摘要

明胶是制药、医疗、食品和军事工业中消耗最多的胶体蛋白材料之一。制药硬明胶胶囊生产工厂的机器洗涤和反应器洗涤会产生高COD和TSS浓度、低pH和高蛋白质含量的高强度有色废水。本研究的主要目的是评价伊朗明胶胶囊废水处理厂(IGCWWTP)在COD、TSS、氨和磷的去除以及化学品和能源消耗方面的性能。

对IGCWWTP的进水和出水进行了为期600多天的密集分析。研究表明，该污水厂出水COD、TSS、氨氮和除磷平均浓度分别为41.8 mg/l、9.1mg/l、0.48 mg- n /l、1.6 mg- po4。平均耗电量和饮用水用量为0.33 kWh/m^3.和37 L / m^3.， 分别。每种进水废水流速的平均石灰，PAC和氯消耗为0.2kg / m^3.， 0.05 Kg/ m^3.0.0公斤/米^3.， 分别。

关键字

废水;Pharmaceutical-capsule生产行业;Kaldnes-K3;ifa

介绍

由于高浓度的非可生物降解化合物，药物废水是一种环境问题，需要综合加工，例如具有治疗工业废水的生物处理的先进氧化方法的组合[1]。

明胶是医药、医疗、食品和军事工业中消耗最多的胶体蛋白材料之一。

胶囊生产的第一步是形成硬明胶壳。壳体由圆形金属销钉浸入熔融明胶溶液中的机器生产，然后在胶囊冷却并固化后从销钉中剥离胶囊。如果可能的话，可以重新熔化和重复使用的渗透和重复使用，或用于胶水制造[3]。洗涤机器和反应器产生具有高鳕鱼和TSS浓度，低pH和高蛋白质含量的高强度彩色废水。

伊朗明胶胶囊制造有限公司是伊朗唯一的药用硬质明胶胶囊生产厂家。它的年生产能力是42亿个不同大小和颜色的空胶囊。

2011年工厂建立了地下废水处理厂（WWTP），以治疗工厂产生的卫生和工业废水。WWTP被设计为化学/生物过程，由一种晚期氧化反应器，两个生物膜反应器，一个凝血反应器和过滤单元组成。

生物膜反应器已经设计为具有移动介质的集成固定膜活性污泥（IFA）。

IFAS将生物膜反应器的优点添加到悬浮生长活性污泥过程中[4,5]。这一过程旨在通过为混合液中的填料提供更高浓度的生物质来增强活性污泥过程。

悬浮和附着的生长生物质的组合增​​加了有机加载速率（OLR）的碳质去除，并通过较长的SRT [6]促进更先进的废水处理。此外，生物膜处理方法是稳定的，耐用的有机和液压冲击载荷[7]。

生物膜载体颗粒（介质）是IFAS系统的重要组成部分。已经使用了几种类型的合成包装材料作为载体，其可以悬浮或固定在活性污泥过程的曝气槽中[4]。此外，廉价且可用的生物载体等应用，如浮石，多孔玻璃珠，絮凝液^®在发展中国家，生物膜反应器采用和应用的关键因素包括:生物降解饭盒、甘草(Glycyrrhiza glabra)、大芦苇(Arundo donax)、棉花、香烟过滤嘴棒等[8-12]。

本研究从COD、TSS、氨、磷的去除、化学物质和能源消耗等方面对伊朗明胶胶囊厂污水处理厂的性能进行了评价。

材料和方法

污水处理厂(WWTP)

现有的污水处理厂是一个化学/生物处理厂，设计能力约为80米^3./ d（图1）。污水通过重力进入WWTP，在两个单独的下水道中。工业废水由聚乙烯管进入条形屏风通道。筛选后，将废水进入38米的高级氧化盆地^3.打破污染物长链向较小的链条。之后，预处理的工业废水与筛选的卫生废水相结合，并进入了101米的两个曝气盆地的混合流水^3.。将石灰溶液的恒定流速直接泵入曝气盆地以调节pH。通过填充7米的两个曝气盆中的集成固定膜活性污泥（IFA）工艺进行综合废水的生物处理^3.(表1)。为了使分离的生物絮团更好地沉淀，混凝池的体积为0.125 m^3.在第二曝气盆地之后建造。将浓度为2-8mg / L的聚氯化铝注入生物处理的废水中。沉淀盆底部的浓缩污泥通过两个空气提升泵返回第一曝气盆。一个鼓风机，空气流量为7.6米^3./min用于曝气池的混合和供氧。

