混凝去除发酵制药废水生化出水污染物的效能与机制研究

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发酵制药废水经过生化处理后,残留部分难降解有机物以及总磷,直接排放会造成水体富营养化等问题。发酵制药废水生化出水的污染物性质较为复杂,混凝可以去除部分大分子有机物和磷酸盐,但以往研究对混凝去除此类生化出水有机物的效能缺乏深入的研究。本文通过对某企业发酵制药废水生化出水的水质特征进行分析,研究混凝去除有机物和磷效能的影响因素,同时研究混凝去除有机物的机制,可为保证该发酵制药企业的生化出水达到一级A标准提供技术支持,具有一定的实际工程应用价值。该发酵制药企业的生化出水有机物符合腐殖酸类物质的结构特点,分子量主要分布在5-30k Da,而正磷酸盐占总磷的85%以上,证明混凝作为深度处理的前处理单元具有一定的可行性。通过研究混凝去除污染物效能的影响因素得出,各因素对混凝去除COD的影响程度依次为混凝剂投加量>原水p H>混凝剂种类>沉淀时间,并确定聚合硫酸铁为优选混凝剂。中试运行过程中,夏季阶段投加300-400mg/L混凝剂的COD去除率为31.3±7.3%,冬季阶段对应COD去除率为27.1±5.2%,相比夏季降低4.2%,推测是由于冬季阶段发酵企业对生化出水采取臭氧氧化措施、生化处理单元水力停留时间缩短。考虑除磷达标要求,混凝剂浓度与进水总磷的摩尔比(Fedose/Pini)控制在5.4-7.2为宜,但远大于理论值,推测是由于原水腐殖酸类有机物的影响。通过三维荧光平行因子分析得出,原水中存在3种腐殖酸类物质和1种色氨酸类物质,腐殖酸类物质包括植物源腐殖酸、类富里酸、微生物源腐殖酸。混凝对植物源腐殖酸去除率最高,其次为类富里酸、微生物源腐殖酸。植物源腐殖酸去除率与TOC去除率相关性最强(R~2>0.8),而色氨酸类物质的去除率和TOC去除率相关性较差(R~2<0.4),推测腐殖酸类物质产生了类似色氨酸类物质的荧光。结合紫外光谱、凝胶色谱分析得出,芳香度较高、苯环取代程度较高、分子量较大的有机物更容易被铁盐混凝剂去除,这正是植物源腐殖酸、类富里酸去除率较高的原因。冬季阶段生化出水色氨酸类物质荧光强度占比上升,该现象与原水腐殖酸类物质的芳香度和分子量下降有关,所以中试运行中冬季阶段COD去除率相对于夏季有所下降。通过对Zeta电位、红外吸收光谱、UV254的分析得出,混凝剂与有机物的作用机制包括电中和、络合、网捕卷扫,并以络合为主要作用。聚合硫酸铁、六水合三氯化铁去除有机物效果优于聚合氯化铝,推测其原因是低聚合度的水解产物更容易与腐殖酸类有机物发生络合作用。同样地,原水p H降低有利于提高低聚合度水解产物的含量比例,从而提高混凝对有机物的去除率。
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