中药废水污染特点和处理研究进展
中药是我们中华民族几千年灿烂文化的瑰宝,它以自己独到的功效,在世界医学上占有重要的地位,随着科学和社会的发展,我国中药制药生产得到长足发展, 现在国内中药生产厂家达到 2000 多家, 而中药废水产生的污染也凸现出来, 本文介绍中药废水污染的特点, 以及相关处理工艺分析。
1 中药废水的污染特点
中药废水污染主要表现为高浓度有机废水的污染,对于中药制药工业,由于药物生产过程中不同药物品种和生产工艺不同, 所产生的废水水质及水量有很大的差别,而且由于产品更换周期短,随着产品的更换,废水水质、水量经常波动,极不稳定。中药生产废水主要来自生产车间, 在洗泡蒸煮药材、冲洗、制剂等过程中产生。废水包括生产过程中的原药洗涤水,原药药汁残液、过滤、蒸馏、萃取等单元操作中产生的污水、生产设备洗涤和地板冲洗用水。污染物主要是从药材中煎出的各种成分,主要成分为:糖类、蕙醒、木质素、生物碱、蛋白质、色素及它们的水解产物。
中药废水的特点是:有机污染物浓度高;悬浮物,尤其是木质素等比重较轻、难于沉淀的有机物质含量高; 色度较高; 废水的可生化性较好; 多为间收稿日期:2007 - 06 - 16 歇排放,污水成分复杂,水质水量变化较大。
中药废水的上述特点决定了其处理难度较大。
2 中药废水现有处理工艺分析
有关中药废水治理技术的报道在国内外均不多见,根据己有的报道,中药废水现有的治理方法依然沿用了目前常用的制药废水的处理方法,即: 物化法、生物法和物化一生物法。 2. 1 物化法在中药废水处理中的应用物化法处理中药废水可作为单独的处理工序, 又可作生物法的预处理或后处理工序。根据水质的不同, 采用的物理化学法有: 混凝法、吸附法、电解法、气浮法等。
(1) 混凝法
混凝法是制药废水处理中常用的物化法, 通过投加凝聚剂来降低污染物浓度, 改善废水的可生物降解性能。常用凝聚剂有聚合硫酸铁, 氯化铁,亚铁盐类,聚合氯化硫酸铝,聚合氯化铝,聚丙烯酸胺( PAM) 等,混凝法在制药废水中有着广泛的应用,在中药废水中也有应用。
郑怀礼, 龙腾锐[1 ]等人研究了中药制药废水絮凝处理方法及其作用机理, 所选絮凝剂有聚合氯化铝( PAC) ,聚合硫酸铁( PFS) 、以及自制聚合硅酸硫酸铁( PFSS) 等。研究结果表明: PFSS 较 PAC 有更好的絮凝效果, PFSS 更适合该类废水的治理。所用絮凝剂都存在一最佳投药量: PFSS、 PAC 为80～100 mg/ L , 液体PFSS 为1. 0 mL / L 。有机阳离子高分子絮凝剂对PFSS、PAC 可增强絮凝处理效果,而对PFSS 则效果不明显:水温在20 ℃～40 ℃时对絮凝效果影响不大, p H 值是影响絮凝效果的重要因素, 如用纯碱或石灰调至碱性范围,可提高处理效果。
(2) 吸附法
吸附法是利用多孔性固体相物质吸附废水中某种或几种污染物以达到废水净化的目的。制药废水处理中,常用燥灰或活性炭处理维生素、双氯灭痛、中成药等生产中产生的废水。受吸附剂的粒径、表面以及结构等的影响,经吸附处理的废水 COD 去除率一般在20 %～40 % , 色度的去除率则可以达到80 %左右。
(3) 气浮法
气浮法也是制药废水处理工艺中常用的一种方法,包括充气气浮、溶气气浮,化学气浮和电解气浮等多种形式。其中化学气浮法应用较多, 使用于悬浮物含量较高的废水预处理。中药废水采用化学气浮处理后,COD 的去除率可达50 %,固体悬浮物的去除率达80 %以上。尽管气浮法投资少, 能耗低,工艺简单,维修方便,但不能有效地去除废水中可溶性有机物,需要用其他方法进一步处理。
除了上述物化法, 还可用反渗透法、吹脱法、电解法等处理制药废水。这些物化法能去除部分 COD ,BOD ,SS ,NH3 - N ,改善废水的物理化学性状,常作为生物处理方法的预处理工序。
目前我国利用物化法处理中药废水的实例很少, 其原因就是物化处理成本高, 劳动强度大, 极易引起二次污染,是一种高投入低产出的方法,这体现出该法的局限性。
2. 2 生物法在中药废水处理中的应用
生物法广泛用于生活污水和工业废水的处理,技术成热,处理设备简单,运行管理方便,费用低廉,中药废水处理工艺也以生物法为主。厌氧生物法是中药废水最常用的处理工艺, 能够去除有机废水中的大部分污染物。现有研究利用两相厌氧消化中的产酸相将大分子有机物分解成小分子物质,改善中药废水的可生物降解性之后,再好氧处理。近年来,有研究者通过改进反应器结构来提高厌氧消化的处理效率。修光利等[2 ]利用加压上流式厌氧污泥床PUASB 处理制药废水。
PUASB 通过压力的变化,提高溶解氧的浓度。溶解氧浓度高时,菌胶团中心的厌氧范围缩小,参加生化反应的微生物数量增加, 从而加快了基质降解速率, 提高了处理效率。当P = 0. 2MPa , 进水 COD = 500～800 mg/ L ,回流比R = 6 时,COD 去除率可以达到60 %～90 % , P = 0. 3MPa , 进水 COD = 1 000～1 500 mg/ L , 回流比R = 6 时, 去除率可以达60 %～70 %。但是采用厌氧法处理废水, 进水COD 浓度和SS 含量不宜过高, 预处理要求严格, 设备比较复杂, 运行操作条件严格, 适用范围受抑制性物质限制。
