膜生物反應(yīng)器在制藥廢水處理的研究進(jìn)展

付騰飛，王 璐

（德州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所有限公司，山東 德州 253034）

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，制藥行業(yè)也取得了很大進(jìn)步，目前我國(guó)生產(chǎn)的常規(guī)藥物有2 000 多種。因此，制藥行業(yè)是污水的重要來源之一。由于不同種類的藥物采用的原料及生產(chǎn)工藝存在不同，產(chǎn)生的廢水也不盡相同，導(dǎo)致制藥工業(yè)的廢水組分復(fù)雜。大多數(shù)的制藥廢水屬于難降解類廢水，有機(jī)物種類繁多、濃度高、色度大，而且毒性大，BOD5/CODCr值差異較大。由于制藥企業(yè)大多采用間歇生產(chǎn)，產(chǎn)品種類變化較大，進(jìn)而增加了處理難度[1]。膜生物反應(yīng)器是微生物降解作用與膜的高效分離結(jié)合的一種新型污水處理技術(shù)，是污水處理物理技術(shù)與微生物技術(shù)的結(jié)合。膜生物反應(yīng)器最早用于微生物的發(fā)酵工程，隨后于20世紀(jì)60年代開始用于污水處理[2]。隨后在美國(guó)、日本等專家的研究下，在污水處理領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展。與傳統(tǒng)的污水處理技術(shù)相比，膜生物反應(yīng)器具有適應(yīng)性強(qiáng)、污染物降解效率高、占地面積小、耐沖擊負(fù)荷高、易于自動(dòng)控制等優(yōu)點(diǎn)。因此，膜生物反應(yīng)器在污水處理中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

1 膜生物反應(yīng)器

膜生物反應(yīng)器是采用膜過濾取代傳統(tǒng)生物處理技術(shù)中二沉池同時(shí)結(jié)合生物處理技術(shù)的新型污水處理工藝。它既有膜分離技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，也吸取了生物處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。其憑借獨(dú)特的污水處理優(yōu)勢(shì)，在環(huán)保治理領(lǐng)域中應(yīng)用越來越廣泛。膜生物反應(yīng)器主要有三種類型，分別為分離式膜生物反應(yīng)器、無泡曝氣膜生物反應(yīng)器及萃取式膜生物反應(yīng)器[3]。

1.1 分離膜生物反應(yīng)器

分離膜生物反應(yīng)器是應(yīng)用最為廣泛的形式，其具有裝置體積小、耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)、處理效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。在傳統(tǒng)的活性污泥處理工藝中，需要較高的污泥濃度以保證污染物的降解，但污泥濃度太高又影響了二沉池污泥的沉降性能，進(jìn)而影響出水水質(zhì)。而分離膜生物反應(yīng)器中，以膜組件代替了二沉池，既保證了生物反應(yīng)池中的污泥濃度，也保證了出水水質(zhì)的穩(wěn)定。

1.2 無泡曝氣膜生物反應(yīng)器

無泡曝氣膜生物反應(yīng)器采用了一種新型的無泡曝氣器，以提高氧氣在反應(yīng)器中的傳質(zhì)效率，提高了水溶液中的溶解氧濃度，保證了好氧微生物的微生物氧化分解作用。該曝氣系統(tǒng)采用的膜是一種透氣性膜，傳質(zhì)阻力小，能夠在高壓下運(yùn)行。在濃度差的作用下，空氣或者氧氣能夠在膜腔內(nèi)流動(dòng)，進(jìn)而向膜外擴(kuò)散。和傳統(tǒng)曝氣系統(tǒng)相比，曝氣膜供氧更穩(wěn)定，而且對(duì)不同類型的污水可以選擇不同的曝氣系統(tǒng)。大量的研究表明，無泡曝氣膜生物反應(yīng)器是一種小型、高效的污水處理裝置。但其也存在一些缺點(diǎn)，相比傳統(tǒng)的曝氣裝置，膜曝氣系統(tǒng)的基建費(fèi)用更高，在運(yùn)行過程中需要克服推動(dòng)力，也增加了運(yùn)行費(fèi)用。

