一體式膜生物反應器處理制藥廢水的中試研究

張萍

（中聯(lián)環(huán)股份有限公司，福建　廈門　361004）

一體式膜生物反應器處理制藥廢水的中試研究

張萍

（中聯(lián)環(huán)股份有限公司，福建廈門361004）

采用一體式膜生物反應器（IMBR）改造工藝對制藥廢水進行中試研究，介紹工藝啟動方法和工藝運行情況。試驗結(jié)果表明，在系統(tǒng)污泥質(zhì)量濃度為8 g/L，HRT為10 h，氣水比為10：1的運行工況下，跨膜壓差保持穩(wěn)定，CODCr平均去除率約為89%，NH3-N平均去除率約為85%，此時出水CODCr的質(zhì)量濃度超過100 mg/L，無法滿足GB 8978—1996《污水綜合排放標準》一級排放標準的要求，進一步采取活性炭吸附深度處理后，出水CODCr濃度可達到GB 8978—1996一級排放標準的要求。采用IMBR-活性炭組合工藝處理制藥廢水，出水效果優(yōu)于原二級好氧處理工藝，值得推廣應用。

IMBR工藝；制藥廢水；跨膜壓差；反清洗；活性炭吸附

膜生物反應器是生物處理與膜分離相結(jié)合的一種組合工藝，反應器內(nèi)生物濃度高，增強了吸附和降解有機物的能力，水力停留時間與污泥停留時間的分離使得世代周期較長的硝化及亞硝化細菌也能很好的增長，從而提高硝化能力［1-3］。一體式膜生物反應器（IMBR）將膜組件置入反應器內(nèi)，具有占地面積小，容積負荷高，泥量少，易于從傳統(tǒng)工藝進行改造，出水水質(zhì)好等優(yōu)點［4］。生物制藥廢水具有有機物濃度高、水質(zhì)成分復雜、含有對微生物產(chǎn)生抑制作用的污染物的特點，是一種難降解有機廢水［5］。采用傳統(tǒng)工藝處理制藥廢水，不僅運行成本高［6］，且出水難以保證長期、穩(wěn)定地達標排放。

某制藥企業(yè)建有1座規(guī)模500 m3/d的廢水處理站，采用氣浮-水解酸化-二級好氧工藝，出水達到GB 8978—1996《污水綜合排放標準》中二級排放標準的要求?，F(xiàn)由于擴建新廠，廢水處理規(guī)模為2 000 m3/d，同時出水水質(zhì)提升至一級排放標準，因此急需對原廢水處理系統(tǒng)進行改造。本研究在原處理工藝的基礎上，采用IMBR工藝處理水解酸化單元出水，考察了該工藝對CODCr、NH3-N的去除效果和膜污染情況，以期為原廢水處理系統(tǒng)的升級改造提供參考。

1　材料與方法

1.1試驗裝置

試驗裝置為一體好氧浸沒式IMBR，如圖1所示。池體容積：2 m3；膜組件：外壓式PVDF中空纖維微濾膜，面積為1.0 m2，膜孔徑為0.2 μm，最大膜通量為250 L/（m2·h），平均膜通量為200 L/ （m2·h），操作壓力為5～10 kPa，適用污泥質(zhì)量濃度范圍為5～12 g/L；其它組件有出水泵、流量計、微孔曝氣頭等。

圖1IMBR試驗裝置與工藝流程Fig.1　IMBR test equipment and process f1ow

1.2試驗廢水

原制藥廢水ρ（CODCr）=2 200～2 600 mg/L，ρ（BOD5）=700～900 mg/L，ρ（NH3-N）=75～90 mg/L。廢水在經(jīng)過預處理及酸化水解后進入IMBR單元，進水IMBR的水質(zhì)一般為ρ（CODCr）≤500 mg/L，ρ（BOD5）≤300 mg/L，ρ（NH3-N）≤50 mg/ L，ρ（SS）≤150 mg/L。

1.3試驗方法

在不同的運行工況下，考察IMBR對CODCr和NH3-N的去除率；采用活性炭吸附柱深度處理IMBR出水，考察活性炭吸附柱對CODCr的去除率。通過分析污染物去除效果，評價IMBR工藝作為原工藝升級改造的可行性。主要試驗步驟如下：

（1）進行工藝調(diào)試，投加污泥進行微生物馴化。

（2）設定2種工況考察IMBR運行處理效果。其中，工況1：設定HRT為10 h，污泥質(zhì)量濃度為8 g/L，氣水比為10：1；工況2：設定HRT為 10 h，污泥質(zhì)量濃度為10 g/L，氣水比為15：1。

