鐵炭微電解/水解酸化/MBR組合工藝處理制藥廢水

黃燕萍，陳威

（武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢430065）

鐵炭微電解/水解酸化/MBR組合工藝處理制藥廢水

黃燕萍，陳威

（武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院，湖北武漢430065）

采用反應(yīng)沉淀/水解酸化/MBR組合工藝處理以合成制藥廢水為主的污水處理廠污水，處理出水不能達到《化學(xué)合成類制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB 21904—2008）的要求。對此采用鐵炭微電解工藝作為前置處理工藝對該廢水進行了預(yù)處理實驗研究，結(jié)果表明，當鐵炭投加量為400 g/L，鐵炭質(zhì)量比為4∶5，HRT=3 h，pH=4，曝氣量為3 L/min時，預(yù)處理效果較好，鐵炭微電解對COD的去除率達47.50%，廢水可生化性由0.23提升到0.38，使后續(xù)工藝運行效果大幅提升，最終使處理出水達標排放。

鐵炭微電解；水解酸化；膜生物反應(yīng)器；制藥廢水

湖北西北部某工業(yè)園制藥企業(yè)以化學(xué)合成類制藥企業(yè)為主，其產(chǎn)生的廢水主要為生產(chǎn)類廢水，園區(qū)污水處理廠將該廢水與園區(qū)內(nèi)少量生活污水混合后進行集中處理。由于該園區(qū)制藥企業(yè)較多，合成藥物種類繁多，且大多數(shù)生產(chǎn)廢水未經(jīng)處理直接進入園區(qū)工業(yè)廢水收集系統(tǒng)，導(dǎo)致進入園區(qū)污水處理廠調(diào)節(jié)池的廢水具有污染物成分復(fù)雜、污染當量大、沖擊負荷高、可生物降解性差以及水量水質(zhì)變化大等特點〔1-3〕，致使園區(qū)現(xiàn)有工藝（反應(yīng)沉淀池+水解酸化池+MBR+消毒池）處理出水不能達到《化學(xué)合成類制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB 21904—2008）的要求，因此需對原工藝進行升級改造。針對該制藥廢水特點，確定采用鐵炭微電解作為前置處理工藝對該制藥廢水進行預(yù)處理，并采用“鐵炭微電解/水解酸化/MBR”組合工藝進行了制藥廢水處理的小試實驗研究。

1 實驗部分

1.1 原處理工藝效能分析

原工藝（反應(yīng)沉淀池+水解酸化池+MBR+消毒池）各處理構(gòu)筑物對廢水COD、BOD5的去除效果及可生化性分析結(jié)果如表1所示。

表1 原工藝各處理構(gòu)筑物對COD、BOD5的去除效果及可生化性分析結(jié)果

由表1可知，最終出水COD平均在1 000mg/L以上，出水BOD5平均在200mg/L以上，均不能穩(wěn)定達到《化學(xué)合成類制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB 21904—2008）的要求。分析原因：預(yù)處理階段，經(jīng)混凝沉淀和水解酸化后，廢水中的膠體和細微懸浮物以及部分有機物雖然得到有效去除，但水解酸化后出水B/C為0.26，較進水僅增長了13.04%，無法滿足后續(xù)工藝要求；生化處理階段，MBR內(nèi)污泥質(zhì)量濃度長期維持在4 000mg/L左右（廢水具有生物毒性，對微生物生長起抑制作用），遠沒有達到設(shè)計要求的8000mg/L以上，其對COD去除率僅為67.15%左右，表明MBR沒有處在高效能運行狀態(tài)。

同時，運行監(jiān)測過程中發(fā)現(xiàn)，膜污染嚴重。結(jié)合原工藝對污染物的去除效率及MBR膜使用情況可知，整體運行效果不佳。主要原因是預(yù)處理階段的處理效果沒有達到后續(xù)工藝要求，廢水可生化性沒有得到很大改善，使MBR無法穩(wěn)定在高效能狀態(tài)下運行。

1.2 實驗方案

針對前述問題，由于鐵炭微電解具有較強的改善廢水可生化性的能力，同時又具有處理效能高、運行成本低、占地面積小、操作維護方便等其他預(yù)處理方法不具備的優(yōu)勢〔4-5〕，因此在不改變原工藝的基礎(chǔ)上，確定采用鐵炭微電解作為前置處理工藝對該制藥廢水進行預(yù)處理，建立了“鐵炭微電解/水解酸化/ MBR”的組合處理工藝。小試實驗工藝流程如圖1所示。

圖1 小試工藝流程

小試從原工藝調(diào)節(jié)池進水，進水水量為200 L/d。廢水經(jīng)調(diào)節(jié)池調(diào)節(jié)水量、水質(zhì)后進入鐵炭微電解反應(yīng)器，經(jīng)鐵炭微電解反應(yīng)后，廢水可生化性得到很大提高。鐵炭微電解反應(yīng)器出水（pH約5～6）進入反應(yīng)沉淀池，向其中投加Ca（OH）2（質(zhì)量分數(shù)為1%，120 mL/h）調(diào)節(jié)堿度，并輔助投加聚合氯化鋁鐵（PAFC，質(zhì)量分數(shù)為1%，70mL/h）增強絮凝沉淀效果。反應(yīng)沉淀池出水進入水解酸化池，利用水解酸化反應(yīng)，將有機物進一步降解。其后廢水進入MBR，通過MBR的有效截留、吸附作用以及生物膜的生化反應(yīng)，廢水中的有機物被進一步去除。

