臥螺離心機在處理青霉素發(fā)酵廢水中的應(yīng)用
行業(yè)動態(tài)
目前，發(fā)酵廢水的處理常采用絮凝沉降加帶式過濾法?？股貜U水可用此流程處理，使出水達到去除固形物55%，COD去除率為65%的作用，所得泥餅含固率僅為17%，且此工藝流程較長，占地多，操作較煩瑣。我們希望能夠找到一個操作簡單，菌絲等固形物與COD去除率高的方法。
1 用臥螺機處理廢菌絲液的設(shè)計思路
1.1 兩種設(shè)備從理論上對比
（1）臥螺離心機利用離心沉降原理進行固液分離，由于沒有濾網(wǎng)，不會引起堵塞。而帶機利用濾袋進行固液分離，為防止濾袋堵塞，需高壓水不斷沖刷。
（2）離心機適用各類菌絲的濃縮和脫水，帶機也適用各類菌絲，但對某些菌絲需投藥量大且脫水困難。
（3）離心機在脫水過程中當進料濃度變化時，轉(zhuǎn)鼓和螺旋的轉(zhuǎn)差和扭矩會自動跟蹤調(diào)整，所以可不設(shè)專人操作，而帶濾機在脫水過程中當進料濃度變化時，轉(zhuǎn)鼓和螺旋的轉(zhuǎn)差和扭矩會自動跟蹤調(diào)整，所以可不設(shè)專人操作，而帶濾機在脫水過程中當進料濃度變化時，帶速、帶的張緊度、加藥量、沖洗水壓力均需調(diào)整，操作要求較高。
（4）在離心機內(nèi)，細小的污泥也能與水分離，所以絮凝劑的投加量相對較少，菌絲回收率為95%以上，脫水后菌絲的含水率為75%左右，而帶濾機由于濾帶不能織得太密，為防止細小的菌絲漏網(wǎng)，需投加較多的絮凝劑以使污泥形成較大絮團，菌絲回收率為90%左右，脫水后泥餅含水率80%左右。
（5）離心機全天24h連續(xù)運行，除停機外，運行中不需清洗水；而帶機濾布需松弛保養(yǎng)，一般每天只安排兩班操作，運行過程中需不斷用高壓水沖洗濾布。
（6）離心機占用空間小，安裝調(diào)試簡單，配套設(shè)備僅有加藥和進出料輸送機，整機全密封操作，車間環(huán)境好。而帶機占地面積大，配套設(shè)備除加藥和進出料輸送機外，還需沖洗泵，空壓機，污泥調(diào)理器等，整機密封性差，高壓清洗水霧和臭味污染環(huán)境，如管理不好，會造成泥漿四溢。
（7）離心機易損件為軸承和密封件，卸料螺旋的維修周期一般在3年以上。而帶機易損件除軸承、密封件外，濾帶也需更換，價格昂貴。
1.2 菌絲廢水直接沉降速度測試
菌絲廢水中的菌絲是有機物質(zhì)，生長周期存在不同步現(xiàn)象，并且存在部分自溶現(xiàn)象，部分菌絲出現(xiàn)大空泡，造成菌絲混合物成分不均一，比重不同，容器中的菌絲懸浮液經(jīng)過沉降一段時間后將逐漸分層。自然沉降出現(xiàn)分層現(xiàn)象需要數(shù)小時時間，菌絲懸浮液的重相下沉到容器底部，而輕相則浮在上部，輕重相之間形成某種的分界面。分層的速度受到組成懸浮液輕重相密度差的影響，密度差越大，分層的速度越快。在實際操作中，我們通過實驗確定菌絲自然沉降分離需要3～8h時間不等，這樣的情況不利于離心機進行分離，所以必須對絮凝劑進行篩選，是這個課題的關(guān)鍵難點之一。
1.3 菌絲廢水絮凝分離測試
同常規(guī)無機高分子絮凝劑相比，有機高分子絮凝劑有其獨特的優(yōu)越性，尤其在改善強化混凝帶來的負面影響方面有突出的效果。而選用助凝劑助凝可以增大絮體粒徑和密實度，提高沉降效果和除濁能力，同時降低絮凝劑投量，有利于強化常規(guī)絮凝效果。
1.3.1 絮凝劑的選擇
本著絮凝效果與成本投入兼顧的原則，對國內(nèi)外的絮凝劑均進行了選取。根據(jù)污泥脫水應(yīng)用中聚丙烯酰胺溶解時間越短效果越好，同時粘度高的聚丙烯酰胺對菌絲中膠體懸浮粒子的吸附和“架橋”能力強，用量少而效果好。為此，對6種型號為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ聚丙烯酰胺的溶解性能、粘度性能和污泥脫水效果進行比較，使用前均用超純水配制成0.2的溶液。
