摘要

明膠是製藥、醫療、食品和軍事工業中消耗最多的膠體蛋白材料之一。製藥硬明膠膠囊生產工廠的機器和反應器洗滌產生的高強度彩色廢水，COD和TSS濃度高，pH值低，蛋白質含量高。本研究的主要目的是評價伊朗明膠膠囊廢水處理廠(IGCWWTP)在COD、TSS、氨、磷去除、化學品和能耗方麵的性能。

對IGCWWTP的進水和出水進行了600多天的密集分析。結果表明，該汙水廠出水COD、TSS、銨和除磷的平均濃度分別為41.8 mg/l、9.1mg/l、0.48 mg- n /l、1.6 mg P-PO4。每一進水流量的平均耗電量和飲用水耗水量為0.33 kWh/m^3.和37 L / m^3.,分別。每次進水流量的石灰、PAC和氯的平均消耗為0.2 Kg/m^3.， 0.05 Kg/ m^3.0.0公斤/米^3.,分別。

關鍵字

廢水;Pharmaceutical-capsule生產行業;Kaldnes-K3;ifa

簡介

高濃度不可生物降解化合物的製藥廢水處理是一個環境問題，需要采用高級氧化工藝與生物處理相結合的綜合工藝處理工業廢水[1]。

明膠是製藥、醫療、食品和軍工等行業消耗最多的膠體蛋白材料之一。

膠囊生產的第一步是形成堅硬的凝膠殼。這種外殼是用機器生產的，將一排排圓形金屬銷子浸入熔融的明膠溶液中，然後在膠囊冷卻凝固後從銷子上剝離膠囊。不完美的膠囊被重新熔化和重複使用，如果可能的話，或出售為膠水製造[3]。洗滌機器和反應器產生高強度著色廢水，具有高COD和TSS濃度，低pH值和高蛋白質含量。

伊朗明膠膠囊製造有限公司是伊朗唯一一家製藥用硬明膠膠囊生產廠家。它的年容量是42億個不同大小和顏色的空膠囊。

2011年，工廠建立了一個地下汙水處理廠(WWTP)，用於處理工廠產生的衛生和工業廢水。汙水處理廠被設計為化學/生物過程，包括一個高級氧化反應器，兩個生物膜反應器，一個混凝反應器和過濾裝置。

生物膜反應器設計為一體化固定膜活性汙泥(IFAS)，移動介質。

IFAS將生物膜反應器的優點添加到懸浮生長活性汙泥工藝中[4,5]。該工藝旨在通過向混合液中的包裝材料提供更高濃度的生物量來增強活性汙泥工藝。

懸浮和附著生長生物量的組合增加了碳質去除，就有機負載率(OLR)而言，並通過較長的SRT[6]促進更高級的廢水處理。此外，生物膜處理過程是穩定的，並抵抗有機和水力衝擊負載[7]。

生物膜載體顆粒(介質)是IFAS係統的重要組成部分。幾種合成填料已被用作載體，可懸浮或固定在活性汙泥工藝[4]的曝氣池中。此外，廉價和有效的生物載體的應用，如浮石，多孔玻璃微珠，絮凝劑- rmp^®生物可降解飯盒、甘草(Glycyrrhiza glabra)、巨蘆葦(Arundo donax)、棉花、卷煙濾芯棒是發展中國家采用和應用生物膜反應器的關鍵因素[8-12]。

本研究旨在從COD、TSS、除銨、除磷、化學品和能耗等方麵評價伊朗明膠膠囊廠汙水處理廠的性能。

材料和方法

汙水處理廠

現有的汙水處理廠是一個化學/生物處理廠，設計容量約80米^3./d(圖1)。汙水通過重力從兩個獨立的汙水管進入汙水處理廠。工業廢水由聚乙烯管送入條形篩網通道。經篩選後，廢水進入容積為38 m的高級氧化池^3.將汙染物的長鏈分解成小鏈。經預處理後的工業廢水與經篩選的生活汙水相結合，組合進水進入兩個101 m容積的曝氣池^3.．將石灰溶液恒流量直接泵入曝氣池調節ph值，在兩個曝氣池中采用固定膜活性汙泥(IFAS)一體化工藝對組合廢水進行生物處理^3.(表1)。為了更好地沉澱分離的生物群落，使用體積為0.125 m的混凝池^3.二次曝氣池後施工。將濃度為2 ~ 8mg /l的聚氯化鋁注入生物處理廢水中。沉澱池底部的濃縮汙泥通過兩台氣舉泵返回第一曝氣池。鼓風機1台，風量7.6米^3./min用於曝氣池的混合和供氧。