图1：伊朗明胶胶囊废水处理流程示意图

表1:生物载体的特性
a)反应器内的数量，b)体积填充，c)总表面积，d)保护表面

采用压力砂过滤器对处理后的废水进行最后抛光。处理后的废水经氯消毒后，用于林厂的灌溉。

分析方法

通过不同步骤的日常抽样评估WWTP的性能。在每个工作日，在每个反应器中测量温度，溶解的氧气（YSI 55米）和pH（SCHOTT pH计型号CG-824）。

用封闭回流比色法测定样品过滤后的可溶性化学需氧量(SCOD)。铵(nhh)的测定_4.-N)和磷(PO4-P)用试剂盒(分别为8075、10049和8114 Hack Company)完成。MLSS和MLVSS按标准分析程序[13]进行分析。

IFAS反应器中的固定生物质浓度通过在70至80℃下在70至80℃下在70至80℃下干燥后的生物载体和对照生物载体之间的干重的差异而获得[14]。使用Stop-Kincannon和二阶动力学模型计算关于COD去除的IFAC过程动力学。统计转向学生T检验用于两个反应器之间的性能比较。使用以下等式（1）计算HRT [15]：

$$ hrt = {{v \ left）\ over {q \ left（{{\ raint0.5ex \ hbox {$ \ scriptstyle {{m ^ 3}} $} \kern-0.1em / \ kern-0.15em \ down0.25ex \ hbox {$ \ scriptstyle d $}}} \右）}}}}}}}}} \ times 24 .........左（1 \右）$$

结果

污水处理中使用的化学原料和溶液为石灰、氯化铝(PAC)、氯粉和饮用水。

饮用水用于制备化学凝结剂，氯溶液和旱薄清洁表面。电力消耗和饮用水的每种进水污水流量的流速范围为0.1至1.8千瓦时/米^3.（平均：0.33千瓦时/米^3.)和0.0至214 L/m^3.（平均：37L / m^3.）， 分别。

进水pH值由4变为11。这种波动的pH值由Wurster和同事[16]报道。任何有机冲击负荷后，进水pH值均提高至9.0。通过添加平均量为109 g/m的石灰溶液，将臭氧反应器出水pH调至6.5^3.。流出物TSS浓度为5.2至22.6mg / L（平均：9.1mg / L）。

每种进水废水流速的平均石灰，PAC和氯消耗为0.2kg / m^3.，0.05 kg / m^3.0.01公斤/米^3.， 分别。

反应堆性能

鳕鱼删除：进水COD浓度从1706 mg/l变化到2752 mg/l(平均2180 mg/l;性病:156 mg / l)。在运行过程中监测了臭氧和IFAS反应器的出水COD浓度。图2显示了IFAS反应器出水COD浓度随运行时间的变化。

图2：IFAS反应器出水COD浓度随运行时间的变化

臭氧反应器的流出鳕鱼浓度为1484至2395 mg / L（平均：2009mg / L），用于IFAS反应器3至150mg / L（平均：41.8mg / L）。

OLR进入Arower盆地和移动介质表面从0.1变为2.4千克COD / M^3..d(平均:0.7 kg COD/m^3..d)和2.9至70g COD/m².d（平均：19.7g COD / M.²分别。

由于日常影响变化，HRT从7.8小时从7.8小时变为7.8小时（平均：28小时），20.7小时，对于IFAS反应器，20.7小时至20.2d（平均：75小时）。

在正常运行条件下，MLSS浓度为5420 ~ 7805 mg/l(平均为6410 mg/l)。正常工况下SRT值为38-49天(平均41.4天)。

氮和磷去除：NH的流出浓度_4.-N在运营期的最后130天内监测（图3）。NH的平均拆除速率_4.-N为98.4％（MAX = 99.6％，分钟= 72.3％，STD。开发。4.4％）。这些值与平均流入NH有关_4.-N浓度为24.8 mg nhh_4./l- n (max= 32.1 mg/l, min=17.3 mg/l, std. dev. of 5.9 mg/l)。

北半球废水_4.-N浓度为0.13至4.19 mg-n / l（平均：0.48mg-n / l，std。臭氧反应器的0.7mg-n / l），3至150 mg / L（平均：41.8mg /l）对于ifas反应器（图3）。