（3）采用活性炭吸附法進一步處理IMBR出水，優(yōu)化出水水質(zhì)。

1.4分析方法

CODCr濃度采用重鉻酸鉀法測定，NH3-N濃度采用納氏試劑分光光度法測定，SV30采用靜置沉淀法測定。

2　結(jié)果與討論

2.1微生物馴化階段分析

由于裝置進水濃度較高，啟動階段投加原工藝好氧池內(nèi)活性污泥對微生物進行馴化，污泥量為裝置池容的2%～5%。本階段采用間歇性少量進水，進行悶曝，水力停留時間設計較長，同時監(jiān)測進、出水CODCr濃度，具體數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2　微生物馴化階段進出水CODCr濃度Fig.2　Inf1uent and eff1uent water qua1ity of microbia1 acc1imation stage

經(jīng)過1周左右的調(diào)試，微生物已逐漸適應進水水質(zhì)，取IMBR池中混合液測定SV30為25%左右，通過顯微鏡觀察到鐘蟲、累枝蟲等原生動物，表明馴化階段已完成。

2.2IMBR在工況1下的運行效果

微生物馴化階段結(jié)束后，調(diào)整IMBR在工況1條件下運行，穩(wěn)定運行結(jié)果如圖3所示。

工況1的運行結(jié)果表明，IMBR對CODCr的平均去除率約為89%，IMBR出水CODCr的質(zhì)量濃度為200～280 mg/L，無法滿足GB 8978—1996一級排放標準（ρ（CODCr）≤100 mg/L）；IMBR對NH3-N的平均去除率約為85%左右，出水NH3-N的質(zhì)量濃度不超過15 mg/L，達到GB 8978—1996一級排放標準的要求。為了考察本系統(tǒng)對廢水的生化處理效果，采取停止進水，連續(xù)3 d監(jiān)測出水CODCr濃度，結(jié)果表明出水CODCr濃度仍無明顯下降趨勢，說明水解酸化單元出水中含有極難生化降解或不可生物降解的污染物。

圖3　IMBR運行階段污染物去除率（工況1）Fig.3　Remova1 rates of po11utants in IMBR operation phase （conditionⅠ）

2.3IMBR在工況2下的運行效果

反應器內(nèi)維持較高的生物濃度是IMBR工藝的一大特點。為了考察污泥濃度對工藝運行效果的影響，將反應器污泥濃度上升至10 g/L，氣比水增至15：1。工況2運行條件下，MBR對CODCr和NH3-N的去除效果如圖4所示。運行結(jié)果表明，出水CODCr的質(zhì)量濃度為200～280 mg/L，平均去除率約為88%，無法達到GB 8978—1996一級排放標準的要求，提高污泥濃度和增大氣比水對CODCr去除率沒有明顯增加；出水NH3-N的質(zhì)量濃度為15～20 mg/L，去除率為78%左右，略微下降，此時出水NH3-N濃度也無法達到GB 8978—1996一級排放標準的要求。

圖4　IMBR運行階段污染物去除率（工況2）Fig.4　Remova1 rates of po11utants in IMBR operation phase （conditionⅡ）

工況2氣水比升高，增加了反應器內(nèi)溶解氧濃度，導致污泥細胞內(nèi)部氧濃度上升，不利于反硝化的進行［7］，從而使得NH3-N的去除率稍有下降。污泥濃度上升，反應器中微生物代謝旺盛，內(nèi)源呼吸加劇，排出的代謝產(chǎn)物也增多，包括胞外溶解性物質(zhì)，其中分子直徑較小的會透過膜而進入出水中影響系統(tǒng)的有機物去除率［8］。因此，2種條件下CODCr去除率相差不大。但污泥濃度增加，將加劇膜污染，縮短了膜的使用壽命，而且直接導致泵的抽吸水頭和曝氣量增加，從而增加系統(tǒng)運行費用［9］。

2.4IMBR運行期間跨膜壓差的變化

在工況1和工況2條件下，IMBR運行期間跨膜壓差的變化情況如圖5所示。

圖5IMBR運行階段跨膜壓差變化Fig.5　Variation of TMP during IMBR operation

在膜通量保持相對穩(wěn)定的情況下，膜污染程度的變化主要以跨膜壓差的變化為表征［10］。在工況1運行條件下，跨膜壓差基本維持在5～10 kPa范圍，增加較緩慢，而進入工況2條件（4月19日～25日）運行后，跨膜壓差急劇增加，容易加劇膜污染。根據(jù)該膜的產(chǎn)品運行要求，跨膜壓差在5～10 kPa范圍內(nèi)為正常運行值，超過15 kPa則需對膜組件進行反清洗，可采用次氯酸鈉或檸檬酸進行在線化學清洗，如跨膜壓差不能恢復至5～10 kPa，則需要進行系統(tǒng)外浸漬清洗。在了解膜污染機理的基礎上，選用適當?shù)哪そM件和運行工況可以有效地控制膜污染，提高整個系統(tǒng)地使用性能和壽命［11］。