圖1:伊朗明膠膠囊汙水處理廠流程示意圖

表1:生物載體的特征
a)反應器內的數量，b)大體積填充，c)總表麵，d)保護表麵

用壓力砂過濾器對處理後的廢水進行最終拋光。汙水經氯消毒後，用於灌溉樹的工廠。

分析方法

通過每天對不同步驟的進水和出水采樣來評價汙水處理廠的性能。在每個工作日，測量每個反應器的溫度、溶解氧(YSI 55 DO計)和pH (SCHOTT pH計模型CG-824)。

用封閉回流比色法測定樣品過濾後的可溶性化學需氧量(SCOD)。氨氮的測定₄-N)和磷(PO4-P)分別用8075、10049和8114型號Hack Company試劑完成。MLSS和MLVSS按標準分析方法[13]進行分析。

IFAS反應器中的固定生物量濃度是由樣品在70 ~ 80℃幹燥1周後，生物載體與對照生物載體之間的幹重差得到的。采用Stover-Kincannon和二階動力學模型計算了IFAS過程去除COD的動力學。兩堆性能比較采用統計雙尾Student t檢驗。HRT計算公式如下式(1)[15]:

$ $荷爾蒙替代療法= {{V \離開({{m ^ 3}} \右)}\ /{問\離開({{\ raise0.5ex \ hbox {$ \ scriptstyle {{m ^ 3}} $} \ kern - 0.1 - 0.15 em / \ kern - em \ lower0.25ex \ hbox {$ \ scriptstyle d $}}} \右)}}\ * 24……左(1 \ \右)$ $

結果

汙水處理中使用的化學材料和溶液有石灰、聚合氯化鋁(PAC)、氯粉和飲用水。

利用飲用水製備化學混凝劑、氯溶液和汙水處理廠表麵清潔。每進水流量的耗電量和飲用水耗水量在0.1 ~ 1.8 kWh/m之間^3.(平均:0.33千瓦時/ m^3.)和0.0 ~ 214 L/m^3.(平均:37升/米^3.),分別。

進水pH值由4改為11。Wurster和他的同事[16]報告了pH值的波動。有機衝擊載荷作用下進水pH值可達9.0。通過加入平均用量為109 g/m的石灰溶液，將臭氧反應器出水pH調整為6.5^3.．出水TSS濃度為5.2 ~ 22.6 mg/l(平均9.1 mg/l)。

每次進水流量的石灰、PAC和氯的平均消耗為0.2 Kg/m^3.0.05公斤/米^3.0.01公斤/米^3.,分別。

反應堆性能

COD去除:進水COD濃度從1706 mg/l變為2752 mg/l(平均2180 mg/l;性病:156 mg / l)。在運行過程中監測了臭氧和IFAS反應器的出水COD濃度。圖2為IFAS反應器出水COD濃度隨運行時間的變化情況。

圖2:IFAS反應器出水COD濃度隨運行時間的變化

臭氧反應器的出水COD濃度為1484至2395毫克/升(平均為2009毫克/升)，IFAS反應器的出水COD濃度為3至150毫克/升(平均為41.8毫克/升)。

進入曝氣池和移動介質表麵的OLR由0.1 kg COD/m改為2.4 kg COD/m^3..d(平均:0.7公斤COD/米^3..d)和2.9至70g COD/m².d(平均:19.7克COD/米²分別.d)。

由於每日進水變化，臭氧反應器的HRT從7.8小時改為7.6天(平均28小時)，IFAS反應器的HRT從20.7小時改為20.2天(平均75小時)。

正常操作條件下，MLSS濃度為5420 ~ 7805 mg/l(平均6410 mg/l)。正常工況下SRT為38 ~ 49天(平均41.4天)。

除氮除磷:nhh的出水濃度₄在運行期最後130天監測-N(圖3)。NH的平均去除率₄- n是98.4%(最大值= 99.6%,最小值= 72.3%,std. dev.為4.4%)。這些數值與平均入流NH有關₄-N濃度為24.8 mg NH₄/l- n(最大為32.1 mg/l，最小為17.3 mg/l，標準為5.9 mg/l)。

北半球廢水₄臭氧反應器的-N濃度為0.13至4.19 mg-N/l(平均為0.48 mg-N/l，標準發展為0.7 mg-N/l)， IFAS反應器的-N濃度為3至150 mg/l(平均為41.8 mg/l)(圖3)。

