目前我國(guó)生產(chǎn)的常用藥物達(dá)2000 種左右，不同種類的藥物采用的原來(lái)種類和數(shù)量各不相同，生產(chǎn)工藝及合成路線也存在差異，因此造成制藥生產(chǎn)工業(yè)及廢水的組成十分復(fù)雜。制藥廢水通常屬于難降解的高濃度廢水，其特點(diǎn)是組分復(fù)雜，有機(jī)污染物種類多、濃度高，CODCr 值和BOD5 值高且波動(dòng)性大，廢水的BOD5/CODCr值差異較大，NH3-N 濃度高，色度大，毒性大，固體懸浮物濃度高[1]。此外，制藥廠通常采用間歇生產(chǎn)，而且產(chǎn)品種類變化較大，增加了制藥廢水的處理難度。

　　制藥廢水常用的處理方法有物化法、化學(xué)法和生物法。其中，生物法作為最經(jīng)濟(jì)的處理方式，是目前制藥廢水處理普遍采用的方法，已經(jīng)成為研發(fā)和推廣應(yīng)用的重點(diǎn)。目前國(guó)內(nèi)外制藥廢水處理多采用SBR(Sequencing Batch Reactor) 法、CASS(Cyclic Activated Sludge System)法、ICEAS(Intermittent Cycle Extended Aeration)法、氧化溝、接觸氧化法等為主體工藝，但由于廢水中存在抑制性物質(zhì)和難降解有機(jī)物，導(dǎo)致這些方法的處理效果不理想。

　　膜生物反應(yīng)器技術(shù)是膜分離技術(shù)與生物技術(shù)有機(jī)結(jié)合的新型廢水處理技術(shù)。它利用膜分離組件將生化反應(yīng)池中的活性污泥和大分子有機(jī)物截留，代替二沉池，提高活性污泥濃度并保證出水水質(zhì)，從而大大強(qiáng)化了生物反應(yīng)器的功能[2]。

　　1 MBR 反應(yīng)器概況

　　1.1 MBR 反應(yīng)器的組成

　　MBR 一般由生物反應(yīng)器、膜組件和泵三部分組成。根據(jù)生物反應(yīng)器和膜組件的設(shè)置位置和加壓方式分為外置式(External)和浸沒(méi)式(Internal)[3]兩種，如圖1 所示。

　　外置式MBR，其生物反應(yīng)器內(nèi)的混合液經(jīng)泵增壓后進(jìn)入膜組件，在壓力作用下混合液中的水透過(guò)膜成為處理出水，其余物質(zhì)被截留并隨濃縮液回流到反應(yīng)器內(nèi)，系統(tǒng)過(guò)濾水的方向由內(nèi)向外。為了降低膜污染，用增壓泵將混合液以較高流速壓入膜組件，在膜表面形成錯(cuò)流沖刷[4]。該反應(yīng)器運(yùn)行穩(wěn)定，膜易于清洗，操作管理簡(jiǎn)單，但增壓能耗較大。

　　浸沒(méi)式MBR，也稱一體式MBR，膜組件置于生物反應(yīng)器內(nèi)，濾液由泵吸出，設(shè)在膜組件下方的曝氣裝置除具有充氧功能外，造成的強(qiáng)烈攪拌作用減輕了混合液中懸浮物在膜表面的吸著[5]。

　　該反應(yīng)器結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、能耗小。

　　1.2 膜與膜組件的組成

　　膜按表面孔徑的大小，一般可分為微濾膜、超濾膜、納濾和反滲透膜，其分離目標(biāo)見(jiàn)表1。常用于MBR 處理工藝中的是微濾膜和超濾膜。

圖1 MBR 示意

Fig.1 The schematic diagram of MBR

　　按材質(zhì)分為無(wú)機(jī)膜和有機(jī)膜。目前國(guó)內(nèi)普遍采用有機(jī)膜，其成本相對(duì)較低，制造工藝較為成熟，膜孔徑和樣式較為多樣，但運(yùn)行過(guò)程易污染、強(qiáng)度低、使用壽命短。有機(jī)膜包括：聚丙烯類、聚乙烯類、聚丙烯腈、聚砜類、芳香族聚酰胺、含氟聚合物等。無(wú)機(jī)膜是固態(tài)膜的一種，是由無(wú)機(jī)材料如金屬、金屬氧化物、陶瓷、多空玻璃、沸石、無(wú)機(jī)高分子材料等制造成的半透膜。在MBR 中使用的無(wú)機(jī)膜多為陶瓷膜。其通量高、耐污染、壽命長(zhǎng)，在高濃度工業(yè)廢水處理中具有很大的競(jìng)爭(zhēng)力。但無(wú)機(jī)膜不耐堿、彈性小，且造價(jià)昂貴。

