CN109467187B

CN109467187B - 废水处理系统及其用于高浓度抗生素生产废水的处理工艺

Info

Publication number: CN109467187B
Application number: CN201811485974.8A
Authority: CN
Inventors: 孔令涛; 谢超; 吴子健; 张开胜; 刘锦淮
Original assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Current assignee: Hefei Institutes of Physical Science of CAS
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2022-03-29
Anticipated expiration: 2038-12-06
Also published as: CN109467187A

Abstract

本发明公开一种废水处理系统，包括UASB反应装置、好氧SBR反应装置、EGSB反应装置和MBR反应装置；所述UASB反应装置的产水端与好氧SBR反应装置的进水端连接，所述好氧SBR反应装置的出水端与EGSB反应装置的进水端连接，所述EGSB反应装置的出水端与MBR反应装置的进水端连接。本发明工艺为典型的厌氧‑好氧‑厌氧‑好氧生化组合，去除效率高，可单独启动装置，耐冲击负荷高，适用于较高浓度的工业废水。

Description

废水处理系统及其用于高浓度抗生素生产废水的处理工艺

技术领域

本发明涉及废水处理系统及其用于高浓度抗生素生产废水的处理工艺，属于废水处理技术领域。

背景技术

近年来，越来越多的抗生素进入了人们的生活，导致人们面临着抗生素滥用的问题，目前我国已成为抗生素使用第一大国。我国抗生素的生产厂家很多，特别是中东部发达地区。企业生产过程中产生大量废水，此类废水成分复杂，化学基团稳定，很难被降解，且具有为分散排放的特点。抗生素生产废水危害较大，其中残留的抗生素成分，一旦泄露外排，将会污染地下水、农田、土壤、河流，对自然生态的影响较大。此外，抗生素进入人体会产生抗性基因，威胁人体健康。因此，如何高效、经济的处理抗生素生产废水是当前需要解决的一大难题。

抗生素生产废水处理的难点主要有以下几点：1)抗生素生产废水掺杂在多种药品的生产废水之中，成分复杂；2)抗生素是一种强力杀菌剂，对生化系统微生物生长生存有抑制作用，需通过较长时间的筛选、驯化，得到适合抗生素生产废水的微生物；3)抗生素的有机分级结构以芳环、杂环结构为主，结构稳定，生化性差，难以被微生物直接利用；4)废水中氨氮负荷高、有机负荷高，需经过一定的预处理后才可以进入生化系统。

当前抗生素废水的处理有以下几种方法：1)反渗透膜技术，缺点是水质差，导致膜污染较快、膜寿命缩减、成本高、产水率较低。2)传统活性污泥法，A/O工艺或A2/O组合工艺。缺点是不能高效脱除有机污染物及氨氮。3)化学方法如高级氧化、电催化、微电解等，由于处理成本较高无法做到单一使用。

现有可行处理技术大都采用物化、生化组合技术，通过物化预处理后降低水中负荷，减轻对微生物系统的负荷冲击，之后进入生化系统利用微生物降解有机物。厌氧生物处理技术不但可以耐高负荷的冲击，还能够降解大分子基团，水解大分子有机物。此外抗生素对厌氧微生物的抑制作用较小，所以采用一种高效的厌氧反应器培养活性较强的厌氧颗粒污泥处理抗生素生产废水是较为可行的方法。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种废水处理系统及其用于高浓度抗生素生产废水的处理工艺，采用典型的厌氧-好氧-厌氧-好氧生化组合，去除效率高，可单独启动装置，耐冲击负荷高，适用于较高浓度的工业废水。

为了实现上述目的，本发明采用的一种废水处理系统，包括UASB反应装置、好氧SBR反应装置、EGSB反应装置和MBR反应装置；

所述UASB反应装置的产水端与好氧SBR反应装置的进水端连接，所述好氧SBR反应装置的出水端与EGSB反应装置的进水端连接，所述EGSB反应装置的出水端与MBR反应装置的进水端连接。