圖3:廢水NH₄-N濃度隨操作時間的變化

該汙水處理廠的磷平均去除率為86.6%(最大值為97.1%，最小值為62.7%，平均去除率為6.3%)。這些數值與P-PO4流入平均濃度11.7 mg相關(最大值為21.3 mg/l，最小值為7.9 mg/l，平均濃度為4.6 mg/l)。

動力學模型:Stover-Kincannon模型(公式2)是對各種不同類型生物膜反應器[17]建模最廣泛接受的方法。實驗研究[18]得到的數據也采用了二階動力學模型(方程3)。

$ $ {V \ /{問\離開({{S_i} - {S_e}} \ )}}\, = {{{ K_B}} \ / {{U_{\馬克斯}}}}\離開({{V \ /{問{S_i}}}} \右)+ {1 \ / {{U_{\馬克斯 }}}}.........左(2 \ \右)$ $

$ ${{荷爾蒙替代療法\ * {S_i}} \ / {{S_i} - {S_e}}} \, = b \乘以荷爾蒙替代療法+……左(3 \ \右)$ $

式中，V、Q、Si、Se、KB、Umax、HRT、a、b分別為反應器體積(l)、進水速率(l/d)、進水底物(mg/l)、出水底物(mg/l)、飽和值常數、最大基質比利用率、水力停留時間(天)、動力學常數。

Stover-Kincannon模型:在Stover-Kincannon模型中，[V/(Q(SiSe))]與V/(QSi)進行了對比。圖4采用線性回歸計算斜率(KB/Umax)和直線截距點(1/Umax)[8,20]。從圖4的直線可以看出，KB和Umax分別為74.35 g/L。d和74.62 g/L。d,分別。

圖4:用kalddes - k3法去除IFAS反應器COD的Stover-Kincannon (A)和二階動力學(B)模型圖

二階動力學模型:評價了IFAS反應器二級動力學模型的適用性。根據圖(圖3)上直線的截距和斜率計算出a和b的值。對於具有kaldnes介質的IFAS反應器，Se、S0和HRT之間的關係用方程4中的二階動力學形式表示。

$ $ {S_ {\ bmod el}} \, = {S_o} \離開({1 -{{荷爾蒙替代療法}\ /{0.0165 \ *荷爾蒙替代療法+ 1.0008}}}\ )\,.........左(4 \ \右)$ $

,年代₀為底物濃度(mg/l)。

討論

臭氧反應器和IFAS反應器對COD的平均去除率分別為8.6%(標準發展速率為3.8%)和97.9%(標準發展速率為1.8%)。當OLR為0.68 Kg COD/m時，COD去除率最高(99.8%)^3..d為IFAS反應堆。COD去除率最高的OLR為2.4 Kg COD/m^3..d)在臭氧反應器和IFAS反應器中分別約為10%和93.2%。但隨著進水COD濃度的增加，去除率變化不大。

IFAS反應器的高COD去除率取決於移動介質[12]較高的比表麵積和捕集能力。移動的生物載體具有較高的定殖比表麵積，可提高體積負載去除效率，具有較高的處理能力[20]。

明膠工業出水富含蛋白質，氨值高，常規曝氣池等工藝對氨[21]的去除效果不佳。如圖3所示，高級氧化和IFAS反應器的集成是去除富含明膠廢水中氨的一個很好的選擇。

在Stover-Kincannon模型中，IFAS反應器的高R2線性回歸結果表明，COD去除率是有機負荷率的函數。

二級動力學模型表明，COD去除率隨HRT的增加和進水COD濃度的降低而提高。

結論

IGCWWTP處理高強度廢水，達到COD (200mg /l)和氨氮(1mg - n /l)的出水標準，綜合性能良好。另一方麵，本研究表明，高級氧化工藝與IFAS生物反應器相結合，在OLR大幅提高2倍的情況下，仍能承受較強的有機和水力負載衝擊;係統可在2天內恢複正常處理效率。

鳴謝

這項研究是由伊朗明膠膠囊製造公司資助進行的。

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條信息

文章類型:病例報告

引用:Sabzali A, Gheidari NA(2016)全麵化學/生物處理係統在製藥膠囊生產工業廢水處理中的應用——案例研究。國際J水廢水處理2(3):doi http://dx.doi.org/10.16966/2381-5299.122

版權:©2016 Sabzali A，等。這是一篇開放獲取的文章，根據創作共用署名許可協議(Creative Commons Attribution License)發布，該協議允許在任何媒體上不受限製地使用、分發和複製，前提是注明原作者和來源。

出版的曆史:

收到日期:2016年2月25日

接受日期:2016年3月29日

發表日期:2016年04月04