升流式厭氧污泥床反應(yīng)器處理制藥廢水研究進(jìn)展

原 暢，韋朝霞，袁 雪，曹馨月

（黔西南民族職業(yè)技術(shù)學(xué)院，貴州 興義 562400）

近年來，隨著制藥工業(yè)、醫(yī)療企業(yè)的快速發(fā)展，原料藥及藥品制劑生產(chǎn)類企業(yè)與日俱增，制藥廢水量急速增長，制藥類廢水已然成為對(duì)環(huán)境威脅較為嚴(yán)重的污染源之一。制藥行業(yè)快速發(fā)展的同時(shí)，人工合成的有機(jī)物種類與數(shù)量與日俱增，隨之而來的是大量難降解有機(jī)污染物的產(chǎn)生。全國各大制藥廠紛紛新建或擴(kuò)建，增加產(chǎn)量，以滿足市場(chǎng)需求，這些工廠生產(chǎn)過程中排出大量的有機(jī)廢水，一旦直接排放，不僅會(huì)對(duì)周邊環(huán)境造成嚴(yán)重污染，更會(huì)給人類健康和生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重的危害。

其中，制藥工業(yè)廢水年排放量達(dá)到0.25×109t，年平均處理率還達(dá)不到其總量的30%。制藥廢水具有成分復(fù)雜，水質(zhì)、水量變化大，pH值波動(dòng)范圍較大等特點(diǎn)，除此之外，制藥廢水中有機(jī)污染物種類繁多、濃度偏高、可生化性較差，是工業(yè)廢水中較難處理的一種。

2010年7月起，“制藥工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)”在我國開始強(qiáng)制執(zhí)行，就現(xiàn)階段而言，國內(nèi)外的制藥廢水處理技術(shù)均仍存在一定問題。因此，如何處理制藥類廢水，使廢水能夠達(dá)標(biāo)排放是當(dāng)今環(huán)境保護(hù)的一個(gè)重要難題。20世紀(jì)70年代后期，厭氧工藝在制藥工業(yè)廢水處理中得到了廣泛應(yīng)用，美國普強(qiáng)藥廠首先采用厭氧過濾法處理高濃度制藥廢水，開始了厭氧處理工藝在制藥廢水領(lǐng)域的應(yīng)用，此后有關(guān)厭氧處理工藝的研究取得了一系列顯著的突破。其中UASB反應(yīng)器被廣泛應(yīng)用到制藥廢水處理中，至今UASB處理工藝在各國仍然是制藥廢水處理的主流工藝。

1 制藥廢水的組成

制藥廢水一般包括中成藥生產(chǎn)廢水、化學(xué)制藥廢水和生物制藥廢水。生物制藥廢水來源于發(fā)酵、生物反應(yīng)、提取、結(jié)晶等過程。廢水組分主要含有微生物代謝物菌絲體、營養(yǎng)物質(zhì)殘留物和抗生素等有機(jī)溶劑殘留物。生物制藥廢水可生物降解性較差，有毒有害物質(zhì)較多，污染物的有機(jī)濃度較高?；瘜W(xué)制藥廢水中含有較高濃度的無機(jī)鹽有毒中間體。廢水主要來自藥材的沖洗、蒸煮和各種制備工藝。對(duì)于中藥廢水的產(chǎn)生，仍存在大量的有機(jī)物、木質(zhì)素、糖，而且一般顏色較深、污染物種類較多。制藥廢水中主要的污染指標(biāo)包括較為常見的pH、色度、SS、BOD、COD，氨氮等[1]，其中，COD和BOD因其濃度高、波動(dòng)性大等特性，導(dǎo)致廢水的BOD/COD值差異懸殊，懸浮物和NH3-N濃度高，色度深，含有難生物降解有機(jī)物和毒性物質(zhì)等特點(diǎn)，是較難處理的工業(yè)廢水之一[2]。

