利用DO在线监测与判断制药废水毒性_范彩安

利用DO在线监测与判断制药废水毒性＊范彩安彭永臻潘力军李利生提要以SBR为反应器,分别以制药废水和生活污水为基质,有无预曝气为类别,做了两组平行试验。试验中无毒生活污水的DO曲线符合常规变化,有毒制药废水的DO曲线出现了特有的周期性波动。通过DO在线监测与适时取样测定COD,验证了DO可在线监测并定性判断制药废水的毒性。DO曲线的周期性波动解释为活性污泥微生物解吸与降解底物的周期性交替。在进一步试验中,为得到有毒制药废水的最易辨识的特征DO曲线,可采用不同的曝气方式和曝气量以加强、减弱水样毒性对微生物的冲击,使微生物总有一个活性状态能反应DO特征周期波动;曝气量过大导致DO过高时DO特征波动被掩盖。关键词制药废水毒性DOCOD周期性波动＊国家自然科学基金重点项目(50138010)资助。0前言制药废水是一种特殊的工业废水,不同于生活污水营养均衡;也不同于一般工业废水毒性单一;它的特性不仅表现在因生产原料与产品多样性导致的毒性复杂,更表现在对活性污泥微生物毒性作用的微量高效性———衡量药性的一个重要指标。SBR处理工艺在1914年发明之后的很长一段时间内未得到广泛应用,主要原因是由于其自动化控制要求高。SBR工艺的运行是完全混合式的流态,但形成的是推流式的浓度梯度,因而不仅对进水水质的波动具有较好的适应性,还可以反映运行中各种条件的影响[1]。因此,用SBR作为反应器,并进行其自动控制的基础研究,是有实用性的。正是源于制药废水对微生物毒性的微量高效性,以及DO在活性污泥系统中即时反应微生物活性的特点,本文假设并验证了DO可用于在线监测并定性判断制药废水毒性。1材料与方法(1)SBR反应器(见图1):直径20cm,高60cm,总容积12L。内装有DO探头,曝气砂头,外接溶氧仪,电磁式空气压缩机,气体流量计。(2)试验污水:北京某制药厂生产废水。废水成分见表1。(3)试验污泥:经制药废水长期驯化的活性污图1SBR反应器示意表1试验废水成分COD/mg/LpHNH3-N/mg/LNO-2-N/mg/LNO-3-N/mg/L12249.71270.60.8泥。(4)DO,pH使用仪器在线测定,COD根据DO变化取样,样品用COD-571-1型消解装置消解。2结果与讨论2.1制药废水试验2.1.1有预曝气的反应预曝气:指在SBR反应器进水之前,对上次反应残液与活性污泥的混合液曝气大约5min。试验为瞬时进水。通过气体流量计控制曝气量恒定。DO仪在线监测,每分钟记录读数一次。根据DO变化情况,取水样,并测定COD。试验结果见图2。反应进行到15～30min时,COD,DO曲线上都出现了偏离变化规律的一段,而给水排水Vol.29No.8200351DOI:10.13789/j.cnki.wwe1964.2003.08.020图2制药废水有预曝气时结果且DO曲线在30min后还有异常的周期性波动。对于COD曲线,COD应该随时间逐渐下降,但随着反应的进行,COD下降的速率会减慢,表现为曲线斜率减小。图2中COD在前15min正常下降,但在紧接的15min内却逐渐上升,并在30min时达到另一个峰值,之后才正常下降。对于DO曲线,前15min上升,是曝气的复氧速率大于活性污泥的耗氧速率。因为污泥处于闲置期后的恢复状态,且活性污泥在DO水平较低时首先对水中有机物进行吸附,此时耗氧速率低。按照正常规律,活性污泥对有机物吸附饱和后进行新陈代谢降解,耗氧速率随之增长,并大于复氧速率,因此DO应该在随后的反应中缓慢下降,直至COD降解接近结束,DO出现陡升。但是DO却在15～30min这段时间内出现了异常的上升并达到峰值,恰好与COD曲线的异常一致。分析原因,COD与DO曲线在15～30min之间的异常应该是:活性污泥微生物在进水前的预曝气阶段进行内源呼吸,处于饥饿状态,即被活化。活化后的污泥对底物的吸附增强。然而,对于有毒制药废水,微生物吸附作用越强,所受毒性冲击也越大,并且瞬时进水更加强了毒性,这样微生物就会自发地解吸,以降低毒性。在解吸过程中,微生物通过新陈代谢作用,将底物无毒化,然后在解吸结束时进行正常的生物降解。解吸时耗氧速率小于复氧速率,DO曲线上升;降解时耗氧速率大于复氧速率,DO曲线下降。30min后DO的波动则是无毒化与降解过程的交替,因为COD曲线无异常;DO曲线的最后陡升,则表示易降解物质的降解接近结束。为了验证以上推论,设计了试验2.1.2。2.1.2无预曝气的反应在进水前不曝气,直接瞬时进水。通过气体流量计控制试验曝气量同2.1.1,DO,COD的读取与测量也同上。试验结果见图3。图3制药废水无预曝气时结果由图3可知,虽然是同样的制药废水,但在无预曝气的情况下,COD曲线没有出现明显的异常,只是DO曲线在20min后有波动,且波动