ABR-MBR聯(lián)合工藝在生物制藥廢水處理中的應(yīng)用研究

周 瑜，丁少華

（1.中國石化集團(tuán)上海工程有限公司，上海 200120；2.上海華強(qiáng)環(huán)保設(shè)備工程有限公司，上海 201210）

ABR-MBR聯(lián)合工藝在生物制藥廢水處理中的應(yīng)用研究

周 瑜1，丁少華2

（1.中國石化集團(tuán)上海工程有限公司，上海 200120；2.上海華強(qiáng)環(huán)保設(shè)備工程有限公司，上海 201210）

采用處理能力2 m3/d的試驗(yàn)系統(tǒng)對某生物制藥有限公司生產(chǎn)的廢水作研究，對于經(jīng)過化學(xué)混凝預(yù)處理的廢水，通過厭氧折流板反應(yīng)器（ABR）和膜生物反應(yīng)器（MBR）聯(lián)合工藝，出水水質(zhì)穩(wěn)定，完全達(dá)到GB 21907-2008《生物工程類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》

生物制藥廢水；厭氧折流板反應(yīng)器；膜生物反應(yīng)器；難降解有機(jī)物

引 言

生物制藥是運(yùn)用微生物學(xué)、化學(xué)、生物化學(xué)、生物技術(shù)、藥學(xué)等原理和方法，采用生物活體或轉(zhuǎn)基因動(dòng)植物生產(chǎn)制造，用于預(yù)防、治療和診斷藥品的新興產(chǎn)業(yè)，是被世界各國確定為21世紀(jì)科技發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)的一個(gè)新興主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。

生物制藥過程產(chǎn)生的廢水含有維生素、氨基酸、核酸、有機(jī)酸、輔酶、酶抑制劑、激素、免疫調(diào)節(jié)物質(zhì)等，廢水來源于高濃度母液及濾液、工業(yè)冷卻水、純化水制備系統(tǒng)排水、設(shè)備及儲槽CIP沖洗水以及工廠生活污水等，一般具有以下特點(diǎn)：

（1）高濃度廢水間歇排放，其pH值和溫度變化大，但可單獨(dú)排放，集中收集；

（2）含氮量高，并以有機(jī)氮及氨氮形式存在，且碳氮比低，硫酸鹽濃度高，既不利于厭氧處理，又嚴(yán)重影響生物處理的營養(yǎng)要求，生物處理負(fù)荷以及效率不高；

（3）廢水中難降解物質(zhì)多，甚至含有對微生物有抑制作用的有害物質(zhì)。

由于上述原因，目前國內(nèi)外普通采用的生物處理方法，如 ：A/O法、接觸氧化法、氧化溝法、SBR法、CASS法以及ICEAS法等，都存在著諸多不足，傳統(tǒng)生物處理工藝存在的主要問題有：

（1）由于沉淀池固液分離效率不高，曝氣池內(nèi)的污泥難以維持到較高濃度，致使處理裝置容積負(fù)荷低，占地面積大；

（2）處理出水水質(zhì)不夠理想，且不穩(wěn)定；

（3）傳氧效率低，能耗高；

（4）剩余污泥產(chǎn)量大；

（5）管理操作復(fù)雜。

膜生物反應(yīng)器對COD的去除率一般在90%~99%，NH3-N的去除率在80%~100%。達(dá)到了原來二沉池?zé)o法比擬的泥水分離和污泥濃縮效果。

隨著GB 21907-2008《生物工程類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[1]的實(shí)施和執(zhí)行，一種有效的組合式廢水處理技術(shù)也成為研究和推廣應(yīng)用的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

本文通過實(shí)驗(yàn)研究，擬采用ABR-MBR聯(lián)合工藝，探索生物制藥廢水處理的新途徑[2]，為生物制藥工廠工程設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持和保障。

