| 在藥品的生產(chǎn)過程中會產(chǎn)生大量高鹽度、高濃度的有機廢水，其中不僅含有大量鹽類物質(zhì)，而且還有大量有毒有害難生物降解的有機物(如硝基類、芳香類和烴類等有機化合物)。
為了有效控制制藥廢水的污染問題，哈爾濱工業(yè)大學的研究人員與東北制藥總廠的技術(shù)人員合作，對高鹽度、高濃度制藥廢水進行了為期兩年的小試和中試研究，取得了大量的實驗數(shù)據(jù)，確定了以厭氧與微氧相結(jié)合、懸浮與固定生長微生物相協(xié)調(diào)的水解酸化預(yù)處理工藝；以復(fù)合式交替流生物反應(yīng)器與曝氣生物濾池相組合的好氧生物處理主體工藝，并將其研究成果應(yīng)用到廢水處理工程中。 1 廢水處理工程概況
1.1 建設(shè)方案
某制藥廠是一個歷史悠久的老企業(yè)，地處市區(qū)，因此建設(shè)廢水處理工程的場地十分有限，而且周圍環(huán)境對該廢水處理工程也提出了較高的要求。為了徹底解決廢水處理問題，并為工廠的發(fā)展留出空間，在設(shè)計該工程時，采用了加大縱向高度、地上地下結(jié)合的立體式建設(shè)方案，解決了占地問題；采用封閉凈化、內(nèi)部循環(huán)等氣體控制方案，消除了對周邊環(huán)境的影響；采用深層曝氣、垂直流態(tài)、多元復(fù)合等工藝技術(shù)，使該工程的占地面積僅為8000m2，在保證了有效實現(xiàn)污水經(jīng)濟處理的同時，也節(jié)約了土地的使用，保護了周邊環(huán)境。
1.2 設(shè)計水量
該工程的設(shè)計廢水處理量為30000m3/d，出水達到國家排放標準。處理后的廢水，部分直接回用，部分可通過進一步的深度凈化實現(xiàn)處理水的再生利用。
1.3 廢水水質(zhì)
該工程處理的廢水為制藥廠排放的綜合性生產(chǎn)廢水，廢水中含有維生素類、激素類和抗生素類等多種原料藥殘余物、醫(yī)藥中間體殘余物、鹽類及生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的其他有機物。這些廢水水質(zhì)具有成分復(fù)雜、有機物濃度高、pH值變化大、懸浮物多、色度大、總鹽量高等特點，并且廢水中還含有大量難生物降解物質(zhì)和對微生物有抑制作用的有毒有害物質(zhì)。廢水水質(zhì)如表1所示。 表1 廢水水質(zhì) | 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | TN(mg/L) | TP(mg/L) | pH | 總鹽量(%) | | 范圍 | 1000～8000 | 400～2500 | 800～1200 | 50～200 | 8～20 | 2～13 | 3～7 | | 平均值 | 3600 | 1000 | 1000 | 160 | 15 | 6 | 4.5 |
2 廢水處理工藝設(shè)施
2.1 工藝流程
研究與工程實踐表明，此類廢水采用生物處理是適宜的，但采用常規(guī)生物處理時，由于鹽分的影響，會使微生物的胞質(zhì)萎縮、生物活性降低，只有少量的適鹽類微生物能夠正常代謝，再加上有毒有害等物質(zhì)的抑制作用，使得常規(guī)生物處理法在不稀釋廢水的情況下很難達到理想的處理效果。經(jīng)過對比研究，本工程采用了具有較強的抗沖擊能力、較高的去除效率的“水解酸化—交替流生物反應(yīng)器—雙流向曝氣生物濾池”復(fù)合生物處理工藝。
該工藝流程見圖1。
2.2 主要構(gòu)筑物工藝特征與運行參數(shù)
該制藥廢水處理工程的主體構(gòu)筑物的工藝特征與運行參數(shù)如表2所示。