1.3 萃取膜生物反應(yīng)器

萃取膜生物反應(yīng)器是針對(duì)工業(yè)污水處理而研制的反應(yīng)器，其中被處理的廢水不和微生物直接接觸，廢水與活性污泥膜組件被隔離開來。該生物反應(yīng)器中使用的膜組件由硅膠和其他流水性聚合物制成，具有選擇透過性。在反應(yīng)器運(yùn)行過程中，膜內(nèi)廢水中的污染物透過萃取膜進(jìn)入生物反應(yīng)器中，利用轉(zhuǎn)性的微生物進(jìn)行污染物的降解與處理，而水與其他物質(zhì)則留在膜內(nèi)，隨著膜內(nèi)污染物的不斷轉(zhuǎn)移，在膜兩側(cè)形成了濃度差，進(jìn)而不斷推動(dòng)反應(yīng)器的運(yùn)行。

2 膜生物反應(yīng)器在制藥廢水中的應(yīng)用

2.1 處理中藥類制藥廢水

中藥制藥廢水水質(zhì)分成復(fù)雜，主要污染物有溶解性物質(zhì)、膠體以及固體物質(zhì)等，可生化性較好。廢水主要來自中藥生產(chǎn)過程的提取工段廢水、設(shè)備清洗水和下腳料廢水等。但由于中藥制藥過程水量間歇排放，因此水質(zhì)波動(dòng)較大，pH 值不穩(wěn)定，而且排出廢水水溫較高，還帶有顏色及味道[4]。

中成藥是采用物理或者化學(xué)方法從動(dòng)植物中提取或者直接形成藥物的生產(chǎn)方式。由于不同的藥物所選用的材料和生產(chǎn)方法不同，生產(chǎn)過程中形成的污水也不盡相同。有研究者采用膜生物反應(yīng)器處理“三七”藥物廢水，處理規(guī)模為25 m3/d，進(jìn)水COD 濃度為 2 000 mg/L?！叭摺睂儆陔y降解物質(zhì)，廢水中殘留一部分藥劑，不利于微生物降解作用的發(fā)揮。但是，采用膜生物反應(yīng)器處理該廢水，取得了良好的效果，出水能夠滿足制藥生產(chǎn)的回用水標(biāo)準(zhǔn)。

還有研究者以廣州某制藥企業(yè)廢水為例，采用混凝沉淀結(jié)合膜生物反應(yīng)器來處理中成藥廢水，由于該企業(yè)產(chǎn)生的廢水水質(zhì)和水量波動(dòng)較大，色度和懸浮物濃度較高，還含有難降解物質(zhì)，其中設(shè)計(jì)水量為 120 m3/d，進(jìn)水COD 濃度為3 000～6 000 mg/L，該工藝出水COD 濃度為100 mg/L，去除率約為98%，而且其他各項(xiàng)指標(biāo)均符合排放標(biāo)準(zhǔn)[5]。

2.2 處理發(fā)酵類制藥廢水

發(fā)酵工程是生物制藥中重要的一部分，發(fā)酵類制藥廢水主要來自發(fā)酵、過濾、提取和精制過程，還有一部分來自溶劑回收、地面沖洗產(chǎn)生的高濃度有機(jī)廢水。該類型的廢水主要特點(diǎn)是有機(jī)物濃度高、成分復(fù)雜、廢水中含有大量發(fā)酵過程的代謝產(chǎn)物及鹽類，懸浮物含量高，水質(zhì)、水量波動(dòng)大。此外，有些發(fā)酵類制藥廢水中含氮量，碳氮比低，對(duì)微生物具有抑制作用。

有研究者以某維生素制藥廠產(chǎn)生的廢水為例，該企業(yè)最初的污水處理工藝為厭氧-兼氧-兩段接觸氧化的組合工藝，出水效果差，而且整個(gè)工藝存在很多問題。后采用膜生物反應(yīng)器代替兼氧池結(jié)合接觸氧化池的工藝，結(jié)果表明，出水水質(zhì)穩(wěn)定，各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足排放要求，而且降低了運(yùn)行成本。還有研究者以對(duì)發(fā)酵類制藥廢水進(jìn)行膜生物反應(yīng)器中試研究，該制藥廠主要生產(chǎn)潔霉素、蟲草菌粉等，其中進(jìn)水COD濃度為400～1 000 mg/L，氨氮50～110 mg/L。試驗(yàn)期間不斷調(diào)整HRT 來控制反應(yīng)器運(yùn)行狀態(tài)，膜生物反應(yīng)器HRT 為8 h 時(shí)，COD、氨氮出水穩(wěn)定，出水濃度分別為120 mg/L 和2 mg/L 左右，而同樣的進(jìn)水指標(biāo)采用兼氧-好氧工藝，其運(yùn)行HRT 為40 h，出水COD 濃度為300 mg/L 左右，相比之下，膜生物反應(yīng)器處理效果更佳，運(yùn)行費(fèi)用更低[6]。