1 厭氧折流板反應(yīng)器（ABR，Anaerobic Baffled Reactor）

該工藝是人們在充分認(rèn)識第二代厭氧反應(yīng)器的優(yōu)點(diǎn)和不足的基礎(chǔ)上，開發(fā)的一種新技術(shù)，是一種理想的多段分相，混合流態(tài)的處理工藝。它具有結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行管理方便、無須填料以及對生物量具有優(yōu)良的截留能力和運(yùn)行性能穩(wěn)定可靠等特點(diǎn)，對有毒物質(zhì)適應(yīng)性較強(qiáng)。

2 膜生物反應(yīng)器（MBR，Membrane Bioreactor）

膜生物反應(yīng)器綜合利用了膜分離技術(shù)和生物處理技術(shù)的各自優(yōu)點(diǎn)，其特點(diǎn)如下：

（1）容積負(fù)荷高，占地面積小，整個(gè)系統(tǒng)流程緊湊，不受設(shè)置場合限制；

（2）可去除氨氮及難降解有機(jī)物，由于微生物被完全截留在生物反應(yīng)器內(nèi)，從而有利于增殖緩慢的微生物（如：硝化細(xì)菌），由于被膜截留，使生長狀態(tài)加強(qiáng)，系統(tǒng)硝化效率得以提高；可延長難降解有機(jī)物在系統(tǒng)中的水利停留時(shí)間，有利于降解效率的提高；

（3）操作管理方便，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；

（4）由于曝氣池中活性污泥濃度的增大和污泥中特效菌（特別是優(yōu)勢菌群）的出現(xiàn)，提高了生化反應(yīng)效率；

（5）反應(yīng)器內(nèi)的微生物濃度高，抗沖擊負(fù)荷能力較強(qiáng)；

（6）系統(tǒng)運(yùn)行不受污泥沉降性能的影響，因此不必考慮污泥膨脹問題，由于膜組件的高度分離作用，污泥膨脹、污泥上浮對出水質(zhì)量無影響；并可利用絲狀菌的生長繁殖獲得良好的出水水質(zhì)，降低了F/M；

（7）膜生物反應(yīng)器大大增加了活性污泥的濃度，提高了生物降解效率，還具有高效的固液分離效果，可以取代二沉池，避免了由二沉池帶出的污泥對出水CODCr、BOD5等指標(biāo)的影響。

3 主要工藝過程

廢水→化學(xué)混凝處理及pH調(diào)節(jié)→厭氧折流板反應(yīng)器ABR→膜生物反應(yīng)器MBR→出水

4 試驗(yàn)條件、裝置、方法和目的

4.1 采用某生物制藥公司的生產(chǎn)廢水，經(jīng)化學(xué)混凝沉淀及pH調(diào)節(jié)后作為試驗(yàn)用廢水，水質(zhì)特性列于表1。

表1 某生物制藥公司生產(chǎn)廢水成份一覽表

4.2 實(shí)驗(yàn)裝置

4.2.1 自制ABR反應(yīng)槽一臺，外形尺寸1 200×300×1 000 mm（L×B×H），CODCr容積負(fù)荷 5kg/m3?d，HRT 3.6 h，隔室數(shù)4個(gè)。

4.2.2 一體化平板膜生物反應(yīng)器一套，外形尺寸1 050×630×1 200 mm（L×B×H），由曝氣池和膜組件及配套抽吸泵、風(fēng)機(jī)及儀表自控系統(tǒng)組成。膜池有效容積0.5 m3，膜組件處理能力2 m3/d（平均膜通量 0.4 m3/m2?d）。

4.2.3 主要測試手段

（1）CODCr：化學(xué)需氧量速測儀QCOD-2F（ 深圳市昌鴻科技有限公司），以及加熱裝置等；

（2）BOD5：恒溫培養(yǎng)箱（上海試科儀器科技有限公司），BDO-200A型溶解氧測定儀，（貝爾分析儀器（大連）有限公司），以及過濾儀器等；

（3）氨氮：752型紫外分光光度計(jì)（南京麒麟分析儀器有限公司），以及蒸餾裝置等；

（4）pH：pH計(jì)PH-B-4（上海誠磁電子有限公司）。

4.3 試驗(yàn)方法和目的

4.3.1 以GB 21907-2008《生物工程類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》為試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