| 聚丙烯酰胺 | 外觀 | 相對分子量（104） | 粘度（mPa*s） | 固含量（%） | 溶解時間（min） |
Ⅰ | 白色粉末 | 1200 | 1567 | 97 | 2.3 |
Ⅱ | 白色粉末 | 1400 | 2456 | 98 | 2 |
Ⅲ | 白色粉末 | 1600 | 3344 | 97 | 2.6 |
Ⅳ | 白色粉末 | 1900 | 2211 | 97 | 2.9 |
Ⅴ | 白色粉末 | 2100 | 1233 | 95 | 3 |
Ⅵ | 白色粉末 | 20000 | 11123 | 96 | 5 |
1.3.2 實驗方法
在1000mL的刻度燒杯中加入500mL待處理的青霉素發(fā)酵提取廢水，檢查pH值，用堿液調(diào)整pH值到6.5～8.0（這樣可以減少用量），分別加入2.5～7.5mL稀釋后的上述絮凝劑，然后以100r/min的速度快速攪拌1min，直至有大的絮狀物形成。停止攪拌，讓樣品靜置至少15min，使絮狀物沉到底部，潷出上清液，從菌絲絮凝效果與絮凝時間上進行數(shù)據(jù)記錄并進行分析，結(jié)果如下：
| 絮凝劑種類 | 絮凝劑用量（mL） | 絮凝時間（min） | 絮狀物大小與緊密程度 |
Ⅰ | 7.5 | 2 | 未見絮狀物 |
Ⅱ | 4 | 3 | 絮狀物小，不緊密 |
Ⅲ | 46 | 3 | 未見絮狀物 |
Ⅳ | 3 | 1 | 絮狀物大，緊密 |
Ⅴ | 3 | 6 | 絮狀物大，不緊密 |
Ⅵ | 5 | 3 | 絮狀物小，緊密 |
通過以上數(shù)據(jù)綜合分析，我們選定Ⅳ號絮凝劑作為上機實驗的絮凝劑。
1.4 廢水離心分離實驗
離心沉降分離的原理，是利用懸浮液或固體顆粒在液體中沉降速度不同的特點，在離心力場的作用下迅速沉降分層，實現(xiàn)液-固分離目的。
離心分離機分離性能的重要指標是分離因數(shù)，它表示被分離物料在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)所受的離心力與其重力的比值，分離因數(shù)越大，通常分離也越迅速，分離效果越好。
分離因數(shù)計算公式Fr=w2r/g。
式中，w為轉(zhuǎn)鼓角速度，rad/s。r為細顆?；剞D(zhuǎn)半徑，m。g為重力加速度，9.8m/s2。
在實驗室我們選用了轉(zhuǎn)速4000r/min，回轉(zhuǎn)半徑0.1m，分離因數(shù)2000的電動離心機分離菌絲廢水。取菌絲廢水（SS值為20000mg/L）放入離心試管中，置于離心機內(nèi)，開啟電源，運行40s后關(guān)機，測定離心清液的SS濃度。另取相同濃度的菌絲廢水加入所選絮凝劑，令其水中濃度達到絮凝效果，攪拌后以同樣操作進行實驗，并測定離心清液SS濃度。所得結(jié)果如下：
| 絮凝劑 | SS處理前情況（mg/L） | SS處理后情況（mg/L） | 去除率（%） |
加入 | 20000 | 700 | 96.5 |
不加入 | 20000 | 2880 | 85.6 |
本實驗用分離因數(shù)為2000的離心機，實驗結(jié)果表明，用離心機處理菌絲廢水是可行的，只要分離因數(shù)足夠或加入絮凝劑，完全可以通過直接使用離心法處理菌絲廢水，實現(xiàn)達標排放。在實驗過程中加入絮凝劑的作用，是由于廢水中存在微細的菌絲廢水和其他雜質(zhì)，由于同性相斥，不易凝聚成大顆粒，以本身重量產(chǎn)生沉降非常困難，因而會形成較為穩(wěn)定的懸濁液，若能利用與懸浮微粒帶相反電荷的化學藥劑吸附中和這些微粒表面上的電荷，使表面電位減少，膠體微粒的穩(wěn)定狀態(tài)因此被破壞而發(fā)生凝集而加速沉降。因此，我們選用了可在堿性條件下應(yīng)用的某型號聚丙烯酰胺作為絮凝劑。
