生物強(qiáng)化技術(shù)在硫酸新霉素制藥廢水中的應(yīng)用

李 坤，雷生姣，關(guān) 勇，張媛娥

（1.三峽大學(xué)生物與制藥學(xué)院，湖北 宜昌 443002；2.普羅生物技術(shù)（上海）有限公司，上海 201206）

硫酸新霉素是一種氨基糖苷類抗生素藥物，其制造過(guò)程中產(chǎn)生廢水是典型的有機(jī)廢水之一，具有難降解、毒性大和對(duì)污水處理廠中諸多生化過(guò)程產(chǎn)生不同程度抑制作用等特點(diǎn)，近年來(lái)引起越來(lái)越多的關(guān)注[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，生產(chǎn)1 噸該抗生素產(chǎn)品大約產(chǎn)生150～200 m3的抗生素廢水，該類廢水的大量排放對(duì)我國(guó)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染[2]。

目前硫酸新霉素制藥廢水主要利用物理處理法、化學(xué)處理法和生物處理法（好氧生物氧化、兼氧生物降解及厭氧硝化降解）相結(jié)合的方法進(jìn)行處理[3-6]。其中，生化處理系統(tǒng)是一個(gè)集水解酸化、兼氧及好氧為一體的重要污水處理系統(tǒng)之一，見(jiàn)圖1。

圖1 硫酸新霉素制藥廢水生化處理系統(tǒng)工藝流程圖

由于硫酸新霉素廢水成分復(fù)雜，且含有對(duì)微生物有抑制作用的成分，導(dǎo)致可生化性較低，處理時(shí)間較長(zhǎng)；好氧池COD 去除率低，濃度過(guò)高，使得活性污泥負(fù)荷過(guò)重，導(dǎo)致污泥吸附性變差，同時(shí)，由于硝化菌硝化能力不足，有機(jī)物不能完全分解掉；兼氧池內(nèi)反硝化菌能力不足，影響反硝化反應(yīng)過(guò)程，導(dǎo)致出水NH3-N濃度過(guò)高。

為了提高硫酸新霉素廢水生化處理系統(tǒng)中各反應(yīng)池反應(yīng)效率，增強(qiáng)廢水可生化性，提高生化系統(tǒng)抗沖擊能力以及COD、NH3-N 去除率等，本研究采用生物強(qiáng)化技術(shù)，在水解池、好氧池和兼氧池內(nèi)分別投加生物解毒劑和各種生物菌劑。結(jié)果表明，生物強(qiáng)化技術(shù)在硫酸新霉素廢水生化處理系統(tǒng)中具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

生物解毒劑、生物菌劑，普羅生物技術(shù)（上海）有限公司；生物解毒劑，以有機(jī)酸、氮、酶的獨(dú)特配方為基質(zhì)的生物酶制劑；生物菌劑，含COD菌種、倍活硝化菌、倍活反硝化菌和倍活水解酸化菌的4種菌劑。

1.2 主要儀器

LH-3BA型水質(zhì)測(cè)定儀，北京連華永興科技發(fā)展有限公司；5B-6D 氨氮快速測(cè)定儀，北京連華永興科技發(fā)展有限公司；LB-60M 水質(zhì)毒性檢測(cè)儀，青島路博環(huán)?？萍加邢薰?；FE28酸度計(jì)，梅特勒-托利多有限公司；AE2204電子天平，湘儀天平儀器設(shè)備有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

按照目前廢水處理的生化系統(tǒng)，搭建模擬生化系統(tǒng)1、2，按現(xiàn)有生化系統(tǒng)的控制方法對(duì)模擬生化系統(tǒng)進(jìn)行控制；同時(shí)，模擬系統(tǒng)1投加生物藥劑為試驗(yàn)組，模擬生化系統(tǒng)2作為空白組，見(jiàn)圖2、圖3。

圖2 模擬生化系統(tǒng)1（實(shí)驗(yàn)組）

圖3 模擬生化系統(tǒng)2（空白組）

整個(gè)試驗(yàn)分為三個(gè)階段：第一階段為第1～5天，此階段在模擬生化系統(tǒng)1 試驗(yàn)組中的水解酸化池進(jìn)水口投加一定量生物解毒劑和倍活水解酸化菌，同時(shí)，在好氧池進(jìn)水口投加COD 菌種和硝化菌種；第二階段為第6～11天，除了繼續(xù)在水解酸化池和好氧池中投加水解酸化菌、COD 菌種和硝化菌種外，在缺氧池進(jìn)水口投加反硝化菌；第三階段為穩(wěn)定階段，為試驗(yàn)的第12～17天，此階段在缺氧池進(jìn)水口投加反硝化菌，并按現(xiàn)有生化系統(tǒng)的控制方法進(jìn)行控制。在試驗(yàn)期間，將試驗(yàn)組與空白組的廢水水質(zhì)進(jìn)行對(duì)比，以確認(rèn)生物強(qiáng)化技術(shù)對(duì)廢水生化處理系統(tǒng)的作用效果。

1.4 分析方法

1.4.1 水質(zhì)常規(guī)檢測(cè)

取模擬生化處理系統(tǒng)1 和2 的污水進(jìn)行水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)，檢測(cè)方法、取樣點(diǎn)及檢測(cè)頻次見(jiàn)表1 所示。

表1 模擬生化處理系統(tǒng)水質(zhì)檢測(cè)表

1.4.2 生物毒性檢測(cè)

