（环境工程专业论文）维生素Blt12gt生产废水处理技术研究.pdf

华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 维生素b 。：生产废水污染物成分复杂、浓度高，属高浓度有机废水，处理难 度较大。本文是以河北某制药有限公司废水处理工程为依托开展生产性试验研究。 废水处理工程采用的工艺路线为“u a s b 一接触氧化 。u a s b 反应器采用低浓度、 高水力负荷、间歇进水的运行方式，实现了大型工业化u a s b 反应器的快速启动。 运行试验结果表明，当进水c o d 为1 0 9 8 4 1 3 l o o l l l g l 时，反应器运行稳定，系统 整体c o d 去除率达到9 8 4 9 9 ，出水c o d 浓度为1 3 2 2 0 8 m g 几。论文研究结 果可为高浓度有机废水的处理提供有益的参考和借鉴。 关键词：维生素b 。生产废水，u a s b 反应器，接触氧化 a b s t r a c t v i t a i i l i nb 1 2 - p r o d u c t i o nw a s t e w a t e ri s al 【i r l do fl l i 曲c o n c e n t r a t e do 唱a i l i c w 2 l s t e w a t e r w h i c hc o n t a i n sa 伊| e a tv 耐e t yo fp o l l u t 锄t s 趾dc o m p l i c a t e dc o m p o n e n t s ， p a r t i c u l a r l y1 1 i 曲c o n c e n t r a t e ds u l f a t e ，w h i c ha r eh a r dt ob eb i o d e 伊a d e d i n “s 恤s i s ， v i t a l t l i nb 1 2 - p r o d u c t i o nw 嬲t e w a t e rw 雒t r e 砷e db y “u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a i 墩e t r e a c t o “u a s b ) d r g a i l i s mc o n t a c t - o x i d i z i n g i 1 1a p h a n n a u c e u t i c a lc o ，l t d h e b e i 1 1 l el a 曜e l yi n d u s t r i a h z e du a s br e a c t o rr e a l i z e dq u i c k l ys t a r t i n gb yt l l em o v i n g 啊l eo fl o wc o n c e n 仃a t i o n ，l l i 曲h y 幽l u l i cl o a d i n ga n db a t c hi n n u e n t 1 1 1 ee x p 耐m e n _ t a l r e s u l t ss h o w e d ，w h e ni n n u e mc o dw 觞10 9 8 4 13lo o m g l ，r e a c t o rs t a b l eo p e r a t i o i l ， m a d ec o dr e m o v a lr a t eo ft h e 仃e a t m e n ts y s t e mb eu pt o9 8 4 9 9 ，a i l dc o dw 弱 13 2 2 0 8 m g l n l e s i sr e s e a r c h f i n d i n g sc 觚b eo fh i 曲c o n c e n 仃a t i o no 曜a i l i c w a s t e w 砒e rt r e a t m e n tt 0p r o v i d eau s e 凡lr e f e r e n c ea i l du s cf o rr e f i e r e n c e w e n x u e y o u ( e n v i r o m n e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a o y i k e yw o r d s ：v i t a i l l i n b 1 2 - p r o d u c t i o nw a s t e w a t i e r ，u a s br e a c t o r ，o r g a l l i s m c o m a c t o x i d i z i n g 华北电力大学工程硕士学位论文摘要 摘要 维生素b 。：生产废水污染物成分复杂、浓度高，属高浓度有机废水，处理难 度较大。本文是以河北某制药有限公司废水处理工程为依托开展生产性试验研究。 废水处理工程采用的工艺路线为“u a s b 一接触氧化 。u a s b 反应器采用低浓度、 高水力负荷、间歇进水的运行方式，实现了大型工业化u a s b 反应器的快速启动。 