實驗材料及實驗裝置主要參數(shù)如表2所示。

表2 實驗材料及實驗裝置主要參數(shù)

2 運行效果

通過鐵炭微電解預(yù)處理制藥廢水單因素實驗及正交實驗確定鐵炭微電解最佳反應(yīng)條件：鐵炭投加量為400 g/L，鐵炭質(zhì)量比為4∶5，HRT=3 h，pH=4，曝氣量為3 L/min。

2.1 鐵炭微電解反應(yīng)器-反應(yīng)沉淀池處理效能分析

鐵炭微電解反應(yīng)器運行參數(shù)均按照實驗最佳參數(shù)運行。由于在鐵炭微電解反應(yīng)過程中鐵炭混合填料中所含鐵作為陽極不斷被消耗，而部分陰極活性炭則會以極小的懸浮顆粒的形式隨水流出，當使用一定時間后，監(jiān)測鐵炭填料出現(xiàn)損耗并導(dǎo)致COD去除率不斷降低時，即通過直接投加填料的方式實現(xiàn)填料損耗的補充，以達到恢復(fù)鐵炭微電解反應(yīng)器穩(wěn)定運行的目的。

經(jīng)過近1個月的連續(xù)監(jiān)測，鐵微電解反應(yīng)器-反應(yīng)沉淀池對COD的去除效果如圖2所示，鐵炭微電解反應(yīng)器-反應(yīng)沉淀池進出水水質(zhì)如表3所示。

圖2 鐵炭微電解反應(yīng)器-反應(yīng)沉淀池對COD的去除效果

表3 鐵炭微電解反應(yīng)器-反應(yīng)沉淀池進出水水質(zhì)

由圖2可知，鐵炭微電解反應(yīng)器進水COD波動較大，平均為6 180.89mg/L，出水COD平均為3 245.22mg/L，平均COD去除率達47.50%。

由表3可知，進水可生化性較低，B/C僅有0.23，而出水可生化性得到很大提高，B/C達到0.38，同時色度也得到很大改善，由進水時的醬黑色逐漸變淺。表明電解產(chǎn)生的新生態(tài)［H］與廢水中的有機物發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，致使廢水中有機物發(fā)生加成斷鏈或開環(huán)等結(jié)構(gòu)變化，從而改變了廢水的生物毒性，提高了其生化性能〔6-7〕。

2.2 水解酸化池處理效能分析

在鐵炭微電解對廢水可生化性改善的基礎(chǔ)上，水解酸化可將大分子、難降解的有機物降解為小分子有機物，進一步改善廢水的可生化性，為后續(xù)MBR工藝減輕有機負荷。小試采用混合攪拌式水解酸化池，其進水為反應(yīng)沉淀池出水。

經(jīng)過近1個月的連續(xù)監(jiān)測，水解酸化對COD的去除效果如圖3所示，水解酸化池進出水水質(zhì)如表4所示。

圖3 水解酸化對COD的去除效果

表4 水解酸化池進出水水質(zhì)

由圖3可知，水解酸化池進水COD較穩(wěn)定，平均為3 245.22mg/L，出水COD平均為2 395.55mg/L，平均COD去除率達26.18%。

由表4可知，水解酸化池進水B/C為0.38，出水B/C達到0.46，表明水解酸化進一步提高了廢水的可生化性，為后續(xù)MBR工藝提供了良好的條件。

2.3 MBR處理效能分析

MBR調(diào)試啟動可分為接種馴化、提高負荷和連續(xù)穩(wěn)定運行3個階段。小試為縮短污泥馴化期，采用污泥類型相近的某工業(yè)污水廠剩余污泥（含水率約為80%）進行接種。在MBR池內(nèi)注滿2/3污水，接種污泥質(zhì)量濃度約為15 000mg/L，每天按m（C）∶m（N）∶m（P）=100∶5∶1投加面粉、尿素、磷酸鹽等營養(yǎng)物質(zhì)，控制膜池水溫在30℃左右，DO為2.0～4.0mg/L。14 d后污泥菌膠團明顯增大，絮狀物及水中后生動物明顯增多，馴化階段結(jié)束。提高負荷階段采用膜通量遞增的方式進水，逐步提高至設(shè)計負荷，并定期觀察活性污泥生物相、上清液透明度等情況，定期測定MLSS和進出水COD。經(jīng)27 d（提高負荷階段13 d）調(diào)試運行后，達到設(shè)計要求，開始連續(xù)穩(wěn)定運行。