作为改进，所述好氧SBR反应装置的底部设有曝气装置，好氧SBR反应装置的顶部设有机械搅拌装置。

作为改进，所述EGSB反应装置的内部设有回流泵，回流比为100％-300％，所述UASB反应装置的上升流速为1-3m/h，EGSB反应装置的上升流速为2-5m/h。

作为改进，所述好氧SBR反应装置的排水比为1/4-1/3，MLSS浓度为2000-4000mg/L，曝气量为2-5L/min。

作为改进，所述UASB反应装置的容积负荷为7-10kgCOD/(m³·d)；所述EGSB反应装置的容积负荷为2-5kgCOD/(m³·d)。

作为改进，所述EGSB反应装置的进水氨氮浓度：亚硝氮浓度＝1:1。

作为改进，所述MBR反应装置中MLSS的浓度为8000-15000mg/L。

作为改进，所述MBR反应装置中的膜采用聚偏氟乙烯中空纤维MBR膜、聚四氟乙烯、PVDF平板膜、陶瓷平板膜中的任一种；膜的过滤孔径为0.01-0.1μm，产水运行开停比为8:2或9:1，运行通量为10-30L/(m²·h)，并保持连续产水。

作为改进，所述MBR反应装置中回流至UASB的回流比为100％-200％。

另外，本发明还提供了一种用于高浓度抗生素生产废水的处理工艺，包括以下步骤：

步骤一、进水经预处理进入UASB反应装置；

步骤二、UASB反应装置的产水进入好氧SBR反应装置，通过短程硝化作用生成亚硝态氮；

步骤三、好氧SBR反应装置的产水以氨氮/亚硝氮为1:1的比例进入EGSB反应装置，氨氮与亚硝态氮进行厌氧氨氧化作用，筛选厌氧氨氧化菌；

步骤四、EGSB反应装置的产水进入MBR反应装置，通过MBR膜过滤作用得到最终产水，且产水以一定比例回流至UASB反应装置中进行进一步反硝化脱氮。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本工艺首先采用高效厌氧装置UASB反应器对厌氧微生物水解抗生素中的大分子有机物，使之发生断链，脱基团。把难以被微生物利用的有机苯环，杂环转化成容易分解的单分子碳源，然后通过SBR进一步去除COD，氨氮转化为亚硝态氮，再进入到EGSB进行厌氧氨氧化反应，此阶段氨基为电子供体，亚硝态氮为电子受体，进行脱氮作用。厌氧氨氧化菌细胞产率低于传统厌氧污泥，污泥产量小。厌氧氨氧化涉及的是自养菌，无需添加有机物，经济性好。EGSB出水后进入到MBR膜池，通过MBR中高浓度的好氧微生物菌群进一步分解有机物，后由膜组件抽吸过滤得到最终产水。此工艺为典型的厌氧-好氧-厌氧-好氧生化组合，去除效率高，可单独启动装置，耐冲击负荷高，适用于较高浓度的工业废水。

2)本组合工艺中厌氧反应装置采用UASB和EGSB反应器，占地面积小。

3)本工艺的耐冲击负荷较高，第一级采用的厌氧UASB比一般厌氧反应装置具有更强的耐冲击负荷能力。

4)出水水质优异，本工艺EGSB采用厌氧氨氧化脱氮，且部分产水回流脱氮，脱氮效果好。末端采用有机过滤膜产水，产水SS、浊度、悬浮物低。

附图说明

图1为本发明的装置连接示意图；

图2为本发明的工艺示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面对本发明进行进一步详细说明。但是应该理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限制本发明的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术术语和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

