復合生物法處理難降解制藥廢水的研究
摘要：在品的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量高鹽度、高濃度的有機廢水，其中不僅含有大量鹽類(lèi)物質(zhì)，而且還有大量有毒有害難生物降解的有機物(如硝基類(lèi)、芳香類(lèi)和烴類(lèi)等有機化合物)。
關(guān)鍵詞：復合生物法 難降解制藥
在藥品的生產(chǎn)過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生大量高鹽度、高濃度的有機廢水，其中不僅含有大量鹽類(lèi)物質(zhì)，而且還有大量有毒有害難生物降解的有機物(如硝基類(lèi)、芳香類(lèi)和烴類(lèi)等有機化合物)。
為了有效控制制藥廢水的污染問(wèn)題，哈爾濱大學(xué)的研究人員與東北制藥總廠(chǎng)的技術(shù)人員合作，對高鹽度、高濃度制藥廢水進(jìn)行了為期兩年的小試和中試研究，取得了大量的實(shí)驗數據，確定了以厭氧與微氧相結合、懸浮與固定生長(cháng)微生物相協(xié)調的水解酸化預處理工藝;以復合式交替流生物反應器與曝氣生物濾池相組合的好氧生物處理主體工藝，并將其研究成果應用到廢水處理工程中。
1 廢水處理工程概況
1.1 建設方案
某制藥廠(chǎng)是一個(gè)悠久的老企業(yè)，地處市區，因此建設廢水處理工程的場(chǎng)地十分有限，而且周?chē)鷮υ搹U水處理工程也提出了較高的要求。為了徹底解決廢水處理問(wèn)題，并為工廠(chǎng)的發(fā)展留出空間，在設計該工程時(shí)，采用了加大縱向高度、地上地下結合的立體式建設方案，解決了占地問(wèn)題;采用封閉凈化、內部循環(huán)等氣體控制方案，消除了對周邊環(huán)境的影響;采用深層曝氣、垂直流態(tài)、多元復合等工藝技術(shù)，使該工程的占地面積僅為8000m2，在保證了有效實(shí)現污水處理的同時(shí)，也節約了土地的使用，保護了周邊環(huán)境。
1.2 設計水量
該工程的設計廢水處理量為30000m3/d，出水達到國家排放標準。處理后的廢水，部分直接回用，部分可通過(guò)進(jìn)一步的深度凈化實(shí)現處理水的再生利用。
1.3 廢水水質(zhì)
該工程處理的廢水為制藥廠(chǎng)排放的綜合性生產(chǎn)廢水，廢水中含有維生素類(lèi)、激素類(lèi)和抗生素類(lèi)等多種原料藥殘余物、中間體殘余物、鹽類(lèi)及生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的其他有機物。這些廢水水質(zhì)具有成分復雜、有機物濃度高、pH值變化大、懸浮物多、色度大、總鹽量高等特點(diǎn)，并且廢水中還含有大量難生物降解物質(zhì)和對微生物有抑制作用的有毒有害物質(zhì)。廢水水質(zhì)如表1所示。
表1 廢水水質(zhì)
| 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | TN(mg/L) | TP(mg/L) | pH | 總鹽量(%) |
| 范圍 | 1000～8000 | 400～2500 | 800～1200 | 50～200 | 8～20 | 2～13 | 3～7 |
| 平均值 | 3600 | 1000 | 1000 | 160 | 15 | 6 | 4.5 |
2 廢水處理工藝設施
2.1 工藝流程
研究與工程實(shí)踐表明，此類(lèi)廢水采用生物處理是適宜的，但采用常規生物處理時(shí)，由于鹽分的影響，會(huì )使微生物的胞質(zhì)萎縮、生物活性降低，只有少量的適鹽類(lèi)微生物能夠正常代謝，再加上有毒有害等物質(zhì)的抑制作用，使得常規生物處理法在不稀釋廢水的情況下很難達到理想的處理效果。經(jīng)過(guò)對比研究，本工程采用了具有較強的抗沖擊能力、較高的去除效率的“水解酸化—交替流生物反應器—雙流向曝氣生物濾池”復合生物處理工藝。
