SBR法處理發(fā)酵類制藥廢水工藝的研究

王軍霞，左金龍，3，李 輝

(1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)生命科學(xué)與環(huán)境科學(xué)研究中心，哈爾濱150076;2.國家教育部抗腫瘤天然藥物工程研究中心，哈爾濱150076;3.哈爾濱商業(yè)大學(xué)食品工程學(xué)院，哈爾濱150076)

我國制藥行業(yè)在GDP中占有相當大的比重，目前醫(yī)藥制劑和原料藥的生產(chǎn)廠家約有8 000家，最大份額的是生產(chǎn)化學(xué)藥品的廠家，近3～5年發(fā)展速度最快的是生物制劑類醫(yī)藥廠家，中國醫(yī)藥行業(yè)的快速發(fā)展，不僅帶來了經(jīng)濟上的飛躍，同時也帶來了非常嚴峻的環(huán)境污染問題[1－2].

環(huán)境問題作為一種潛在因素嚴重制約了醫(yī)藥行業(yè)的發(fā)展，一些輔助性原料物質(zhì)的利用率很低，造成了大部分原料作為污染物進入廢水中，造成廢水中含有大量的污染因子，對整體污水處理流程造成很大負擔(dān)，而且處理效果不理想[3].

此外，我國最新的《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標準》從2008年開始實施，國家對于未達標排放企業(yè)責(zé)令其停產(chǎn)整頓，由此可知，制藥生產(chǎn)企業(yè)如果想要生存和發(fā)展必須達標排放，為了提高污水處理效果，降低建設(shè)及運行費用，節(jié)約土地面積[4]，本文以黑龍江省某生物制藥企業(yè)為例，研究適合我國生物類制藥企業(yè)污水處理的工藝，進行工程示范研究，以達到環(huán)境效益、經(jīng)濟效益、社會效益的統(tǒng)一.

1 材料與方法

1.1 污水水質(zhì)

廢水采自黑龍江省某生物制藥企業(yè)，產(chǎn)生廢水主要為發(fā)酵前處理車間藥材清洗廢水、生產(chǎn)設(shè)備清洗水、發(fā)酵罐清洗水、前處理車間提取清洗廢水、藥瓶、塞及瓶蓋清洗廢水污染物成分主要分為天然有機物和人工合成有機物.天然有機物占主要成分，如多糖類、蒽醌、鞣質(zhì)、生物堿、木質(zhì)素、蛋白質(zhì)、色素及其水解產(chǎn)物等.污染物大多屬于可生物降解的物質(zhì)[5].

具體水質(zhì)見表1.

表1 廢水水質(zhì)參數(shù)

1.2 試驗裝置和方法

SBR反應(yīng)器由有機玻璃制成，上部為圓柱形，下部為圓錐體，試驗裝置如圖1所示，反應(yīng)器有效容積為6 L，排水體積為 1.5 L，充水比為 0.25.在反應(yīng)器壁的垂直方向設(shè)置一排間隔為10 cm的取樣口，用于取樣和排水.底部設(shè)有放空管，用于放空和排泥.在反應(yīng)器下方設(shè)置曝氣砂頭，由轉(zhuǎn)子流量計調(diào)節(jié)曝氣量.pH值、DO、ORP(氧化還原電位)探頭置于反應(yīng)器內(nèi)，在線監(jiān)測各個指標的變化.試驗期間溫度穩(wěn)定在25～28℃之間.

圖1 試驗裝置圖

本實驗采用缺氧/好氧(A/O)的運行方式，每天運行2個周期，每周期為6 h，分別為瞬時進水、缺氧攪拌0.5 h、好氧曝氣3 h、沉淀2 h、排水和待機0.5 h.好氧末期排放一定體積的混合液，控制系統(tǒng)的污泥齡在7～12 d，MLSS控制在2 000～3 000 mg/L.

1.3 檢測分析項目

COD采用5B－3型COD快速測定儀測定;NH4+—N采用納氏試劑分光光度法;總磷采用鉬酸銨分光光度法.

2 實驗結(jié)果和分析

2.1 COD 去除效果

實驗啟動期運行50 d，每隔5 d取一次樣，考察COD的質(zhì)量濃度變化及其去除率，由圖2可見，運行初期COD的去除率較低，低于50%，隨著馴化時間的延長，去除率逐漸提高.

圖2 啟動期COD去除率

第51天完成啟動期，開始正式運行反應(yīng)器 ，每隔5 d取一次樣，考察COD的質(zhì)量濃度變化及其去除率，大約150 d，污泥經(jīng)馴化完全形成后，反應(yīng)器中COD的去除率大于90%，系統(tǒng)運行穩(wěn)定.所得結(jié)果如圖3所示.

通過對污泥形態(tài)進行觀察，發(fā)現(xiàn)隨著污泥培養(yǎng)的進行，其顏色發(fā)生了較為明顯的變化，從黑色轉(zhuǎn)變?yōu)辄S褐色，說明:培養(yǎng)初期主要為缺氧性微生物，只有較少的好氧性的微生物，所以去除率較低，隨著培養(yǎng)進行污泥中缺氧性的微生物逐漸減少，在反應(yīng)器內(nèi)好氧微生物開始逐漸占優(yōu)勢地位，同時，反應(yīng)器內(nèi)COD去除率不斷提高，使得最終COD達到了較好的處理效果[6].

2.2 氨氮去除效果

實驗啟動期運行50 d，每隔5 d取一次樣;正式運行期100 d，每隔5 d取一次樣，考察培養(yǎng)過程中氨氮的變化及其去除效果，所得結(jié)果如圖4、5所示.