如图1、图2所示，一种废水处理系统，包括UASB反应装置1、好氧SBR反应装置2、EGSB反应装置3和MBR反应装置4；

所述UASB反应装置1的产水端与好氧SBR反应装置2的进水端连接，所述好氧SBR反应装置2的出水端与EGSB反应装置3的进水端连接，所述EGSB反应装置3的出水端与MBR反应装置4的进水端连接。

本发明生化段采用四级组合工艺，高浓度有机物首先进入UASB厌氧反应器，稳定水质，产生甲烷。SBR反应器主要通过控制曝气控制反应器溶解氧来筛选亚硝化菌，第二级厌氧反应器采用EGSB筛选厌氧氨氧化菌，厌氧氨氧化菌为自养型微生物，可以利用氨氮和亚硝氮进行自身合成，节省碳源的投加，能耗较低。采用EGSB培养厌氧氨氧化的原因是由于EGSB较大的高径比，对底部污泥冲刷效果好，更利于颗粒污泥的形成。

作为改进，所述好氧SBR反应装置2的底部设有曝气装置22，好氧SBR反应装置2的顶部设有机械搅拌装置21。

作为改进，所述EGSB反应装置3的内部设有回流泵31，回流比为100％-300％，所述UASB反应装置1的上升流速为1-3m/h，EGSB反应装置3的上升流速为2-5m/h。

作为改进，所述好氧SBR反应装置2的排水比为1/4-1/3，MLSS(混合液悬浮固体)浓度为2000-4000mg/L，曝气量为2-5L/min。

作为改进，所述UASB反应装置1的容积负荷为7-10kgCOD/(m³·d)；所述EGSB反应装置3的容积负荷为2-5kgCOD/(m³·d)。

作为改进，所述EGSB反应装置3的进水氨氮浓度：亚硝氮浓度＝1:1。

作为改进，所述MBR反应装置4中MLSS的浓度为8000-15000mg/L。

作为改进，所述MBR反应装置4中的膜采用聚偏氟乙烯中空纤维MBR膜、聚四氟乙烯、PVDF平板膜、陶瓷平板膜中的任一种；膜的过滤孔径为0.01-0.1μm，产水运行开停比为8:2或9:1，运行通量为10-30L/(m²·h)，并保持连续产水。

作为改进，所述MBR反应装置4中回流至UASB反应装置1的回流比为100％-200％。

另外，本发明还提供了一种用于高浓度抗生素生产废水的处理工艺，废水经过预处理后进入混凝沉淀池，去除大粒径悬浮物，降低水中浑浊度，由调节水箱进入生化系统，首先进入UASB，UASB的产水端与好氧SBR进水端相连，好氧SBR间歇产水，末端设置蓄水池，由蓄水池给EGSB进水，EGSB设置内回流装置，EGSB的产水进入末端MBR反应装置，从而得到最终产水。

具体包括以下步骤：

步骤一、废水经过预处理后进入混凝沉淀池，去除大粒径悬浮物，降低水中浑浊度，由调节水箱进入生化系统，进入UASB反应装置1；

步骤二、UASB反应装置1的产水进入好氧SBR反应装置2，通过短程硝化作用生成亚硝态氮；

步骤三、好氧SBR反应装置2的产水以氨氮/亚硝氮为1:1的比例进入EGSB反应装置3，氨氮与亚硝态氮进行厌氧氨氧化作用，筛选厌氧氨氧化菌；

步骤四、EGSB反应装置3的产水进入MBR反应装置4，通过MBR膜过滤作用得到最终产水，且产水以一定比例回流至UASB反应装置1中进行进一步反硝化脱氮。

实施例1

一种高浓度抗生素生产废水处理工艺，具体实施步骤如下：

步骤一、选取阿莫西林抗生素生产厂A，取部分生产线生产排放废水，经过预处理后进入混凝沉淀池，将去除悬浮物、无机颗粒物的废水进入到UASB反应器，UASB内厌氧菌水解大分子有机物，利用部分易降解的有机物，UASB内的COD进水容积负荷为8KgCOD/(m³·d)；