表2 主體構(gòu)筑物 | 構(gòu)筑物 | 數(shù)量(座) | 工藝特征 | 運行參數(shù) | | 初沉池 | 1 | 平流式，機械刮泥刮渣 | HRT1.5h | | 調(diào)節(jié)池 | 1 | 空氣攪拌式，微曝氣 | 通氣強度20～45m3/m2 | | 復(fù)合水解酸化池 | 2×4 | 圓柱形，深度為22m,復(fù)合式兩級水解酸化 | 第一級為厭氧狀態(tài)，第二級為微氧狀態(tài) | | 交替流生物反應(yīng)器 | 5 | 前部為連續(xù)流，后部為交替流，有效水深為11m | COD容積負荷3.5kgCOD /m3·d | | 雙流向曝氣生物濾池 | 2×4 | 上向流和下向流串聯(lián)，不同粒徑填料 | COD容積負荷1.4kgCOD/m3·d | 2.3 主要構(gòu)筑物技術(shù)特點分析
2.3.1 曝氣調(diào)節(jié)池
由于企業(yè)生產(chǎn)的周期及產(chǎn)品的更換，導(dǎo)致水質(zhì)和水量有較大的波動，pH值在2～12之間變動，COD等其它參數(shù)變化也較大，這對整個生化處理系統(tǒng)會造成較大的沖擊負荷。因此，該調(diào)節(jié)池采用微曝氣式調(diào)節(jié)池，利用壓縮空氣攪拌均化水質(zhì)、防止沉淀，并且去除廢水中易揮發(fā)性物質(zhì)，池內(nèi)還接納兩級水解酸化和復(fù)合交替流生物反應(yīng)器的部分剩余污泥，對廢水中的污染物進行初級吸附。實踐表明，經(jīng)過該調(diào)節(jié)池的有效調(diào)節(jié)，可使出水pH保持在6左右，節(jié)省了大量的酸堿藥品，同時也有效地消減了COD有機負荷和有毒有害物質(zhì)造成的沖擊負荷，為后續(xù)的處理工藝提供了水質(zhì)和水量穩(wěn)定的廢水。
2.3.2 復(fù)合式水解酸化池
根據(jù)該制藥廢水的水質(zhì)特點，采用兩級復(fù)合式水解酸化池。每級水解酸化池設(shè)置為2級4組共8個，均為圓柱型折流式且全部采用半地上式。考慮到該廠地處北方寒冷地區(qū)，氣溫對水解酸化會有一定影響，因此采用保溫隔層，有效保持了水解酸化的溫度。兩級復(fù)合式水解酸化池的不同之處在于第一級采用缺氧形式，出水端設(shè)有波紋板狀生物填料；第二級采用微氧形式，后端設(shè)有軟性纖維狀生物填料。該水解酸化池將懸浮生長微生物與固定生長微生物結(jié)合起來，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，在高鹽度的狀態(tài)下，對有毒有害物質(zhì)和高濃度有機物進行水解酸化。一級水解pH控制在5.5～6.5，對溶解氧濃度不做控制；二級水解池內(nèi)設(shè)有氣提循環(huán)攪拌，控制溶解氧濃度使其處于微氧狀態(tài)(前端0.2～0.4mg/L，末端0.1～0.2mg/L)，有效地抑制了甲烷菌的生長，并將出水的pH控制在6.0～7.5。
水解酸化池容積負荷最高可達6.2kgCOD/m3·d，COD去除率為20%～40%，出水的BOD5/COD與水解前相比有大幅提高。
2.3.3 交替流生物反應(yīng)器
交替流生物反應(yīng)器(Alternate-flow Biological Reactor，ABR)是在結(jié)合了UNITANK的特點，針對處理高鹽度、高濃度制藥廢水的水質(zhì)特性的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的。它將連續(xù)流反應(yīng)器和間歇式反應(yīng)器的優(yōu)點結(jié)合起來，形成了交替流生物反應(yīng)器。
該生物反應(yīng)器池體為深層曝氣式，保證了充足的氧氣供應(yīng)和較高的氧轉(zhuǎn)移效率。池體外作保溫處理，以保證處理構(gòu)筑物在寒冷季節(jié)的運行溫度，使微生物具有較高的生物活性。該反應(yīng)器為完全混合與推流式相結(jié)合的流態(tài)，前端為連續(xù)流活性污泥形式，后端為間歇式活性污泥形式。該生物反應(yīng)器的運行參數(shù)為：MLSS2500～3500mg/L，DO1.0～3.0mg/L。出水COD≤300mg/L，BOD5≤100mg/L，pH7.0～8.0。出水可直接排放或進入后端的生物深度處理系統(tǒng)進行凈化，做為再利用水源。
