速(60r/min)搅拌15min，进入第一沉淀池，然后经沉淀100min，进行固液分离后上清液继续进入Fenton氧化池，加入0.044mol/L的H₂O₂，0.0022mol/L的硫酸亚铁，mol(H₂O₂)/mol(Fe²⁺)比为20∶2，加稀H₂SO₄(30％)调节氧化池中废水pH为2.5，中速搅拌(100r/min)5.5h进行Fenton氧化反应；经Fenton氧化后的废水进入中和池，投加CaO调节出水pH为中性(pH 6-9)；最后，废水进入第二沉淀池进行固液分离，经90分钟沉淀后上清液排放。

分析测定上清液水质指标COD_Cr、LAS浓度、浊度、NH₃-N、T-N、T-P、细菌、ATP、生物毒性等。

通过试验研究可得出以下结论：在试验水样条件下COD 810mg/L，LAS 140mg/L，pH7，浊度120NTU，SS 40mg/L，NH₃-N、T-N、T-P分别为1.10mg/L、2.92mg/L、0.024mg/L，细菌总数3.8×10⁵CFU/mL，ATP6.99×10⁵RLU/mL，生物毒性为有毒。出水COD小于76mg/L；NH₃-N、T-N、T-P分别为1.09mg/L、2.74mg/L、0.002mg/L；LAS小于10mg/L，去除率达到96％，细菌总数的去除率为100％，生物活性ATP为0，生物毒性测试结果发光菌抑制率小于30％，微毒。该方法对生物实验室废水中典型污染物质具有较高的去除效能。

实施例2：

某生物制品开发实验室，水质参数COD 1550mg/L，LAS 25mg/L，pH7.5，浊度200NTU，SS60mg/L，NH₃-N 4.3mg/L、T-N 7.1mg/L、T-P 0.36mg/L，细菌总数2.4×10⁵CFU/mL，ATP9.8×10³RLU/mL，生物毒性为有毒。生物实验室废水的水样首先进入贮水池进行流量调节，然后进入pH调节池，在pH调节池中投加稀H₂SO₄(30％)作为pH调节剂，使与废水pH降至2，搅拌10min，进行初步杀菌，接着进入化学反应池，投加量LAS摩尔浓度1.0倍的CaO，快速混合10min，混合后的水泵入混合池，投加PAFCS50mg/L，快速搅拌(300r/min)，搅拌1min，混凝后进入絮凝池投加PAM0.5mg/L，慢速搅拌(60r/min)，搅拌15min，然后静置沉淀30min。固液分离后上清液继续进入Fenton氧化池，调节氧化池水体pH为4，反应3.5h，mol(H₂O₂)/mol(Fe²⁺)比为20∶0.5，最后经Ca(OH)₂调节pH中性后，沉淀70min排放。

分析测定上清液水质指标CODCr、LAS浓度、浊度、NH₃-N、T-N、T-P、细菌、ATP、生物毒性等。试验结果表明，处理后水中LAS含量小于2mg/，的去除率达到85％以上；COD去除率为90％以上；NH₃-N 2.9mg/L、T-N 5.0mg/L、T-P 0.12mg/L；对细菌的去除率为100％，生物活性ATP为0，生物毒性指标发光菌抑制率小于30％，微毒。

实施例3：

某高新科技园区药谷大楼实验室废水，实验室废水的水样首先进入贮水池进行流量调节，然后进入pH调节池，在pH调节池中投加稀H₂SO₄(30％)作为pH调节剂，使与废水pH降至2，搅拌30min，进行初步杀菌，接着进入化学反应池，投加量LAS摩尔浓度1.0倍的CaO，快速混合10min，混合后的水泵入混合池，投加PAFCS60mg/L，快速搅拌(300r/min)，搅拌1min，慢速搅拌(60r/min)，搅拌15min，混凝后进入絮凝池投加PAM0.8mg/L，然后静置沉淀30min。固液分离后上清液继续进入Fenton氧化池，调节氧化池水体pH为3.5，反应4h，mol(H₂O₂)/mol(Fe²⁺)比为20∶1，最后经Ca(OH)₂调节pH中性后，沉淀80min排放。

原废水水质为COD 860mg/L，溶解性COD 420mg/L，LAS 15mg/L，SS 310mg/L，NH₃-N 11.7mg/L，T-N 28.5mg/L，T-P 12.6mg/L，生物活性指标ATP 19423RLU/mL，细菌数2×10⁵CFU/mL，生物毒性发光细菌抑制率显示有毒时，经过处理，水质变为COD 65mg/L，溶解性COD 53mg/L，LAS 0.6mg/L，SS 13mg/L，NH₃-N 6.7mg/L，T-N 13.6mg/L，T-P 1.9mg/L，生物活性指标ATP 0RLU/mL，细菌数0CFU/mL，生物毒性发光细菌抑制率显示微毒。

Claims (6)

1.一种生物实验室废水的处理方法，其特征在于采用调节pH、混凝、助凝和芬顿氧化法处理生物实验室废水；包括如下步骤：

(1)收集生物实验室废水进入贮水池后，进入pH调节池，池中投加pH调节剂，废水pH降至2，搅拌10-30min，初步杀菌；

(2)废水进反应池，调pH为中性，并加入氧化钙与废水中阴离子表面活性剂反应形成小沉淀悬浮物，其混合液流入后续混合池，池中加入混凝剂混凝沉淀，300r/min搅拌；

(3)混合液进入絮凝池，池中投加助凝剂，60r/min搅拌，形成大颗粒絮体；

(4)絮凝后的混合液进入第一沉淀池，第一沉淀池水力停留时间为90-120分钟，絮体沉入沉淀池底部得到去除；

(5)沉淀后的废水上清液进入芬顿氧化池进行芬顿氧化，运行条件为H₂O₂投加量0.044-0.18mol/L，硫酸亚铁投加量按照mol(H₂O₂)/mol(Fe²⁺)比为20∶0.5-20∶2进行投加，用酸调节法院溶液pH在2-4，反应3.5-5.5h，100r/min搅拌；

(6)Fenton氧化后废水进入中和池，投加NaOH或者氧化钙调节出水pH为中性；

(7)废水经二次沉淀池沉淀60-120分钟后，排放。

2.按权利要求1所述的生物实验室废水的处理方法，其特征在于所述步骤1)的pH调节剂为30％的稀H₂SO₄。

3.按权利要求1所述的生物实验室废水的处理方法，其特征在于所述步骤2)的氧化钙摩尔投加量相当于阴离子表面活性剂摩尔浓度的0.75-1.0倍，化学反应时间10-20min，

4.按权利要求1所述的生物实验室废水的处理方法，其特征在于所述步骤2)的混凝剂为聚合双酸铝铁，混合时间为1-2min，投加量为40-60mg/L。

5.按权利要求1所述的生物实验室废水的处理方法，其特征在于所述步骤3)的助凝剂为聚丙烯酰胺。

6.按权利要求1所述的生物实验室废水的处理方法，其特征在于所述步骤7)排放的生物实验室废水中COD_Cr、LAS浓度、NH₃-N、T-N、T-P达到或优于二级排放标准；细菌总数去除率均达到100％，细菌生物活性指标值为0，生物毒性指标发光菌抑制率小于30％。

Images