2 工藝研究的進(jìn)展

升流式厭氧污泥床反應(yīng)器（UASB）主要由進(jìn)水分配系統(tǒng)、反應(yīng)區(qū)、三相分離器、出水系統(tǒng)等幾部分組成，其中反應(yīng)區(qū)是整個(gè)UASB系統(tǒng)的核心區(qū)域，主要包括污泥濃縮區(qū)和污泥懸浮區(qū)，在UASB底部反應(yīng)區(qū)內(nèi)加入大量厭氧污泥，經(jīng)過沉淀，具有良好的沉淀性能和凝聚性能的污泥在下部形成污泥層。要處理的污水經(jīng)蠕動(dòng)泵從反應(yīng)器底部的左端進(jìn)水口流入，在反應(yīng)區(qū)內(nèi)與污泥層中污泥進(jìn)行混合接觸，污泥中的微生物分解污水中的有機(jī)物，把它轉(zhuǎn)化為沼氣。沼氣以微小氣泡形式不斷放出，微小氣泡在上升過程中不斷合并，逐漸形成較大的氣泡，在污泥反應(yīng)室固菌，攪動(dòng)沼氣形成污泥濃度較稀薄的污泥，同時(shí)和水一起上升進(jìn)入三相分離器，進(jìn)而沼氣經(jīng)反應(yīng)器上端支管導(dǎo)出。

作為目前發(fā)展最快的厭氧反應(yīng)器之一，UASB反應(yīng)器具有很多優(yōu)點(diǎn)，其一，裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、無需另外設(shè)置攪拌裝置；其二，固體停留時(shí)間、微生物滯留期較長，從而使得反應(yīng)器負(fù)荷率提高；其三，反應(yīng)器的占地面積小，節(jié)約能源且適應(yīng)性強(qiáng)；其四，運(yùn)行期內(nèi)，反應(yīng)器中形成的顆粒性污泥使得微生物得以固定在污泥表面，大大提高了穩(wěn)定性，使反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行。

UASB反應(yīng)器具有厭氧消化效率高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，其中，UASB系統(tǒng)能否高效、穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵在于在于反應(yīng)器內(nèi)能否形成微生物適宜、產(chǎn)甲烷活性高、沉降性能良好的顆粒污泥，實(shí)際生產(chǎn)過程中UASB反應(yīng)器的使用非常廣泛，同時(shí)，在厭氧處理的過程當(dāng)中，有很多因素均會(huì)對(duì)處理結(jié)果產(chǎn)生不同程度的影響，反應(yīng)過程的溫度、pH、營養(yǎng)物質(zhì)、C/N 值、微量元素以及毒性物質(zhì)，包括污水處理過程中不當(dāng)?shù)娜藶椴僮鞯?。厭氧生物處理技術(shù)利用兼性厭氧菌將污水中大分子有機(jī)物降解為低分子化合物，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳等。在工程實(shí)踐中常采用厭氧生物技術(shù)處理制藥廢水以降低整體處理成本，其中，顆粒污泥的形成是反應(yīng)器高負(fù)荷穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，而污泥顆?；芏喾N因素的制約，特別是對(duì)于具有生物毒性和抑制性的化學(xué)合成制藥廢水，獲得自然形成的顆粒污泥則更加困難。因此，UASB反應(yīng)器在實(shí)際應(yīng)用中，多采用組合工藝。Lu Li[3]等采用實(shí)驗(yàn)室厭氧污泥床（UASB）和厭氧膜生物反應(yīng)器（ANMBR）處理含約2 000 mg/L N，N-二甲基甲酰胺（DMF）的合成工業(yè)廢水；Pijush Kanti Mondal等[4]采用以含結(jié)晶紫（CV）的合成廢水為碳源，醋酸鈉為共基質(zhì)，研究了上向流式厭氧污泥濾池（UASFB）反應(yīng)器的性能。UASB工藝的多重優(yōu)勢(shì)使得此項(xiàng)技術(shù)在國內(nèi)外多種工業(yè)廢水處理中有較為廣泛的應(yīng)用。

