抗生素废水不仅具有有机物浓度高、B/C低、氨氮浓度高等特点,而且废水中含有一定量抗生素和硫酸盐,因此厌氧生物处理时难度较大、COD去除率低^[1~6]。根据某抗生素生产企业长期运行数据,其采用MIC厌氧反应器,在停留时间6d条件下,最佳COD去除率只有50%~60%。由于其生产规模扩大的需要,研究人员采用CASB(Circulation-flow Anaerobic Sludge Bed)厌氧反应器新技术在其原有废水处理站内开展了中试研究,用以优化现有处理工艺技术。

　　 CASB厌氧反应器中试装置如图1 所示,装置总高度21m,有效水深20.5m,其中主反应区高度18m,直径300 mm,上升管、下降管直径均为40mm,上升管长度为2m,总有效容积1.4m³。中试装置进水取自该废水处理厂初沉池内,设计处理量为20L/h,水力停留时间3d,接种污泥为某啤酒厂的厌氧颗粒污泥(静置床层高度控制在6 m左右)。进水泵为计量泵,沼气流量计为容积式湿式气体流量计,配水罐规格为2 000L,储水罐规格为500L。取水泵、配水泵、储水罐、进水泵均设置为1用1备。

　　 试验初期没有电加热及设备保温措施,试验期间由于气温骤降导致COD去除率降低后,采取了一定的电加热和保温措施。

　　 中试装置进水取自该企业废水处理站初沉池上部,COD 5 000~9 000mg/L、NH₃-N 600~900mg/L、SO₄^2-小于2 000mg/L、pH 4~6、B/C≥0.3。

　　 中试装置使用时,先将初沉池上部废水打入配水罐,根据配水罐水质分析数据按比例将废水和自来水加入储水罐以达到相应的CASB厌氧反应器进水要求,同时在储水罐内进行pH调节和水温调节。

　　 启动开始时,控制CASB厌氧反应器进水COD2 000~2 500 mg/L、pH 7.4,按20L/h进水量进水,每天进水时间早8点至晚8点共进水12h;在产气率达到0.3~0.4m³沼气/kgCOD后开始日夜连续进水;之后进水COD以每3 d增加1 000~1 500mg/L的速度提升,直至进水不需要经稀释;在进水不经稀释条件下稳定运行7d,试验结束。

　　 试验过程中若出水pH超过7~7.5,则需对进水加碱量进行相应增减;若在进水COD提高期间出现水体酸化,则需降低进水COD,延长该阶段试验运行时间。

　　 每晚8点左右取工作的储水罐中水为进水水样,为弥补反应器停留时间造成对出水水质影响的滞后,该水样分析结果被记录为第2d进水水质进行处理效果评价;出水水样每日早8 点左右和晚8点左右各取一次,两次分析结果的平均值作为当日出水水质进行处理效果评价;沼气流量计每日中午11点记录沼气产气量,除以24h之后作为当日沼气产气量进行处理效果评价。

　　 中试装置8月15日安装完毕并开始进水,但由于机械故障运行3d后进水暂停,至8月27日重新恢复进水;8月29日CASB厌氧反应器开始出水,对出水水质进行分析;9月6日起,在分析前日产气率已达到0.3~0.4m³沼气/kgCOD基础上开始连续进水;9月17日起进水已不需要用自来水稀释;之前气温维持在最低气温27~29 ℃、最高气温34~36 ℃,但9月17日起气温开始大幅度下降,由于中试装置规模较小,在无保温措施情况下CASB内部水温与气温下降速度基本一致,9月20日最低水温已降至21 ℃;9 月21 日对储水罐进行加温至35℃,CASB出水水温提高到25 ℃左右;9月23日受新寒流影响,气温再次下降至最低17 ℃,CASB出水水温降至20 ℃左右;9月24日对储水罐、CASB及管道采取了一定的保温措施,并将储水罐加温至40 ℃,CASB出水水温再次提高到25 ℃左右;9月30日试验结束。

　　 COD的去除情况见图2。由图2结合试验过程可知:

　　 (1)扣除机械故障时间,CASB中试装置用两周时间去除率达到70%以上;1个月时间完成反应器启动,COD去除率稳定在70%左右。

　　 (2)9月17日前COD去除率有近10d维持在80%左右,9月17日至9月21日COD去除率一度下降至最低53%,虽然此时有最后一次进水浓度提升因素的影响,但是9 月17 日起的大幅度降温是COD去除率下降的主要影响因素,这一点从9月21日和9月24日进行的两次保温所获得的效果可以看出。虽然水温25 ℃ 以上COD去除率达到了70%左右,但仍然建议在出水水质要求较高、企业蒸汽价格较低条件下将水温控制在30~35℃,以取得更好的去除效果。

　　 (3)启动初期出水COD高于进水COD主要是该阶段接种污泥所携带有机物被不断洗出所致,由图2可知在该阶段出水COD保持持续下降趋势。

　　 沼气产气情况见图3。由图3结合试验过程可知:

　　 (1)整个试验过程中,沼气产气率均在0.4~0.5m³沼气/kgCOD附近上下波动,均值为0.48m³沼气/kgCOD,达到正常厌氧反应器产气率水平,表明CASB产气率受该废水水质影响较小。

　　 (2)受水温变化影响,在两次水温较低时沼气产气量和产气率也出现两次较大的下降,从另一侧面反映了水温对反应器处理效果的影响水平。

　　 进水NH₃- N情况见图4。由图4 结合图2、图3可知:在试验进入进水已不需要用自来水稀释阶段,进水NH₃-N变化与COD去除率、沼气产气率变化之间均没有呈现出明显相关性,该阶段最高进水NH₃-N为938 mg/L,即在进水NH₃-N低于938mg/L时对处理效果无明显影响。

　　 整个试验过程中,进水配制采用32% 液碱调节pH,均按2L液碱/m³原水配制,进水pH稳定在7.4,出水pH在7.1~7.3。

　　 (1)该企业现有MIC反应器水力停留时间为6d,最佳COD去除率只有50% ~60%,而采用CASB厌氧反应器,在反应器水力停留时间3d条件下,COD去除率可达70%,较该企业现有MIC反应器在水力停留时间减少一半条件下,COD去除率仍可提高10~20个百分点,大幅度降低了废水处理工程造价、减少了工程占地面积,同时大幅度减轻了后续处理工艺的负荷、降低了运行处理费用、提高了工程出水处理效果。

　　 (2)试验后期由于试验条件所限,中试装置并未在最佳水温范围内运行,而处理效果受水温影响较大,因此以上效果仍然有进一步提高的空间。