图3:废水NH_4.-N浓度随操作时间而变化

WWTP达到平均磷去除86.6％（MAX = 97.1％，分钟= 62.7％，STD。开发。6.3％）。这些值与11.7mg P-PO4的平均流入P-PO4浓度有关（MAX = 21.3mg / L，min = 7.9mg / L，STD。开发。为4.6 mg / L）。

动力学模型：斯托弗 - 克兰森型（等式2）是最广泛接受的方法，用于建模各种不同类型的生物膜反应器[17]。二阶动力学模型（公式3）也用于从实验研究中获得的数据[18]。

$ $ {V \ /{问\离开({{S_i} - {S_e}} \ )}}\, = {{{ K_B}} \ / {{U_{\马克斯}}}}\离开({{V \ /{问{S_i}}}} \右)+ {1 \ / {{U_{\马克斯 }}}}.........左(2 \ \右)$ $

$ ${{荷尔蒙替代疗法\ * {S_i}} \ / {{S_i} - {S_e}}} \, = b \乘以荷尔蒙替代疗法+……左(3 \ \右)$ $

其中V，Q，Si，Se，Kb，umax，HRT，A和B是反应器体积（L），流入速率（L / D），流水基质（Mg / L），流出物基材（Mg / L），饱和值恒定，最大特定基板利用率，水力保留时间（日）和动力学常数。

Stover-Kincannon模型:在Stover-Kincannon模型中，[V/(Q(SiSe))]与V/(QSi)进行了对比。图4采用线性回归计算斜率(KB/Umax)和直线截距点(1/Umax)[8,20]。由图4中的直线可知，KB和Umax为74.35 g/L。d和74.62 g/L。d,分别。

图4:基于Kaldnes-K3的IFAS反应器COD去除的Stover-Kincannon (A)和二阶动力学(B)模型图

二阶动力学模型:对二级动力学模型的能力进行了评价。根据图3中直线的截距和斜率计算出a和b的值。对于使用kaldnes介质的IFAS反应器，Se、S0和HRT之间的关系在式4中以二级动力学形式表示。

$$ {s _ {\ bmod el}} \，= {s_o} \ left（{1 - {hrt} \ over {0.0165 \ times hrt + 1.0008}}} \右）\，......... \左（4 \右）$$

,年代_0.是底物浓度（Mg / L）。

讨论

臭氧反应器和IFAS反应器对COD的平均去除率分别为8.6%(3.8%)和97.9%(1.8%)。当OLR为0.68 Kg COD/m时，COD去除率最高(99.8%)^3..d for ifas反应堆。最高OLR的COD去除效率（2.4千克COD / M.^3..d)，臭氧反应器约10%，IFAS反应器约93.2%。但随着进水COD浓度的增加，其去除率变化不大。

IFAS反应器的高COD去除率取决于较高的比表面积和移动介质[12]的捕集能力。移动生物载体具有较高的定殖比表面，可以提高体积负荷去除效率，提高处理能力[20]。

明胶工业产生的废水蛋白质含量高，氨氮含量高，常规曝气池等工艺对氨氮去除率较低。如图3所示，高级氧化和IFAS反应器的集成是去除富明胶废水中氨的一个很好的选择。

在Stover-Kincannon模型中，IFAS反应器具有较高R2的线性回归表明，COD去除率是有机负荷率的函数。

二阶动力学模型表明，COD去除效率随着HRT的增加和流入的COD浓度的降低而增加。

结论

IGCWWTP综合性能良好，处理高浓度废水达到COD (200mg /l)和氨氮(1mg - n /l)的出水标准。另一方面，该研究表明，高级氧化工艺与IFAS生物反应器组合，即使OLR急剧增加2倍，也能承受较强的有机和水力负荷冲击;该系统可在2天内恢复正常的处理效率。

确认

这项研究是由伊朗明胶胶囊制造公司资助进行的。

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条信息

文章类型:案例报告

引用:Sabzali A, Gheidari NA(2016)化学/生物处理系统在制药胶囊生产行业废水处理中的应用——案例研究。国际污水处理2(3):doi http://dx.doi.org/10.16966/2381-5299.122

版权:©2016 Sabzali A等。这是一篇开放获取的文章，在知识共享署名许可协议的条款下发布，该协议允许在任何媒体上无限制地使用、发布和复制，前提是注明原作者和来源。

出版历史：

收到日期:2016年2月25日

接受日期:2016年3月29日

发表日期:2016年04月04