2.2 主要構筑物工藝特征與運行參數
該制藥廢水處理工程的主體構筑物的工藝特征與運行參數如表2所示。
表2 主體構筑物
| 構筑物 | 數量(座) | 工藝特征 | 運行參數 |
| 初沉池 | 1 | 平流式，刮泥刮渣 | HRT1.5h |
| 調節池 | 1 | 空氣攪拌式，微 | 通氣強度20～45m3/m2 |
| 復合水解酸化池 | 2×4 | 圓柱形，深度為22m,復合式兩級水解酸化 | 第一級為厭氧狀態(tài)，第二級為微氧狀態(tài) |
| 交替流生物反應器 | 5 | 前部為連續流，后部為交替流，有效水深為11m | COD容積負荷3.5kgCOD /m3·d |
| 雙流向生物濾池 | 2×4 | 上向流和下向流串聯(lián)，不同粒徑填料 | COD容積負荷1.4kgCOD/m3·d |
2.3 主要構筑物技術(shù)特點(diǎn)分析
2.3.1 曝氣調節池
由于企業(yè)生產(chǎn)的周期及產(chǎn)品的更換，導致水質(zhì)和水量有較大的波動(dòng)，pH值在2～12之間變動(dòng)，COD等其它參數變化也較大，這對整個(gè)生化處理系統會(huì )造成較大的沖擊負荷。因此，該調節池采用微曝氣式調節池，利用壓縮空氣攪拌均化水質(zhì)、防止沉淀，并且去除廢水中易揮發(fā)性物質(zhì)，池內還接納兩級水解酸化和復合交替流生物反應器的部分剩余污泥，對廢水中的污染物進(jìn)行初級吸附。實(shí)踐表明，經(jīng)過(guò)該調節池的有效調節，可使出水pH保持在6左右，節省了大量的酸堿藥品，同時(shí)也有效地消減了COD有機負荷和有毒有害物質(zhì)造成的沖擊負荷，為后續的處理工藝提供了水質(zhì)和水量穩定的廢水。
2.3.2 復合式水解酸化池
根據該制藥廢水的水質(zhì)特點(diǎn)，采用兩級復合式水解酸化池。每級水解酸化池設置為2級4組共8個(gè)，均為圓柱型折流式且全部采用半地上式�？紤]到該廠(chǎng)地處北方寒冷地區，氣溫對水解酸化會(huì )有一定影響，因此采用保溫隔層，有效保持了水解酸化的溫度。兩級復合式水解酸化池的不同之處在于第一級采用缺氧形式，出水端設有波紋板狀生物填料;第二級采用微氧形式，后端設有軟性纖維狀生物填料。該水解酸化池將懸浮生長(cháng)微生物與固定生長(cháng)微生物結合起來(lái)，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，在高鹽度的狀態(tài)下，對有毒有害物質(zhì)和高濃度有機物進(jìn)行水解酸化。一級水解pH控制在5.5～6.5，對溶解氧濃度不做控制;二級水解池內設有氣提循環(huán)攪拌，控制溶解氧濃度使其處于微氧狀態(tài)(前端0.2～0.4mg/L，末端0.1～0.2mg/L)，有效地抑制了甲烷菌的生長(cháng)，并將出水的pH控制在6.0～7.5。
水解酸化池容積負荷最高可達6.2kgCOD/m3·d，COD去除率為20%～40%，出水的BOD5/COD與水解前相比有大幅提高。
2.3.3 交替流生物反應器
交替流生物反應器(Alternate-flow Biological Reactor，ABR)是在結合了UNITANK的特點(diǎn)，針對處理高鹽度、高濃度制藥廢水的水質(zhì)特性的基礎上發(fā)展而成的。它將連續流反應器和間歇式反應器的優(yōu)點(diǎn)結合起來(lái)，形成了交替流生物反應器。
該生物反應器池體為深層曝氣式，保證了充足的氧氣供應和較高的氧轉移效率。池體外作保溫處理，以保證處理構筑物在寒冷季節的運行溫度，使微生物具有較高的生物活性。該反應器為完全混合與推流式相結合的流態(tài)，前端為連續流活性污泥形式，后端為間歇式活性污泥形式。該生物反應器的運行參數為：MLSS2500～3500mg/L，DO1.0～3.0mg/L。出水COD≤300mg/L，BOD5≤100mg/L，pH7.0～8.0。出水可直接排放或進(jìn)入后端的生物深度處理系統進(jìn)行凈化，做為再利用水源。