运行试验结果表明，当进水c o d 为1 0 9 8 4 1 3 l o o l l l g l 时，反应器运行稳定，系统 整体c o d 去除率达到9 8 4 9 9 ，出水c o d 浓度为1 3 2 2 0 8 m g 几。论文研究结 果可为高浓度有机废水的处理提供有益的参考和借鉴。 关键词：维生素b 。生产废水，u a s b 反应器，接触氧化 a b s t r a c t v i t a i i l i nb 1 2 - p r o d u c t i o nw a s t e w a t e ri s al 【i r l do fl l i 曲c o n c e n t r a t e do 唱a i l i c w 2 l s t e w a t e r w h i c hc o n t a i n sa 伊| e a tv 耐e t yo fp o l l u t 锄t s 趾dc o m p l i c a t e dc o m p o n e n t s ， p a r t i c u l a r l y1 1 i 曲c o n c e n t r a t e ds u l f a t e ，w h i c ha r eh a r dt ob eb i o d e 伊a d e d i n “s 恤s i s ， v i t a l t l i nb 1 2 - p r o d u c t i o nw 嬲t e w a t e rw 雒t r e 砷e db y “u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb l a i 墩e t r e a c t o “u a s b ) d r g a i l i s mc o n t a c t - o x i d i z i n g i 1 1a p h a n n a u c e u t i c a lc o ，l t d h e b e i 1 1 l el a 曜e l yi n d u s t r i a h z e du a s br e a c t o rr e a l i z e dq u i c k l ys t a r t i n gb yt l l em o v i n g 啊l eo fl o wc o n c e n 仃a t i o n ，l l i 曲h y 幽l u l i cl o a d i n ga n db a t c hi n n u e n t 1 1 1 ee x p 耐m e n _ t a l r e s u l t ss h o w e d ，w h e ni n n u e mc o dw 觞10 9 8 4 13lo o m g l ，r e a c t o rs t a b l eo p e r a t i o i l ， m a d ec o dr e m o v a lr a t eo ft h e 仃e a t m e n ts y s t e mb eu pt o9 8 4 9 9 ，a i l dc o dw 弱 13 2 2 0 8 m g l n l e s i sr e s e a r c h f i n d i n g sc 觚b eo fh i 曲c o n c e n 仃a t i o no 曜a i l i c w a s t e w 砒e rt r e a t m e n tt 0p r o v i d eau s e 凡lr e f e r e n c ea i l du s cf o rr e f i e r e n c e w e n x u e y o u ( e n v i r o m n e n t a le n g i n e e r i n g ) d i r e c t e db yp r o f z h a o y i k e yw o r d s ：v i t a i l l i n b 1 2 - p r o d u c t i o nw a s t e w a t i e r ，u a s br e a c t o r ，o r g a l l i s m c o m a c t o x i d i z i n g 声明尸明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文维生素b ：生产废水处理技术研 究，是本人在华北电力大学攻读硕士学位期间，在导师指导下进行的研究工作和 取得的研究成果。据本人所知，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不 包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华北电力大学或其他 教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：日 期： 关于学位论文使用授权的说明 本人完全了解华北电力大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；学校可以采用影印、缩 印或其它复制手段复制并保存学位论文；学校可允许学位论文被查阅或借阅； 学校可以学术交流为目的，复制赠送和交换学位论文；同意学校可以用不同方 式在不同媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 涉密的学位论文在解密后遵守此规定) 作者签名： 日 期：学 名 期 签 1 h 导 日 华北电力大学工程硕士学位论文 1 1 维生素b ，：生产概况 第一章绪论 维生素b 。