2.3.4 雙流向曝氣生物濾池
為了實現(xiàn)水資源的充分利用，該工程在交替流生物反應(yīng)器之后，設(shè)置了雙流向曝氣生物濾池(Two-way-flow Aerated Biological Filter，TABF)處理單元，將廢水進行深度處理，使出水達到企業(yè)中水回用的要求。此外，該生物濾池還消除了交替流生物反應(yīng)器的周期性運行對出水水質(zhì)的影響。
雙流向曝氣生物濾池系統(tǒng)采用上流式與下流式串聯(lián)的方式同時運行。前端采用4～6mm改性粘土生物陶粒，后端采用2～3mm改性粘土生物陶粒。該生物濾池采用氣水聯(lián)合反沖洗，沖洗周期約為2～3天。出水pH7.0～8.0，COD150mg/L，BOD530mg/L，SS20mg/L，可為進一步深度處理提供穩(wěn)定可靠的水源或在此基礎(chǔ)上進行直接回用。
3 運行效果分析
3.1 啟動研究
該工程采用先啟動好氧處理設(shè)施，再啟動水解酸化與曝氣生物濾池的方案。接種污泥來自于城市生活污水處理廠的脫水污泥，采用直接高強度的馴化培養(yǎng)方式。經(jīng)過幾天的轉(zhuǎn)型馴化和十余天快速培養(yǎng)后，通過生物鏡檢可看到，交替式生物反應(yīng)器內(nèi)的生物相種類比較豐富，以菌膠團為主，兼有少量具有耐鹽性的裂口蟲(Amphieptus Sp)和漫游蟲(Litonotus SP)等原生動物。培養(yǎng)出的菌膠團具有良好的吸附、凝聚、氧化和沉降性能。同時，少量的原生動物的存在，能夠捕食游離態(tài)的細菌和微小顆粒以及可溶性有機物，并能分泌粘液使細菌活化，促使細菌絮凝，有助于改善出水水質(zhì)，還可作為指示生物。
3.2 處理效果分析
經(jīng)過格柵、初沉池的預(yù)處理和曝氣調(diào)節(jié)池均化后的制藥綜合廢水，其COD約為3600mg/L。工程運行結(jié)果表明，兩級復(fù)合式水解酸化系統(tǒng)對高濃度高鹽度的制藥廢水有較強的抗沖擊能力，系統(tǒng)的穩(wěn)定性較好，COD去除率在30%左右。此外，廢水鹽含量在小于5%以下的范圍內(nèi)變化時，微生物并沒有受到明顯的抑制，運行過程中COD去除率變化不大。生物鏡檢發(fā)現(xiàn)污泥為無機成分較高的細小顆粒污泥，具有良好的水解酸化性能和耐鹽性能。經(jīng)過水解酸化，使廢水的BOD5/COD值得到提高。
交替流生物反應(yīng)器可馴化出具有良好的有機物降解性能的耐鹽性微生物，能有效去除廢水中的有機物，去除率在90%以上，并能抵抗有毒有害物質(zhì)及鹽分的影響，出水可以直接排放或者進入后段進行深度處理。
雙流向曝氣生物濾池系統(tǒng)能夠?qū)U水進行有效地凈化處理，其COD去除率在40%左右，出水可直接部分回用或經(jīng)過進一步的深度處理進行中水的回用。總的處理效果如表3所示。 表３ 廢水處理效果 | 項目 | COD(mg/L) | BOD5(mg/L) | SS(mg/L) | pH | | 進水 | 3600.0 | 1020.0 | 1000.0 | 6 | | 出水 | 98.6 | 26.8 | 18.0 | 7.0-8.0 | | 去除率（％） | 97.3 | 97.4 | 98.2 | - |
4 結(jié)論
工程運行結(jié)果表明，該廢水處理工藝結(jié)合了多種廢水處理技術(shù)的優(yōu)點，培養(yǎng)出耐鹽性活性微生物，并通過該微生物群落的作用，對廢水中的有機物進行有效的降解，使出水不僅能達到國家排放標準，而且可通過后續(xù)的深度凈化實現(xiàn)中水回用，實現(xiàn)企業(yè)內(nèi)部水資源的良性循環(huán)和綠色生產(chǎn)。
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