近年來，也有很多學(xué)者致力于應(yīng)用升流式厭氧污泥床工藝處理制藥廢水，張博菲等[2]在UASB反應(yīng)器中接種PVA厭氧顆粒污泥，用PVA凝膠顆粒作為生物載體接種的絮狀污泥，形成顆粒污泥所需的時(shí)間最短，實(shí)現(xiàn)了UASB反應(yīng)器的快速啟動(dòng)。此外，進(jìn)一步研究表明，通過PVA顆粒污泥的接種，UASB反應(yīng)器對(duì)化學(xué)合成類制藥廢水的降解速率更高。劉玉等[5]采用預(yù)處理-上流式厭氧污泥床（UASB）-A/O-高級(jí)氧化聯(lián)合工藝處理制藥廢水，處理結(jié)果中出水水質(zhì)可達(dá)到此類廢水排放標(biāo)準(zhǔn)。Zheng Ping[6]等研究了上流式厭氧污泥床（UASB）反應(yīng)器處理制藥廢水的兩種啟動(dòng)策略。結(jié)果表明，先利用混合廢水啟動(dòng)反應(yīng)器，再利用氯霉素廢水啟動(dòng)反應(yīng)器的策略可以節(jié)省23%的時(shí)間。肖青峰[7]等探究了溫度、pH值等多種條件因素對(duì)水解酸化+UASB聯(lián)合處理系統(tǒng)處理中成藥制藥廢水運(yùn)行效能的影響。實(shí)際工藝中除了利用單級(jí)UASB 反應(yīng)器，更多研究者采用組合工藝對(duì)制藥廢水進(jìn)行研究：例如，王宗華[8]等采用微電解-UASB-MBBR組合工藝處理中藥提取廢水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，中藥提取類企業(yè)生產(chǎn)的產(chǎn)品種類在不同季節(jié)、不同時(shí)期均有不同，導(dǎo)致出水水質(zhì)變化較大，然而，對(duì)于中藥提取類廢水，該工藝表現(xiàn)出很強(qiáng)的適應(yīng)能力。因此，此種工藝對(duì)于處理中藥提取廢水可行。

實(shí)際在制藥廢水的處理過程中多種反應(yīng)器的組合工藝較為常見，除此之外，同種反應(yīng)器的多級(jí)組合也有很多，杜家緒[9]等以UASB反應(yīng)器為單級(jí)反應(yīng)器，使用兩個(gè) UASB 相連的兩級(jí)厭氧工藝處理中藥企業(yè)生產(chǎn)的制藥廢水，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩級(jí)厭氧系統(tǒng)的總COD去除率可達(dá)到92.51%。兩級(jí)厭氧系統(tǒng)對(duì)于揮發(fā)酸的去除效果較好。除此之外，考察了溫度、HRT等環(huán)境因子對(duì)兩級(jí)厭氧系統(tǒng)處理效能的影響，結(jié)果表明，每種條件的變化均會(huì)對(duì)反應(yīng)器運(yùn)行效能造成不同影響，因此，UASB反應(yīng)器的運(yùn)行受到多種環(huán)境因素的制約。

3 制藥廢水厭氧技術(shù)的發(fā)展方向

我國目前已有幾十座UASB反應(yīng)器投入生產(chǎn)運(yùn)行，國外生產(chǎn)性規(guī)模的UASB反應(yīng)器總數(shù)已達(dá)到數(shù)百個(gè)。隨著相關(guān)部門加大環(huán)境保護(hù)和管理的投入，加大力度深化醫(yī)藥廢水處理技術(shù)的研發(fā)，使醫(yī)藥廢水的排放盡可能地減少，使制藥廢水中的有毒有害物質(zhì)最大限度地降解。基于國內(nèi)外對(duì)UASB處理制藥廢水的廣泛的研究，對(duì)UASB的應(yīng)用主要集中在組合工藝的優(yōu)化。今后的研究熱點(diǎn)可能是通過控制多種可能影響微生物生長的因素，強(qiáng)化特種微生物的作用，從而使組合工藝更好地達(dá)到脫氮除磷的效果。充分利用厭氧生物技術(shù)產(chǎn)生的沼氣中的生物質(zhì)能，減少沼氣中硫化物等污染物的排放量，使厭氧生物技術(shù)遵循綠色化發(fā)展的趨勢(shì)，到達(dá)可持續(xù)發(fā)展的要求。