的英文名称为v i t a m i nb 其别名分别为钴胺素、氰钴胺等，分子 式c 。：。h 艄c o n 。0 。p ，分子量为8 5 9 1 。维生素b ，：是相当特别的维生素，蔬菜中几乎完 全找不到，只有紫菜及海藻类蕴涵，此外维生素b ：也是唯一含必须矿物质的维生素， 因含钴而呈红色，又称红色维生素，是少数有色的维生素。维生素b 。：具有广泛的生 理作用，它参与体内甲基转换及叶酸代谢，促进神经髓鞘中脂蛋白的形成，保持中 枢神经和外周有髓鞘神经纤维的功能完整，参与广泛的蛋白质及脂肪代谢等，在临 床上主要用于治疗恶性贫血，亦与叶酸合用于治疗各种巨幼细胞贫血、抗叶酸药引 起的贫血及脂肪泻等，它也用于治疗神经系统疾病如神经炎、神经萎缩等，还用于 治疗肝脏疾病如肝炎、肝硬化等。近年来，国内外市场对维生素b ! 的需求同益增长， 我国生产和出口连年大幅增加。另外，维生素b 。：还与其他维生素一起构成多种维生 素产品，作为o t c 药物、保健食品广为销售；在国外，维生素b ，! 除了用于医药方面， 还大量应用于动物饲料、营养补充剂和食品加工，如维生素强化面粉、再制食品、 婴儿食品等。美国市场上的维生素b ：药用约占4 0 ，饲料用约占3 6 ，食品用约占 2 4 。 维生素b 。：最早由c o s t l e 于1 9 2 5 年发现，1 9 4 9 年美国施贵宝公司、礼莱公司、 普强公司、雅培公司丌始进行工业化生产，并将产品投放市场。1 9 7 3 年w o o d w a r d 完成了维生素b 。：全化学合成，但由于合成工艺复杂，成本高，未能推上生产。随后 用纯种厌氧发酵维生素b 由于其发酵单位低、工艺复杂、流程长，因而产量不能 大幅提升。2 0 世纪5 0 年代初全世界产量只有几百公斤，到2 0 世纪6 0 年代达到l o o o 公斤，2 0 世纪9 0 年代达到3 0 0 0 公斤，2 0 0 2 年达到二十几吨，主要生产国为中国、 美国和德国。而在中国最早由华北药厂于1 9 6 6 年丌始从链霉素废液中提取维生素 b 开始产量只有几公斤，中国维生素b ：产量逐步上升，2 0 世纪7 0 年代为几十公 斤，8 0 年代为1 5 0 公斤，1 9 9 7 年为2 3 3 吨，1 9 9 9 年为3 4 吨，2 0 0 0 年为4 2 5 6 吨，2 0 0 1 年为6 1 8 吨，2 0 0 3 年上升到1 0 吨以上。届时中国维生素b 。产量又将达 到世界级规模，其生产技术水平居国际先进，但据统计，抗尘素生产废水产生量在 5o o o 多万吨以上，对环境造成了严重的污染，因此消除抗生素废水对环境造成的 污染是实现我国抗生素制药行业健康持续发展最重要前提。 华北电力大学工程硕士学位论文 1 2 维生素b ，：生产过程及废水的产生情况 在我国维生素b 。：生产是从链霉素废液中进行提取，生产工艺包括发酵、过滤、 吸附分离、浓缩和提取等工序，工艺流程见图卜l 。 i l l l i l il 浓缩一腺苷提取一腺苷原料药 l 转化一提取一浓缩一饲料b 1 2 。j 。l 精制一氰钴b 。2 含氰废水 一 吸附交换：将二次过滤的滤液经过离子交换树脂，通过离子交换提取和浓缩维 生素b 同时产生提炼废液、交换废水，该废水排放。 维生素b ：产品：将通过离子交换浓缩的维生素b 。：溶液，进行腺苷提取，得到 华北电力大学工程硕士学位论文 浓缩处理可以生产出饲料b 。：和氰钴b ，：等产品。在生产过程中会产生含氰废水和地 面、设备冲洗水等。 1 2 2 维生素b ，：生产废水的产生情况 由图卜1 可见，维生素b 。：生产过程中排放的废水主要为一次过滤废液、提炼废 液、交换废水、含氰废水，其中一次过滤废液、提炼废液属于高浓度有机废水，交 换废水和地面、设备冲洗水属于低浓度有机废水。 ( 1 ) 含氰废水。 生产过程中产生的含氰废水，水质比较简单，通过次氯酸钠氧化处理可以达标 排放。 ( 2 ) 高浓度有机废水。 高浓度有机废水由一次过滤废液和提炼废液组成，c o d 质量浓度为6 0 0 0 0 7 0 0 0 0 m g l ，s 0 。2 一质量浓度为3 0 0 0 m g l ，该废水中富含有机酸、蛋白质、多糖及其 他分解产物，成分复杂，治理难度较大； ( 3 ) 低浓度有机废水。 低浓度废水主要是交换废水和地面、设备冲洗水组成，c o d 质量浓度为l o o o 1 5 0 0 m g l ，该废水成分复杂，治理难度也较大。 维生素b ：生产过程中产生的有机废水主要为高浓度有机废水和低浓度有机废 水，废水的水量和水质见表卜l 。 表卜1 废水的水质水量 由表卜1 可见，维生素b 。