咖啡因(1, 3, 7- 三甲基黄嘌呤, C8H10N4O2) 为中枢神经兴奋药物, 大量的咖啡因被用作饮料添加剂〔1〕。化
学合成是咖啡因主要的生产来源。东北某合成药厂采用化学合成法生产咖啡因系列产品, 工艺复杂、路线较长, 使用原料较多, 且多为强腐蚀性、剧毒、易挥发化学品, 生产过程中需排放废水, 其中含有高浓度有机污染物和无机盐。
本研究在实验室探索实验和现场小试实验的基础上, 采用“ABR+ SBR”工艺及EMO 复合菌微生物技术对废水进行处理, 取得了良好的效果和较高的经济效益, 通过中试确定的设计参数可用于工程设计。
1 中试工艺及实验方法
1.1 水质指标
实验拟定综合废水进水水质〔按照V( 生产废水) ∶V( 循环水) =6 ∶4 稀释后的水质指标〕。
1.2 工艺流程
采用厌氧—好氧工艺流程( 见图1) , 厌氧阶段采用新型、稳定、高效的ABR 反应器〔2~5 〕; 好氧段采
用SBR 工艺。各段均投加EMO 复合菌微生物。EMO复合菌微生物是针对特定的难分解有毒污水或高浓度的有机废水, 采用人工分离, 培养出的具有显著降解效果的菌种。利用选定微生物, 经过特殊筛选及驯化, 针对不同污水构成相应的多种微生物分解链, 对污水进行高效分解。该技术可以处理常规生化工艺不能处理的高有机物浓度、高含盐量的废水, 而且具有低温处理特性。该菌种一次性投加,不需复加, 只要菌种不流失, 反应器中的分解链始终保持活性, 这就使得剩余污泥量要远少于常规的生物处理技术。EMO 复合菌微生物处理技术的核心是: ( 1) 采用细胞固定化技术, 利用载体固定微生物;( 2) 采用复合菌技术; ( 3) 建立菌群的微生态平衡体
系, 形成微生态生物链; ( 4) 根据不同的有机物, 投加不同的菌种; ( 5) 无毒、无二次污染。
1.3 中试装置及设备
( 1) 调节池。有效容积2.2 m3。
( 2)ABR 厌氧池。外形尺寸为1.50 m×1.30 m×3.00 m; 共分为5 格( 一个上向流区与一个下向流区为一格) ; 最高水深( 第1 格)2.75m; 有效容积4.97m3;菌种投加量500 kg。载体采用颗粒活性炭, 投加量为625 kg。
( 3) SBR 好氧池。外形尺寸为1.30 m×1.30 m×3.00m; 有效水深1.80m; 有效容积3.04m3; 菌种投加量250 kg。载体采用活性炭, 投加量为250 kg, 其中颗粒活性炭投加量为50 kg, 粉末活性炭的投加量为200 kg。
(4)污水提升泵。采用尼可尼涡轮泵, 流量900 L/h,扬程8 m, 功率0.31 kW, 数量4 台( 2 用2 备) 。
( 5) 鼓风机。型号为KF - 150, 风量0.140 ～0.156m3 /min, 压力9.8~39.2 kPa, 数量2 台(1 用1 备) 。
1.4 实验方法
将综合废水在调节池稀释至要求的COD 浓度,调节池出水通过污水提升泵输送至ABR 厌氧池;ABR 厌氧池的出水自流进入好氧池。实验主要监测指标为COD, 抽样监测NH3 - N、CN-。
2 结果与讨论
2.1 COD 的去除
2.1.1 接种驯化阶段
菌种接种驯化阶段共进行135 d, 进水COD 逐渐从1 000 mg/L 增加到8 000 mg/L, 流量控制在30L/h, 具体结果见表2。
2.1.2 流量提升阶段
菌种接种驯化稳定后, 将进水流量提升至40L/h, 进水COD 保持在8 000mg/L 左右, 结果如图2。综合以上两个阶段, 厌氧COD 去除率的数据表明, 厌氧系统的处理效率偏低。从工艺方面分析, 主要原因是ABR 厌氧池中废水上升流速小。其中的颗粒活性炭无法流化, 均沉积于池底。这样一方面降低了载体有效表面积, 从而减少生物附着量; 另一方面, 废水无法与载体表面的微生物充分接触, 而且降低了废水与微生物的接触时间。从而导致厌氧系统无法对废水中的有机物进行有效降解。
图2 流量提升阶段处理效果
好氧COD 去除率的数据表明, 好氧系统去除有机物的效率高, 从调节COD 质量浓度为5 000 mg/L的阶段一直到试验结束, 好氧池COD 去除率均高于90%。这说明了EMO 菌种对咖啡因生产废水有良好的适应性和处理能力, 同时也说明了厌氧系统能提高废水的可生化性。
监测数据表明, 进水CN- 的均值为4.509 mg/L,出水CN-的均值为0.683mg/L, 平均去除率为84.85%。说明中试采用的处理工艺对CN- 具有良好的适应能力和去除能力。
2.3 NH3 - N 吹脱
由于在污水降解过程中, 随着生化反应的进行,不断有NH3 - N 释放出来, 好氧出水NH3 - N 远远大于进水, 因此必须对NH3 - N 进行脱除。取好氧出水若干份, 每份水量1.5 L, 通入一定气量, 吹脱时间24 h。记录不同pH 条件下吹脱前后NH3 - N 值, 结果见表3。
实验结果表明, 采用调节水样pH > 10 后吹脱的方法对水样中NH3 - N 去除效果明显, 其最佳的pH 为11。
3 结论
采用“ABR + SBR”工艺及EMO 复合菌微生物
技术处理咖啡因生产废水取得了良好的效果。该技术对COD、CN- 均有很高的去除率, 达到中试要求。
中试采用的处理工艺无法保证出水NH3 - N 达标排放, 需增设NH3 - N 去除单元。采用调节水样pH>10 后吹脱的方法对水样中NH3 - N 去除效果明显,最佳pH 为11。另外, 厌氧阶段需要改进以提高其处
理效率。