經(jīng)過近1個月的調(diào)試監(jiān)測，MBR對COD的去除效果如圖4所示，MBR進出水水質(zhì)如表5所示。

圖4 MBR對COD的去除效果

表5 MBR進出水水質(zhì)

由圖4和表5可知，MBR進水COD較穩(wěn)定，平均為2 395.55mg/L，出水COD基本保持在100mg/L以下，出水COD平均為88.81mg/L，平均COD去除率高達96.29%，出水COD達到《化學(xué)合成類制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB 21904—2008）的要求。

2.4 系統(tǒng)整體運行效能分析

組合工藝對廢水的處理效果如表6所示。

表6 組合工藝對制藥廢水的處理效果

由表6可知，在原處理工藝的基礎(chǔ)上，在反應(yīng)沉淀池前增加鐵炭微電解作為前置預(yù)處理工藝，其通過氧化還原作用，將廢水中有毒有機物還原成毒性較小的有機物，有效地降低了廢水的生物毒性，提高了廢水可生化性，廢水可生化性從0.23提高到0.38，同時通過電化學(xué)富集、物理吸附及混凝沉淀作用，將廢水中的污染物質(zhì)大量沉淀去除。

由于鐵炭微電解預(yù)處理效果較好，使后續(xù)水解酸化和MBR工藝運行效果大大提升，最終出水各項指標達到《化學(xué)合成類制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB 21904—2008）的要求。

3 結(jié)語

鐵炭微電解/水解酸化/MBR組合工藝處理制藥廢水的小試實驗結(jié)果表明：

（1）鐵炭微電解作為前置預(yù)處理工藝，可以有效促進后續(xù)工藝處理效能的提高，經(jīng)鐵炭微電解反應(yīng)后，廢水平均COD由進水時的6 180.89mg/L降為3 245.22mg/L，COD去除率達47.50%，平均BOD5由進水時的1 421.60mg/L降為1 233.18mg/L，廢水可生化性由0.23提高到0.38。

（2）經(jīng)該組合工藝處理后，出水COD、BOD5、SS、NH3-N、TP平均分別為88.81、16.54、10.13、11.73、0.79mg/L，最終出水各項指標達到《化學(xué)合成類制藥工業(yè)水污染物排放標準》（GB 21904—2008）的要求。因此，鐵炭微電解工藝可作為該污水處理廠進行升級改造工程的工藝選擇。

［1］GB 21904—2008化學(xué)合成類制藥工業(yè)水污染物排放標準［S］.

［2］劉建秋，許躍.鐵炭微電解工藝處理化工廢水工業(yè)研究［J］.工業(yè)水處理，2013，33（9）：68-70.

［3］方俊華，劉蘭，穆軍偉，等.鐵炭微電解-Fenton法預(yù)處理苯胺基乙腈生產(chǎn)廢水的動力學(xué)研究［J］.環(huán)境工程學(xué)報，2014，8（4）：1397-1404.

［4］陳威，袁書保.MBR處理合成制藥廢水的膜污染特性及控制研究［J］.中國給水排水，2015，31（3）：124-126.

［5］周健，齊建華，何強，等.鐵炭微電解/生物組合工藝處理制藥廢水研究［J］.中國給水排水，2010，26（21）：109-112.

［6］朱雷，萬徐.高濃度制藥廢水處理工藝的調(diào)試運行［J］.給水排水，2012，38（5）：53-55.

［7］唐少宇，周如金，鐘華文，等.Fe/C微電解-Fenton氧化組合工藝處理松節(jié)油加工廢水［J］.工業(yè)水處理，2013，33（5）：32-35.

Iron-carbonm icro-electrolysis/hydrolysis-acidification/MBR
com bined process for the treatmentofpharmaceuticalwastewater

Huang Yanping，ChenWei
（CollegeofUrban Construction，Wuhan University of Scienceand Technology，Wuhan 430065，China）

The combined process，reaction sedimentation/hydrolysis-acidification/MBR，has been used for treating thewastewatermainly containing chemically synthesized pharmaceuticalwastewater in awastewater treatmentplant. The treated effluent could not reach the Discharge StandardsofWater Pollutants from PharmaceuticalWastewater of Chemically Synthetic Category（GB 21904—2008）.Because of this，the experimental research on the pre-treatment of thiskind ofwastewater isnow conducted by iron-carbonmicro-electrolysisprocessas itspre-treatment technology，The results show that the treatmenteffect is betterwhen the iron-carbon dosage is 400 g/L，iron/carbonmass ratio is 4∶5，HRT=3 h，pH=4，aeration rate=3 L/min.The COD removing rate by iron-carbonmicro-electrolysisprocess reaches 47.50%，and the biodegradability isincreased from 0.23 to0.38，making the runningeffectof the subsequentprocess improve greatly，and finallymaking the treated effluent reach the setstandard.

iron-carbonmicro-electrolysis；hydrolysis acidification；membrane bio-reactor（MBR）；pharmaceutical wastewater

X703.1

A

1005-829X（2016）06-0046-04

黃燕萍（1991—），碩士。電話：13419620917，E-mail：502467315@qq.com。

2016-03-18（修改稿）