：生产废水主要为高浓度有机废水和低浓度有机废水， 其混合废水的水质为p h6 8 2 8 4 4 ；c o d1 3 1 3 4 m g 几：b o d 57 7 5 8 m g 几；s s 5 7 2 m g l ，该废水中富含有机酸、蛋白质、多糖及其他分解产物，成分复杂，治理 难度较大。 华北电力大学工程硕士学位论文 1 3 维生素b ，：生产废水处理技术现状 1 3 1 高浓度有机废水处理技术 高浓度有机废水一般是指由造纸、皮革及食品等行业生产过程中排出的c o d ( c h e m i c a lo x y g e nd e m a n d ) 在2 0 0 0 m g l 以上的废水。据1 9 9 0 年的统计，我国排放 的酒精工业高浓度有机废水约1 2 1 0 7 m 3 a ，味精工业废水2 5 4 o 1 0 6 m 3 a ，柠 檬酸工业废水1 1 1 0 6 m 3 a ，淀粉工业废水1 6 1 0 6 m 3 a ，这些高浓度的有机废水 中含有大量的碳水化合物、脂肪、蛋白质、纤维素等有机物，如果直接排放，会造 成严重的水环境污染。 高浓度有机废水按其性质与来源可将其分为三大类：第一类为不含有害物质且 易于生物降解的高浓度有机废水，这类废水一般来自以农牧产品为原料的工业废 水，如食品工业废水；第二类为含有有害物质且易于生物降解的高浓度有机废水， 如部分化学工业、轻工工业、冶金工业和制药业废水：第三类为含有有害物质且不 易于生物降解的高浓度有机废水，如有机化学合成工业和农药生产工业废水等。 目前，高浓度有机废水的处理方法主要有物化处理法和生物处理法。物化处理 法是应用物理化学作用及其原理将废水中的污染物成分转化为无害物质，使废水得 到净化的方法，如光化学混凝法、氧化一吸附法、焚烧法、萃取法、湿式催化氧化 法、电化学法和膜分离法等一叫量但单独利用物化法处理高浓度有机废水，处理难 度大、成本高。废水生物处理是利用微生物降解水中的污染物质作为自身的营养和 能源，同时使废水得到净化的方法。生物处理法发展至今，已成为世界各国处理城 市污水和有机废水的主要手段，具有处理能力大、设备自动化程度高、易于调控、 经济可行、无二次污染等特点，是高浓度有机废水主要的处理方法。根据微生物的 代谢作用不同，生物处理可分为好氧法和厌氧法。 1 3 1 1 好氧生物处理法 好氧生物法一般用于处理低浓度有机废水，但近年来有人研制出一些高效的好 氧生物处理工艺，可用于处理高浓度有机废水，如深井曝气和好氧流化床等。 ( 1 ) 深井曝气法( d s p ) d s p ( d e e ps h a f tp r o c e s s ) 法是2 0 世纪7 0 年代初，英国阜家化学工业公司 在进行利用好氧细菌生产单细胞蛋白的研究时派生出来的一种工艺。它改变了传统 生化法处理污水时氧的转移率，增大氧气与液膜的接触面积，提高了氧的饱和浓度 及其利用率，具有很好的处理效果。 d s p 法利用深井中的静水压力把氧的转移率从传统曝气法的5 1 5 提高到 6 0 9 0 1 。该技术具有处理效果好、产泥量少、不受气温影响、不产生污泥膨胀、 4 华北电力大学工程硕士学位论文 占地面积小、耐冲击负荷等优点，但其投资较大，动力消耗大，其应用受地质条件 的影响等。d s p 法可应用于现代化学合成工业的高浓度有机废水的治理，如塑料、 合成纤维、合成橡胶、洗涤剂、染料、溶剂、涂料、农药、药品等废水的处理。 ( 2 ) 好氧生物流化床法( a b f b ) a b f b ( a e r o b i cb i o l o g i c a lf 1 u i d i z e db e d ) 法是澳大利亚科学家于2 0 世纪 7 0 年代初开发的工业废水生物处理工艺。这种工艺的特点是反应器内填料的表面积 大，生物膜量可达1 0 4 0 9 几，比普通活性污泥法高1 个数量级。因此，该工艺具 有效能高、占地少、投资省等优点。但由于要使填料流化，必须进行出水循环，并 保持反应器内具有一定的流速，从而增加了运行的复杂性。目前，国内利用a b f b 处理高浓度有机废水尚处于实验阶段，工程应用并不多卜。 1 3 1 2 厌氧生物处理法 厌氧处理技术是指在无分子氧的条件下，通过微生物作用，将有机物降解为c h 、 c o ：的过程。该技术用于城市污泥处理至今已有一百多年的历史，到1 9 5 1 年有人提 出了厌氧接触消化工艺，厌氧处理技术较大规模地用于有机废水处理丌始于6 0 年 代未，期间人们对厌氧消化的微生物学和生物化学认识得到了逐步深入和完善：在 厌氧消化工艺方面，新型高效厌氧反应器的丌发应用，使厌氧消化技术在废水处理 方面取得了很大进展。人们将5 0 年代发展的厌氧消化池称为第一代厌氧反应器， 第二代厌氧反应器则以6 0 年代未美国m c c a r t y 发展的厌氧过滤器、7 0 年代初荷 兰l e t t i n g a 等开发的u a s b ( u p f l o wa n a e r o b i cs l u d g eb 1 a n k e t ) 反应器n 6 1 为代表。 近年来报道的e g s b ( e x p a n d e dg r a n u l a rs l u d g eb e d ) 反应器和i c ( i n t e r n a l c i r c u l a t i o n ) 反应器则被认为是第三代反应器，其性能较第二代反应器又有了明显 改善。