2.3 處理化學(xué)制藥廢水

制藥企業(yè)中大部分為化學(xué)合成制藥，其在制藥行業(yè)中占比很大?；瘜W(xué)合成類制藥廢水主要是生產(chǎn)工藝中產(chǎn)生的廢水，主要包括母液類廢水、沖洗廢水、回收的殘液、輔助過程及生活污水。不同車間產(chǎn)生的廢水成分不同，相比生物制藥類廢水，化學(xué)制藥廢水產(chǎn)生量不僅少，而且污染物比較單一，成分相對(duì)簡(jiǎn)單。但COD 濃度較高，有的可高達(dá)幾十毫克每升，含鹽量也很高，pH 值變化大，有的污染物甚至具有毒性。

對(duì)于處理制藥廢水，膜生物反應(yīng)器具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是由于化學(xué)合成類制藥廢水的特點(diǎn)，單獨(dú)的膜生物反應(yīng)器不能滿足廢水中污染物的降解，大多數(shù)情況下都需要膜生物反應(yīng)器與其他污水處理工藝相結(jié)合來處理。鄭煒等針對(duì)頭孢類制藥廢水進(jìn)行處理，采用了接觸氧化、水解結(jié)合膜生物反應(yīng)器的工藝，其中設(shè)計(jì)水量為350 m3/d，進(jìn)水COD 濃度為2 125～11 561 mg/L，結(jié)果表明，COD 的出水濃度可達(dá)79～282 mg/L，符合當(dāng)?shù)毓I(yè)園區(qū)的排放要求[7]。

還有研究者針對(duì)賴諾普利依那普利制藥廢水利進(jìn)行研究，采用了混凝、接觸氧化結(jié)合MBR 的組合工藝來處理，設(shè)計(jì)水量為500 m3/d，進(jìn)水COD 濃度為3 000 mg/L，結(jié)果表明，該工藝處理效果良好，COD 的出水濃度為45 mg/L，去除率可達(dá)93%，而且該工藝在運(yùn)行過程中運(yùn)行費(fèi)用只有1.06 元/m3，排放的污水還可以直接回用，減少了水資源的消耗[8]。

干建文等采用一體式膜生物反應(yīng)器（IMBR）改造工藝開展頭孢類制藥廢水的處理中試研究，發(fā)現(xiàn)膜生物反應(yīng)器的處理大大提高了生化效率，縮短了水力停留時(shí)間，并且出水水質(zhì)明顯好于傳統(tǒng)生化工藝。頭孢類廢水厭氧出水經(jīng)過MBR 處理后，COD 可從3 500 mg/L 降至350 mg/L，去除率平均在90%，污泥齡在40～50 d，污泥濃度控制在6 000～10 000 mg/L，MBR 可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，出水COD、停留時(shí)間HRT等參數(shù)有很大程度的降低，出水基本無懸浮物，COD去除率好于傳統(tǒng)活性污泥處理，系統(tǒng)抗負(fù)荷沖擊能力強(qiáng)[9]。

3 結(jié)語

膜生物反應(yīng)器是一種新型的污水處理技術(shù)，是提高污水處理效率和出水水質(zhì)的重要技術(shù)，在當(dāng)前水資源短缺、水污染現(xiàn)象嚴(yán)重、環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)的社會(huì)環(huán)境下，膜生物反應(yīng)器蘊(yùn)藏著巨大的潛力。該工藝針對(duì)制藥污水處理具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，在試驗(yàn)探索及實(shí)際應(yīng)用中均有良好的效果，近年來，該技術(shù)越來越多地應(yīng)用在制藥廢水的處理中。膜生物反應(yīng)器也存在一些缺點(diǎn)，主要是膜污染及壽命限制了其發(fā)展與應(yīng)用，但隨著對(duì)膜生物反應(yīng)器的不斷深入研究，期必將得到更深入、更廣泛的應(yīng)用。