2.5深度處理

采用活性炭吸附法對IMBR出水進行深度處理，考察深度處理出水水質(zhì)能否達到GB 8978—1996一級排放標準（ρ（CODCr）≤100 mg/L），活性炭吸附柱尺寸為Ф 500 mm×2 000 mm，填充高度為1 600 mm，活性炭顆粒粒徑為0.5～2.0 mm，接觸時間為30 min。活性炭深度處理出水CODCr濃度如圖6所示。結(jié)果表明，出水CODCr的質(zhì)量濃度一直穩(wěn)定在80 mg/L，可達到GB 8978—1996一級排放標準的要求。

圖6　IMBR深度處理階段出水監(jiān)測結(jié)果Fig.6　Eff1uent water qua1ity in IMBR advanced treatment stage

3　結(jié)論

（1）IMBR工藝的污泥濃度、氣水比的變化對CODCr的去除效果影響不大，但可導致NH3-N的去除率下降。污泥濃度過高，跨膜壓差急劇增加，容易加劇膜污染。

（2）在HRT為10 h，污泥質(zhì)量濃度為8 g/L，氣水比為10：1的運行工況下，CODCr平均去除率約為89%，NH3-N平均去除率約為85%，此時出水CODCr的質(zhì)量濃度超過100 mg/L，出水NH3-N的質(zhì)量濃度小于15 mg/L，CODCr無法滿足GB 8978—1996一級排放標準的要求，說明廢水中含有極難生化或不可生化的污染物。經(jīng)活性炭吸附進一步深度處理后，出水CODCr濃度可達到GB 8978—1996一級排放標準的要求。

［1］馮斐，周文斌，湯貴蘭.MBR工藝處理維生素C制藥廢水的中試實驗［J］.環(huán)境工程，2006，24（6）：16-18.

［2］李世峰.膜生物反應器處理生活污水的試驗研究-強化脫氮除磷及膜污染控制［D］.青島：中國海洋大學，2008.7-10.

［3］樊耀波.水與廢水處理中的膜生物反應器技術［J］.環(huán)境科學，1995，16（5）：79-81.

［4］孫雷.MBR法處理制藥廢水的工程應用［D］.哈爾濱：哈爾濱工程大學，2013.2-6.

［5］廖志民.MBR工藝處理發(fā)酵類制藥廢水中試研究［J］.中國給水排水，2010，26（9）：131-133.

［6］劉振東，鄭桂梅.制藥廢水處理工藝案例分析［J］.水處理技術，2008，34（11）：79-83.

［7］鄒聯(lián)沛，張立秋，王寶貞，等.MBR中DO對同步硝化反硝化的影響［J］.中國給水排水，2001，17（2）：6-8.

［8］曹斌，袁宏林，王曉昌，等.膜生物反應器設計工藝參數(shù)的探討［J］.環(huán)境工程，2004，10（5）：24-26.

［9］劉研萍，王琳.膜生物反應器的污染及防治［J］.工業(yè)水處理，2004，24（6）：5-9.

［10］高健磊，施龍，周子鵬.MBR處理制藥廢水膜污染試驗研究［J］.工業(yè)用水與廢水，2013，44（5）：24-26.

［11］楊紅群，周艷玲.MBR膜污染機理及其控制［J］.江西化工，2005，（1）：5-12.

A pilot scale test on pharmaceutical wastewater treatment by IMBR process

ZHANG Ping
（China Union Engineering Co.，Ltd.，Xiamen 361004，China）

A pi1ot sca1e test on pharmaceutica1 wastewater treatment using integrated membrane bioreactor （IMBR）process was carried out，the starting method and operation condition of the said process were introduced. The resu1ts of the test showed that，under the condition that the mass concentration of s1udge was 8 g/L，the HRT was 10 h，the gas-water ratio was 10：1，the transmembrane pressure was stab1e，the average remova1 rates of CODCrand ammonia nitrogen were about 89%and 85%respective1y，the mass concentration of CODCrin the eff1uent water was above 100 mg/L，which cou1d not meet the specification for grade 1 in GB 8978—1996 Integrated Wastewater Discharge Standard.Taking advanced activated carbon adsorption as the further treatment process，the eff1uent water qua1ity reached the above standard.It cou1d draw a conc1usion that，using IMBR-activated carbon combined process to treat pharmaceutica1 wastewater，the eff1uent water qua1ity was superior to that treated by two-stage aerobic process，therefore，it was a process worth popu1arizing.

IMBR process；pharmaceutica1 wastewater；transmembrane pressure；backwashing；activated carbon adsorption

X787.031

A

1009-2455（2016）02-0031-04

張萍（1985-），女，福建福鼎人，工程師，注冊環(huán)保工程師，環(huán)境工程碩士，主要從事市政污水及工業(yè)廢水處理工程技術設計及施工圖繪制工作，（電子信箱）1563366855@qq.com。

2016-03-03（修回稿）