第二代、第三代厌氧反应器和传统的厌氧消化装置相比，其特点突出的表现 在：能维持较长的s r t ( s o l i dr e t e n t i o nt i m e ) 和较高的生物量，从而大大提高了 容积有机负荷，缩短了h r t ( h y d r a u l i cr e t e n t i o nt i m e ) ，同时厌氧生物处理的范 围也从局限于污水污泥的消化发展到各种高浓度有机废水处理甚至低浓度的生活 污水的处理n 刚。厌氧消化技术的发展突破了厌氧处理需要较长的水力停留时问、较 高反应温度和容积负荷较低等传统观念，引起了人们越来越大的兴趣9 圳。尤其是 a f ( a n a e r o b i cf i l t e r ) 和u a s b 厌氧反应器，近年来在世界范围内各种高浓度有机 废水的处理中均得到广泛应用让2 2 引。 ( 1 ) 厌氧滤池( a f ) a f 是美国斯坦福大学的两位学者首先研制的，是采用填充材料作为微生物载体 的一种高速厌氧反应器。厌氧菌在填充材料上附着生长形成生物膜，生物膜与填充 材料一起形成固定的滤床，其结构与原理类似于好氧生物滤床。图卜2 为上流式厌 华北电力大学工程硕士学位论文 氧滤池示意图。废水进人反应器底部并均匀布水，在向上流动的过程中，废水中的 有机物被生物膜吸附并分解，进而通过微生物的代谢作用将有机物转化为甲烷和二 氧化碳。沼气和出水由反应器上部分别排出。填料表面的生物膜不断生长，部分老 化的生物膜剥落随出水排出，在反应器后设置的沉淀池中分离成为剩余污泥。 出水 填料 图卜2 上流式厌氧滤池示意图 厌氧滤池可维持较高的生物量和较小的s r t ，且具有耐冲击负荷、设备简单、 能耗低、运行管理方便等特点。据b o n a s t r e 和p a r i s 1 报道，至1 9 8 9 年至少有3 0 多个厌氧滤池用于工业规模的废水处理，其c o d 负荷通常在5 1 2 k g ( m 3 d ) 。近年 来，国内外a f 处理高浓度有机废水的应用及研究情况见表卜2 。 表卜2国内外部分a f 处理高浓度有机废水的应用及研究情况盟韧 ( 2 ) 上流式厌氧污泥床( l t a s b ) u a s b 反应器是荷兰w a g e n i n g e n 农业大学的l e t t i n g a 等人于1 9 8 0 年初研制成 功的。图卜3 是u a s b 反应器的构造示意图。 废水由反应器底部进入，反应器主体为无填料的空容器，其中含有大量高活性 厌氧污泥( 下部为污泥床层，上部为悬浮污泥层) 。由于废水以一定流速自下向上 流动以及厌氧过程产生的大量沼气的搅拌作用，废水与污泥充分混合，有机质被吸 附分解。所产沼气经由反应器上部三相分离器的集气室排出，含有悬浮污泥的废水 华北电力大学工程硕士学位论文 进入三相分离器的沉降区，由于沼气已从废水中分离，沉降区不再受沼气搅拌作用 的影响，废水在平稳上升过程中，其中沉淀性能良好的污泥经沉降面返回反应器主 体部分，从而保证了反应器内高的污泥浓度。含有少量较轻污泥的废水从反应器上 方排出。 出水 沉降区 污泥床 图卜3u a s b 反应器的构造示意图 u a s b 反应器是一种研究最为深入、应用最为广泛的高效厌氧反应器，已大量成 功地应用于处理各种废水。从7 0 年代术l a s b 反应器首次建立生产性装置以来，到 1 9 9 0 年，国外建立的处理各种废水的l a s b 反应器达2 0 5 座，总容积2 8 7 7 2 2 m 3 口引， 至1 9 9 3 年已至少有4 0 0 多家生产规模的l a s b 反应器已投入运行，其处理的废水包 括几乎所有以有机污染物为主的废水，例如各类发酵工业、淀粉加工、制糖、罐头、 饮料，牛奶与乳制品、蔬菜加工、豆制品、肉类加工、皮革、造纸、制药及石油精 炼及石油化工等各种来源的有机废水。至今，国内u a s b 处理高浓度有机废水的研 究及应用情况见表卜3 ：。 表卜3国内部分u a s b 处理高浓度有机废水的研究结果副 1 3 1 3 厌氧一好氧生物处理法 实践证明，厌氧法适用于高浓度有机废水的处理，且具有能耗小、去除负荷高、 华北电力大学工程硕士学位论文 并可回收沼气做能源等优点，但出水难以达到排放标准。而好氧法适用于处理浓度 较低的废水，具有净化后出水水质好等优点。因此目前在高浓度有机废水的处理工 程中，常集厌氧、好氧处理的优点于一身，构成厌氧一好氧组合工艺，即高浓度有 机废水首先经厌氧法处理，出水再经好氧法进行进一步净化。在实际应用中均取得 良好效果。 天津顶峰淀粉厂口们利用膨胀颗粒污泥床( e g s b ) 和活性污泥好氧处理工艺相结 合处理高浓度变性淀粉生产废水，进水c o d 浓度为6 0 0 0 7 0 0 0 m g 几，p h 为6 6 5 ， s s ( s u s p e n d e ds o l i d ) 浓度为1 5 0 0 2 0 0 0 m g l ，处理后出水c o d 浓度为8 0 m g l ，达到 国家污水综合排放一级标准。