　　膜組件按其結(jié)構(gòu)形式可分為中空纖維式、毛細(xì)管式、管式、卷式、板框式等。在外置式MBR 工藝中，板框式、管式等應(yīng)用較多。在浸沒(méi)式MBR 工藝中，多采用中空纖維式、板框式等。

表1 膜分離過(guò)程及分離特點(diǎn)

Tab.1 Membrane separation processes and main features

　　2 MBR 在制藥廢水處理的優(yōu)勢(shì)

　　2.1 分離效率高，出水水質(zhì)有保證

　　制藥廢水中含有大量懸浮物質(zhì)，通過(guò)膜的高效分離作用，使得出水中懸浮物和濁度接近于零。此外，由于廢水中含有毒害性物質(zhì)，容易導(dǎo)致污泥發(fā)生膨脹現(xiàn)象，在膜分離作用下，不會(huì)使出水水質(zhì)受到影響[6]。

　　2.2 污泥濃度高，生化能力強(qiáng)

　　以膜組件代替二沉池，幾乎全部活性污泥均可停留在反應(yīng)器內(nèi)，能夠有效的提高污泥濃度，MBR 的污泥濃度最高可達(dá)18000~19000 mg/L[7]。與傳統(tǒng)工藝相比，能夠提高污泥濃度，且在發(fā)生污泥膨脹后可避免活性污泥流失。由于制藥廢水水質(zhì)和水量具有較大的波動(dòng)性，污泥濃度的提高，增加了反應(yīng)器的處理能力，并可承受較高的抗沖擊負(fù)荷[5]。

　　2.3 提高了難降解有機(jī)物的凈化效率高，縮短了水力停留時(shí)間

　　制藥廢水中的難降解有機(jī)物被截留在反應(yīng)器內(nèi)，獲得了比傳統(tǒng)生物法過(guò)多的與微生物接觸的時(shí)間，有利于某些專性微生物的培養(yǎng)，提高難降解有機(jī)物的凈化效率[8]。此外，由于難降解有機(jī)物的凈化效率高，在保證出水水質(zhì)的前提下，MBR 可縮短HRT。干建文等[2]采用自組裝300 L的MBR對(duì)頭孢類制藥廢水厭氧處理出水進(jìn)行處理并與傳統(tǒng)活性污泥法進(jìn)行比較。在COD 去除率達(dá)90 %的前提下，傳統(tǒng)活性污泥法的HRT 為80 h，而MBR 的HRT為35 h。

　　2.4 利于硝化細(xì)菌生長(zhǎng)，NH3-N 去除效果好

　　MBR 的膜不能對(duì)NH3-N 產(chǎn)生截留作用，導(dǎo)致MBR 具有較高的NH3-N 去除率的主要原因是反應(yīng)器內(nèi)存在大量硝化細(xì)菌。在膜的分離作用下，生長(zhǎng)緩慢的硝化細(xì)菌被停留在反應(yīng)器內(nèi)，為其生長(zhǎng)繁殖創(chuàng)造了有利條件。硝化細(xì)菌在反應(yīng)器內(nèi)的大量累積，使MBR 對(duì)NH3-N 具有很高的去除效果。范舉紅等[9]利用活性污泥法-水解酸化法-MBR 組合工藝處理某化學(xué)制藥廠廢水，進(jìn)水氨氮濃度為72.8~92.4 mg/L，結(jié)果發(fā)現(xiàn)幾乎所有氨氮都在MBR 池被除去，出水氨氮濃度為1.4~4.1 mg·L-1，總?cè)コ蕿?4.5 %~97.6 %。