本試驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)組水解池進(jìn)口處投加生物解毒劑。為了確認(rèn)生物強(qiáng)化技術(shù)對(duì)硫酸新霉素廢水的處理效果，在兩套模擬系統(tǒng)調(diào)節(jié)池出口和好氧池出口處取樣進(jìn)行生物毒性檢測(cè)[16]。根據(jù)發(fā)光細(xì)菌在一定波長(zhǎng)（490 nm）下的發(fā)光強(qiáng)度計(jì)算生物毒性抑制率，從而衡量生物毒性的大小。生物毒性抑制率計(jì)算公式如下：

式中：A0為空白組發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度；Ai為各樣品組發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度。計(jì)算結(jié)果負(fù)值代表抑制，正值則代表促進(jìn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 廢水COD的處理效果

試驗(yàn)組按試驗(yàn)方法投加生物藥劑，在此期間，每天取試驗(yàn)組1和空白組2的調(diào)節(jié)池出水及二沉池出水檢測(cè)COD濃度，對(duì)比分析，數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

圖4 模擬生化系統(tǒng)COD濃度趨勢(shì)圖

兩套模擬生化系統(tǒng)調(diào)節(jié)池內(nèi)廢水來(lái)源一致，從圖4 可以看出，試驗(yàn)組和空白組調(diào)節(jié)池內(nèi)COD 濃度為3020～4432 mg/L，平均COD 濃度約為3700 mg/L，兩套系統(tǒng)水質(zhì)波動(dòng)均較大。兩套模擬生化系統(tǒng)調(diào)節(jié)池內(nèi)二沉池出水對(duì)比，空白組未投加生物藥劑的模擬生化系統(tǒng)COD 濃度波動(dòng)較大，而試驗(yàn)組投加生物藥劑的模擬生化系統(tǒng)的COD 濃度波動(dòng)比較穩(wěn)定，且試驗(yàn)組二沉池出水COD 濃度基本保持在700～800 mg/L，空白組為800～1000 mg/L，試驗(yàn)組COD濃度整體低于空白組。

圖5顯示，試驗(yàn)組COD去除率為76.1%～82.5%，空白組為71.0%～81.2%，試驗(yàn)組COD去除率高于空白組，且更穩(wěn)定。

圖5 模擬生化系統(tǒng)COD去除率趨勢(shì)圖

2.2 廢水NH3-N的處理效果

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，每天取各模擬生化系統(tǒng)的二沉池出水進(jìn)行NH3-N 濃度檢測(cè)，如圖6 所示，空白組未投加生物藥劑的二沉池排水NH3-N 濃度忽高忽低，在10～30 mg/L 間波動(dòng)，而試驗(yàn)組二沉池排水NH3-N 濃度相對(duì)穩(wěn)定，且NH3-N濃度在10 mg/L以下。

圖6 模擬生化系統(tǒng)出水NH3-N濃度趨勢(shì)圖

圖7 顯示，空白組NH3-N 去除率為94%～96%，且受進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)影響較大；試驗(yàn)組NH3-N 去除率為97.5%以上，且更加穩(wěn)定。

圖7 模擬生化系統(tǒng)NH3-N去除率趨勢(shì)圖

2.3 生物毒性抑制率的影響

在兩組模擬生化處理系統(tǒng)中，取調(diào)節(jié)池出水、好氧池中活性污泥，利用哈希試劑盒法測(cè)定廢水生物毒性，檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 模擬生化系統(tǒng)生物毒性抑制率

由表2可知，原水的生物毒性對(duì)發(fā)光細(xì)菌的抑制率為88.5%，進(jìn)水生物毒性物質(zhì)濃度較高。經(jīng)過(guò)生化處理后，未添加生物藥劑的空白組好氧池中的活性污泥生物毒性抑制率下降至15.3%，生物毒性物質(zhì)在處理過(guò)程中被吸附或降解，含量降低。而添加生物藥劑的試驗(yàn)組好氧池中的活性污泥中，生物毒性抑制率下降至-0.5%，投加生物藥劑不僅對(duì)生物毒性物質(zhì)具有抑制作用，對(duì)發(fā)光細(xì)菌的生長(zhǎng)還有促進(jìn)作用。

3 結(jié)論

（1）利用生物強(qiáng)化技術(shù)，在硫酸新霉素制藥廢水生化處理系統(tǒng)中投加生物藥劑可以有效降低廢水COD、NH3-N濃度，提高COD、NH3-N去除率。同時(shí)，在生化系統(tǒng)受到進(jìn)水水質(zhì)波動(dòng)影響時(shí)，生物藥劑可以使系統(tǒng)抗沖擊能力加強(qiáng)，整體提高廢水的處理效果。

（2）投加生物藥劑，不僅沒(méi)有對(duì)發(fā)光細(xì)菌生長(zhǎng)進(jìn)行抑制，反而起到了促進(jìn)作用，說(shuō)明生物強(qiáng)化技術(shù)不僅增強(qiáng)了微生物對(duì)廢水中有害物質(zhì)的降解作用，還在一定程度上屏蔽了毒性物質(zhì)，對(duì)活性污泥中微生物的生長(zhǎng)起到了促進(jìn)作用。

（3）本次試驗(yàn)是模擬生化系統(tǒng)試驗(yàn)，模擬生化系統(tǒng)與實(shí)際生化系統(tǒng)還是存在很大差異，實(shí)際生化系統(tǒng)受水質(zhì)、水量等的波動(dòng)更為嚴(yán)重。同時(shí)，模擬生化系統(tǒng)試驗(yàn)過(guò)程中投加生物藥劑的使用量是按其使用說(shuō)明方法投加，在面臨水質(zhì)水量波動(dòng)的時(shí)候，使用量應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況投放。對(duì)硫酸新霉素制藥廢水生化處理系統(tǒng)投加生物藥劑的工藝還有待進(jìn)一步研究。