工程实践表明该工艺具有投资与占地面积较少，运行 效果稳定，可回收能源等优点，具有很高推广价值。任南琪。盯1 等采用两相厌氧消化 与接触氧化法串联工艺处理中药生产废水，极大地提高了中药生产废水中难降解有 机物质的可生化性和去除率，整个工艺系统的c o d 去除率稳定于9 5 以上。该工艺处 理效率高、运行稳定、易于管理，系统出水水质稳定、抗冲击负荷能力强。另外， 李斌钔，王培京啪3 等分别采用厌氧一好氧工艺处理制药废水，处理效果稳定，出水 水质均达到排放标准。 1 3 2 维生素b ，：生产废水处理技术 维生素b 。! 生产废水中污染物以有机物为主，且属于天然物质，可生化性较好， 浓度高，属高浓度有机废水。目自矿从国内外研究及应用情况看，对于高浓度有机废 水国内外多采用以厌氧、好氧为主的处理工艺进行净化。采取的具体工艺多为厌氧、 厌氧一好氧的工艺技术路线。厌氧法多采用第二代厌氧反应器一u a s b 反应器，该反 应器生物持有量大，负荷高，有机物去除率高，但反应器出水仍较高，一般情况下 难以达到国家要求的排放标准。为此，为达到较好的出水水质，实际应用中多对厌 氧出水再进一步进行好氧法处理，构成“厌氧一好氧”组合工艺。好氧法主要包括 活性污泥法和生物膜法即生物接触氧化法。其中接触氧化法抗抑制能力强，无污泥 膨胀现象，净化效率高，污泥产生量小，目前应用较为广泛。 国洁们等对华北制药康欣有限公司维生素b 。：生产车间提取工序产生的废水进 行缺氧光合细菌处理试验研究，试验结果表明在室温下，控制溶解氧在o 6 m g l 左 右，反应器负荷可达到5 6 k g c o d m 3 d ，c o d 去除率可达到8 0 8 5 ，反应器运行 良好。 刘翠英1 等对厌氧一接触氧化工艺处理维生素b 。、淀粉混合废水进行研究，试 验用维生素b 。：生产废水为厌氧发酵生产工序的一次过滤液，淀粉废水为玉米加工 水，维生素b ：废水与淀粉废水按1 ：7 的比例混合，通过对厌氧反应器和接触氧化 反应器的启动和运行研究，表明厌氧反应器在3 5 1 条件下，容积负荷为1 3 2 7 华北电力大学工程硕士学位论文 k g c o d m 3 d 时，可以使c o d 的质量浓度从1 3 1 3 1 m g l 将至5 3 2 m g 几，去除率可以达 到9 5 9 ，沼气的产气率为0 3 6 m 3 k g c o d ( 去除率) ；接触氧化反应器在气水比为 2 0 ，水力停留时间为1 0 h 时，可以使厌氧出水的c o d 的质量浓度将至2 4 9 m g l ，c o d 去除率为4 9 4 ，整个处理工艺合理，运行稳定。 刘翠英 等对维生素b m 淀粉混合废水在常温条件下进行的上流式厌氧污泥床 反应处理研究，研究表明在常温条件下，进水c o d 的质量浓度为8 2 0 0 8 9 0 0 m g l 时，容积负荷可达到9 6 k g 一，c o d 的去除率为8 3 2 ，产气率为0 4 3 6m 3 k g c o d ( 去除率) ，反应器运行稳定，并且控制温度范围内的温度变化对运行效果基本没 有影响。 杨景亮别等对维生素b m 淀粉混合废水进行u a s b 反应器处理研究，研究表明 在中温条件下，采用u a s b 反应器处理维生素b m 淀粉混合废水，进水c o d 浓度为 l 0 0 0 0 1 2 0 0 0 m g l ，c o d 容积负荷可达到3 0 k g ( m 1 d ) ，c o d 去除率为8 0 ，h r t 为 8 9 h ，容积产气率为1 6 8 m 3 ( m 3 d ) ；废水的p h 值为4 5 5 0 ，碱度为1 8 0 0 m g l 左右，不进行调节，可保证反应器在较高负荷条件下运行；废水的c o d s o p 约为1 5 ， 反应体系中s 的浓度为8 0 1 1 0 m g 几，对厌氧消化未出现抑制现象。 1 4 研究目的及内容 1 4 1 研究目的 通过对维生素b 。：生产过程及废水的产生情况，以及高浓度有机废水和维生素 b 。生产废水处理技术的研究进展及应用现状进行了简单的回顾和总结。可以看出， 维生素b 。：生产废水属于高浓度有机废水，不含有毒物质，可生化性好，因此，国内 外常用的处理方法以厌氧一好氧组合工艺为主，并在工程实践中取得了明显成效。 但从实际工程运行情况看，普遍存在以下问题：厌氧反应器启动慢，污泥流失严重， 致使反应器长时间不能投入正常运行，运行负荷低，出水水质差且不稳定：采用的 厌氧一好氧组合工艺只是两种处理方法的加和，未充分考虑其各自微生物的生理特 征，特别是后续好氧处理对进水水质的要求，致使整体系统处理效果波动大，难以 达到预期的出水水质；关于工业化大型厌氧反应器的启动、高效运行及厌氧一好氧 组合工艺技术，虽然有人丌展了一些研究，但工业化应用报道极少，成果不够系统、 欠深入。 基于上述原因，本文以维生素b 。：生产废水为研究对象，采用厌氧一好氧处理的 主体工艺，开展大型u a s b 反应器快速启动、污泥快速颗粒化工业化试验研究，以 提升厌氧一好氧组合工艺处理高浓度有机废水的运行控制技术和整体工艺水平。 