圖3 正式運行期COD去除率

圖4 啟動期氨氮去除率

圖5 正式運行期氨氮去除率

根據(jù)圖4可以看出，啟動期氨氮的去除效率不高，只有40%左右.根據(jù)圖5可以看出，正式運行期在第70 d時，氨氮去除率達到了91.2%，待150 d左右，污泥基本成熟且形態(tài)穩(wěn)定，此時氨氮的去除率始終高于99.0%，出水氨氮的質(zhì)量濃度始終在1 mg/L以下.說明馴化培養(yǎng)的污泥對氨氮具有較高的去除效率.

2.3 污泥培養(yǎng)過程中總磷的變化

實驗啟動期運行50 d，每隔5 d取一次樣;正式運行期100 d，每隔5 d取一次樣，考察總磷的變化及其去除效果，所得結(jié)果如圖6、7所示.

根據(jù)圖6可以看出，啟動期總磷的去除效率不高，只有50%左右.根據(jù)圖7可以看出，第75 d時總磷去除率達到了80.0%，待150 d左右，污泥基本成熟且形態(tài)穩(wěn)定，此時可達到84.9%以上，出水總磷的質(zhì)量濃度低于0.5 mg/L.可滿足《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標準》中總磷排放限值0.5 mg/L的要求.

圖6 啟動期TP去除率

圖7 正式運行期TP去除率

當污泥馴化成熟和穩(wěn)定后，在一個代表性周期內(nèi)，考察其總磷質(zhì)量濃度的變化情況，結(jié)果如圖8所示.由圖8可知，進水總磷質(zhì)量濃度為2.73 mg/L，在兼氧階段即反應(yīng)器運行前30 min，總磷質(zhì)量濃度呈上升趨勢[7];而后反應(yīng)器運行的好氧階段30～240 min，污水出水中總磷質(zhì)量濃度較低.出水磷總磷平均質(zhì)量濃度為0.41 mg/L，去除率為84.9%，去除情況較好.

圖8 SBR反應(yīng)器內(nèi)一個代表性周期總磷隨時間變化曲線

由于SBR的厭氧－好氧交替工藝，聚磷菌在缺氧的條件下，生長受到了抑制.只能通過分解胞內(nèi)磷酸鹽維持生長，同時產(chǎn)生能量來分解污水中簡單溶解性有機物，并且在細胞內(nèi)形成聚羥基丁酸，釋放磷，造成水樣中磷質(zhì)量濃度的升高[8];而進入好氧段，聚磷菌恢復(fù)了活性，將基質(zhì)充分利用的同時，污水中的溶解性正磷酸鹽被其大量吸收，而以多聚磷酸鹽形式儲存于胞內(nèi)，得以累積，所以污水中磷質(zhì)量濃度降低，得到了較好的去除[9－11].

2.4 達標可行性分析

處理后的廢水排放質(zhì)量濃度約為COD為35.3 mg/m3、氨氮為 4.2 mg/m3、總磷為 0.41 mg/m3，污水處理站出水水質(zhì)滿足《發(fā)酵類制藥工業(yè)水污染物排放標準》(GB21909－2008).

3 結(jié)語

本文采用SBR法對酵類制藥廢水進行處理，結(jié)果表明:馴化成熟污泥對COD、氨氮、總磷均達到了較理想的去除效果.出水COD始終維持在50 mg/L以下，去除率達到90%以上;出水氨氮低于5 mg/L，去除率在92%以上;聚磷菌的厭氧釋磷和好氧吸磷作用，使得出水總磷質(zhì)量濃度低于0.5 mg/L，去除率為85%.

[1]蔡 慶.完全自養(yǎng)脫氮SBR反應(yīng)器的運行、強化及模擬優(yōu)化[D].重慶:重慶大學(xué)，2013.

[2]張 斌，王景峰，龔秦石，等.基于微磁載體的新型微生物聚集體的初步構(gòu)建[C]//中國環(huán)境科學(xué)學(xué)會，2013.6510－6515.

[3]張?zhí)m河，田 宇，郭靜波，等.微生物菌劑的構(gòu)建及其在城市污水處理中的應(yīng)用[J].化工進展，2013，32(8):1943－1948.

[4]LIU Y，LIU Q S，LIU Y，et al.Aerobic granules:a novel zinc biosorbent[J].Lett Appl Microbiol，2002，35(6):548 －551.

[5]王建龍，張子健，吳偉偉.好氧顆粒污泥的研究進展[J].環(huán)境科學(xué)學(xué)報，2009，29(3):449－473.

[6]BAEK S H，PAGILLA K R.Simultaneous nitrification and denitrification of municipal wastewater in aerobic membrane bioreactors[J].Water Environment Research，2008，80(2):109 －117.

[7]PUZNAVA N，PAYRAUDEAU M，THORNBERG D.Simultaneous nitrification and denitrification in biofilters with realtime aeration control[J].Water Science ＆ Technology，2000，43(1):269－276.

[8]呂梅樂.胞外蛋白在好氧污泥顆?；^程中的作用研究[D].杭州:浙江大學(xué)，2013.

[9]王 暢.活性污泥顆?；瘷C理研究與數(shù)學(xué)模擬[D].合肥:合肥工業(yè)大學(xué)，2012.

[10]戚韓英.影響好氧顆粒污泥形成與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的胞外多聚物關(guān)鍵組分研究[D].杭州:浙江大學(xué)，2012.

[11]高靖雯，魏亮亮，趙慶良，等.Fenton法深度氧化濕法腈?zhèn)悘U水二級生化處理出水[J].哈爾濱商業(yè)大學(xué)學(xué)報:自然科學(xué)版，2014，30(1):62 －68.