步骤二、SBR的产水经过好氧SBR曝气量2L/min，排水比选取1/3；

步骤三、EGSB培养厌氧氨氧化菌，HRT选择2h，氨氮：亚硝态氮＝1:1，内回流100％，经过60d左右的驯化，EGSB成功启动，筛选出了厌氧氨氧化菌体，并培养出了砖红色的性能较好的颗粒污泥，上升流速为2m/h；

步骤四、EGSB产水进入MBR中通过高浓度的好氧活性污泥作用。现场应用中，反应装置需要单独启动。因厌氧氨氧化启动时间长，先启动EGSB筛选厌氧氨氧化菌，装置启动后进行工艺组合。经过6个月以上的稳定运行出水水质：氨氮产水<5mg/L，COD<50mg/L，浊度<0.5NTU。

阿莫西林初始浓度由500-800ppm，出水浓度<20ppm，此套工艺对阿莫西林成分平均去除率97％。说明生化工艺系统对难以利用的芳香族稳定分子物质进行充分降解。

实施例2

一种高浓度抗生素生产废水处理工艺，具体步骤如下：

步骤一、选取四环素生产厂B，取部分生产线排放废水经过预处理后进入混凝沉淀池，将去除SS、无机颗粒物的废水连接到UASB反应器进水端，UASB内水解酸化部分有机物，部分有机物被初步分解，UASB的COD进水容积负荷为10KgCOD/(m³·d)，上升流速为1m/h；

步骤二、SBR的产水经过好氧SBR曝气量2L/min，排水比选取1/4；

步骤三、EGSB培养厌氧氨氧化菌，HRT选择2h，氨氮：亚硝态氮＝1:1，内回流100％，经过90d左右的驯化培养，EGSB内部成功筛选出了厌氧氨氧化菌体，并培养出了活性好的厌氧氨氧化颗粒污泥，此段氨氮和亚硝氮去除率达到40％-50％，总氮去除率60％以上，上升流速为2m/h；

步骤四、EGSB产水经过MBR中高浓度的好氧活性污泥作用，MBR的污泥浓度控制在10000mg/L左右。出水水质：氨氮产水<5mg/L，COD<50mg/L，浊度<0.5NTU。四环素初始浓度由400-800ppm，出水浓度<20ppm，此套工艺对四环素成分抗生素平均去除率96％。

实施例3

一种高浓度抗生素生产废水处理工艺,具体实施步骤如下：

步骤一、选取抗生素生产厂C，分别取部分生产线排放废水混合后经过预处理后进入混凝沉淀池，此废水包含多种抗生素成分，且浓度较高。通过混凝去除SS、无机颗粒物的废水连接到UASB反应器进水端，UASB内水解酸化部分有机物，部分有机物被分解。UASB的COD进水容积负荷为10KgCOD/(m³·d)，UASB上升流速选择1m/h；

步骤二、SBR的产水经过好氧SBR曝气量2L/min，排水比选取1/4；

步骤三、EGSB培养厌氧氨氧化菌，HRT选择2h，氨氮：亚硝态氮＝1:1，内回流200％，经过90d左右的驯化培养，EGSB内部成功筛选出了厌氧氨氧化菌体，并培养出了活性好的厌氧氨氧化颗粒污泥。此段氨氮和亚硝氮去除率达到50％-60％，总氮去除率70％以上，对氨氮的去除率98％以上，上升流速为4m/h；

步骤四、EGSB产水经过MBR中高浓度的好氧活性污泥作用，MBR的污泥浓度控制在12000mg/L左右。出水水质：氨氮产水<5mg/L，COD<50mg/L，浊度<0.5NTU。整个工艺对总氮去除率达到95％以上。高速冲刷筛选高性能颗粒污泥，系统高效的厌氧氨氧化菌具有强的抗冲击负荷性能及具有高效脱氮效果。