华北电力大学工程硕士学位论文 1 4 2 研究内容 本研究的主要内容及重点包括： ( 1 ) 厌氧反应器的快速启动技术研究； ( 2 ) 厌氧反应器污泥颗粒化技术研究； ( 3 ) 好氧反应器的启动和运行技术研究； 华北电力大学工程硕士学位论文 第二章研究的方法及过程 2 1 研究的工艺流程及设备 2 1 1 污水处理流程 河北某制药有限公司采用厌氧菌种从链霉素废液中提取维生素b 。：产品的技术 路线，生产能力可达到1 0 吨年以上。其工艺过程主要包括发酵、过滤、吸附分离、 浓缩和提取等工序，工艺流程见图卜1 。在生产过程中产生的废水有：高浓度有机 废水和低浓度有机废水，其中高浓度有机废水包括一次过滤废液、提炼废液，该废 水c o d 质量浓度为6 0 0 0 0 7 0 0 0 0 m g l ，s o 2 质量浓度为3 0 0 0 m g 几，其中富含有机 酸、蛋白质、多糖及其他分解产物，成分复杂，治理难度较大；低浓度有机废水主 要是交换废水和地面、设备冲洗水组成，c o d 质量浓度为1 0 0 0 1 5 0 0 m g 几，该废 水水质较复杂。根据实际监测，高浓度有机废水和低浓度有机废水的混合废水水质 见表2 1 。 表2 一l废水水质 综上可见，维生素b 。：生产废水污染物成分复杂、浓度高，属高浓度有机废水， 并含有较高浓度的硫酸盐，是治理的重点。 根据实际测量，并考虑到废水产生的波动性，废水处理站处理规模为5 0 0 0 m ：d ， 2 0 8 3 3 m 3 h ，设计进水水质为p h 6 8 2 8 4 4 ，c o d l 3 2 0 0 m g 几，b o d i7 8 0 0 m g 几，s s 5 8 0 m g 几，s o 。2 4 2 0 m g 几，设计出水水质根据当地环保局要求，本工程废水处理后应 满足污水综合排放标准g b 8 9 7 8 一1 9 9 6 表2 二级标准：即p h6 9 ；c o d 3 0 0 m g l ：b o d ；3 0 m g l ：s s 1 5 0 m g l ，河北某制药有限公司地处环境较为敏感， 排水水质要求较高，废水处理的工艺采用厌氧一好氧工艺技术路线，工艺流程见图 2 1 。 r 制 二 一 。 ， 婴嫣村h罱文*巡甾巡蜒h山匝 穗撩爱噼孵 嚼嚼孵 霉甓域掣鳝 l ，。? v 。f 茎 ： ：重 端 嚣 雌理蟋辱蜷 * 嚣 l 碉枷墨 长鬃缸 霉矿 * 钗秘牮脊+匿硭_外r乎等蚪 华北电力大学工程硕士学位论文 维生素b 。：生产过程中产生的高浓度废水和低浓度废水分别进入储水池储存，按 比例加入调节池，然后经泵进入换热器升温，废水加热到要求温度后从底部进入厌 氧反应器，厌氧反应器控制温度在3 5 l ，在厌氧反应器中厌氧菌群降解废水中 的有机物，将其转化为沼气；混合液( 沼气、污泥、废水) 向上经过三相分离器完 成气( 沼气) 、固( 污泥) 、液( 废水) 的分离；与废水分离后的沼气聚集在气室内， 依次经水封、气水分离器、缓冲罐，经沼气流量计计量后进入气柜；在沉淀区内废 水中的污泥沉降分离返回到污泥床层，出水进入沉淀池进一步分离挟带的污泥，上 清液排入生物接触氧化池，在好氧条件下靠微生物的生物作用，将废水中有机物分 解为c o ：和h ：o ，出水经二沉池澄清后排放。系统的剩余污泥入浓缩罐浓缩经板框压 滤脱水后做农肥。 2 1 2 主要设备的特点及设计参数 ( 1 ) 调节池 沉淀调节池是由沉淀区和调节区构成的组合式构筑物。沉淀区分离废水中的悬 浮物和中和产物；调节区所起的作用主要为水质的均衡和水量的调节。本工程调节 区设计的水力停留时间较长，对废水可起到一定程度的酸化作用，为厌氧反应器的 高效运行创造了条件。 沉淀区： 有效容积：4 2 0 m 3 h r t ：2 h 调节区： 有效容积：8 4 0 m 3 h r t ：4 h 结构形式：地下钢砼结构。 ( 2 ) u a s b 反应器 废水首先通过反应器下部的均匀布水系统，在反应器底部的污泥床上，被厌氧 微生物将大部分有机物降解为沼气；厌氧混合液( 沼气、污泥、废水) 向上经过三 相分离器完成沼气、污泥、废水的良好分离，并防止了污泥的流失；在沉淀区内废 水中的污泥沉降分离返回到污泥床层，有效的保证厌氧反应器中具有较大的污泥存 有量，并在反应器中培养、驯化出大量的高活性厌氧颗粒污泥。反应器的构造示意 图如图2 2 所示。 根据生物反应动力学、设备流体力学原理，对反应器各功能区的尺寸进行校核 1 3 华北电力大学工程硕士学位论文 计算，在原基础上改进完善后，各功能区的结构更趋合理。根据废水水质水量、有 机负荷、水力负荷、处理效果实现了厌氧处理规模、单台反应器最佳规模的模块化、 程序化设计。布水系统是反应器的核心构件，其性能的优劣直接影响着反应器污泥 床的混合状态、反应器容积利用率、运行效果。设计中以小阻力配水和大阻力配水 理论为基础，改进原沿用的配水方式，解决了配水系统经常出现的短路和堵塞问题， 从根本上改善了反应器的水力状态。三相分离器是反应器中的关键部件，其性能的 优劣直接影响反应器气、液、固三相分离效果、出水水质和反应器微生物量的保持 能力。三相分离器的结构设计以沉降理论为基础，以处理水量、沼气产量和厌氧污 泥的特征为动态控制参数，确定三相分离器各功能区的最佳结构及设计参数。 谢 t 有效容积：8 1 2 5 0 m 一。 