2 離心機的選擇
臥螺離心機不需過濾介質(zhì)（濾袋）而是通過電機帶動無孔轉(zhuǎn)鼓及同心安裝的輸料螺旋，以一定的差速同向高速旋轉(zhuǎn)。物料由進料管連續(xù)引入輸料螺旋內(nèi)筒，加速后進入轉(zhuǎn)鼓，在離心力作用下，較重的固相物沉積在轉(zhuǎn)鼓壁上形成沉渣層。輸料螺旋將沉積的固相物連續(xù)不斷地推至轉(zhuǎn)鼓錐端，經(jīng)排渣口排出轉(zhuǎn)鼓及機外。較輕的液相物則形成內(nèi)層液環(huán)，由轉(zhuǎn)鼓大端溢流口連續(xù)溢出轉(zhuǎn)鼓，經(jīng)排液口排出機外。進水、排水、排泥連續(xù)進行。它克服了過濾式離心機的缺點，能在全速運轉(zhuǎn)下，連續(xù)進料、分離和卸料。具有結(jié)構(gòu)緊湊、連續(xù)操作、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、適應(yīng)性強、生產(chǎn)能力大、方便實現(xiàn)自動控制和維修方便等特點。基于上述分析，我們選擇了臥螺離心機。
按實驗情況分析，必須選擇分離因數(shù)大于2000的離心機才能將菌絲廢水從中分離并使排水達到公司排放標準，結(jié)合抗生素膜過濾廢水的狀況和臥螺離心機的系列產(chǎn)品，我們選擇了進料量為10～15m3/h的臥螺離心機進行生產(chǎn)實驗。
3 工藝流程及運行結(jié)果
3.1 工藝流程說明
菌絲廢水由車間管道流入污水調(diào)節(jié)池中。廢水由泥漿泵抽入臥螺離心機，在離心機的作用下，固體物在離心機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁上堆積，被螺旋推向轉(zhuǎn)鼓的小端，脫水后從排渣口排出，清水從離心機轉(zhuǎn)鼓大端的溢流孔流出。調(diào)節(jié)池可設(shè)液位高低位自動控制。整個系統(tǒng)的運行可通過PLC實現(xiàn)全自動控制，進水、排水、排泥連續(xù)進行。分離出的清水可進一步進行濃縮處理，實現(xiàn)綜合利用和菌絲廢水零排放。
3.2 運行結(jié)果測試及結(jié)論
中試裝置建成后經(jīng)長期運行，一直能正常穩(wěn)定，測定結(jié)果如下：
| 進水流量（m3/h） | 進水濃度SS（mg/L） | 出水濃度SS（mg/L） | 固形物去除率（%） |
10 | 20000 | 660 | 96.7 |
12.5 | 20000 | 650 | 96.75 |
15 | 20000 | 680 | 96.6 |
| 進水流量（m3/h） | 進水濃度COD（mg/L） | 出水濃度COD（mg/L） | 固形物去除率（%） |
10 | 50000 | 15300 | 69.4 |
12.5 | 50000 | 16004 | 67.99 |
15 | 50000 | 14980 | 70.04 |
以上數(shù)據(jù)表明：在使用絮凝劑的情況下，該型離心機在其操作范圍10～15m3/h情況下，都可以使出水COD降低70%，SS降低96%以上。
4 結(jié)論
利用臥螺離心機處理菌絲廢水，在絮凝劑聚丙烯酰胺的存在下，以10～15m3/h的進水流量，可實現(xiàn)連續(xù)進水、出水、出渣，實現(xiàn)穩(wěn)定運行，達到COD去除70%，SS降低96%以上，所得菌絲可進一步制成有機肥料，可產(chǎn)生一定的經(jīng)濟效益。