本发明公开的组合工艺(UASB+Sharon+Anammox+MBR)，它包括第一级UASB(上流式厌氧反应器)，利于高浓度有机物的分解；第二级Sharon(短程硝化)工艺，采用好氧SBR反应器启动短程硝化装置，培养亚硝化菌；第三级选择Anammox(厌氧氨氧化)工艺，采用启动EGSB(膨胀颗粒污泥床)反应装置培养厌氧氨氧化菌体；第四级选择MBR(膜生物反应器)工艺，采取膜过滤技术配合SBR工艺进行末端处理，脱除剩余氨氮及小部分COD。

本工艺采用四级反应器组合工艺处理高氨氮、高COD抗生素生产制造废水。UASB出水作为好氧SBR进水，利用SBR的间歇产水曝气进行短程硝化，较好的控制产水亚硝态氮的浓度。好氧SBR产水中以亚硝氮为主，与氨氮浓度比接近1:1的比例进入第三级EGSB，通过厌氧氨氧化作用去除氨氮和总氮。选择EGSB启动厌氧氨氧化主要是由于EGSB较大的高径比更利于泥水分离，此外，EGSB自身内回流装置可以更利于颗粒污泥的形成。厌氧氨氧化菌为自养整个过程无需外加碳源。EGSB的产水进入末端MBR反应池，通过池内微生物的作用及膜的过滤得到最终产水。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于高浓度抗生素生产废水的处理工艺，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、进水经预处理进入UASB反应装置（1）；所述 UASB反应装置（1）的上升流速为1-3m/h；

步骤二、UASB反应装置（1）的产水进入好氧SBR反应装置（2），通过短程硝化作用生成亚硝态氮；所述好氧SBR反应装置（2）的排水比为1/4-1/3，MLSS浓度为2000-4000mg/L，曝气量为2-5L/min；

步骤三、好氧SBR反应装置（2）的产水以氨氮/亚硝氮浓度为1:1的比例进入EGSB反应装置（3），氨氮与亚硝态氮进行厌氧氨氧化作用，筛选厌氧氨氧化菌；EGSB反应装置（3）的上升流速为2-5m/h；所述EGSB反应装置（3）的进水氨氮浓度：亚硝氮浓度=1:1；

步骤四、EGSB反应装置（3）的产水进入MBR反应装置（4），通过MBR膜过滤作用得到最终产水，且产水以一定比例回流至UASB反应装置（1）中进行进一步反硝化脱氮；所述MBR反应装置（4）中回流至UASB反应装置（1）的回流比为100%-200%；

所述处理工艺所采用的废水处理系统，包括UASB反应装置（1）、好氧SBR反应装置（2）、EGSB反应装置（3）和MBR反应装置（4）；

所述UASB反应装置（1）的产水端与好氧SBR反应装置（2）的进水端连接，所述好氧SBR反应装置（2）的出水端与EGSB反应装置（3）的进水端连接，所述EGSB反应装置（3）的出水端与MBR反应装置（4）的进水端连接。

2.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述好氧SBR反应装置（2）的底部设有曝气装置（22），顶部设有机械搅拌装置（21）。

3.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述EGSB反应装置（3）的内部设有回流泵（31），回流比为100%-300%。

4.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述UASB反应装置（1）的容积负荷为7-10kgCOD/（m³·d）；所述EGSB反应装置（3）的容积负荷为2-5kgCOD/（m³·d）。

5.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述MBR反应装置（4）中MLSS的浓度为8000-15000mg/L。

6.根据权利要求1所述的处理工艺，其特征在于，所述MBR反应装置（4）中的膜采用聚偏氟乙烯中空纤维MBR膜、聚四氟乙烯或PVDF平板膜、陶瓷平板膜中的任一种；膜的过滤孔径为0.01-0.1μm，产水运行开停比为8:2或9:1，运行通量为10-30L/(m²·h)，并保持连续产水。