表2 新建企業(yè)水污染排放濃度限值

4.3.2 通過分析進(jìn)水和出水的COD、NH3-N等指標(biāo)確定去除效率

4.3.3 在實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)和運(yùn)行調(diào)整過程中積累工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)[3]

5 結(jié)果與討論

（1） 在連續(xù)運(yùn)行條件下，COD去除效果列于表3，NH3-N變化情況列于表4；

表3 ABR-MBR聯(lián)合工藝COD出水水質(zhì)及去除率

表4 ABR-MBR聯(lián)合工藝NH3-N出水水質(zhì)一覽表

（2）由于MBR出水的懸浮物和濁度幾乎為零，故在試驗(yàn)過程中未作檢驗(yàn)；

（3）試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)：低的初始負(fù)荷有利于污泥顆粒或絮體的形成；但未達(dá)到設(shè)計(jì)流量時(shí)，接種的污泥層懸浮困難，后通過加設(shè)穿孔曝氣管，利用間歇空氣攪拌可以解決此問題；

（4）增設(shè)回流可稀釋進(jìn)水中的有毒物質(zhì)，減少溶解性有機(jī)物質(zhì)；但回流比過高，會導(dǎo)致污泥流失；

（5）本次試驗(yàn)尚未對硫酸鹽（SO42-）還原與有機(jī)物降解之間的關(guān)系作深入研究；本次研究在硫酸鹽（SO4

2-）濃度在300 mg/L以下時(shí)，ABR反應(yīng)器表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。

6 結(jié)論

（1）本試驗(yàn)研究表明了ABR-MBR聯(lián)合工藝在生物制藥廢水處理中的可行性，下一步還將進(jìn)一步探討有機(jī)負(fù)荷、水力負(fù)荷以及MBR膜污染的問題；

（2）ABR-MBR聯(lián)合工藝，對于生物制藥廢水處理工程中，克服現(xiàn)有生物處理系統(tǒng)的一些不足，具有積極的推廣應(yīng)用意義；

（3）ABR反應(yīng)器和膜生物反應(yīng)器（MBR）的共同特點(diǎn)在于污泥停留時(shí)間（SRT）與水力停留時(shí)間（HRT）完全分離，使反應(yīng)器容積大大縮小，處理能力大大提高，是一種有發(fā)展前途的節(jié)能型生物反應(yīng)技術(shù)，同時(shí)，通過試驗(yàn)確定的一些設(shè)計(jì)參數(shù)是工程設(shè)計(jì)和運(yùn)行成功的有效保證。

[1] GB 21907-2008生物工程類制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].

[2] 沈耀良，王寶貞．廢水生物處理新技術(shù)——理論與應(yīng)用（二版）[M].北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2006.83-84.

[3] 阮文權(quán).廢水生物處理工程設(shè)計(jì)實(shí)例詳解[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.67-68.

Research of ABR-MBR Process Applied in Treatment of Biological Pharmaceutical Waste Water

Zhou Yu1Ding Shaohua2
（1. SINOPEC Shanghai Engineering Co., Ltd Shanghai, 200120;2. Shanghai Huaqiang Environmental Protection Equipment & Engineering Co., Ltd Shanghai, 201210）

By using the test system with the treatment capacity of 2 m3/d, the waste water produced in one biological pharmaceutical company was studied. For chemical mixing pretreated waste water, with ABR and MBR combined process, the water quality from outlet is stable and reaches the requirements in GB21907-2008 “Discharge Standard of Water Pollutants for Pharmaceutical Industry, Biopharmaceutical Category”.

Bio-pharmaceutical waste water; anaerobic baffled reactor; membrane bioreactor; refractory organics

X787

A

1008-455X(2012) 03-0055-03

2012-03-05

周 瑜（1962－），女，高級工程師，主要從事制藥工程設(shè)計(jì)與項(xiàng)目技術(shù)管理工作。

Tel： 021-58354187 E-mail：zhouyu.ssec@sinopec.com