规格： 设计参数： 结构形式： 1 4 0 0 0h 8 0 0 0 水力停留时间：4 8 h 进水c o d 浓度：1 4 0 0 0 m g 几 出水c o d 浓度：7 0 0 m g l c o d 去除率：9 5 0 容积负荷：6 6 5 k g ( m 3 d ) 碳钢制成。 筠蒸=；蠹羹掣薹 眺刖玩 意图 ( 3 ) 接触氧化池 废水在接触氧化池内靠好氧生物膜的作用，将废水中有机物分解为c o ：和h ：o 。 采用曝气软管布气，水流设计为翻腾推流式，可有效的防止反应池出现死水区。 有效容积：2 3 1 0 m 3 填料体积：1 8 0 0 m 3 设计参数：h r t ：1 l h 出水c o d 浓度：1 5 0 m g l 结构形式：钢砼结构。 2 2 试验用水 本项目用水采用河北某制药有限公司维生素b ：产品生产外排的一次过滤废液、 提炼废液、交换废水和地面、设备冲洗水，该废水中富含有机酸、蛋白质、多糖及 华北电力大学工程硕士学位论文 其他分解产物，成分复杂，属于高浓度有机废水。 2 3 接种污泥 厌氧污泥：菌种以城市污水处理厂厌氧消化污泥为主，并按一定比例投加富含 产甲烷菌、富含有机营养和矿质营养元素的天然基质混合物。接种污泥的v s s s s 为0 6 7 。接种量为2 3 9 9 v s s 几，污泥的最大比产甲烷速率为5 7 3 m l c h 。( g v s s d ) 。 生物转化器：接种污泥采自富含无色硫细菌的废水排污地沟。接种污泥浓度为 4 1 9 m l s s l 接触氧化污泥：污泥菌种采自城市污水处理厂二沉池。接种污泥浓度为 3 8 9 m l s s l 。 2 4 分析项目及方法 ( 1 ) 污泥监测项目及方法： 污泥监测项目及方法见表2 2 。 表2 2 污泥监测项目及方法 ( 2 ) 废水监测项目及方法n 引： 废水监测项目及方法见表2 3 。 2 5 试验过程 ( 1 ) 厌氧反应器的启动及运行控制 启动运行期 反应器接种后开始启动，进水水质经调节后c o d 约4 0 0 0 5 0 0 0 m g l ，反应器启 动负荷为1 0 k g c o d ( m 3 d ) ，采用间歇进水方式。当c 0 d 去除率大于8 0 时，稳定 运行3 5 天后，通过调节进水时间来提高反应负荷，提高幅度为0 5 k g c o d ( m 3 d ) 左右，当负荷提高到2 3 k g c o d ( m 3 d ) 左右，并且c o d 去除率稳定在8 0 时，可以 认为反应器中接种污泥适应了处理水质，启动阶段结束。 负荷提高及稳定运行期 华北电力大学工程硕士学位论文 反应器启动成功后，逐步增加进水c o d 浓度，提高反应器运行负荷，直至进水 不再调节。具体控制条件：负荷提高幅度为0 5 k g c o d ( m 3 d ) ，c o d 去除率为9 0 ， 稳定运行3 5 天，再提高负荷直至达到设计负荷，使废水全部得到处理。在满负 荷条件下稳定运行3 0 天，考察反应器的运行效果。 在运行过程中，定期观察反应器中污泥特性及污泥浓度的变化情况。 表2 3 废水监测项目及方法 ( 2 ) 厌氧污泥颗粒化研究 以8 。反应器为考察对象，在稳定运行条件下，通过改变反应器的水力负荷和有 机负荷，观察反应器内污泥的变化情况及颗粒化过程，探讨污泥颗粒化的形成条件。 反应器污泥颗粒化后，通过提高反应器运行负荷，考察反应器的运行状况；人 为加大运行负荷，观察反应器运行状况的变化。 ( 3 ) 好氧反应设备的启动及运行 接触氧化池的培菌和驯化过程采用异步法，在厌氧反应器正常运行后启动好氧 反应器，将厌氧反应器的出水部分注入好氧反应器，维持小水量和低负荷运行，待 反应器挂膜成功后，通过不断提高负荷完成生物膜的驯化和培养，使微生物逐步适 应较高的运行负荷，达到连续满负荷运行，观察好氧反应器所达到的净化效果，并 观察相关因素对好氧反应的影响，考察各影响因素对好氧反应器运行效果的影响， 确定运行控制条件。 华北电力大学工程硕士学位论文 第三章厌氧反应器的启动及运行 厌氧反应器的启动与运行通过间歇进水启动，提高有机负荷达到设计处理能 力，正常进水来研究厌氧反应器运行稳定性的方式来进行，具体方法如下：采用污 泥接种，低浓度、高水力负荷、间歇进水方式，通过逐渐提高每天进水时间，逐步 提高厌氧反应器的水力负荷，到连续进水、厌氧反应器稳定运行即可完成厌氧反应 器的启动过程；启动成功的厌氧反应器实现连续进水，通过逐渐增加进水有机物浓 度，逐步增加厌氧反应器的有机负荷，达到设计进水浓度、厌氧反应器实现稳定的 有机物去除效果即可完成负荷提高过程，达到厌氧反应器的设计处理能力；之后通 过正常进水，来进一步考察高负荷条件下反应器的运行效果，完成对厌氧反应器运 行稳定行的研究。 3 1 菌种筛选及接种量 本研究以城市污水处理厂消化污泥为主和一定比例的富含产甲烷菌、富含有机 营养和矿质营养元素的天然基质混合物作为菌种污泥，接种污泥的v s s s s 为0 6 7 ， 厌氧反应器接种的平均污泥浓度约2 3 9 9 v s s l ，污泥的最大比产甲烷速率为 5 7 3 m 1 c h l ( g v s s d ) 。 3 2 反应器的启动及运行 厌氧反应器的启动及运行一般分为三个阶段，即启动阶