与厌氧生物法相比, 好氧生物法处理有机废水反应周期短,运行操作条件易控制,管理简单。生物接触氧化对COD 有良好的去除效果, 进水 COD 浓度不宜超过1 000 mg/ L , 否则会增长曝气时间,增加能耗,最终导致处理费用增加。接触氧化法载体表面积大,单位体积微生物数量大,可在高容积负荷( (4. 5 kgCOD/ m3 ·d) 条件下处理高浓度的中药废水。
厌氧生物法和好氧生物法处理中药废水各有优缺点,将这两种工艺进行组合,利用各自的工艺特点实现制药废水净化, 是研究的热点。对于高浓度有机废水, 厌氧水解酸具有把大分子及不溶性有机物分解为小分子可溶性有机物的作用。而好氧法则可以为微生物提供较好的外部环境, 促使微生物有效地去除污染物。因此, 制药废水的主体处理工艺以水解酸化一好氧工艺最为常见。南京大学的袁守军、郑正等[3 ]人采用水解酸化· 两级接触氧化法处理出废水的CODCr 平均浓度为2 233. 6 mg/ L ,BOD5 平均浓度为1 312mg/ L 的中药废水,可使出水达到二级排放标准。
近年来,为提高生物法的处理效率,利用优势菌种处理高浓度有机废水的技术得以迅速发展。优势菌株生物膜法、光合细菌处理法及固定化微生物法处理制药废水都有报道。相对而言, 固定物化生物法运用较多。该方法是通过筛选分离出高效菌株,或通过生物工程技术培养出特异菌株, 将其固定在载体上或定位于限定的空间区域内, 保持其生物功能而去除废水中的特定底物。李尔炀、史乐文等[4 ]采用生物工程技术构建的多功能降解性工程菌L EY6 对高浓度制药废水进行处理, 废水处理工程以接触氧化方式对废水进行处理。工艺采用物化预处理、工程菌深度处理的工艺路线。处理效果:进水CODCr :10 000 mg/ L ;出水CODCr ,200 mg/ L 以下。
2. 3 物化—生物法在中药废水处理中的应用以生物法为主体处理工艺,物化法为预处理或后处理工艺的物化一生物法在中药废水治理中有着广泛的应用。物化一生物法一般按照前处理一厌氧处理一好氧处理一后续处理的途径来组合。前处理的目的是使物料的理化性状适合于后续生物法处理的要求, 除调节、稳定水量与水质 (如COD、SS、碱度、p H、物料营养比例等) 。还有去除生物抑制物质, 提高废水可生化性的作用。前处理方法应根据废水特点及试验结果而定, 以沉淀、絮凝、过滤等方法为主。但从实践看, 化学药品投加量大时, 处理成本高且有污泥生成。生物厌氧水解法通常也因为是提高废水可生物降解性的有效方法而用于废水的预处理。厌氧处理的目的是利用高效厌氧工艺容积负荷高、COD 去除率高、耐冲击负荷的优点,减少稀释水量并且大幅度地削减COD。优先采用的厌氧工艺是升流式厌氧污泥床反应器UASB 和上流式厌氧污泥床过滤器UASB + AF 。
好氧处理的目的是保证厌氧出水经处理后达标排放。常用好氧工艺有生物接触氧化、生物流化床和SBR。这些工艺的优点是污泥不用回流且剩余污泥少, 基建投资低且占地面积少, 运行稳定且成本低于其他好氧工艺, SBR 还具有适合间歇操作, 可以更好地适应中药废水排放水量的特点。当废水经好氧生物法处理后仍不能达标时, 还会在其后布置后处理工序, 一般以砂滤沉淀法为主。废水经过物化一生物法处理, 出水水质一般可以达到制药废水二级排放标准的要求,甚至满足一级排放标准。成都理工大学的王敏、丁明刚等[5 ]提出采用气浮- UASB - MBR 组合工艺处理高浓度中药废水的工艺流程, 经实际工程检验, 在进水浓度 CODCr 为2 000～5 000 mg/ L , BOD5 为800～2 500 mg/ L 时, 出水CODCr 可稳定低于100 mg/ L ,BOD5 稳定低于200 mg/ L 。
3 结语
新的污水处理的核心思想是处理工艺简单、处理效率高、投资运行费用省等。目前国内外尚有许多处理效率高的工艺, 但投资运行费用都相当高;也有许多投资运行费用低的工艺,但其处理效率都很低,甚至操作复杂。所以目前需要一种处理效率高、投资运行省、操作简单的工艺, 而这仍需研究人员进一步努力。
参考文献
[ 1] 郑怀礼,龙腾锐等. 絮凝法处理中药制药废水的试验研究[J ] . 水处理技术,2002 , 28(6) :339～342.
[ 2] 修光利, 吴生, 等. 加压上流式好氧污泥床( PUASB) 法处理制药废水初探[J ] . 环境科学,1999 ,20(1) :47～50.
[ 3] 袁守军,郑正,孙亚兵. 水解酸化一两级接触氧化法处理中药废水[J ] . 环境工程. 2004 ,22(4) :22～23.
[ 4] 李尔炀. 史乐文, 周苇圣, 严文瑶. 工程菌处理制药废水[J ] . 水处理技术. 2005 ,24(7) :287～289.
[ 5] 王敏, 丁明刚等. 高浓度中药废水处理工程设计[J ] . 水处理技术. 2006 ,32(7) :79～81.
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