2.3.4 雙流向曝氣生物濾池
為了實(shí)現水資源的充分利用，該工程在交替流生物反應器之后，設置了雙流向曝氣生物濾池(Two-way-flow Aerated Biological Filter，TABF)處理單元，將廢水進(jìn)行深度處理，使出水達到企業(yè)中水回用的要求。此外，該生物濾池還消除了交替流生物反應器的周期性運行對出水水質(zhì)的影響。
雙流向曝氣生物濾池系統采用上流式與下流式串聯(lián)的方式同時(shí)運行。前端采用4～6mm改性粘土生物陶粒，后端采用2～3mm改性粘土生物陶粒。該生物濾池采用氣水聯(lián)合反沖洗，沖洗周期約為2～3天。出水pH7.0～8.0，COD150mg/L，BOD530mg/L，SS20mg/L，可為進(jìn)一步深度處理提供穩定可靠的水源或在此基礎上進(jìn)行直接回用。
3 運行效果分析
3.1 啟動(dòng)研究
該工程采用先啟動(dòng)好氧處理設施，再啟動(dòng)水解酸化與曝氣生物濾池的方案。接種污泥來(lái)自于城市生活污水處理廠(chǎng)的脫水污泥，采用直接高強度的馴化培養方式。經(jīng)過(guò)幾天的轉型馴化和十余天快速培養后，通過(guò)生物鏡檢可看到，交替式生物反應器內的生物相種類(lèi)比較豐富，以菌 膠團為主，兼有少量具有耐鹽性的裂口蟲(chóng)(Amphieptus Sp)和漫游蟲(chóng)(Litonotus SP)等原生動(dòng)物。培養出的菌膠團具有良好的吸附、凝聚、氧化和沉降性能。同時(shí)，少量的原生動(dòng)物的存在，能夠捕食游離態(tài)的細菌和微小顆粒以及可溶性有機物，并能分泌粘液使細菌活化，促使細菌絮凝，有助于改善出水水質(zhì)，還可作為指示生物。
3.2 處理效果分析
經(jīng)過(guò)格柵、初沉池的預處理和曝氣調節池均化后的制綜合廢水，其COD約為3600mg/L。工程運行結果表明，兩級復合式水解酸化系統對高濃度高鹽度的制藥廢水有較強的抗沖擊能力，系統的穩定性較好，COD去除率在30%左右。此外，廢水鹽含量在小于5%以下的范圍內變化時(shí)，微生物并沒(méi)有受到明顯的抑制，運行過(guò)程中COD去除率變化不大。生物鏡檢發(fā)現污泥為無(wú)機成分較高的細小顆粒污泥，具有良好的水解酸化性能和耐鹽性能。經(jīng)過(guò)水解酸化，使廢水的BOD5/COD值得到提高。
交替流生物反應器可馴化出具有良好的有機物降解性能的耐鹽性微生物，能有效去除廢水中的有機物，去除率在90%以上，并能抵抗有毒有害物質(zhì)及鹽分的影響，出水可以直接排放或者進(jìn)入后段進(jìn)行深度處理。
雙流向曝氣生物濾池系統能夠對廢水進(jìn)行有效地凈化處理，其COD去除率在40%左右，出水可直接部分回用或經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的深度處理進(jìn)行中水的回用�？偟奶幚硇Ч绫�3所示。
表3 廢水處理效果
| 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | pH |
| 進(jìn)水 | 3600.0 | 1020.0 | 1000.0 | 6 |
| 出水 | 98.6 | 26.8 | 18.0 | 7.0-8.0 |
| 去除率（％） | 97.3 | 97.4 | 98.2 | - |
4 結論
工程運行結果表明，該廢水處理工藝結合了多種廢水處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，培養出耐鹽性活性微生物，并通過(guò)該微生物群落的作用，對廢水中的有機物進(jìn)行有效的降解，使出水不僅能達到國家排放標準，而且可通過(guò)后續的深度凈化實(shí)現中水回用，實(shí)現企業(yè)內部水資源的良性循環(huán)和綠色生產(chǎn)。
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